受汽车体积限制，气动系统中储存气体的气罐容积有限，同时为了追求汽车的更远的行程，追求储存更大质量的压缩空气，所以压缩空气必须以超高压形式储存，再在在低压环境下进行做功[3]。

这就需要用到减压装置了，传统的减压装置的工作原理是通过收缩流道截面的节流减压，这种减压方式损失较大、利用率低，不符合车载的使用要求。 为了高压气动动力系统能够实用，效能更高的减压系统，容积膨胀减压系统（SER)便应运而生了[4]。

以开关阀代替节流阀降低高压气体压力。在开关的通断时间长度的控制下，将空气充入膨胀罐中，压缩空气在膨胀罐中膨胀，减少了空气压力。

    容积膨胀减压系统（SER)如图1.1所示。

图1.1    容积膨胀减压系统（SER）示意图

决定高压气体容积膨胀减压控制系统是否可以工作的关键就是确保高压气动开关阀能正常工作以起到控制作用。为了使高压气体容积膨胀减压控制系统可靠的工作，达到提升系统能量利用效率的目标，我们需要研制可靠地高压气动开关阀。

目前国内外现有的常规气动系统的开关控制阀一般只能应用于压力低于1.0MPa的场合。所谓的高压气动开关控制阀也只能应用于系统压力低于3.0MPa的气动系统中，而且主要用于小流量控制；高于3.0MPa的大流量高压气动开关阀产品国内还少有应用[5]。

1.2  阀体结构及工作原理研究现状

    为了满足不同的设计条件及工况，选择一个合理的阀体流道结构和工作原理是十分重要的。不同的结构和工作原理可能使得阀体性能相差甚远。

图1.2  Sortex 公司所设计的 PZT 型高速开关阀结构简图

    图1.2 中舒适为Sortex 公司的PZT型高速开关阀结构简图。P为进气口，A为出气口。PZT即为压电陶瓷，该材料在形变时两端面间会产生电压，反之在其两端施加电压也会使材料变形。

其工作原理为：在压电陶瓷两端施加电压，迫使隔膜克服上下压力差上移，被封住的阀口A被打开。撤去压电材料的驱动电压，隔膜在压差作用下使阀口A重新封闭。

该阀体由于其独特的简单结构和PZT材料阀芯，响应速度远远高于常规开关阀，最高频响可达1000Hz。该阀的设计创新性的使用了压电材料，有着诸多优点，在响应特性上表现尤其突出，然而在大流量和气源压强的方面就明显不足。

图1.3是贾光政[6]等人设计的先导式高压气动开关控制阀。锥阀芯下方的进气口1与气源联接，侧面的出气口2和管线与容积膨胀减压装置联接，该阀有内控型与外控型两种工作方式。

图1.4为先导电磁阀的具体结构。

内控型的工作原理是:通电后，电磁先导阀阀芯左移，流道畅通，锥阀芯上部腔室与气源接通，气压等同于气源，由于设计时锥阀芯上部有效作用面积大于下部，便在阀芯上产生了一个向下的压力，锥阀芯在压力和弹簧力的作用下抵消密封副的摩擦阻力，将锥阀压下，阀

芯与阀座严密接合，切断流道，将开关阀关闭。若电磁先导阀阀芯右移，锥阀芯上部腔室与气源间的通道被切断，反而联通3号卸压口与大气相通，腔内气体排出后，锥阀芯上腔

图1.3  先导式高压气动开关控制阀

图1.4  先导电磁阀具体结构

内气体压强为大气压强，而下腔室与气源相通，压强远大于大气压，便在阀芯上产生了一个向上的压力，在该力作用下阀芯抵消弹簧力和密封副的摩擦阻力向上移动，阀芯与阀座分开，开关阀打开，主流道畅通，高压气体流入膨胀减压罐。 高压气体大流量开关阀设计与分析(2):http://www.chuibin.com/jixie/lunwen_205535.html