汽車集成式電磁閥的研制

郭瑞松，王志虎，高云，簡煒，黃海波，周雙飛

（1.東風(fēng)汽車集團股份有限公司動力設(shè)備廠，湖北十堰442000；2.湖北汽車工業(yè)學(xué)院電氣與信息工程學(xué)院，湖北十堰442002）

目前國內(nèi)自主研發(fā)的AMT 自動變速箱才剛剛起步，在閥芯材料的研究及程序控制等方面與國外有較大差距，由于電磁閥安裝位置的局限性和使用工況，國內(nèi)電磁閥生產(chǎn)廠家現(xiàn)有的產(chǎn)品不能滿足使用要求。國內(nèi)還沒有專門為AMT 自動變速箱配套的電磁閥，部分廠家采用二位五通先導(dǎo)式電磁閥或分體組合式電磁閥。這類電磁閥可靠性差、不便于安裝、壽命短，無法滿足AMT 自動變速箱的使用要求[1-2]。為了解決上述問題，研發(fā)了一種新型的電磁閥——集成式電磁閥，在國內(nèi)屬于首次應(yīng)用。

1 集成式電磁閥原理

1.1 電磁閥工作原理

電磁閥結(jié)構(gòu)包括電磁線圈、動鐵芯、靜鐵芯、導(dǎo)向套、閥座、導(dǎo)磁架、導(dǎo)線架及回位彈簧等部件組成，其示意圖及原理圖如圖1所示。

電磁閥通電時，電磁線圈產(chǎn)生電磁力把動鐵芯從閥座上提起，電磁閥進氣口打開，氣路接通；電磁閥斷電時，電磁力消失，彈簧把動鐵芯壓回在閥座上，電磁閥進氣口關(guān)閉，氣路斷開。集成式電磁閥在真空、負(fù)壓、零壓時能正常工作。

圖1 電磁閥結(jié)構(gòu)圖及原理圖

AMT 電磁閥使用在混合動力和純電動汽車的變速箱上，變速箱共4個擋位，由2個AMT 電磁閥控制，每個電磁閥控制換擋執(zhí)行氣缸的3個位置，一個電磁閥控制1擋、空擋、2擋，另一個電磁閥控制3擋、空擋、4擋，倒擋電機反轉(zhuǎn)。當(dāng)電磁閥1 將變速箱擋位控制在1擋、2擋位時，電磁閥2 將換擋執(zhí)行氣缸控制在空擋。反之，電磁閥2在3擋、4擋位時，電磁閥1 控制在空擋。離合器由電控氣缸控制分離與接合。TCU根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的程序，對路面條件、駕駛員操作意圖、驅(qū)動電機的工作參數(shù)等因素進行識別，決定是否換擋。

1.2 集成式電磁閥的整體布局

與汽車AMT 變速箱配套的集成式電磁閥總成，是保證汽車AMT 變速箱實現(xiàn)擋位選換的重要部件之一。由于AMT 變速箱選換擋執(zhí)行氣缸為三位氣缸，所以需要多個電磁閥進行控制，現(xiàn)有的電磁閥均采用多個單體閥通過組合裝配而成，體積大，同時會產(chǎn)生密封結(jié)合面多、裝配精度要求高、結(jié)構(gòu)強度低，應(yīng)用過程易產(chǎn)生泄露、功能穩(wěn)定性差、使用壽命短等現(xiàn)象，影響發(fā)動機自動變速箱的工作可靠性和穩(wěn)定性[3-5]。開發(fā)的新型集成式電磁閥可有效解決上述問題，其結(jié)構(gòu)簡圖如圖2所示。

圖2 集成式電磁閥結(jié)構(gòu)圖

集成式電磁閥是應(yīng)用于汽車AMT 自動變速箱選換擋執(zhí)行機構(gòu)上的執(zhí)行元件，如圖2所示，電磁閥包括3個獨立的閥芯，3個閥芯安裝在線圈導(dǎo)磁架內(nèi)，罩殼設(shè)在線圈集成塊外面，罩殼下有整體式閥座，3個閥芯的控制電源插接口位于罩殼的一端。閥蓋板設(shè)于罩殼的頂部。該電磁閥由于采用整體注塑成型，替代了原來有多個獨立閥芯組合裝配的結(jié)構(gòu)，具備了體積小、整體結(jié)構(gòu)強度高、外形緊湊、密封性能好、運行穩(wěn)定，不易產(chǎn)生泄漏，而且使用壽命得到了有效的延長，特別適用于汽車AMT變速箱的要求。

2 典型部件設(shè)計

2.1 集成式導(dǎo)磁架設(shè)計

集成式電磁閥應(yīng)用整體結(jié)構(gòu)的導(dǎo)磁架替代多個獨立式導(dǎo)磁架，特別適用于集成式電磁閥總成的裝配及功能的要求，如圖3a所示。導(dǎo)磁連接板分別與上導(dǎo)磁片端面和下導(dǎo)磁片端面連接。上下導(dǎo)磁片設(shè)有多個閥芯上安裝孔，其位置一一對應(yīng)，精確定位閥芯安裝位置，可同時安裝3個閥芯和線圈，導(dǎo)磁連接板上設(shè)有安裝槽。集成式導(dǎo)磁架具備裝配結(jié)構(gòu)緊湊、導(dǎo)磁通量大、工作性能穩(wěn)定、故障隱患少等優(yōu)點，提高了運行穩(wěn)定性和功能可靠性。

圖3 集成式電磁閥部件結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 整體網(wǎng)片結(jié)構(gòu)的線圈引出線連接架設(shè)計

汽車AMT 變速箱集成式電磁閥線圈與外部線路連接的可靠性，是滿足集成式電磁閥正常工作的重要保障。應(yīng)用金屬片沖制的整體式引出線連接架替代了多根導(dǎo)線引出的連接結(jié)構(gòu)，特別適用于集成式電磁閥的工作要求，其結(jié)構(gòu)圖如圖3b所示。引線架分別連接3個線圈，引線架中間用支撐桿固定，便于后期注塑時不會變形。支撐桿可根據(jù)不同線路相連的需要進行修剪。引線架的側(cè)邊設(shè)有定位支架與線圈骨架相連固定，引線架的另一端設(shè)有電源引腳。由于采用集成式電磁閥線圈的引出線連接架，代替了多股導(dǎo)線焊接引起的連接問題，不僅結(jié)構(gòu)簡單、布線有序、焊接牢靠，而且故障隱患極少、穩(wěn)定性極好，特別適用于集成式電磁閥的工作要求，有效提升了電磁閥總成工作性能的穩(wěn)定性和可靠性，延長了其使用壽命，也降低了使用成本。

2.3 動鐵芯密封橡膠的滾壓裝配工藝

電磁氣閥中的動鐵芯密封橡膠，是保障汽車應(yīng)用功能的關(guān)鍵零部件之一。原密封結(jié)構(gòu)的形成，是將密封橡膠直接硫化到動鐵芯預(yù)先加工好的密封槽內(nèi)，或是用點焊方式將預(yù)先硫化好的密封橡膠用壓緊片點焊在動鐵芯上完成裝配。為克服上述技術(shù)的不足，提供一種電磁氣閥動鐵芯密封裝置，其結(jié)構(gòu)圖如圖3c所示。密封橡膠為密封電磁閥進氣口，控制氣路通斷。橡膠支撐板用于支撐密封橡膠，不致密封時受力變形。橡膠蓋板將密封橡膠壓緊，然后滾鉚在動鐵芯的臺階上。其中密封橡膠板與橡膠壓板均是預(yù)先制作，零件均由模具制作，精度高，且滾壓結(jié)構(gòu)加工簡單、易操作、成本低、裝配質(zhì)量可靠。

3 可靠性試驗

新型集成式閥體替代原多個單體閥組裝結(jié)構(gòu)的技術(shù)，提高了總成結(jié)構(gòu)強度，便利制造裝配，充分滿足了應(yīng)用功能和使用壽命的要求。

國家汽車質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心（襄陽）對集成式電磁閥（圖6）進行了性能及耐久性試驗，主要試驗數(shù)據(jù)如表1所示。試驗表明，集成式電磁閥完全滿足裝車的使用要求。

圖6 集成式電磁閥產(chǎn)品外觀

表1 可靠性試驗數(shù)據(jù)

4 結(jié)束語

隨著汽車自動化程度的不斷提高，國內(nèi)卡車、客車制造廠也都在研發(fā)AMT 自動擋車型。由于集成式電磁閥具有體積小、性能可靠等優(yōu)點，方便了整體布局，利于在其他車型上的推廣。經(jīng)過多輪設(shè)計改進和制造工藝的優(yōu)化，目前已成功研制出二聯(lián)和三聯(lián)集成式電磁閥，并具備了年產(chǎn)4萬臺份的生產(chǎn)能力，已使用在東風(fēng)商用車14擋AMT 變速箱和武漢理工通宇生產(chǎn)的混合動力6擋變速箱上。從使用情況看，該產(chǎn)品的性能完全滿足用戶的要求。

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