汽車發動機的功率取決于活塞缸的數量和大小?這已成為歷史。如今,汽車的整體性能由電子發動機控制系統、渦輪增壓器或壓縮機決定。特別是渦輪增壓器,在其中更是起到至關重要的作用——自從1925年瑞士發明者制造出渦輪增壓器以后,發動機的性能已經得到了極大的提高。這個部件具有哪些特點,為什么它的重要性越來越高,使用電化學加工時具有哪些優勢?——有關渦輪增壓器的五個有趣的因素:
1.基本原理不變
該項發明已有約100年歷史,但其基本原理至今仍未改變。排出的廢氣流驅動渦輪機葉輪轉動,該渦輪機葉輪通過一條軸與另一個葉輪相連接。這個葉輪對吸入的新鮮空氣進行壓縮并壓入燃燒室內。此時可進行簡單計算:以這種方式進入燃燒室的空氣越多,燃燒過程中氧分子與燃料的碳氫化合物分子結合地越多——而這恰恰提供了更多的能量。
2.幾乎達到300,000轉
最后,通過渦輪增壓器可生成盡可能高的空氣壓力,從而達到最佳的效果。在實際情況下,通過渦輪增壓器可達到極高的功率參數:在現代化的發動機中,壓縮機轉子最高轉速甚至可以達到每分鐘290,000轉。此外,部件也會產生極高的溫度。因此,在渦輪增壓器上也有用于對增壓空氣進行水冷的接口或系統。總的來說:在這個部件的極小空間內匯集了四種不同的物質:高溫廢氣、冷增壓空氣、冷卻水和油(油溫不得過高)。
3.“電化學優勢”
在此前提條件下,渦輪增壓器的生產便成為汽車制造行業中最具挑戰性的任務之一。這不僅針對復雜的外殼,同樣也涉及渦輪軸。它們采用高性能材料制成,可以毫無問題地承受高達1000攝氏度的溫度。例如耐熱鑄鋼或Inconel合金材料。這些部件的加工通常包括從預銑到去毛刺的一整條工藝鏈。在此情況下,采用電化學工藝便可帶來極大的優勢(詳情請見此處)。舉例來說,使用這種工藝時,只需要一個重復步驟便可以完成渦輪增壓器軸的動平衡。而且不會對材料造成熱損壞,即使是最硬的材料,所帶來的刀具磨損也很小——與傳統切削工藝相比,這些都是極大的優勢。畢竟,Inconel等材料會造成刀具使用壽命縮短。
4.日益重要
渦輪增壓器的生產正變得越來越苛刻,這與汽車節能減排的大趨勢有關:許多內燃機的排量正在減小,但渦輪增壓器的壓縮卻可以使性能保持一致甚至提高。有趣的是,由于增加了渦輪增壓器和增壓冷卻器的重量,減排發動機的重量甚至超過了不采用減排設計的同類發動機。因此,研發人員開始縮減外殼壁厚以減輕重量,這反過來又進一步提高了其加工要求。
5.未來的挑戰
渦輪增壓仍是研發出節能、高效的發動機的關鍵技術。然而,各種技術趨勢也帶來新的挑戰。例如,現在越來越多地使用所謂的排氣再循環系統,即對一部分排氣進行冷卻、與增壓空氣混合并被送回到發動機中。這種排氣再循環 (EGR) 系統是用于降低柴油發動機排放的最重要的措施之一。因此,渦輪增壓器必須將更多空氣壓入燃燒室內,才能為其提供足夠的氧氣。許多制造商在此使用帶有兩個不同渦輪增壓器的兩級渦輪增壓系統。
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