冷却系统及部件S2

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增压中冷原理, 增压中冷原理 欧2以上 以上
中冷器
空气 压气机 中冷优点 提高功率 降低燃油耗 降低排放 降低热负荷 排气, 排气 高温 涡轮 增压器
空气滤清器
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空及水/空中冷器 空/空及水 空中冷器 空及水
空中冷器(A/W CAC) 水/空中冷器 空中冷器
涡轮增压器
两种中冷器型式
空中冷器(A/A CAC) 空/空中冷器 空中冷器
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 发动机及冷却系统发展概述 典型冷却系统及主要部件 潤滑油冷却--潤滑油(机油) --潤滑油 潤滑油冷却--潤滑油(机油)冷却器 增压空气冷却---中冷器 增压空气冷却--中冷器 排放控制及EGR冷却--EGR冷却器 EGR冷却--EGR 排放控制及EGR冷却--EGR冷却器 满足欧4, 4,欧 满足欧4,欧5的最新冷却系统 模块化
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欧3,4 汽车柴油机的冷却系统
排气 排气管 SCR 增压器 进气 空滤器
空气 排气 冷却水
EGC EGV 发动机
节温器 风 水 中 散 冷 热 器 器
机油冷却器
扇
水泵
空调冷凝器
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重型发动机获得欧5标准 重型发动机获得欧 标准(2g/kWh)方案 标准 方案 2级增压及低温 级中冷 级增压及低温2级中冷 EGR低温 级冷却 低温2级冷却 级增压及低温 低温
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EGR (废气再循环 简介 废气再循环) 废气再循环
Exhaust Gas Recirculation
EGR阀 EGR阀
进气
回气 排气
最早用于汽油机 发动机
简单EGR系统图, 简单EGR系统图,不增压 EGR系统图
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EGR及EGR冷却的作用原理 EGR及EGR冷却的作用原理
少量废气回入气缸, 原理: 少量废气回入气缸,降低NOX,原理: 废气中惰性气体稀释新鲜空气, 1. 废气中惰性气体稀释新鲜空气,降低氧浓 生成速率。 度,降低 NOx 生成速率。 废气吸收热量,降低燃烧压力和温度, 2. 废气吸收热量,降低燃烧压力和温度,减 的生成。 少 NOx 的生成。 EGR冷却的作用是降低废气温度 冷却的作用是降低废气温度, 3. EGR冷却的作用是降低废气温度,更有利于 降低燃烧压力和温度,并增加废气密度. 降低燃烧压力和温度,并增加废气密度.
EGR 冷却器
VGTBaidu Nhomakorabea
C T
DPF
EGR 阀
高压EGR系统对换热器及冷却系统提出新要求 系统对换热器及冷却系统提出新要求 高压
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涡轮增压中冷下的低压EGR系统(LPL) 涡轮增压中冷下的低压EGR系统(LPL) 低压EGR系统
(从发动机总排气管DPF后回到增压器压气机进口前) 从发动机总排气管DPF后回到增压器压气机进口前) DPF后回到增压器压气机进口前
转化率: 转化率
NOx的减少达到了欧洲瞬态测试标准 效率约 的减少达到了欧洲瞬态测试标准: 效率约85% 的减少达到了欧洲瞬态测试标准
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汽油机的排气成份
汽油空气混合均匀, 电火花点火, 空燃比14.7(即1KG燃油 汽油空气混合均匀 电火花点火 空燃比 ( 1KG燃油 完全燃烧理论上需14.7 KG的空气 的空气) 完全燃烧理论上需14.7 KG的空气) 空燃比14.7时，完全燃烧时生成: 空燃比 时 完全燃烧时生成 CO2、H2O、N2、NOX 、 空燃比 ＜14.7, 生成 CO 空燃比 ＞14.7, 生成 HC 冷起动，怠速，低负荷，生成 CO 冷起动，怠速，低负荷，
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柴油机排气有害成份
柴油机与汽油机不同,柴油喷入空气自燃 柴油机与汽油机不同 柴油喷入空气自燃, 混合不像汽 柴油喷入空气自燃 油机均匀,空燃比 空燃比>14.7, 不增压 不增压:22, 增压达到 增压达到:25-27. 油机均匀 空燃比 部份燃油缺氧及机油燃烧后生成 PM(微粒 形成碳烟 微粒,形成碳烟 微粒 形成碳烟) 局部燃烧温度高 氧浓度高生成 NOX 局部燃烧温度高,氧浓度高生成 因空燃比大 CO, HC 相对较少（与汽油机比） 因空燃比大, 相对较少（与汽油机比）
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温度,压力不断提高对中冷器的新挑战
中冷器承受的应力大大增加
4.0
客户对寿命要求更高
1500 1250
3.5
壽命里程 LIFE, KM/1000
EGRC 进口温度
1000 750 500 250 0 1980 1990 2000
3.0
排放
功率
2.5 150
200
250
进口温度 C
新设计,新材料
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内 容
中冷器
水空 予冷器 进气 排气
VGT
C T
空 滤 器
EGR
冷却器
X
DPF
EGR阀
消声器
对现有换热器材料及工艺会产生腐蚀
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轿车柴油机EGRC布置(HPL) 轿车柴油机EGRC布置(HPL) EGRC布置
EGRC
进气管
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内 容
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 发动机及冷却系统发展概述 典型冷却系统及主要部件 潤滑油冷却--潤滑油(机油) --潤滑油 潤滑油冷却--潤滑油(机油)冷却器 增压空气冷却---中冷器 增压空气冷却--中冷器 排放控制及EGR冷却--EGR冷却器 EGR冷却--EGR 排放控制及EGR冷却--EGR冷却器 满足欧4, 4,欧 满足欧4,欧5的最新冷却系统 模块化
增压空气 尾气 冷却主回路 低温冷却回路
水泵 低 温 水 箱
独立低温冷却回路
高温 低温
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重型发动机欧5标准 重型发动机欧 标准(2g/kWh)方案中的 标准 方案中的 两级EGRC 两级
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EGR冷却器, EGR冷却器,管壳式 冷却器
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板翅式EGR 冷却器布置图 板翅式
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涡轮增压中冷下的高压EGR系统(HPL 涡轮增压中冷下的高压EGR系统(HPL) EGR系统
(从发动机排气管/涡轮进口前回到进气管/中冷器出口后) 从发动机排气管/涡轮进口前回到进气管/中冷器出口后)
中冷器
中冷器参数 出口温度 散热量 流量 压力降
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空/空中冷器及气室设计 空中冷器及气室设计
气室不够好
进气管 出气管
气室好
芯子
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空/空中冷器 空中冷器
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空中冷器芯子(Core)结构 空/空中冷器芯子 空中冷器芯子 结构
側板
散热片(冷 散热片 冷) 热封条 冷封条
側板
散热片(冷 散热片 冷)
散热片(热 散热片 热)
柴油机主要有害排放物: NOX, PM
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柴油机的主要减排措施要点 (1)
增压( 1. 增压(欧1). VGT,2级增压,2级冷却 级增压,2级冷却, 增压中冷( 增压中冷( >欧2): 向VGT,2级增压,2级冷却,低温 冷却发展
2. 调整喷油定时（喷油提前角φ）的作用 φ↑，NOx↑， 燃油耗Ge↓，PM↓(Advancing) φ↓，NOx↓， 燃油耗Ge↑，PM↑(Retarting) 3. 采用电控喷油泵( >欧3 ): 共轨(CR)，组合单体泵，泵喷嘴, 直列机械泵加电调速器+EGR 4. 提高喷油压力,1000 2400 bar: PM↓，燃油耗Ge↓ NOx↑
汽油机实际已接近”零排放”,CO2除外 汽油机实际已接近”零排放”,CO2除外 ”,CO2 增压对汽油机主要是提高动力,对排放作用很 增压对汽油机主要是提高动力,
少,CO2除外 ,CO2除外
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二氧化碳CO2排放 无毒 温室效应 排放, 无毒, 二氧化碳
欧洲轿车生产厂的CO2指标(车队平均值) 车队平均值) 欧洲轿车生产厂的CO – 160 g CO2/km – 140 g CO2/km – 120 g CO2/km 2000 2008 2012
Ambient Air Engine
Turbocharger
Engine Exhaust
空/空中冷器 年代开 空中冷器80年代开 始採用以应对更高排 放要求,效果比水 空好 放要求 效果比水/空好 效果比水
中冷对增压发动机带来更多好处 中冷对增压发动机带来更多好处: 中冷对增压发动机带来更多好处 功率更大 燃油耗更低 排放更好
5. 2气门到4气门( >欧3): 加大进气，喷油器置于气缸中心.
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柴油机的主要减排措施要点(2) 柴油机的主要减排措施要点
6. 改善燃烧: 燃烧室，进气涡流等 EGR及EGR冷却 冷却( NOx↓,PM↑.增压机型高压 低压回路, 增压机型高压/ 7. EGR及EGR冷却( >欧3): NOx↓,PM↑.增压机型高压/低压回路, EGR两级和低温冷却 冷却系统改进. 两级和低温冷却. EGR两级和低温冷却. 冷却系统改进. 8. 降低机油耗: PM↓ 9. 排气后处理（机外措施)( >欧3),主要有: --- SCR 选择性催化还原) --- POC 氧化催化器 -- LNT 吸附型还原催化 -- DPF 颗粒捕集器 -- DOC 氧化型催化器
发动机冷却系统(或热系统 及部件 发动机冷却系统 或热系统)及部件 或热系统
(汽车发动机为主 汽车发动机为主) 汽车发动机为主
银轮
赵嘉鼎
2009年 7月17日上海Fiat (2 of 2)
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内 容
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 发动机及冷却系统发展概述 典型冷却系统及主要部件 潤滑油冷却--潤滑油(机油) --潤滑油 潤滑油冷却--潤滑油(机油)冷却器 增压空气冷却---中冷器 增压空气冷却--中冷器 排放控制及EGR冷却--EGR冷却器 EGR冷却--EGR 排放控制及EGR冷却--EGR冷却器 满足欧4, 4,欧 满足欧4,欧5的最新冷却系统 模块化
散热片(热 散热片 热) 管板 主板
封条式(Bar plate) 封条式
管带式(Flat Tube) 管带式
结实
容易做成不同尺寸 零件比较多
重量轻
零件比较少 成本较低潮
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空/空 中冷器在汽车上的布置 空
Cooled Compressed Air
Compressed Air
(Hot)
中冷器
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排气后处理中的SCR(选择性催化还原),降低NOX 排气后处理中的SCR(选择性催化还原),降低NOX SCR(选择性催化还原),降低
含NOX的排气 尿素罐
计量装置
SCR催化转换器 催化转换器
氮加水进入大气 阿莫尼亚+水汽 阿莫尼亚 水汽+NOX 水汽
机理
尿素转化为氨, 尿素转化为氨 是NOx的还原剂 的还原剂
第1点是主要因素,但还取决于具体应用,当 点是主要因素,但还取决于具体应用, 用EGR冷却器时第2点重要性上升。 EGR冷却器时第2点重要性上升。 冷却器时第
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采用增压中冷后的EGR及EGRC布置图 欧3 --及 布置图, 采用增压中冷后的 布置图
空空中冷
压缩空气流
发动机
排气
涡轮 空气进口 压气机 发动机排气
这个计祘方法促使汽车 这个计祘方法促使汽车 和发动机走向小型化, 和发动机走向小型化, 向增压,增压中冷发展 向增压,增压中冷发展
CO2 排放与燃油耗成正比 因此促使制造厂降低汽车的 排放与燃油耗成正比,因此促使制造厂降低汽车的
燃油耗，采用的方法为: 燃油耗，采用的方法为 改善整车效率 改善发动机效率(改善燃烧,减少摩擦及附件损失) 对同样的载荷谱采用较小的发动机
汽油机有害排放主要是CO, HC, 少量NOx, 一般无碳烟
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汽油机的主要减排措施及技术
1. 电喷 汽油喷入进气管 单点 多点 多点顺序（GSI） 电喷(汽油喷入进气管 单点, 多点, 多点顺序（ 汽油喷入进气管): ） 保证空燃比14.7 保证空燃比 2. 排气后处理 三效催化器 排气后处理, 三效催化器(TWC): CO、HC、NOx 、 、 在空燃比14.7左右的狭小范围内效果最好 排放标准越 左右的狭小范围内效果最好,排放标准越 在空燃比 左右的狭小范围内效果最好 高主要通过提高催化器效率来达到. 高主要通过提高催化器效率来达到. 3.其他改善性能,排放措施： VVT，VVL,停缸 停缸, 3.其他改善性能,排放措施：EGR, VVT，VVL,停缸,等等 其他改善性能
增压空气163*c 增压空气 冷却后增压空气43*c 冷却后增压空气
芯子 空气进口
冷却风扇
发动机 前端
进中冷器的发动机冷却水
后端
70年代开始采用 年代开始采用
铜封条式结构为主 空气最低冷却到 度C左右 空气最低冷却到93度 左右 装在发动机上 底盘不受影响 装在发动机上,底盘不受影响
80年代开始采用 排放) 年代开始采用(排放 年代开始采用 排放 铝结构为主 空气可冷却 度C以下 空气可冷却50度 以下 装在底盘上 布置较麻烦 装在底盘上,布置较麻烦