图
2
增 量 数 字 式 水 液 压 流 量 阀 （豪 高 公 司
2008
年 产
品）
1-
步进电机；2-滚珠丝杠；3-节流阀阀芯；4-阀套；
5-
连杆；6-零位移传感器
达到欧Ⅱ标准，柴油发动机更困难。在此情况下，在
排放欧Ⅲ标准的强制要求下，凸轮轴驱动的柴油喷
射系统就完全要让位于共轨式柴油喷射系统。灵活
的电子控制系统对正时和喷射压力的控制，在发动
机各种情况下都能获得低排放与高效率。而控制这
一过程所采用的就是高速开关阀。由于这一控制过
程只有大约 3～6 ms，因此对高速开关阀的响应提出
了 0.1～0.2 ms 的要求。此时燃油压力可达 160-180
MPa
，所以油量可以满足要求。按液压技术可供压力
而言，这类阀可达到 1～8 L/min。液压高速开关阀用
于共轨燃油喷射系统仍在发展之中，1997 年博世公
司将其用于客车上，2005 年奔驰公司推出了第二代
共轨系统，双龙汽车融合第三代共轨喷射及可变截
面涡轮增压等技术，可达到欧Ⅳ标准。这将高速开关
阀推向了成熟的高度，并正向压电式共轨系统发展。
高速开关阀也正向磁致伸缩材料方向努力。目
前，为了工程应用，其外形与价格是应改进的。
图 1 是增量数字式先导溢流阀 (日本东京计器
公司)，图 2 是上海豪高机电科技有限公司（简称“豪
高公司”
），开发的增量数字式水液压流量阀,此阀的
特点是不仅用于水介质还具有位置反馈, 可提高阀
的频响。
2
高速开关阀元件设计与开发
数字阀元件是由液压阀体、电磁执行机构与驱
动放大器三大部分组成。
由于对高速开关数字阀的性能要求已在 ms 级
以下，因此这三大部分对于成功地实现最终的性能
都有影响，其中以电磁执行机构最为关键。
2.1
液压阀体
液压阀体目前主要采用二位二通阀，也有二位
三通阀，但后者的频响有所损失或在流量方面会受
到限制。因此，二位二通阀已成为高速开关阀的主要
阀种与关注点。
液压高速开关阀的设计与常规阀有些异同。由
于要追求高频响，因此阀芯的位移比常规阀要小，因
此其流量受到较大限制，目前一般在 10 L/min 以
下。
2.2
电磁执行机构
电磁执行机构对磁性材料的要求较高。为了使
铁芯的磁通密度 B 值上升得更快些，以更快地建立
使铁芯移动所需的吸力，这就必须选用具有低矫顽
力 Hc 高磁导率 μ 值，高电阻率 ρ 值的软磁合金材
料，以利更加快速磁化。1T12DY 软磁合金棒状材料
就是比较理想的一种。因为该材料具有超快高速开
关数字阀所要求的全部特殊物理性能，即同时具有
高磁导率、高电阻率、高磁通密度和低剩磁、低矫顽
力、低密度等特殊的物理性能。但是由于燃油共轨系
统中对高速开关数字阀的使用量大，因此阀的成本
敏感度越来越高。所以各种磁性材料的选择也是研
究的方向之一。
2.3
驱动放大器
驱动放大器对高速开关阀的性能也不可忽视。
一般都采用 PWM(脉寛调制)控制。目前各厂商都有
自己的控制策略。使用的电压也超过了液压控制技
术中的低电压概念。目前有的公司采用的电压最高
可达 90～110VDC。
3 高速开关阀应用实例
3.1
汽车燃油电喷的应用
图 3 是豪 高 公 司 研 发 的 应 用 于 汽 车 天 然 气
和高压共轨的电喷系列高速开关阀，其技术参
数见表 1。
图
3
电喷系列高速开关阀的应用
表
1
电喷数字阀技术参数
产品名称
轿 车 用 液 化 天
然 气 电 喷 数 字
阀
柴 油 机 燃 油 喷
嘴 试 验 台 用 数
字阀
技术参数
空 载 响 应 时 间 为 ０．０３￣０．１５ｍｓ； 压 力
１ＭＰａ 响应时间为 ０．０５￣０．２０ｍｓ。
空载响应 ０．２￣０．３ｍｓ。压力 ２８￣３０ＭＰａ，
流量 ２￣３ Ｌ／ｍｉｎ，响应时间为 １．５￣１．８ｍｓ，
２０ｍｍ 铁心吸力达到 ２２０Ｎ；８￣１０ Ｌ／ｍｉｎ；
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年第 2 期