渦輪增壓器廢氣旁通換向電磁閥優(yōu)化設(shè)計與分析

胡子健，張興嬌

（萍鄉(xiāng)學(xué)院機械電子工程學(xué)院，337000）

渦輪增壓器廢氣旁通換向電磁閥優(yōu)化設(shè)計與分析

胡子健，張興嬌

（萍鄉(xiāng)學(xué)院機械電子工程學(xué)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(shè)計問題進(jìn)行了分析，首先對廢氣旁通換向電磁閥進(jìn)行了概述，繼而從整體設(shè)計以及電磁鐵的優(yōu)化設(shè)計兩個角度對其優(yōu)化設(shè)計過程進(jìn)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(yīng)用過程中存在的問題能夠被有效的解決，達(dá)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(shè)計；電磁鐵

0　前言

將廢氣旁通換向電磁閥應(yīng)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(dá)到調(diào)節(jié)進(jìn)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(jìn)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(shè)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(yīng)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(dǎo)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(shè)計

2.1廢氣旁通換向電磁閥整體優(yōu)化設(shè)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(jìn)行優(yōu)化設(shè)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(shè)計過程進(jìn)行了分析。

2.1.1對目標(biāo)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(biāo)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(biāo)函數(shù)，如下：

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

2.1.2優(yōu)化設(shè)計過程

在上述目標(biāo)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(shè)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(jìn)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(jìn)行優(yōu)化的過程中，需要從相應(yīng)目標(biāo)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(shè)計過程的準(zhǔn)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(yīng)用于廢氣旁通換向電磁閥的優(yōu)化設(shè)計過程中。為進(jìn)一步提高遺傳算法的精確度，需要設(shè)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(jìn)而得出最優(yōu)的方案。

2.2電磁鐵優(yōu)化設(shè)計

2.2.1設(shè)計方法的選擇

在電磁鐵的優(yōu)化設(shè)計過程中，對設(shè)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(yīng)用了磁場的方式對優(yōu)化設(shè)計過程進(jìn)行了分析。

2.2.2優(yōu)化設(shè)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(shè)計。電磁力設(shè)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(jìn)行應(yīng)用的過程中，必須對每一項參數(shù)進(jìn)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(dá)到1000毫安時，后者的數(shù)值能夠達(dá)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(shè)計結(jié)果的應(yīng)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(yuǎn)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(jìn)技術(shù)的應(yīng)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(jìn)一步的提高，同時通過對相應(yīng)故障預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)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(jìn)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(jìn)行優(yōu)化設(shè)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(shè)計與電磁鐵的優(yōu)化設(shè)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(shè)計結(jié)果應(yīng)用到廢氣旁通換向電磁閥的具體設(shè)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(xué)技術(shù)與工程，2014，19：233-237.

［2］馬明芳.電控廢氣渦輪增壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理［J］. 汽車運用，2008，7：33-35.

［3］王旭平.電液比例閥用電磁鐵輸出特性的理論分析及試驗研究［D］.太原理工大學(xué)，2014.

［4］段志軍，李長莉，崔立輝，張樹桐，潘華.高空作業(yè)車比例電磁閥控制電路板的優(yōu)化設(shè)計［J］.中國修船，2010，06：20-23.

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(dǎo)性科技計劃項目一系列參數(shù)進(jìn)行應(yīng)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(shè)計工作。最終所得出的優(yōu)化后的約束條件方程如下：