国外废气再循环_EGR_冷却器制造技术及应用现状_李志强

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蔡安辉， 施居俯， 陈召国， 唐黔湘 A 一种新型铸型—— —磷酸 盐石墨铸型的研究 =W>A 材料开发与应用 7!""!7#Y$Z<A
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苏华钦， 施 居 俯 A 铸 铁 凝 固 及 其 质 量 控 制 =B>A 北 京 ： 机械 工业出版社， #PPZA
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蔡安辉， 施居俯， 罗 佑 新 A 磷 酸 盐 石 墨 铸 型 的 配 制 =W>A 机 （! ） ： 械工程材料， !""! ， !@ ZQVZPA
图) 冷、 热 "#$ 的比较
提出了很高的要求。表 4 为国外某公司对产品性能 的要求。
为解决这一问题， 提出了冷却 !"# 的概念。研 究结果证明， 采用冷却的 !"# 技术是可以解决上述 问题的， 见图 $ 。
表%
国外某公司对冷却器性能的要求 轿车 载货车
流体质量 5 67 ・ 89) 进口温度 5 < 出口温度 5 < 热交换效率 5 6@ 压力损失 5 61A
!""! 年第 #! 期
& #6 &
李志强等： 国外废气再循环 （!"# ） 冷却器制造技术及应用现状
从图 $ 中可以看到，使用冷却技术将回流废气 冷却后送入气缸， 可进一步降低进气温度， 从而降低 燃烧温度， 使 得 %&! 的 排 放 更 小 ， 同时还可补偿因 加装 !"# 而带来的燃油消耗的增加。 据国外资料介 绍， 因而 !"# 冷却器自身可降低 %&! 排放 ’!()*! ， 已为国外许多发动机制造商 （如康明斯、底特律、 大众、 所采用。表 ) 为 +,-.、 /&0/&、 12, 集团等） 国外使用冷却 !"# 系统发动机的不完全统计。
汽车工艺与材料
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文章编号： （!""! ） #""5&33#1 #!&""#6&"5
国外废气再循环 （!"#） 冷却器制造技术及应用现状
李志强， 胡瑞玲， 刘景平
（湖北汽车工业学院， 湖北 十堰
$$!""! ）
摘要： 介绍了汽车柴油机冷却废气再循环 （%&’() ） 系统的原理及国外研究成果。 采用冷却 ’() ， 在降低 *+! 排放的同 排放及燃油经济性没有明显恶化， 从而使其已成为汽车柴油机满足 ’.)+ ! 及美国 ’,/ !""! 年排放 时， 微粒 （,-） 标准的关键技术之一。在这个系统中， 关键的总成之一是 ’() 冷却器。介绍了国外 ’() 冷却器的一般技术要求、 基 本结构、 材料及焊接工艺。着重介绍了国外在钎焊接头耐腐蚀性方面的研究成果， 采用新型的钎料， 可以大幅度提高 接头的耐腐蚀性能， 从而获得高可靠性的 ’() 冷却器。 ；冷却器；制造技术；现状 关键词： 废气再循环 （’() ） 中图分类号： .$012$23 文献标识码： 4
—— /9ABB5JK5L AJX 1CBRI-CJL ]C0 F5A‘M =RIM /CCB-JK—
#"" 万台； ( 个月内日产从 #6" 台增加到 6 6"" 台的 规模， 为戴姆勒.克莱斯勒、 菲亚特、 31E 集团的载货 车、 轿车及轻型车配套； 德 @<*@< /<<*>,% 公司、 国 2EF& 公司 （为大众、康明斯公司配套） 、美国 @G; 公 司 、 /<<3$& .1GE,=E&= EHG<;<G>@$ %&<H3、 %A005II $JK-J5 2CCL-JK 1MLI5NL’ 日 本 H1H> 公司、 东洋 （G<PQ<） 散热器公司、 日 /ABLCJ-O 公 司 、
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冷却器的结构及材料
为满足体积小、 散热效率高、 防堵塞要求 3 多采
用管壳式结构3 芯子使用大量小wk.baidu.com径、 薄壁管。必要
图* 冷、 热 "#$ 的排放及燃油耗比较
时在管内加装紊流装置以提高热交换效率。
04;24$#/ 4% <4=>;,/)$; 0-(4;)$; ?-)’, 0"6’ @(4# $#/,( ’-, A-462-"’, 9("2-)’, !4$3/
(")、 (")*、 ("+、 ("+*、 (#+ 及 (#+* 不 锈 钢 精 密 铸 件
或型材。
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制造技术
在国外， $%& 冷却器的制造工艺有 ! 种。 耐腐蚀、 密封性及强度要求 ’ "# 为满足耐高温、
芯子总成采用真空钎焊法制造并开发了比传统镍基 钎料有更好工艺性能、耐高温及耐腐蚀性能的新型 钎料及相应的真空钎焊工艺 ’ 完全可以满足 $%& 冷 却器可靠性要求。 传统上 ’ 不锈钢真空钎焊采用 ,-./0.1-.2.3. 钎焊后形成的接头对稀硫 45 镍基钎料或铜基钎料， 酸腐蚀比较敏感 ’ 导致 $%& 冷却器可靠性下降。使 用 2,-.! 钎料钎焊的不锈钢接头在 6! 硫酸腐蚀后 的金相组织与新型钎料在同样条件下的金相组织相 比 ’ 接头耐腐蚀性明显下降。试验条件：溶液浓度 溶 液 温 度 7" 8 ， 腐 蚀 时 间 !) 9 ， 腐蚀方法为浸 6! ， 泡。 可实现大批量生产并提 $# 采用激光焊接工艺， 高冷却器的耐高温、 耐腐蚀能力。为此， 开发了高能 密度的高速激光焊技术，既能提高生产效率又能保 证接头质量， 特别是激光焊可减少碳化铬的偏析， 可 避免晶间腐蚀的产生， 并大大提高 $%& 冷却器的可 靠性。 在上述两种工艺中，真空钎焊工艺为大多数公 司所采用。
表! 图! 国外使用冷却 "#$ 系统的发动机 公司 大众 奥迪 宝马 沃尔沃 丰田 日产 克莱斯勒 通用 马自达 菲亚特 康明斯 底特律 马克 沃尔沃 机型
"#$ 对燃烧温度的影响
小 型 柴 油 机
图%
"#$ 对 +, 排放的影响
重 型 柴 油 机
)B?0CDE /; /; D* D9$D FD=:CGH 5 ID4*CGH 4B*0CDE 4B:0 4B=0 5 =B:0 )B?0 5 4B$0 E2J 5 E2K 5 E2+ 2LMHLN*: 5 >: )40!9CLO8 D? 5 D)4
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"#$ 冷却器的要求
由于汽车柴油机排放中含有较多的硫氧化物 3
废气冷却时可形成硫酸 3 对冷却器产生腐蚀 3 此外 3 废 气温度很高3 此种工作条件对冷却器的要求如下。 耐腐蚀。 &’ 冷却器要耐高温、 散热效率高、 压力损失小、 能防堵塞。 (’ 体积小、 这对冷却器的结构设计、 材料、 性能及制造技术
图日本 ./.0 公司载货车 *+, 冷却器 图% 德国 &’() 公司轿车 *+, 冷却器
上述公司的产品在国外各种轿车上得到了广泛 应用， 如 31E 的 +"D、 桑帝亚， 大众的帕萨特、 捷 ("D、 奥 迪 E) 、 沃 尔 沃 的 1+" 、 达、 高尔夫、 2$GG*$， E7，
%
生产及应用
鉴于 $%& 冷却器在汽车柴油机排放控制技术
17"， 宝 马 D 系 、 ( 系，通用的欧宝、克莱斯勒的 /950CU55 、 @CMAK50 等。
参考文献：
中的重要作用 ’ 国外各大汽车散热器公司投入了大 量人力、 物力进行开发 ’ 已形成了大批量生产能力。 如 美 国 摩 丁 :;<=>,$? 公 司 !""" 年 $%& 冷 却 器 已 为康明斯、 福特等公司配套， 其销售收入达 6 """ 万 美元； 法国法里奥 :@AB5C? 公司至 !""# 年 D 月已生产
野公司、五十铃公司，韩国的大气控制技术公司、
!""! 年第 #! 期
!""#."#.#D#+[ G0ROULV&W[1E$ 3A^50 ， V(W PAIaA 4B5-LO950， \CB]KAJK[PJ5O9I， _5JL EJX05AL 1ICBZ ， ,-5L AJX &CBAJX 1I0A9B5[=5‘5BC^N5JI C] $%& /CCB50L ]C0 G0ROU AJX 3ALL5JK50 /A0 E^^B-OAI-CJ V&W[1E$ 3A^50 ， !""#."#.#D)7[
1
冷却 !"# 原理
在汽车发动机中:*+!主要是按下列反应形成的：
（# ） *! ;+!*;*+ （! ） *;+! !+;*+ （5） *;+<!<;*+ 反应生成的 *+ 排放到大气中后，缓慢氧化成 有害的 *+! 。 上述反应的动力学表达式可用下式表示：
=>*+? @ ="AB0C#" @ #D EFGB&07"7" @ #DH+I H*!IE JKL @ MJ N （$）
冷却 ’() 系统 是 汽 车 柴 油 发 动 机 满 足 ’.)+ （’,/ ） !、 ’.)+ " 及美国国家环保局 !""! 年及以 上标准控制 *+! 排放的关键高新技术之一。其技术 方案及技术路线已为各国发动机公司所接受，技术 上已完全成熟，已成为国外汽车发动机满足排放标 准必备的机内净化措施。考虑到国内排放立法的进 度及国内大多轿车企业的欧洲背景 （大众、 宝 ,9/、 马、 沃尔沃等均为世界柴油轿车的领先企业， 并已开 始在国内推出其柴油轿车产品） ， 其必将成为国内汽 车柴油发动机满足排放要求的必备装备。
汽车工艺与材料
9 )> 9
李志强等： 国外废气再循环 （$%& ） 冷却器制造技术及应用现状
为满足耐高温、 耐腐蚀要求 ’ 全部零部件均选用
=A5-B ;5IAB 、 1RJ 4B5SCJ-OL， 英 国 的 FCJ5IT5BB 150OUL 公司也已形成大批量生产能力。图 6 及图 +
是 德 国 2$F& 公 司 及 日 本 H1H> 公 司 开 发 的 $%& 冷却器。
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蔡安辉等： 在磷酸盐石墨铸型下中低铬白口铸铁的配制
比比较接近，铸铁实际最优性能与理论预测性能相 差很少。 因此， 本试验所采用的成分配比方案接近于 最佳值范围。
参考文献：
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蔡安辉， 施居俯， 唐黔湘， 覃虹桥 A 磷酸盐石墨铸型的开发 与应用 =W>A 汽车工艺与材料 7!""!$!<[!YV!PA
量密切相关的。 因此， 降低燃烧峰值温度及氧气含量 可以降低 *+! 的排放。 对如何降低发动机的燃烧峰值温度及氧气含 量， 国外汽车厂家进行了大量的研究。 在多年研究工 作的基础上，提出了汽油机采用废气再循环 （’() ） 技术， 降低混合气中氧含量、 提高混合气的比热容的 技术方案； 柴油机采用中冷技术降低进气温度， 采用 提高混合气的比热 ’() 技术降低混合气中氧含量、 容， 从而降低燃烧温度， 必要 时 还 可 采 用 冷 却 ’() 技术进一步降低进气温度， 提高进气密度， 改善燃油 经济性的技术方案。实践证明这两种技术方案是处 理 *+! 排 放 最 有 效 、 最实用的机内净化技术， 被各 国广泛采用。 研究结果表明 : 采 用 ’() 技 术 ， 是可以明显降 低燃烧峰值温度的， 见图 # 。 从图 # 看出， ’() 率为 !6! 时，燃烧峰值温度 比没有 ’() 时下降了 #"" O 左右。 由于燃烧峰值温度的下降， *+! 的排 放 明 显 减 少， 见图 ! 。 上述系统一般为非冷却的 ’()， 在 *+ 下降的 同时， 会带来燃油经济性下降及黑烟排放的增加， 见 图 5。
#0 "26 "26 E 5
式中， # 为燃烧温度:O； H IE 为平衡时含量:JKL。 显然， *+! 的形成是与燃烧峰值温度及 氧 气 含
收稿日期： !""!&"0&!"
作者简介： 李志强 （#761& ） ， 男， 毕业于西安交通大学， 工学硕士， 高级工程师， 主要从事与焊接相关的产品及制造工艺研 究， 曾主持过多项国家及省级研究项目。 基金项目： 东风汽车公司科研及中间试验计划项目， 编号 !""!’8## 。
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