重型汽车中冷器开裂问题研究

重型汽车中冷器开裂问题研究

李忠根 

中国石油运输有限公司黑龙江分公司 黑龙江省哈尔滨市  150036

摘要：分析了重型车辆中冷器频繁开裂和高故障率的问题，并提出了解决办法。本文提出了有针对性的优化方案，方法是在拆卸后对故障部件进行采样，分析中冷器开裂的原因，利用CFD仿真，并通过台架对比试验证明该方案的有效性。

关键词：中冷器；开裂；除水

前言

废气涡轮增压技术可以增加发动机功率和扭矩。但是，由于废气的导热性和增压器的压缩功率，压缩机出口处压缩空气温度上升，直接影响发动机的充气效率，导致发动机功率和经济性下降。中冷器的作用是降低增压器压缩空气温度，可以提高空气密度，增加发动机功率输出。从中可以看出，中冷器是保证发动机可靠高效运行的重要组成部分。中冷器散热器管泄漏时，发动机增压空气输入不足，严重影响发动机的输出和功率输出。

1故障描述

据市场反馈，进入冬季后，西北地区中冷器多次破裂，造成用户车辆使用问题。要解决此问题，请对故障后返回的部件执行以下分析。调研，视觉控制。检查故障部件，发现中冷器的故障模式是中冷器底部1-4根散热器管的延长，伴随裂纹和漏风，中冷器的其他外观没有明显损坏。第二，拆卸控制。中间冷藏室和散热器管被切断，检查后，内翼和散热器管牢固地固定在未延伸散热器管内，内翼牢固地固定在延伸管内，但所有内翼均断裂。检查中冷器的空气室内部，并在空气室表面发现水位痕迹。水位不同于空气室底部，最高水位接近第四散热器管。

2原因分析

调研，积水结冰。通过对故障部件的分析，可以根据散热器内部机翼断裂和空气室痕迹的检查判断中冷器散热器软管的故障过程:水积聚在中冷器，低温环境下冷却，体积膨胀反复冻结后散热器管内的翼逐渐断裂，在过压压力作用下散热器管开裂失效。在困难的条件下，冰的膨胀也可能直接导致散热器管破裂。第二，缺陷重现。为了验证上述判断，在实验室环境中再现了故障模式。切断中冷器，用水充入室内，直至底部两行散热器软管的深度，然后放入低温箱内冷冻，放入培养箱内解冻。因此，在第三个周期，中冷器底部的冷却液管严重膨胀，在第五个周期，冷却液管破裂。拆下散热器管并检查后发现内翼破损，缺省模式与销售后故障零件相同。第三，微观观察。沿水平方向进行的取样显示，曲线处的早期裂缝延伸到材料内部。高频镜下可见主裂纹较大，扩展时有分枝，裂纹尾较小，裂纹形状符合应力腐蚀裂纹特征。矩阵由一个α相位实体组成，该实体位于其上分布的非混合点上。使用扫描电子显微镜观察到破裂。放大系数较高时，可以看到泥浆带和疲劳带在堵塞物上有网格裂纹，并且可以看到更多的二次裂纹分布在整个谷物上。断裂的特点是应力和疲劳腐蚀。

3解决措施

3.1中冷器室结构优化。CFD分析表明，中冷器的进气流量按上、中、下顺序通过散热器管，中冷器底部散热器管的进气流量较小，流速较慢。发动机负荷低时，空气室底部的水不能被气流冲走，存在风险。从而优化了中冷器进气室的结构，增加了中冷器进气室的宽度，同时在中冷器进气室设计了隔板，使中冷器进气室 并且方向气流优先通过中冷器的空气室底部，同时提高气流速度。 优化的中冷器CFD模拟分析表明，中冷器进气流量按底部、顶部和中间顺序穿过散热器管，中冷器底部散热器管内气流速度大大提高。

3.2中冷器除水设计。当汽车低速行驶很长时间时，中冷器内的冷凝水不易通过气流输送，因为中冷器内气体流量低，从而形成了中冷器底部的水。为了解决这一问题，在中冷器排气侧的空气室底部设计了排气孔，并在排气孔中间设计了排气孔。排气孔直径是根据发动机支座性能测试确定的。同时在风道内安装不锈钢滤清器，确保异物不会吸入。

3.3分析和讨论。分析表明，中冷器在腐蚀和应力疲劳混合环境条件下容易出现延迟故障，解决办法是消除应力或腐蚀环境和疲劳因素，其中腐蚀和疲劳的原因与车辆的使用和熔炼原理有关因此，在冷成型过程中适当增加r角度以减少内部应力。目前，制造商将r角度提高到R2.5，模具r角度的磨损率也降低了。

3.4维护中冷器。外部清洁或侧冷却器前的中冷器冷却翼通常由叶片或污泥堵塞，从而防止中冷器冷却。因此，必须定期进行外部清洁。注意不要使用高压水枪防止散热器变形。长期使用内部清洗后，污物通常附着在中冷器的内部管道上，这不仅减少了气流管道，而且降低了热交换能力。因此，中冷器必须在内部定期清洗和维护。如果在中冷器内发现严重污物，应仔细检查空气滤清器与进气管之间是否有泄漏。注意:内部清洁后，中冷器必须干燥后才能连接管道。

4试验验证

原平面的中冷器和优化平面分别在发动机平台上进行测试，中冷器连接到发动机平台。在标准实验室环境中，发动机在国际公认的WHC运行条件下运行。经过三个周期的测试，发动机停止了首先使用集水杯从中冷器底部的排放阀收集冷凝水，然后将排放阀放回原位。同时切断中冷器排气口处的橡胶管，然后启动发动机，将转速调整到最大转速，观察中冷器喷嘴的水量。试验结果表明，初始计划和优化计划中制冷机底部放空阀收集的水在初始计划中约为100ml，中冷器有较多的水，自输出后以径向方式排出。在优化方案中，中冷器水很少，从出口排出水。根据支撑试验结果，优化后中冷器蓄积水量显着减少，证明上述优化方案是可行的。

结束语

本文分析了中冷器底部冷却液管开裂失败的原因，再现了故障。在此基础上，通过实验提出并验证了优化措施，得出了如下结论:①中冷器底部的水和容积延长是中冷器破裂的主要原因；②经改进的中冷器可通过改变空气流通方向，提高中冷器底部冷却管内的空气流通速度，从而去除中冷器内积聚的水，效果显著；③实验结果表明，优化的中冷器脱水效果良好，有效解决了中冷器散热器软管因积冰而开裂的问题，提高了客户满意度。

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