一种新型商用车电机式油箱转换阀研究

陈振华

摘 要：本项目研究的是一种具有自动转换的电机式油箱转换系统，包括油箱转换阀、控制电路、配合外部传感器能够解决汽车在两个油箱之间进行自动切换，有效提升转换效率;主副油箱转换阀用于汽车油路的控制，当车辆在低温情况下油路冻住无法用普通0#柴油起动时，需要通过主副油箱转换阀将油路切换至耐低温油箱，以确保汽车正常启动、行驶及续航。同时也适用同一种柴油的主副油箱间转换已提升汽车续航能力。但现有主副油箱转换阀仅能进行手动转换操作，操作不方便，管路存在串油等缺陷。本项目研究的是实现主副油箱自动的切换。是汽车实现智能电子供油系统的必然趋势和最佳解决方案，可用于商用车重卡、轻卡等领域。

关键词：油箱转换阀 控制器 传感器 汽车智能电子

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 技術背景

现有商用车重卡和轻卡上一般会配有两种不同柴油，即主油箱使用的0#柴油;副油箱使用的是-35℃低温柴油。如果在寒冷地区使用0#柴油，柴油会因为低温会凝固而无法流动;所以汽车在启动时发动机进油管道必须使用副油箱中-35℃的低温柴油，待车辆正常启动行驶后发动机升温，对主油箱油管回路进行加热升温;车辆行驶一段时间后通过油箱转换阀转换至主油箱供油，同时关闭副油箱供油回路，当车辆夜间熄火后再次接通接通副油箱，关闭主油箱为下一次低温环境下启动做准备。

油箱转换阀是商用车油路中的重要部件，一般有六个端口（分别定义为发动机进油口、发动机回油口、主油箱进油口、主油箱回油口、副油箱进油口、副油箱回油口）的通断装置，相当于一个两位六通阀。燃油从油箱内经过燃油传感器进入燃油转换阀，从转换阀流经粗滤器进入发动机，发动机回油先流入燃油转换阀，再流回油箱实现双油箱供油系统。

现有的切换阀结构比较简单;多数采用手动切换阀（图1）。存在切换效率低、稳定性差、使用寿命短等问题;目前市场也出现一些电机式油箱转换阀（图2），其工作原理是通过控制一个直流电机，电机正反转带动左右两侧阀体内活塞上下运动，活塞上装中间装有弹簧，活塞两头装有O型圈;通过移动活塞实现阀门开启/关闭;这种结构的优点是切换速度快，返应迅速，但也存在一定的缺陷：

1.电机力矩小，压缩活塞运动阻力大，电机会发热，甚至烧坏电机，力气偏小造成活塞下压行程不够，存在串油或漏油的问题;

2.管路通经小转换时间长，油品不好或油路有脏污，容易造成O形圈密封不好，存在漏油或串油的现象;

为了更好解决上述问题，结合汽车电子智能控制的发展趋势;一种汽车自动控制电机式油箱转换阀系统应运而生;

2 新型电机式油箱转换阀系统组成

图3和图4是电机式油箱转换系统的组成：从产品外部看包括上阀体 （1）、下阀体 （2）、电源及信号插头（3）、管路接头 （4）;

产品内部结构主要包括：橡胶减震垫（5）、高速直流电机（6）、电机固定板（7）、密封垫（8）、齿轮（9）、螺钉（10）、定位销钉（11）、堵块密封垫（12）、堵块（13）、盖板（14）、球阀（15）、球阀密封垫（16）、连接轴1（17）、连接轴2（18）、连接轴密封垫（19）、齿轮传动块（20）、轴套（21）、磁铁（22）、霍尔传感器（23）、线路板组件（24）;

功能部件说明：：上阀体（1）和下阀体（2）为支撑和固定结构，密封垫（8）为防水、防尘设计;电机（6）及齿轮（9）减速机构组合固定在上阀体（1）上，球阀（15）材料为不锈钢，主要起进、出油和密封作用;球阀密封套（16）材料为聚四氟乙烯加碳纤维，主要起密封作用，堵块密封垫（12）材料选用耐油和低温的丁腈橡胶;连接轴1（17）和连接轴2（18）选用材料为不锈铁，堵块（13）为进、出油通路，管路接头（4）为黄铜材质，通过螺纹和上阀体（1）连接，外部连接油管。

线路板组件是电机式油箱阀的核心：主要包括电源电路、信号输入检测、单片机控制电路、电源保护电路、信号输出电路等。

3 新型电机式油箱转换阀的工作原理

电机式油箱转换阀主要包括电机传动部分（图5）和控制电路（6）两部分

机械传动部分：额定转速12000r/min直流电机（6）、带动齿轮9a、齿轮9b、齿轮9c、齿轮9d、齿轮9e、齿轮传动块（20）进行减速传动;整个组合的减速比为：44/13X43/16X47/12=35.6，机械效率为96%;减速后齿轮传动块（20）的额定转速为350r/min;连接轴2（18）嵌套在齿轮传动块（20）中，连接轴2（18）带动上下球阀（15）和连接轴（1）实现90°旋转;从而实现油路的通断。另一方面齿轮传动块（20）同时带动塑料齿轮9f实现90度旋转，装配固定在塑料齿轮9f的磁铁（22）和霍尔传感器（23）用于检测主要油箱的位置，保证球阀（15）精准实现0-90°角度的开启;同时电机固定板（7）中也设有机械限位块，也可以保证球阀处于正常偏转角度范围内。

油路工作原理：主油箱阀口通过球头给发动机供油，多余的油通过球阀回流到主油箱，同时，副油箱阀口的球阀关闭，两边有密封套和密封圈进行密封，密封材料采用聚四氟乙烯加碳纤维，具有耐油耐介质、热稳定性好耐高低温、弹性变形小等优点;同时在转轴和堵块上设有多重密封结构可以保证主副油箱的油不串油、不漏油;当电机带动转动90度时，副油箱供油，主油箱关闭;

控制电路原理图：外部直流电源输入到线路板电源电路中，主要包括电源滤波电路（用于防止电磁干扰）、内部通过电感和电容、TVS、二极管组合实现。电源电路上还包括降压电路24V转5V，输出5V电压给单片机MCU供电。同时电源电路上设有过载保护，有效提升电机寿命。信号输入部分，油箱阀设有自动和手动模式，手动模式下油箱阀执行一次重主油箱到副油箱再到主油箱的过程;而开关处于自动模式下，需要根据传感器检测外部环境温度、点火开关信号、油量信号来判断油箱阀电机是否需要开启，例如当传感器检测到汽车室外温度低于0度时，信号输入给单片机电路，单片机输出信号驱动继电器;继电器输出带动电机旋转90度;实现发动机由副油箱供油（-35℃）;此时发动机可以正常启动，发动机启动后会对主油箱供油管路进行加热处理，发动机启动行驶10分钟（时间可以调）自动切换成副油箱供油;同时工作副油箱位置灯点亮，蜂鸣器间歇响三次。

4 新型電机式油箱阀的优点

新型电机式油箱转换阀较现有的油箱转换阀对比有以下优势：

1.增加延时回油功能，有效解决了发动机油箱串油的问题;

2.采用高速电机多级齿轮减速机构，具有转换时间短（小于50ms）、输出力矩大，对电机电路进行了过压和短路保护，延长了油箱阀使用寿命。

3.内部采用不锈钢球阀大通径设计，流量大、防腐性好！能有效带走油路中存在的少量杂质，有效避免密封处堵塞造成漏油现象。

4.增加主副油箱位置指示、主副油箱延时切换提示;使用起来更直观更方便。

5 结论

本新型电机式油箱转换阀能有效解决现有市场上油箱转换阀或燃油转换阀存在的电机使用寿命短、容易串油漏油、操作不便、油箱转换过程不直观等弊端;从结构上、材料上、控制方式上进行了提升，内部电路采用单片机控制，结合外部传感器信号，可以实现油箱阀的自动转换、电机的自动启停。真正做到智能自动！同时增加了工作指示和蜂鸣报警，有效提升驾驶的安全性和舒适性，代表油箱转换阀今后的发展方向。

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