中冷器材料选择与强度匹配
中冷器的选用
中冷器的选用中冷器的作用中冷器的作用是降低发动机的进气温度。
那么为什么要降低进气温度呢？（１）发动机排出的废气的温度非常高，通过增压器的热传导会提高进气的温度。
而且，空气在被压缩的过程中密度会升高，这必然也会导致空气温度的升高，从而影响发动机的充气效率。
如果想要进一步提高充气效率，就要降低进气温度。
有数据表明，在相同的空燃比条件下，增压空气的温度每下降１０℃，发动机功率就能提高３％～５％。
（２）如果未经冷却的增压空气进入燃烧室，除了会影响发动机的充气效率外，还很容易导致发动机燃烧温度过高，造成爆震等故障，而且会增加发动机废气中的ＮＯｘ的含量，造成空气污染。
为了解决增压后的空气升温造成的不利影响，因此需要加装中冷器来降低进气温度。
中冷器的分类中冷器一般由铝合金材料制成。
按照冷却介质的不同，常见的中冷器可以分为风冷式和水冷式２种。
图1 风冷式中冷器（１）风冷式（图１）利用外界空气对通过中冷器的空气进行冷却。
优点是整个冷却系统的组成部件少，结构比水冷式中冷器相对简单。
缺点是冷却效率比水冷式中冷器低，一般需要较长的连接管路，空气通过阻力较大。
图2 散热芯体风冷式中冷器主要由２部分组成，即散热芯体和两端的气室，散热芯体（图２）主要由流通管和散热片（图３）组成。
图3 流通管和散热片流通管的功能是分割压缩空气并为压缩空气提供１个流通管路，两端与气室相连，因此压缩空气不会出现泄漏的问题。
流通管的形状常见的有长方形、椭圆形以及长锥形３种。
由于流通管的形状不同，中冷器对压缩空气的阻力和冷却效率也不同。
许多中冷器为了提高冷却效率，会在流通管内壁上设置凸起，以增加压缩空气与流通管内壁的接触面积，但是这样会产生较大的气流阻力。
散热片位于上下两层流通管之间，并紧密地与流通管靠在一起，其功能是为流经流通管的压缩空气散热。
当外界较低温度的空气流经散热片时，就能将热量带走，从而达到冷却压缩空气的目的。
多个流通管和散热片组合在一起，并多层重叠，就构成了中冷器的散热芯体。
某轻型客车中冷器的匹配计算
10.16638/ki.1671-7988.2017.14.013某轻型客车中冷器的匹配计算康江波，李立波（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽合肥230601）摘要：发动机通过增压后可以显著提升其功率，在相同的功率下降低燃油消耗率。
与此同时，也会导致进气温度偏高、发动机爆燃等问题。
为了解决这些问题，通常会通过匹配中冷器，使增压后温度降低到发动机可以接受范围。
本文主要介绍了某轻型客车开发过程中的中冷器匹配计算方法，并通过试验验证计算的准确性和可靠性，为后续中冷器的匹配开发提供技术参考。
关键词：燃油消耗率；进气温度；中冷器；轻型客车中图分类号：U462.3 文献标识码：A 文章编号：1671-7988 (2017)14-38-03Matching Calculation of Intercooler in a Light BusKang Jiangbo, Li Libo（Anhui Jianghuai Automobile Group Corp., Ltd, Anhui Hefei 230601）Abstract: The power of the engine can be significantly improved by pressurization, and the fuel consumption can be reduced at the same power. At the same time, it will lead to high intake temperature, engine deflagration and other issues. In order to solve these problems, usually by matching the intercooler, so that the temperature after the booster to the engine can be accepted. This paper mainly introduces the calculation method of the intercooler in the development process of a light bus, and verifies the accuracy and reliability of the calculation through the experiment. This method provides technical reference for the future development of intercooler.Keywords: Specific fuel consumption; Intake temperature; Intercooler; Light busCLC NO.: U462.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)14-38-03引言通常对于增压发动机而言，进气温度会由于压力增大和热传导作用而升高，从而影响发动机的充气效率。
气体压缩机中冷器的节能节材实验研究
气体压 缩机 中冷器 的节能节材 实验研究
孙 赫 谭祥辉 曾力丁 朱冬生
上海 ２０ ） ０２７ ３ （ 东理 工大学机械 与动 力工程 学院承压 系统 与安全教 育部 重点 实验 室 华
【 摘
要 】 中冷器 的主要功能是排除气体被压缩过 程产 生的热量 ，是提高压缩机效率 的重要设 备。从传 热阻 力看 ，壳程空气 的热阻 占总热组 的 ８ ％以上 ，壳程 气体阻力大 ，风机 或压 缩机 能耗较大 。要 提高 ０ 中冷器 的传热性 能，关键 是强化壳程空气 的对流传热 和减 小壳程空气的流动阻力 。着重介绍气冷
激 振频 率 ，避 免 了因共振 引起 的破损 ，从 而延 长 了 设备 的寿命 ，降低 了维修 费用 。由于流体 的有 效冲 刷 ，也减 少 了污垢 的沉积 ，使 中冷 器长 期运行 在 高 效状 态 ，达到 了节 能的 目的 。 由于 工艺过 程 的不断发 展 ， 气体压 缩机 的整 对 体性 能提 出 了新 的要 求 ，当前 的工 艺生产 装置 （ 特 别是 石油化 工行 业 ）发展 的总趋 势是 安全 、稳 定、 长 周期运 行 ， 而生 产介质 又具 有易燃 、 易爆 、 毒 、 有 有腐 蚀 、易 结垢等特 性 ，这 在客观 上要 求气 体压缩 机 中冷器 要有 较强 的抗垢 性 以及 抗腐 蚀 的能力 等 。 本 文 新 型扭 曲管 中冷 器 的换 热 管 管束 芯 体 和 管板 因没 有 折 流板 的影 响 ，更 方便 采 用 整 体热 浸 锌 处 理 ，以此来 替代 防腐蚀 材料 管束 ，可 以达 到很好 的 抗 腐蚀 能力 ，同时又 能大大 的 降低 制造 成本 ，节省 材料。
ｉ ｏｔｎ ｍｐ ｒａ ｔ ｏ ｉ ｒ ｖ ｅ ｅ ｃ ｅ ｃ ｆ ｈ ｏ ｒ ｓｏ ｑ ｉｍｅ ｔ Ｆ ｒ ｅｐ ｉｔ ｆ ｅ ｖ ｅ ｏ ｅ ｈ ａ ａ ｓ ｅ ｓｓａ ｃ ， ｈ ｉ ｔ ｍｐ ｏ ｅｔ ｆ ｉ ｎ ｙ ｏ ｔ ｅｃ ｍｐ ｅ ｓ ｒ ｕ ｐ ｒ ． ｏ ｈ ｉ ｅ ｉ ｍ ｔ ｏ ｎ ｔ ｉｗ ｎ ｔ ｅ ｔ ｒ ｆ ｒ ｅ ｉ ｎ ｅ ｔ ｅ ａｒ ｈ ｏ ｈ ｈ ｔｎ ｒ ｔ
十堰赛达散热系统有限公司关于重汽王牌中冷器优化方案12.31
解剖后多处无焊接或焊点不清晰， 不合格，
解剖后焊点清晰明显，合格
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3.中冷器芯体过厚，例如芯厚58mm，65mm等，增大了冷却模块的风阻，致使中冷器性能不足 。 中冷器的芯厚不是越厚越好，而是我们需要的是散热功率，目前东风商用车和东风贝饵在130 马力以下采用芯厚38mm，在130马力以上采用50mm芯厚的中冷器，例如在东风天锦、天龙、 大力神系列车型都按此标准匹配。
如果风扇转速比造成风扇偏心那么厚的护风罩需要更大的冷却性能 发动机冷却模块必须非常的紧凑
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附图3
护风罩厚度对气流分布的影响
D = 护风罩的厚度
D = 48mm
D = 73mm
D = 123mm
试验描述
护风罩的厚度因风扇位置的不同而不同
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王牌232气室形状
不推荐角度小于或等于90 °
建议采用角度大于90 ° 十堰赛达汽车散热系统有限公司
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2.芯体设计标准 ① 芯体厚度为38mm系列。此系列来源于东风原国二排放车型。散热管采 用38x6.5管型，波高8.9，内置紊流片，散热带为38mm宽波浪带。 ② 芯体厚度为50mm系列。此系列来源于贝饵国三、国四车型配置。散热 管采用50x8管型，波高12，内置紊流片，散热带为50mm宽波浪带。 38x6.5芯体图片 50x8芯体图片
116281中冷器原状态 116281中冷器现状态
进出气口采用垂直连接，风阻大， 并且外形看到不美观
进出气口采用圆弧过渡光滑连接， 风阻小，并且外形看到美观 十堰赛达汽车散热系统有限公司
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6.王牌131598冷却包原设计方案和现设计方案对比
中冷器技术要求
贝洱试验标准PN AR.002401998年8 月版替换1997年8 月版任何情况下都以原版语言的最终版本文件为准原版语言：德语中冷器强度试验试验数据1. 目的此标准规定了对空/空中冷器强度试验试验参数。
强度试验包括抗振荡压应力试验和振动试验。
2. 应用范围这个标准可应用于试验样品，初始样件和批量生产的产品。
也可用于技术文件（图纸，说明书和工作规章）作为参考。
3．试验方法和试验参数试验中涉及的试验数据详见表 1 至表7。
如果技术文件（图纸，说明书，工作规程或类似文件）包含了不同的信息，则以文件中说明的数值为准。
3.1 温度试验3.1.1 温度变化试验牢固在液/空冷却器或者电容器上的空/空中冷器必须与模块一起做试验。
温度变化试验的试验数据见下表1。
试验完毕和经过50%的所要求的温度循环次数后，需按321节所述检验试验样品的不渗漏性。
把有问题的试验样品暴露在室温下来自于风扇的固定空气流量的状态下。
在达到试验要求的最短时间后，试验介质的温度将会增加20%。
然后继续进行试验直到样品损坏，但试验最长时间为最短时间要求的两倍1.2 Long time test时间长度试验Charge air/ air coolers with plastic air reservoirs or elastomer seals are exposed to compressed air for a given time at Increased ambient temperature.As other materials are used for air inlet reservoirs than for deflection or air outlet reservoirs, which are exposed to less stress, a differentiation must be made here in accordance with the Euro II standard。
选用材料时遵循哪些原则
选用材料时遵循哪些原则1.材料的适用性：选择材料应该与所需用途和目标相匹配。
材料应具备所需的特性和性能，能够满足所设定的要求。
例如，在建筑工程中，选择的材料应具备足够的强度、耐久性和耐候性。
2.材料的可获得性：选择材料时需要考虑其可获得性和供应情况。
材料应该能够在合理的时间内供应，并且价格合理。
此外，应考虑材料在地理位置和环境条件下的可用性。
3.材料的可持续性：在选择材料时应考虑其对环境的影响。
可持续性材料指的是那些对环境和社会有较少负面影响的材料，例如回收材料、可再生材料和低污染材料。
选择可持续性材料可以降低对环境的损害，并有助于可持续发展。
4.材料的经济性：选择材料时需要考虑其成本效益。
材料应具有合理的价格，并且在使用寿命内具有较低的维护和修复成本。
同时，还需要考虑材料的效能和效率，以确保所选择的材料能够在经济上合理地实现所需的功能。
5.材料的安全性：在选择材料时需要考虑其对人体健康和安全的影响。
材料应符合相关的安全标准和法规，并且不含有有害物质。
例如，食品包装材料应符合国家食品安全标准，医疗器械应符合相关的医疗器械安全标准。
6.材料的可加工性和可维护性：选择材料时需要考虑其加工和维护的便利性。
材料应易于加工、安装和维护，方便工程师和技术人员的操作。
例如，在零部件制造中，选用易于加工的材料可以提高生产效率。
7.材料的美学性：在一些设计和装饰领域，选用材料还需要考虑其美学效果。
材料应具有良好的外观和质感，能够满足人们的审美需求。
例如，在室内设计中，选用材料应与整体风格和主题相协调。
总之，选用材料时需要综合考虑适用性、可获得性、可持续性、经济性、安全性、可加工性和美学性等方面，以确保所选材料能够满足项目需求，并符合社会和环境的要求。
中冷器EPDM 出气胶管的开发及应用
硅橡胶 、
硅橡胶 、
材质 、功能 新鲜空气
冷却
耐高温 250 ℃
耐高温 250 ℃
工作温度 , ℃环境温度 200～210 ——— 70～80
结论
———
合理
材质耐温性能 ———
富余不合理
应用 ,以避免浪费 ,达到降低成本的目的 。
1. 2 硅胶管制造工艺 、成本分析
1 现状分析
1. 1 中冷系统试验分析 中冷系统原理示意图如图 1 所示 。通过试验分
三元乙丙橡胶管与硅胶管的性能 、成本情况对 比见表 4 。
序号 1 2 3 4 5 6
7
8 9 10
表 3 三元乙丙橡胶管全面性能试验结果
试验项目 外观
试验结果
胶管 1
胶管 2
胶管 3
平整 、无缺陷 、织物外露平整 、无缺陷 、织物外露平整 、无缺陷 、织物外露
常态指标
硬度 (A) 尺寸
66 符合图纸要求
4) 对设备精度要求较高 ,设备投入较高 。 5) 如果绕片不均匀 ,易出现层间开裂 ,要求工人
①空气滤清器 ; ②涡轮增压器 ; ③中冷器进气胶 管 Ⅰ; ④中冷器进气钢管 ; ⑤中冷器进气胶管 Ⅱ; ⑥中冷器 ; ⑦中冷器出气胶管 Ⅰ; ⑧中冷器 出气钢管 ; ⑨中冷器出气胶管Ⅱ; ⑩发动机进气口
国家汽车排放第二阶段达标要求提出后 ,各汽 车厂家对柴油车普遍采用了增压 、空 —空中冷系统 (见图 1) ,其作用是对发动机进气进行增压 、冷却 , 增大发动机进气密度 ,以改善发动机燃烧工况 ,提高 发动机功率并满足国家环保要求 。由于涡轮增压器 的高温环境 ,在对中冷器的进 、出气胶管进行设计时 都习惯性地采用耐高温性能好 ,但成本较高的硅橡 胶作材质 。而中冷器出气胶管的工作温度经中冷器 冷却后一般不高于 100 ℃,采用硅胶管显得性能过 剩 。这一问题在汽车设计中又往往被技术人员所忽 视 ,造成汽车制造成本上的浪费 。本课题在满足各 项技术性能和使用要求的前提下 ,开发出一种耐温 性能适中 、成本较低的新型中冷器出气胶管并推广
中冷器材料选择与强度匹配
1、中冷器使用过程中的失效
进气端气室与主片脱焊
或开裂 进气端主片与管头脱焊 或开裂 散热管开裂
2、中冷器制造过程中芯子钎焊失效
内翅片 未焊合
内翅片焊接不良：内
翅片焊合率不足或几 乎没有形成焊接接头； 外翅片焊接率不够， 或外翅片与散热管未 形成焊缝连接； 接触不紧密造成的
内翅片焊合率低
元素
CK NK FK Al K Si K 总量
元素 浓度 0.23 0.24 1.09 46.10 4.76
强度 校正 1.3398 0.1837 0.6671 1.3031 0.6471
重量 百分比 0.38 2.89 3.58 77.11 16.05
100.00
重量百分比 Sigma 0.08 0.57 0.21 0.52 0.22
3、管与翅片强度匹配模拟试验
模拟夹紧试验（焊管 在外端）
装内翅片的管
焊管：0.45mm厚度、H14和H24状态的高频焊管，规格64×8.08mm 内翅片：0.09mm、0.11mm、0.12mm、0.13mm厚度，状态H14，规 格7.15mm 外翅片：0.10mm、0.12mm、0.13mm、0.15mm厚度，状态H14，规 格8.9mm
Y：内、外翅片没有塑性变 形，焊管末端尺寸达到设 定值，内、外翅片与管壁 贴合。 H：内翅片没有塑性变形， 外翅片有塑性变形，焊管 末端尺寸未达到设定值， 内、外翅片与管壁有间隙。 F：内翅片有塑性变形，外
翅片没有塑性变形，焊管 末端尺寸达到设定值。 N：内翅片有塑性变形，外 翅片没有塑性变形，焊管 末端尺寸未达到设定值。
正常焊料共晶成分起始熔点
577℃； Si元素含量16%-17%的铝硅 合金熔点约650℃-660℃
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6、空空中冷器主要技术要求
随着排放法规的升级，中冷器的进气温度与压力越来越高
排放标准 欧Ⅱ 进气压力（bar）1.5 进气温度（℃）140165 欧Ⅲ 2.2 190220 欧Ⅳ-1 2.4 200230 欧Ⅳ-2 欧Ⅴ 2.7 3.5 225-260 250280 欧Ⅵ 4.0 300340
1、空空中冷器材料具有耐高温蠕变的能力。铝合金温度200 ℃时的蠕变应力 仅为100℃时的50%左右，由于应力的作用，铝合金晶界错位加剧，发生晶界 和晶内滑移，并很快出现断裂。 2、受限于车辆的设计，空空中冷器设计要以最小的体积获取最大的表面积以 期获得最大的换热性能，采用高换热性能的内翅片复合管件是实现中冷器高换 热性能的重要技术途径之一。
2、排放标准与中冷器进气温度 缸内燃烧温度与氮氧化物排放量
燃烧温度与NOx数量
通过增压器技术，缩小发动机排量，可使经济性提高 20%以上，有效 降低汽车油耗和CO2排放。
4、中冷器的作用
中冷可降低进气温度，解决因增压比提高后进气温度
偏高，高温气体降低缸内混合气体密度而影响燃油燃 烧，以及进气温度偏高后而引起的进气温度与燃烧温 度的差减小，燃率输出、提高燃油经济性、降 低排放污染物的同时，保持发动机的使用性能与寿命
7、空空中冷器主要技术要求
由于进气温度高，铝合金材料易发生高温蠕变；由于冷却深度
大，中冷器冷凝水增加等原因，单级铝合金空空中冷器并不能 满足使用要求，因此通常采用水空中冷+空空中冷的两级中冷方 案，或者水空中冷+中空空中冷+后空空中冷等三级中冷的方案。 好的中冷器设计就是要以最小的内、外部阻力，获得最大的换 热性能；内、外部阻力与散热性能相匹配非常重要，虽然因为 不同工况的匹配方式不一样，很难在各个工况都能够很好的阻 力匹配，但必须在综合考虑，特别是大负荷时的阻力匹配。 除了冷却能力，还要考虑冷却的效率； 中冷器总是在高温和高压下工作，冷却深度大，压力脉动大， 压力冲击大，内部应力大，对材料与结构的强度要求高，因此 强度匹配非常重要，以避免提前失效。 气室破坏：铝合金温度200 ℃时的蠕变应力仅为100℃时的 50%左右，由于应力的作用，铝合金晶界错位加剧，发生晶界 和晶内滑移，并很快出现断裂。
3、管与翅片强度匹配模拟试验
模拟夹紧试验（焊管 在外端）
装内翅片的管
焊管：0.45mm厚度、H14和H24状态的高频焊管，规格64×8.08mm 内翅片：0.09mm、0.11mm、0.12mm、0.13mm厚度，状态H14，规 格7.15mm 外翅片：0.10mm、0.12mm、0.13mm、0.15mm厚度，状态H14，规 格8.9mm
5、空空中冷的优势
空-空中冷器换热效率较水-空中冷器大大提高，最主
要的空空中冷器的冷侧为大气的环境温度，较水空中 冷的冷侧环境温度低50-60℃，中冷后的进气温度要 低30-50℃，更能有效的降低氮氧化物的排放，同时 发动机燃油经济性、排污染物排放、发动机功率输出 以及发动机寿命等都较水空中冷有明显提高。
1、材料减薄是必然趋势
减重已经成为汽车节能、环保、减排的主要手段之一，
对中冷器而言，材料减薄是降低重量、节约成本、提 高换热效率的主要手段； 从上世纪90年代空空中冷器推广使用以来，管壁厚度 已经减少约50%，内、外翅片厚度减少了20-30%， 部分厂家已经将材料厚度减少了30%以上
2、管与内、外翅片的强度匹配的意义
1、中冷器使用过程中的失效
进气端气室与主片脱焊
或开裂 进气端主片与管头脱焊 或开裂 散热管开裂
2、中冷器制造过程中芯子钎焊失效
内翅片 未焊合
内翅片焊接不良：内
翅片焊合率不足或几 乎没有形成焊接接头； 外翅片焊接率不够， 或外翅片与散热管未 形成焊缝连接； 接触不紧密造成的
内翅片焊合率低
焊管、内翅片、外翅片等材料厚度与强度匹配，决定
了中冷器芯子焊接质量与中冷器总成的强度，关系到 中冷器的使用寿命。 焊管厚度大，强度高，如果外翅片厚度太薄，其强度 不足，在芯子装配夹紧时，外翅片的强度不足以使焊 管变形至其内表面与内翅片紧密接触，必然造成内翅 片与焊管内表面焊合率降低，甚至形不成焊接接头； 同时中冷器芯子在钎焊炉内加热时，由于焊管的热容 量大，加热时温升慢，强度下降慢，而内、外翅片的 温升快，强度下降快，其结果是加剧了内外翅片与焊 管管内外壁接触的不紧密程度。
3、管与翅片强度匹配模拟试验
单管变形压力，压缩到内翅 片与管内壁完全接触时
工艺匹配问题至 内翅片焊合率低
外翅片与 焊管脱焊
3、造成失效的原因
钎料与工艺匹配不合理。中冷器复合翅片管钎料层可
以选择4045或4343，但是由于两种钎料的 熔点不同，钎焊温度与钎焊时间存在差异，不合理的 钎焊温度与钎焊时间必然造成焊缝缺陷。 2、焊管、内翅片、外翅片的材料厚度、材料状态等 选择不合理，导致零件的结构强度不匹配，内翅片与 焊管之间、外翅片与焊管之间存在间隙，焊接过程中 因间隙过大无法弥补而至无法形成正常焊缝。 3、焊管与翅片尺寸设计不合理，焊管内部宽度尺寸 大于内翅片高度尺寸过多，使内翅片与焊管内壁之间 间隙大，造成焊接不良。
主要内容
1、空空中冷器的作用与主要技术要求 2、空空中冷器复合翅片管失效与钎焊工艺问题 3、空空中冷器复合翅片管与翅片强度匹配 4、空空中冷器焊管尺寸的设计 5、空空中冷器复合翅片管材料偏析的控制要求 6、结论
1、增压中冷的作用
采用进气中冷技术降低进气温度、提高进气密度，改
善燃油经济性。 进气中冷技术能显著提高发动机功率密度、降低排放 和改善燃油消耗率。 增压中冷后，可以使发动机减少燃油消耗总量，使汽 车有害污染物排放的总量下降。 增加中冷可降低缸内燃烧火焰温度、氧浓度及高温下 停留时间，从而降低NO的生成，大幅度降低柴油机 排放颗粒物的含量、降低CO2排放。