一種新型商用車電機(jī)式油箱轉(zhuǎn)換閥研究

陳振華

摘 要：本項目研究的是一種具有自動轉(zhuǎn)換的電機(jī)式油箱轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，包括油箱轉(zhuǎn)換閥、控制電路、配合外部傳感器能夠解決汽車在兩個油箱之間進(jìn)行自動切換，有效提升轉(zhuǎn)換效率;主副油箱轉(zhuǎn)換閥用于汽車油路的控制，當(dāng)車輛在低溫情況下油路凍住無法用普通0#柴油起動時，需要通過主副油箱轉(zhuǎn)換閥將油路切換至耐低溫油箱，以確保汽車正常啟動、行駛及續(xù)航。同時也適用同一種柴油的主副油箱間轉(zhuǎn)換已提升汽車?yán)m(xù)航能力。但現(xiàn)有主副油箱轉(zhuǎn)換閥僅能進(jìn)行手動轉(zhuǎn)換操作，操作不方便，管路存在串油等缺陷。本項目研究的是實現(xiàn)主副油箱自動的切換。是汽車實現(xiàn)智能電子供油系統(tǒng)的必然趨勢和最佳解決方案，可用于商用車重卡、輕卡等領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞：油箱轉(zhuǎn)換閥 控制器 傳感器 汽車智能電子

Research on a New Motor Type Oil Tank Transfer Valve for Commercial Vehicles

Chen Zhenhua

Abstract：The article studies a kind of motor type oil tank conversion system with automatic conversion， including oil tank conversion valve， and control circuit， which allow the car to automatically switch between the two tanks with external sensors， to effectively improve the conversion efficiency. The main and auxiliary oil tank transfer valve is used for automobile oil road control， especially when the vehicle cant start with ordinary 0# diesel at low temperature and the oil was frozen. It is necessary to switch the oil to the low temperature tank through the main and auxiliary fuel tank conversion valve， to ensure the normal start， driving and endurance of the car. At the same time， it is also applicable to the same diesel fuel between the main and auxiliary fuel tanks conversion to improve the endurance of the car. However， the existing conversion valve of the main and auxiliary oil tanks can only be operated manually， which is inconvenient to operate and there are defects such as oil string in the pipeline. This research is to realize automatically switch between the main and auxiliary fuel tank. It is the inexorable trend and the best solution to realize intelligent electronic fuel supply system in automobiles， which can be applied in commercially heavy trucks， light trucks and other fields.

Key words：oil tank transfer valve， the controller， the sensor， automotive intelligent electronics

1 技術(shù)背景

現(xiàn)有商用車重卡和輕卡上一般會配有兩種不同柴油，即主油箱使用的0#柴油;副油箱使用的是-35℃低溫柴油。如果在寒冷地區(qū)使用0#柴油，柴油會因為低溫會凝固而無法流動;所以汽車在啟動時發(fā)動機(jī)進(jìn)油管道必須使用副油箱中-35℃的低溫柴油，待車輛正常啟動行駛后發(fā)動機(jī)升溫，對主油箱油管回路進(jìn)行加熱升溫;車輛行駛一段時間后通過油箱轉(zhuǎn)換閥轉(zhuǎn)換至主油箱供油，同時關(guān)閉副油箱供油回路，當(dāng)車輛夜間熄火后再次接通接通副油箱，關(guān)閉主油箱為下一次低溫環(huán)境下啟動做準(zhǔn)備。

油箱轉(zhuǎn)換閥是商用車油路中的重要部件，一般有六個端口（分別定義為發(fā)動機(jī)進(jìn)油口、發(fā)動機(jī)回油口、主油箱進(jìn)油口、主油箱回油口、副油箱進(jìn)油口、副油箱回油口）的通斷裝置，相當(dāng)于一個兩位六通閥。燃油從油箱內(nèi)經(jīng)過燃油傳感器進(jìn)入燃油轉(zhuǎn)換閥，從轉(zhuǎn)換閥流經(jīng)粗濾器進(jìn)入發(fā)動機(jī)，發(fā)動機(jī)回油先流入燃油轉(zhuǎn)換閥，再流回油箱實現(xiàn)雙油箱供油系統(tǒng)。

現(xiàn)有的切換閥結(jié)構(gòu)比較簡單;多數(shù)采用手動切換閥（圖1）。存在切換效率低、穩(wěn)定性差、使用壽命短等問題;目前市場也出現(xiàn)一些電機(jī)式油箱轉(zhuǎn)換閥（圖2），其工作原理是通過控制一個直流電機(jī)，電機(jī)正反轉(zhuǎn)帶動左右兩側(cè)閥體內(nèi)活塞上下運(yùn)動，活塞上裝中間裝有彈簧，活塞兩頭裝有O型圈;通過移動活塞實現(xiàn)閥門開啟/關(guān)閉;這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是切換速度快，返應(yīng)迅速，但也存在一定的缺陷：

1.電機(jī)力矩小，壓縮活塞運(yùn)動阻力大，電機(jī)會發(fā)熱，甚至燒壞電機(jī)，力氣偏小造成活塞下壓行程不夠，存在串油或漏油的問題;

2.管路通經(jīng)小轉(zhuǎn)換時間長，油品不好或油路有臟污，容易造成O形圈密封不好，存在漏油或串油的現(xiàn)象;

為了更好解決上述問題，結(jié)合汽車電子智能控制的發(fā)展趨勢;一種汽車自動控制電機(jī)式油箱轉(zhuǎn)換閥系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生;

2 新型電機(jī)式油箱轉(zhuǎn)換閥系統(tǒng)組成

圖3和圖4是電機(jī)式油箱轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的組成：從產(chǎn)品外部看包括上閥體 （1）、下閥體 （2）、電源及信號插頭（3）、管路接頭 （4）;

產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包括：橡膠減震墊（5）、高速直流電機(jī)（6）、電機(jī)固定板（7）、密封墊（8）、齒輪（9）、螺釘（10）、定位銷釘（11）、堵塊密封墊（12）、堵塊（13）、蓋板（14）、球閥（15）、球閥密封墊（16）、連接軸1（17）、連接軸2（18）、連接軸密封墊（19）、齒輪傳動塊（20）、軸套（21）、磁鐵（22）、霍爾傳感器（23）、線路板組件（24）;

功能部件說明：：上閥體（1）和下閥體（2）為支撐和固定結(jié)構(gòu)，密封墊（8）為防水、防塵設(shè)計;電機(jī)（6）及齒輪（9）減速機(jī)構(gòu)組合固定在上閥體（1）上，球閥（15）材料為不銹鋼，主要起進(jìn)、出油和密封作用;球閥密封套（16）材料為聚四氟乙烯加碳纖維，主要起密封作用，堵塊密封墊（12）材料選用耐油和低溫的丁腈橡膠;連接軸1（17）和連接軸2（18）選用材料為不銹鐵，堵塊（13）為進(jìn)、出油通路，管路接頭（4）為黃銅材質(zhì)，通過螺紋和上閥體（1）連接，外部連接油管。

線路板組件是電機(jī)式油箱閥的核心：主要包括電源電路、信號輸入檢測、單片機(jī)控制電路、電源保護(hù)電路、信號輸出電路等。

3 新型電機(jī)式油箱轉(zhuǎn)換閥的工作原理

電機(jī)式油箱轉(zhuǎn)換閥主要包括電機(jī)傳動部分（圖5）和控制電路（6）兩部分

機(jī)械傳動部分：額定轉(zhuǎn)速12000r/min直流電機(jī)（6）、帶動齒輪9a、齒輪9b、齒輪9c、齒輪9d、齒輪9e、齒輪傳動塊（20）進(jìn)行減速傳動;整個組合的減速比為：44/13X43/16X47/12=35.6，機(jī)械效率為96%;減速后齒輪傳動塊（20）的額定轉(zhuǎn)速為350r/min;連接軸2（18）嵌套在齒輪傳動塊（20）中，連接軸2（18）帶動上下球閥（15）和連接軸（1）實現(xiàn)90°旋轉(zhuǎn);從而實現(xiàn)油路的通斷。另一方面齒輪傳動塊（20）同時帶動塑料齒輪9f實現(xiàn)90度旋轉(zhuǎn)，裝配固定在塑料齒輪9f的磁鐵（22）和霍爾傳感器（23）用于檢測主要油箱的位置，保證球閥（15）精準(zhǔn)實現(xiàn)0-90°角度的開啟;同時電機(jī)固定板（7）中也設(shè)有機(jī)械限位塊，也可以保證球閥處于正常偏轉(zhuǎn)角度范圍內(nèi)。

油路工作原理：主油箱閥口通過球頭給發(fā)動機(jī)供油，多余的油通過球閥回流到主油箱，同時，副油箱閥口的球閥關(guān)閉，兩邊有密封套和密封圈進(jìn)行密封，密封材料采用聚四氟乙烯加碳纖維，具有耐油耐介質(zhì)、熱穩(wěn)定性好耐高低溫、彈性變形小等優(yōu)點(diǎn);同時在轉(zhuǎn)軸和堵塊上設(shè)有多重密封結(jié)構(gòu)可以保證主副油箱的油不串油、不漏油;當(dāng)電機(jī)帶動轉(zhuǎn)動90度時，副油箱供油，主油箱關(guān)閉;

控制電路原理圖：外部直流電源輸入到線路板電源電路中，主要包括電源濾波電路（用于防止電磁干擾）、內(nèi)部通過電感和電容、TVS、二極管組合實現(xiàn)。電源電路上還包括降壓電路24V轉(zhuǎn)5V，輸出5V電壓給單片機(jī)MCU供電。同時電源電路上設(shè)有過載保護(hù)，有效提升電機(jī)壽命。信號輸入部分，油箱閥設(shè)有自動和手動模式，手動模式下油箱閥執(zhí)行一次重主油箱到副油箱再到主油箱的過程;而開關(guān)處于自動模式下，需要根據(jù)傳感器檢測外部環(huán)境溫度、點(diǎn)火開關(guān)信號、油量信號來判斷油箱閥電機(jī)是否需要開啟，例如當(dāng)傳感器檢測到汽車室外溫度低于0度時，信號輸入給單片機(jī)電路，單片機(jī)輸出信號驅(qū)動繼電器;繼電器輸出帶動電機(jī)旋轉(zhuǎn)90度;實現(xiàn)發(fā)動機(jī)由副油箱供油（-35℃）;此時發(fā)動機(jī)可以正常啟動，發(fā)動機(jī)啟動后會對主油箱供油管路進(jìn)行加熱處理，發(fā)動機(jī)啟動行駛10分鐘（時間可以調(diào)）自動切換成副油箱供油;同時工作副油箱位置燈點(diǎn)亮，蜂鳴器間歇響三次。

4 新型電機(jī)式油箱閥的優(yōu)點(diǎn)

新型電機(jī)式油箱轉(zhuǎn)換閥較現(xiàn)有的油箱轉(zhuǎn)換閥對比有以下優(yōu)勢：

1.增加延時回油功能，有效解決了發(fā)動機(jī)油箱串油的問題;

2.采用高速電機(jī)多級齒輪減速機(jī)構(gòu)，具有轉(zhuǎn)換時間短（小于50ms）、輸出力矩大，對電機(jī)電路進(jìn)行了過壓和短路保護(hù)，延長了油箱閥使用壽命。

3.內(nèi)部采用不銹鋼球閥大通徑設(shè)計，流量大、防腐性好！能有效帶走油路中存在的少量雜質(zhì)，有效避免密封處堵塞造成漏油現(xiàn)象。

4.增加主副油箱位置指示、主副油箱延時切換提示;使用起來更直觀更方便。

5 結(jié)論

本新型電機(jī)式油箱轉(zhuǎn)換閥能有效解決現(xiàn)有市場上油箱轉(zhuǎn)換閥或燃油轉(zhuǎn)換閥存在的電機(jī)使用壽命短、容易串油漏油、操作不便、油箱轉(zhuǎn)換過程不直觀等弊端;從結(jié)構(gòu)上、材料上、控制方式上進(jìn)行了提升，內(nèi)部電路采用單片機(jī)控制，結(jié)合外部傳感器信號，可以實現(xiàn)油箱閥的自動轉(zhuǎn)換、電機(jī)的自動啟停。真正做到智能自動！同時增加了工作指示和蜂鳴報警，有效提升駕駛的安全性和舒適性，代表油箱轉(zhuǎn)換閥今后的發(fā)展方向。

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