尿素罐集成断水电磁泵的原理

现在不少商用车企业使用的断水电磁泵都是先导式结构,而先导式结构被冷却水中的杂质堵塞的风险较大,会使阀卡滞在常开或者常闭的位置,引起尿素解冻失败或者尿素温度过高的故障,而经过市场验证,直动式断水电磁泵可有效避免堵塞问题。同时,随着汽车排放等级的提高,汽车本身管线路不断增多使得布置更加复杂,因此公司推出一种集成断水电磁泵的尿素罐总成设计。

1 、断水电磁泵选用

目前市场断水电磁泵主要有两种:先导式和直动式。下面将简单介绍其工作原理。

(1)先导式断水电磁泵,其结构如图 1。

图 1 先导式断水电磁泵

工作原理如下:

1)关闭状态:动阀芯封死先导孔,膜片封死阀座R 面(进、出水口不通),膜片上下端面压力平衡;

2)开启状态:电磁部件产生电磁力,克服弹簧力把动阀芯部件提起,打开先导孔,膜片上腔室液体通过先导孔流向出水口,流量远大于远大于膜片压力平衡孔处流量,上腔室压力迅速下降,在膜片上下形成上低下高的压差,从而产生一个向上的推力 Fy,推动膜片和压紧垫向上移动,同时液体从膜片下端面经阀座孔流向出水口,电磁泵打开。

(2)直动式断水电磁泵,其结构如图 2。

 

图 2 直动式断水电磁泵

工作原理如下:

1)关闭状态:线圈无施加电压,无电磁力,动阀芯部件在弹簧的作用下堵死阀座进气口,动阀芯和静铁芯之间有活动间隙δ,电磁泵控制的水路未连通,出水口不通水;

2)开启状态:给电磁泵线圈施加一电压(电压值在规定的范围内),线圈产生电磁力,电磁力克服弹簧力带动动阀芯部件向上运动,动阀芯和静铁芯之间活动间隙δ为 0,电磁泵控制的水路连通,出水口通水。

从以上结构分析,可知先导式断水电磁泵先经过小孔径的先导孔,而发动机冷却液必不可免含有一定杂质,这样易堵塞电磁泵造成故障报警,而直动式孔径大不易堵塞,因此选用直动式电磁泵。

2 、集成式断水电磁泵设计

目前大多数汽车企业都是采用方案 A:将电磁泵固定在尿素罐支架或者车架上,再用软管连接断水电磁泵和尿素罐。

方案 A 如图 3。

为了有效解决先导式电磁泵易造成堵塞问题,特开发了方案 B:选用直动式电磁泵,将电磁泵与尿素罐集成在一起,方案 B 如图 4。下面将从结构设计、电器匹配、性能验证、布置检验进行分析。

图 3 方案 A 图 4 方案 B

2.1 结构设计

如图 4 所示,将断水电磁泵集成在尿素液位温度传感器上,为避免空间拥挤,同时优化尿素液位温度传感器结构与断水电磁泵的形状。断水电磁泵开启后,冷却液通过图 4 中的电磁泵水管口流入,再经过螺旋管路给尿素加热,最后通过图 4 中水管口流出。

2.2 电器匹配

先导式和直动式电磁泵的工作原理相同,都为线圈+铁芯结构。ECU 内控制引脚和驱动数据相同,所以 ECU 不需要更改数据。电磁泵电控原理图如图 5。

图 5 电磁泵电控原理图图 5 电磁泵电控原理图

2.3 性能分析

(1)解冻试验分析:将尿素罐加注满尿素之后置于-25℃保持 2 小时,使尿素充分结冰,然后通入温度为 70℃±5℃的发动机冷却液对尿素进行解冻;将冷却液进出水管内压差控制在>50kPa,直到尿素液位温度传感器所测温度>—5℃。试验结果如表 1

解冻试验数据

解冻试验表明在相同的外部条件下,方案 B 中的尿素罐尿素解冻时间与方案 A 中的尿素罐一致,能够满足项目的尿素解冻要求。


(2)传感器可靠性测试:选择方案 B 中 3 个传感器进行可靠性试验,试验数据表明方案 B 的传感器是可靠的。


图 6 布置检验

(3)传感器功能性:选择方案 B 中 3 个传感器进行功能性试验,实验数据表明方案 B 的传感器功能是满足要求的。通过以上性能试验,可知方案 B 的性能满足要求,方案是可行的。

(4)布置检验:尿素罐支架上去除断水电磁泵及其支架,将原先的一根管路合并成一根,其余布置同之前一致,满足平台通用化的要求,同时也使排气管路更加简洁。

 

此次尿素罐集成断水电磁泵设计,解决了市场断水电磁泵堵塞问题,并通过集成化设计,减少了汽车的零部件数目,使得排气管路更加简洁,也符合目前集成化、通用化趋势。


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