汽车集成式电磁阀的研制

郭瑞松，王志虎，高云，简炜，黄海波，周双飞

（1.东风汽车集团股份有限公司动力设备厂，湖北十堰442000；2.湖北汽车工业学院电气与信息工程学院，湖北十堰442002）

目前国内自主研发的AMT 自动变速箱才刚刚起步，在阀芯材料的研究及程序控制等方面与国外有较大差距，由于电磁阀安装位置的局限性和使用工况，国内电磁阀生产厂家现有的产品不能满足使用要求。国内还没有专门为AMT 自动变速箱配套的电磁阀，部分厂家采用二位五通先导式电磁阀或分体组合式电磁阀。这类电磁阀可靠性差、不便于安装、寿命短，无法满足AMT 自动变速箱的使用要求[1-2]。为了解决上述问题，研发了一种新型的电磁阀——集成式电磁阀，在国内属于首次应用。

1 集成式电磁阀原理

1.1 电磁阀工作原理

电磁阀结构包括电磁线圈、动铁芯、静铁芯、导向套、阀座、导磁架、导线架及回位弹簧等部件组成，其示意图及原理图如图1所示。

电磁阀通电时，电磁线圈产生电磁力把动铁芯从阀座上提起，电磁阀进气口打开，气路接通；电磁阀断电时，电磁力消失，弹簧把动铁芯压回在阀座上，电磁阀进气口关闭，气路断开。集成式电磁阀在真空、负压、零压时能正常工作。

图1 电磁阀结构图及原理图

AMT 电磁阀使用在混合动力和纯电动汽车的变速箱上，变速箱共4个挡位，由2个AMT 电磁阀控制，每个电磁阀控制换挡执行气缸的3个位置，一个电磁阀控制1挡、空挡、2挡，另一个电磁阀控制3挡、空挡、4挡，倒挡电机反转。当电磁阀1 将变速箱挡位控制在1挡、2挡位时，电磁阀2 将换挡执行气缸控制在空挡。反之，电磁阀2在3挡、4挡位时，电磁阀1 控制在空挡。离合器由电控气缸控制分离与接合。TCU根据预先设定好的程序，对路面条件、驾驶员操作意图、驱动电机的工作参数等因素进行识别，决定是否换挡。

1.2 集成式电磁阀的整体布局

与汽车AMT 变速箱配套的集成式电磁阀总成，是保证汽车AMT 变速箱实现挡位选换的重要部件之一。由于AMT 变速箱选换挡执行气缸为三位气缸，所以需要多个电磁阀进行控制，现有的电磁阀均采用多个单体阀通过组合装配而成，体积大，同时会产生密封结合面多、装配精度要求高、结构强度低，应用过程易产生泄露、功能稳定性差、使用寿命短等现象，影响发动机自动变速箱的工作可靠性和稳定性[3-5]。开发的新型集成式电磁阀可有效解决上述问题，其结构简图如图2所示。

图2 集成式电磁阀结构图

集成式电磁阀是应用于汽车AMT 自动变速箱选换挡执行机构上的执行元件，如图2所示，电磁阀包括3个独立的阀芯，3个阀芯安装在线圈导磁架内，罩壳设在线圈集成块外面，罩壳下有整体式阀座，3个阀芯的控制电源插接口位于罩壳的一端。阀盖板设于罩壳的顶部。该电磁阀由于采用整体注塑成型，替代了原来有多个独立阀芯组合装配的结构，具备了体积小、整体结构强度高、外形紧凑、密封性能好、运行稳定，不易产生泄漏，而且使用寿命得到了有效的延长，特别适用于汽车AMT变速箱的要求。

2 典型部件设计

2.1 集成式导磁架设计

集成式电磁阀应用整体结构的导磁架替代多个独立式导磁架，特别适用于集成式电磁阀总成的装配及功能的要求，如图3a所示。导磁连接板分别与上导磁片端面和下导磁片端面连接。上下导磁片设有多个阀芯上安装孔，其位置一一对应，精确定位阀芯安装位置，可同时安装3个阀芯和线圈，导磁连接板上设有安装槽。集成式导磁架具备装配结构紧凑、导磁通量大、工作性能稳定、故障隐患少等优点，提高了运行稳定性和功能可靠性。

图3 集成式电磁阀部件结构示意图

2.2 整体网片结构的线圈引出线连接架设计

汽车AMT 变速箱集成式电磁阀线圈与外部线路连接的可靠性，是满足集成式电磁阀正常工作的重要保障。应用金属片冲制的整体式引出线连接架替代了多根导线引出的连接结构，特别适用于集成式电磁阀的工作要求，其结构图如图3b所示。引线架分别连接3个线圈，引线架中间用支撑杆固定，便于后期注塑时不会变形。支撑杆可根据不同线路相连的需要进行修剪。引线架的侧边设有定位支架与线圈骨架相连固定，引线架的另一端设有电源引脚。由于采用集成式电磁阀线圈的引出线连接架，代替了多股导线焊接引起的连接问题，不仅结构简单、布线有序、焊接牢靠，而且故障隐患极少、稳定性极好，特别适用于集成式电磁阀的工作要求，有效提升了电磁阀总成工作性能的稳定性和可靠性，延长了其使用寿命，也降低了使用成本。

2.3 动铁芯密封橡胶的滚压装配工艺

电磁气阀中的动铁芯密封橡胶，是保障汽车应用功能的关键零部件之一。原密封结构的形成，是将密封橡胶直接硫化到动铁芯预先加工好的密封槽内，或是用点焊方式将预先硫化好的密封橡胶用压紧片点焊在动铁芯上完成装配。为克服上述技术的不足，提供一种电磁气阀动铁芯密封装置，其结构图如图3c所示。密封橡胶为密封电磁阀进气口，控制气路通断。橡胶支撑板用于支撑密封橡胶，不致密封时受力变形。橡胶盖板将密封橡胶压紧，然后滚铆在动铁芯的台阶上。其中密封橡胶板与橡胶压板均是预先制作，零件均由模具制作，精度高，且滚压结构加工简单、易操作、成本低、装配质量可靠。

3 可靠性试验

新型集成式阀体替代原多个单体阀组装结构的技术，提高了总成结构强度，便利制造装配，充分满足了应用功能和使用寿命的要求。

国家汽车质量监督检验中心（襄阳）对集成式电磁阀（图6）进行了性能及耐久性试验，主要试验数据如表1所示。试验表明，集成式电磁阀完全满足装车的使用要求。

图6 集成式电磁阀产品外观

表1 可靠性试验数据

4 结束语

随着汽车自动化程度的不断提高，国内卡车、客车制造厂也都在研发AMT 自动挡车型。由于集成式电磁阀具有体积小、性能可靠等优点，方便了整体布局，利于在其他车型上的推广。经过多轮设计改进和制造工艺的优化，目前已成功研制出二联和三联集成式电磁阀，并具备了年产4万台份的生产能力，已使用在东风商用车14挡AMT 变速箱和武汉理工通宇生产的混合动力6挡变速箱上。从使用情况看，该产品的性能完全满足用户的要求。

[1]叶奇昉，陈江平，陈芝久.两级先导式电磁阀主阀芯动力学分析[J].农业机械学报，2009（4）：215-219.

[2]钱喻倩，张在波，张俊，等.集成电磁阀：中国，2013202145167[P].2013-09-18.

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