直动式溢流阀：原理与应用

图5-48所示为锥阀式（还有球阀式和滑阀式）直动型溢流阀。当进油口p从系统来的燃油压力不高时，阀芯2被调压弹簧3紧压在阀体1的锥形阀口上，阀口关闭。当进口油压上升到能克服弹簧的预紧力时，便推开锥阀芯使阀口开启，高压燃油经过进油口p、锥形阀口，流入阀体，再从泄油口T，流回低压油箱，进油压力就不会继续升高了。调压螺钉4，可以改变调压弹簧的预紧力，从而调整溢流阀的开启压力。

当溢流阀稳定工作时，阀芯保持在一个与溢流量相应的开口位置，此时阀芯下端的压力为pA（p为进油口压力，A为阀芯下高压油液的作用面积），它与阀芯上端的此阀芯开口位置的调压弹簧力F_s平衡，这样进油口压力基本保持在某一数值上，这就是直动式溢流阀的工作原理。

图5-48 直动式溢流阀的结构

1—阀体 2—锥阀芯 3—弹簧 4—调压螺钉

直动式溢流阀是靠进油腔的燃油压力直接作用在阀芯上与调压弹簧相平衡，来控制阀芯的启闭动作，如果通过溢流阀的流量比较大或工作压力比较高时，阀芯的直径也相应的要加大，从而使溢流阀的结构尺寸加大，而且因为工作压力比较高，或流量比较大时，相应的调压弹簧的刚度也要求比较大，因此调压困难，调压偏差也进一步加大。因此直动式溢流阀只适应与小流量的工况。但是直动式溢流阀结构简单灵敏度高。所以在高压共轨喷油系统中常用作安全阀或限压阀，保护系统的安全运行，不要发生事故。图5-49所示为BOSCH公司的限压阀和电装公司的限压阀。

图5-49 BOSCH公司和电装公司的限压阀

a）电装公司的限压阀 1—高压燃油进口 2—锥阀芯 3—燃油通道 4—锥阀芯的导向部分 5—弹簧 6—限位块 7—阀体 8—限位块上的回油口 9—燃油出口 b）BOSCH公司的限压阀 1—阀座 2—阀芯 3—回油口 4—阀座固定块 5—弹簧 6—垫块

1.直动式溢流阀的压力—流量特性

当溢流阀稳定工作时，作用在阀芯上的力应该处于平衡状态。如果忽略摩擦力、液动力和重力，阀芯的受力平衡方程为

pA=F_s

式中 p——直动式溢流阀进油口处的燃油压力；

A——阀芯下高压燃油的作用面积；

F_s——调压弹簧的作用力，F_s=k（x₀+x）。

所以

式中 k——调压弹簧的刚度；

x₀——溢流阀的阀芯开口为零时调压弹簧的预压缩量；

x——溢流阀的阀芯开口量。

可见直动式溢流阀进油口处的压力由弹簧力决定，由上式可知溢流阀的进口压力基本上保持稳定。实际上，当弹簧调整好后，溢流阀的进油口压力还会发生微小的变化，因为阀芯的开口量x的变化将影响到弹簧的作用力和作用在阀芯上的稳态液动力。

当溢流阀刚开始溢流（x=0）时，此时进口处的压力p。称为溢流阀的开启压力。

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当溢流量增加时，阀口的开度加大，进油口压力亦增大。当溢流阀通过额定流量时，阀芯上升到相应的位置，这时进口处的压力p_T称为溢流阀的调定压力或全流压力。全流压力和开启压力之差称为静态调压偏差，而开启压力与全流压力之比称为开启比。溢流阀的开启比越大，它的静态调压偏差就越小，所控制的系统的压力便越稳定。

直动式溢流阀溢流时通过阀口的流量，按照圆锥形阀芯来考虑如图5-50所示，设阀口直径为d；当溢流阀稳定溢流时，阀口开度为x，阀口前后压力为分别p和p₂。将式（5-57）、式（5-58）相减，可得阀口开度x的表达式

锥形阀口流通截面面积，可以近似为

A_T=πdxsinϕ

将式（5-59）代入则有

式中 ϕ——阀芯的半锥角。

图5-50 锥形阀芯的受力分析

再将式（5-60）代入阀口的流量计算公式可得

此即直动式溢流阀的压力——流量特性方程。根据它画出的曲线称为压力——流量特性曲线，如图5-51中曲线1所示。溢流阀理想的压力——流量特性曲线是一条在p_T处平行于流量坐标的直线，即仅在进油腔的压力达到p_T时，溢流阀才溢流，并且不论溢流量是多少，进口压力始终保持p_T不变。实际中溢流阀的特性不可能达到理想的情况，只能尽量接近这条理想曲线。

对溢流阀来说，希望阀的进口压力保持常数不变，从式（5-57）可以看出：选用弹簧的刚度越大，一定的开口变化量相对应的压力变化就大，而选用的弹簧刚度越小，一定的开口变化量相对应的压力变化就小，这样阀的压力——流量特性就越好。另外，溢流量小时，调压偏差也不大，所以直动式溢流阀只能用在低压或小流量场合。而且，溢流阀的阀芯在工作时会受到摩擦力的影响，并且摩擦力的方向与阀芯的运动方向相反，因此溢流阀在工作时出现粘滞现象，使阀的开启特性和关闭特性从在差异。图5-51中的曲线2表示的是先导式溢流阀的压力——流量特性，显然先导式溢流阀的压力——流量比较好，但是由于其结构复杂，体积大，而且响应比较慢，所以高压共轨喷油系统中未见应用。

图5-51 溢流阀的压力—流量特性

1—直动式 2—先导式

2.直动式溢流阀在高压共轨喷油系统中的应用

1）作溢流阀，正常工作时溢流阀处于常开状态，使系统压力基本保持稳定。如高压共轨喷油系统的低压输油泵输出压力的调节和控制。

2）作安全阀，正常工作时溢流阀处于常闭状态，当系统压力超载时。压力上升，超过溢流阀的调定压力时，溢流阀开启，油液流回油箱，防止系统过载，保持系统安全，这时的溢流阀称为安全阀。如高压共轨喷油系统的共轨管上安装的限压阀。

3）作背压阀，接在低压回油路上，形成一定的回油阻力。图5-12中采用CP1H3型高压油泵的高压共轨喷油系统中的喷油器回油路上的回油阀，即溢流阀作背压阀。