Životnost tepelných výměníků z Al slitin v prostředí kondenzátů spalin výfukových plynů

Zita Drozdová

Doctoral thesis

The Durability of Aluminum Heat Exchangers Exposed to Exhaust Gas Condensates

Abstract:

Disertační práce s názvem Životnost tepelných výměníků z Al slitin v prostředí kondenzátů spalin výfukových plynů se zabývá komplexním rozborem zadaného problému. V úvodu je nastíněna problematika přeplňování spalovacích motorů včetně souvislosti s legislativními omezeními, jež vedou k vývoji systémů recirkulace spalin. Ty jsou klíčové pro plnění emisních norem definovaných zákonem za účelem snížení dopadu provozu automobilů na životní prostředí. Jedním z těchto systémů je i vpouštění výfukových plynů do sání přeplňovaného motoru ještě před turbodmychadlem, což vede ke zvýšení efektivity přeplňovaného spalovacího motoru, ale přináší i technické problémy, jako je vznik vysoce korozního prostředí v komponentech, které předtím nebyly agresivními látkami z výfukových plynů vůbec zatíženy. To se týká i chladiče plnícího vzduchu, ve kterém se tyto látky vyskytují ve formě agresivních kyselin. Další část disertační práce je proto věnována podrobnému popisu samotného tepelného výměníku – chladiče plnícího vzduchu a to i z pohledu jeho výroby, kterou může být korozní odolnost chladiče plnícího vzduchu významně ovlivněna. S tím souvisí i samotný výběr vhodných materiálů pro danou aplikaci a jejich charakteristické vlastnosti. Dále se práce zaměřuje, po principiálním popisu koroze, na samotné studium koroze interní. Bylo nutné definovat zcela nové přístupy k ověřování, vyhodnocování a stanovení závěrů z důvodu novosti této problematiky. V experimentální části práce je navržena a popsána úvodní testovací metoda vhodná pro základní výběr materiálů odolných vůči korozi na vnitřní straně chladičů plnícího vzduchu, které jsou vystaveny působení kondenzujících spalin produkovaných motory automobilů a zpětně využívaných v systému recirkulace výfukových plynů. Následuje výběr modelových zkušebních médií, návrh testovacích procedur a provedení dalších korozních experimentů materiálů vybraných na základě předchozích výsledků. Práce pokračuje rozborem výsledků a doporučením dalšího postupu řešení problematiky. Následné ověření nejnovějších poznatků v oblasti této problematiky poukazuje na skutečnost aktuálnosti řešení daného problému. V závěru jsou shrnuty provedené testy včetně výsledků, které budou aplikovány při praktickém použití chladičů plnícího vzduchu.

Abstract:

This dissertation entitled The Durability of Aluminum Heat Exchangers Exposed to Exhaust Gas Condensates provides a comprehensive analysis of the issues encountered by aluminum alloys exposed to exhaust gasses containing corrosive constituents. The introduction addresses the challenges encountered in developing modern forced induction (turbocharged and supercharged) internal combustion engines required to meet stringent vehicle emission requirements. These emission standards have led to the need to introduce exhaust gasses into the air intake to improve efficiency of forced induction systems. These exhaust gasses can form acidic substances that contact components, such as charge air coolers, which have not previously seen this type of corrosive environment. A subsequent portion of the dissertation is devoted to a detailed description of automotive charge air cooler heat exchangers and their production which can significantly affect the corrosion resistance of the aluminum materials used in their fabrication. This dissertation contains a principled description of corrosion followed by a focused study of internal corrosion experienced in heat exchangers. The challenges presented by this this issue require a unique approach when evaluating the corrosion resistance of the aluminum materials used to manufacture heat exchangers. The experimental portion of this work describes a method suitable for the basic selection of materials resistant to the corrosive environment experienced on the inside surface of a charge air cooler due to the presence of condensing exhaust gasses introduced during exhaust gas recirculation. The experimental phase of this work includes: the selection of a model test media (simulated condensate product), the development of a corrosion test procedure, and the generation of aluminum corrosion test results. Conclusion based on the interpretation of the corrosion test results as well as recommendations for future actions are also presented.

Keywords

chladič plnícího vzduchu, EGR, koroze, kondenzát, testovací procedury

Keywords

charge air cooler, EGR, corrosion, condensate, test procedures

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 7. 7. 2013

Thesis defence

• Date of defence: 17. 12. 2013
• Supervisor: Miroslav Kursa
• Reader: Margita Longauerová, Jaroslav Bystrianský, Ludmila Hyspecká

VŠB - Technical University of Ostrava

Fakulta metalurgie a materiálového inženýrství

Doctoral programme:
Materiálové vědy a inženýrství