GCH1 2FZ140BB100-NBB

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GCH1 2FZ140BB100-NBB

超磁滯伸縮材料與壓電晶體材料的應用為高速開關閥的研發提供了新的思路。瑞典用超磁致伸縮材料開發了一款高速燃料噴射閥。通過控制驅動線圈的電流，使超磁滯伸縮棒產生伸縮位移，直接驅動使閥口開啟或關閉，達到控制燃料液體流動的目的。這種結構省去了機械部件的聯接，實現燃料和排氣系統快速、精確的無級控制。超磁致伸縮材料對溫度敏感，應用時需要設計相應的熱抑制裝置和熱補償裝置。中國航天科技集團公司利用PZT材料鋯鈦酸鉛二元系壓電陶瓷的逆壓電效應，研發了一款由PZT壓電材料制作的超高速開關閥，如圖2所示。該閥在額定壓力10MPa下流量為8L/min，打開關閉時間均小于1.7 ms。壓電材料脆性大，成本高，輸出位移小，容易受溫度影響，因此其運用受到限制。浙江大學歐陽小平等與南京工程學院許有熊等就壓電高速開關閥大流量輸出和疲勞強度問題設計了新的結構，并進行了仿真與實驗分析。

美國Purdue大學研制了一種創新型的高速開關閥電-機械執行器EAC(Energy coupling actuator)，如圖3所示。其包括一個持續運動的轉盤和一個壓電晶體耦合裝置。轉盤一直在順時針運動，通過左右兩個耦合機構分時耦合控制主閥芯的啟閉。試驗表明5ms內達到2mm的輸出行程。

圖2 PZT高速開關閥結構示意圖Fig.2 Schematic diagram of PZT high-speed on/off valve

圖3 壓電EAC原理概念圖Fig.3 Piezo EAC concept

1.2 高速開關閥閥體結構優化與創新

高速開關閥常用的閥芯結構為球閥式和錐閥式。浙江大學周盛研究了不同閥芯閥體結構液動力的影響及補償方法。通過對閥口射流流場進行試驗研究，對流場內氣穴現象及壓力分布進行觀測和測量。美國BKM公司與貴州紅林機械有限公司合作研發生產了一種螺紋插裝式的高速開關閥(HSV)，使用球閥結構，通過液壓力實現銜鐵的復位，避免彈簧復位時由于疲勞帶來復位失效的影響。推桿與分離銷可以調節球閥開度，且具有自動對中功能。該閥采用脈寬調制信號(占空比為20%~80%)控制，壓力最高可達20MPa，流量為2~9L/min，啟閉時間≤3.5ms。該高速開關閥代表了國內產業化高速開關閥的先進水平，如圖4所示。

美國Caterpillar公司研發了一款錐閥式高速開關閥，如圖5所示。該閥的閥芯設計為中空結構，降低了運動質量，提高了響應速度與加速度。其將復位彈簧從銜鐵位置移動至閥芯中間部位，使得閥芯在尾部受到電磁力，中間部位受到彈簧回復力，在運動過程中更加穩定。但是此設計使得閥芯前后座有較高的同軸度要求，初始氣隙與閥芯行程調節較難，加工難度高，制造成本大。該閥開啟、關閉時間為1ms左右，目前已經在電控燃油噴射系統中得到運用。美國Sturman Industries公司開發了基于數字閥的電噴系統，其系統所用高速開關閥最小響應時間可達0.15ms。