胡子健，張興嬌

（萍鄉(xiāng)學院機械電子工程學院，337000）

渦輪增壓器廢氣旁通換向電磁閥優(yōu)化設計與分析

胡子健，張興嬌

（萍鄉(xiāng)學院機械電子工程學院，337000）

本文以渦輪增壓器中的廢氣旁通換向電磁閥為例，對該電磁閥的優(yōu)化設計問題進行了分析，首先對廢氣旁通換向電磁閥進行了概述，繼而從整體設計以及電磁鐵的優(yōu)化設計兩個角度對其優(yōu)化設計過程進行了討論，最后研究了其在未來的發(fā)展方向，目的在于使其在應用過程中存在的問題能夠被有效的解決，達到增加發(fā)動機輸出功率的目的，為渦輪增壓器性能的改善帶來更大的價值。

渦輪增壓；廢氣旁通換向電磁閥；優(yōu)化設計；電磁鐵

0　前言

將廢氣旁通換向電磁閥應用到渦輪增壓器的運行過程中，能夠?qū)崿F(xiàn)對增壓壓差和大氣壓力差的有效控制，從而調(diào)節(jié)廢氣門的開度，達到調(diào)節(jié)進氣壓力值得目的。而廢氣旁通換向電磁閥的性能影響對渦輪增壓器功能的發(fā)揮效果均能夠產(chǎn)生重要影響，因此，為使后者能夠得到改善，必須針對廢氣旁通換向電磁閥進行優(yōu)化，本文主要從電磁閥本身以及電磁鐵參數(shù)兩個角度出發(fā)實現(xiàn)優(yōu)化設計過程。

1　廢氣旁通換向電磁閥概述

電磁閥的種類有很多，廢氣旁通換向電磁閥屬于其中一種。目前，主要應用于車用發(fā)動機的電控廢氣渦輪增壓系統(tǒng)中，實現(xiàn)了對渦輪增壓器增壓壓力的控制。廢氣旁通換向電磁閥中包含著諸多構(gòu)建，其中電磁鐵是其功能實現(xiàn)的核心，其構(gòu)成情況如下：

在圖1中，1代表殼體組件；2代表線圈；3代表隔磁環(huán)；4代表銜鐵；5代表固定軸；6代表導向套環(huán)。

圖1　電磁鐵構(gòu)成圖

2　廢氣旁通換向電磁閥優(yōu)化設計

2.1廢氣旁通換向電磁閥整體優(yōu)化設計

廢氣旁通換向電磁閥的性能與多方面因素存在聯(lián)系，因此，對廢氣旁通換向電磁閥整體進行優(yōu)化設計，需要通過對大量參數(shù)的分析來實現(xiàn)。文章本部分主要以閥芯質(zhì)量以及阻尼系數(shù)等參數(shù)主，對其優(yōu)化設計過程進行了分析。

2.1.1對目標函數(shù)的確定

廢氣旁通換向電磁閥的優(yōu)化需要在確定一定的目標的情況下實現(xiàn)，通過對廢氣旁通換向電磁閥本身的特點以及渦輪增壓器對其功能的要求的綜合考慮，最終確定了優(yōu)化目標函數(shù)，如下：

目標函數(shù)中不同參數(shù)代表不同的意義，在優(yōu)化設計過程中，需要以上述目標函數(shù)為出發(fā)點以及立足點來實現(xiàn)。

2.1.2優(yōu)化設計過程

在上述目標函數(shù)下，為使廢氣旁通換向電磁閥整體能夠得到優(yōu)化設計，需要從多角度入手來實現(xiàn)，其中對約束條件的優(yōu)化以及對遺傳算法的優(yōu)化都屬于非常重要的內(nèi)容。

首先，在對約束條件進行優(yōu)化的過程中，需要對阻尼系數(shù)等

其次，在對遺傳算法進行優(yōu)化的過程中，需要從相應目標函數(shù)的優(yōu)化過程入手。遺傳算法的意義在于提高整個優(yōu)化設計過程的準確性，同時在使用過程中也具有簡單方便的特點，因此有必要將其應用于廢氣旁通換向電磁閥的優(yōu)化設計過程中。為進一步提高遺傳算法的精確度，需要設置多組算法全局變量，通過對這一方法的利用，能夠使各組所得出的數(shù)值實現(xiàn)對比，進而得出最優(yōu)的方案。

2.2電磁鐵優(yōu)化設計

2.2.1設計方法的選擇

在電磁鐵的優(yōu)化設計過程中，對設計方法的選擇十分重要，對此，可以通過兩種理論來實現(xiàn)：一為磁路方面的理論，二為磁場方面的理論。兩種理論各有其優(yōu)勢，同時也都具有一定的缺陷。本文主要應用了磁場的方式對優(yōu)化設計過程進行了分析。

2.2.2優(yōu)化設計過程

電磁力的強弱往往決定著廢氣旁通換向電磁閥的電磁鐵的使用效果，因此，為使其使用效果能夠得到提高，必須對其電磁力展開設計。電磁力設計方程如下：

在這一方程中，不同的未知數(shù)代表的意義也不盡相同，以W為例，其主要代表磁場中的總能量。在對方程進行應用的過程中，必須對每一項參數(shù)進行了解與確定，這樣才能更好的得出電磁力的最終結(jié)果。

在轉(zhuǎn)變了電磁閥結(jié)構(gòu)之后，通過一系列的計算發(fā)現(xiàn)，電磁力相對于結(jié)構(gòu)未改變之前得到了很大程度的提高，且與電流之間一直呈比例的方式而存在。在前者達到1000毫安時，后者的數(shù)值能夠達到最大。為使電磁鐵的性能能夠得到改善，可以通過對這一優(yōu)化設計結(jié)果的應用來實現(xiàn)。

3　廢氣旁通換向電磁閥未來的發(fā)展方向

從長遠發(fā)展的角度看，廢氣旁通換向電磁閥的發(fā)展不會僅僅止步于此，通過對計算機技術(shù)等一系列先進技術(shù)的應用，廢氣旁通換向電磁閥在控制增壓壓力和大氣壓力差的效果還能夠得到進一步的提高，同時通過對相應故障預警系統(tǒng)的設計，在其出現(xiàn)故障時也能夠被及時的發(fā)現(xiàn)并解決，這是廢氣旁通換向電磁閥未來主要的發(fā)展方向，同時也是渦輪增壓器性能進一步提高的主要途徑。

4　結(jié)論

綜上，在渦輪增壓器中，廢氣旁通換向電磁閥的功能在于實現(xiàn)增壓壓力的自動調(diào)節(jié)。鑒于目前廢氣旁通換向電磁閥在實現(xiàn)壓力調(diào)節(jié)方面存在的實時性無法得到保證的問題，對其進行優(yōu)化設計開始變得十分必要。具體過程需要通過電磁閥整體的優(yōu)化設計與電磁鐵的優(yōu)化設計兩個方面來實現(xiàn)，兩者在優(yōu)化過程方面存在差別。為提高渦輪增壓器的性能，將上述優(yōu)化設計結(jié)果應用到廢氣旁通換向電磁閥的具體設計過程中能夠起到較大的支持。

［1］彭成成，李德剛，韓曉梅等.廢氣渦輪增壓器旁通閥開度優(yōu)化研究［J］.科學技術(shù)與工程，2014，19：233-237.

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The turbocharger exhaust bypass the reversing solenoid valve optimization design and analysis

Hu Zijian，Zhang Xingjiao
（Pingxiang College of Mechanical and Electronic Engineering，337000）

In this paper，based on the exhaust turbocharger bypass the reversing solenoid valve as an example，the optimization of the electromagnetic valve design problems are analyzed，and the first to exhaust bypass the reversing solenoid valve were summarized， and then from the overall design and the optimal design of the electromagnet two angles for the optimization design process are discussed，finally studied the direction of development in the future，the purpose is to make it in the application process， the problems can be resolved effectively achieve the purpose of increase engine power output，to improve the performance of the turbocharger to bring more value

Turbocharging；Exhaust gas bypass the reversing solenoid valve；Optimization design；electromagnet

課題級別：市級課題

審批部門：萍鄉(xiāng)市科技局

課題編號：2015GY056

課題名稱：渦輪增壓器廢氣旁通換向電磁閥2015年萍鄉(xiāng)市指導性科技計劃項目一系列參數(shù)進行應用，通過一系列的計算過程，能夠最終得出優(yōu)化參數(shù)，結(jié)合廢氣旁通換向電磁閥的實際情況，可以將優(yōu)化參數(shù)的取值控制在一定范圍內(nèi)，繼而完成整個優(yōu)化設計工作。最終所得出的優(yōu)化后的約束條件方程如下：