初识高速开关阀

大家好，欢迎来到液压贼船！今天给大家介绍一个之前从没涉及过的话题——高速开关阀！目前用的比较多的行业是汽车行业，液压上也只是之前看过丹佛斯的一款数字泵，用到了高速开关阀，如下图所示。

高速开关阀采用PWM脉宽调制式数字信号控制，由螺线管式电磁铁作为电气——机械转换器，驱动液压阀芯工作，靠调节阀口开、关的时间比来改变阀的输出流量和压力。

它的结构简单、价格低廉（汽车上用的几十块一个，当然流量也非常小，如下图所示）、对污染不敏感、抗干扰能力强、功耗低。

下图是某车用ABS阀的内部结构图，别的常规的零件就不说了，稍微说明一下所谓端滤网和环滤网的作用。由于此类阀的安装空间很有限，所以将滤网都集成在阀体之上，如果是一个底进侧出的阀的话，那么底部的端滤网就可以看成常规液压系统中阀入口处的过滤器，而环滤网就可以看成是常规液压系统中阀出口处的过滤器。

还是这张图，电磁阀的线圈套在隔磁管的外面。

当线圈未通电时，推杆在复位弹簧的作用下处于上止位，此时阀口打开，也就说明这个阀是一个常开阀；

当给线圈通电后，推杆在电磁力的作用下处于下止位，此时阀口关闭。

为什么要拆解阀的动作，这是因为，高速开关阀本身就是工作在“开”与“关”的不断切换过程中，我们需要此类阀的开、关时间足够短，所以阀开与关的切换时间就是衡量高速开关阀性能的一个重要指标了。

我们这里主要从控制电压、线圈电流、阀芯位移这三者与时间曲线的角度，来拆解高速开关阀的动作。

实际上，高速开关阀的动作过程可以分为5个阶段，如下图所示。

图中U为控制电压信号，Tp为脉冲宽度（关于PWM相关的内容，可点击此处回看相关内容），T为脉冲周期，i为线圈电流，x为阀芯位移，t(on)=t(1)+t(2)为开启时间，t(off)=t(3)+t(4)为关闭时间.

当电磁铁通电后，由于电感的存在，线圈电流并不会瞬间上升至阀芯动作所需的电流大小，而是需要等一段时间才能达到开启电流i(on)，也就是图中电流曲线Ａ—Ｂ段。在此段时间内，电磁铁的推力并不足以克服阀芯的运动阻力，阀芯不会有动作。

当线圈电流达到i(on)后，电磁铁的推力就足够克服阀芯运动的阻力了，阀芯开始打开。

但随着铁芯位置的变化，线圈中会产生附加反电动势（铁芯位置变化导致磁场发生变化，线圈切割变化的磁场产生感应反电动势，反电动势阻止原电流的增长），导致线圈电流反而减小，电流曲线出现明显拐点B点，当到C点时阀芯完全打开（由阀芯位移曲线判断）。

因此, 从电磁铁通电到阀芯完全打开的这一段时间即为阀开启时间，即t(on)=t(1)+t(2)。

线圈电流变化到Ｃ点后，阀芯位移保持在x(m) , 此时阀芯保持不动，线圈电感不变，线圈电流开始缓慢增加，直到电磁铁断电，也就是图中的Ｄ点。

电磁铁断电后，信号电压突变为零，但由于电感的存在，使线圈电流不能迅速减小为零，阀芯复位弹簧力不足以克服电磁铁的推力，阀芯没有动作。

随着线圈电流的减小，复位弹簧力足以克服由复位剩余电流产生的电磁阻力及阀芯动作的摩擦阻力时，阀芯开始动作，并推动铁芯运动。由于铁芯运动，导致线圈感生的电动势阻止线圈内原电流的减小，使线圈电流曲线出现又一拐点(Ｅ点)，到Ｆ点后，阀芯则完全关闭，铁芯停止运动，感生电动势变为零，线圈电流也迅速衰减为零。

上述高速开关阀的动作过程拆解，不仅有助于您了解高速开关阀的工作原理，也可以帮助您快速构建电磁阀的测试体系。