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
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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