汽车中冷器的作用

汽车中冷器的作用中冷器的作用是降低发动机的进气温度。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。（1）风冷式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。风冷式中冷器因其结构简单和制造成本低而得到了广泛应用，大部分涡轮增压发动机使用的都是风冷式中冷器，例如华泰特拉卡TCI越野车和一汽－大众宝来1．8T轿车搭载的发动机都使用了风冷式中冷器。（2）水冷式利用循环冷却水对通过中冷器的空气进行冷却。优点是冷却效率较高，而且安装位置比较灵活，无需使用很长的连接管路，使得整个进气管路更加顺畅。缺点是需要1个与发动机冷却系统相对独立的循环水系统与之配合，因此整个系统的组成部件较多，制造成本较高，而且结构复杂。水冷式中冷器的应用比较少，一般用在发动机中置或后置的车辆上，以及大排量发动机上，例如奔驰S400CDI轿车和奥迪A8TDI轿车搭载的发动机都使用了水冷式中冷器。中冷器是用来冷却经增压器出来的增压空气的，空气在经过增压器后，压力增加，温度升高，通过中冷器冷却可降低增压空气温度，从而提高空气密度，提高充气效率，以达到提升柴油机功率和降低排放的目的。中冷器：是增压系统的一部分。当空气被高比例压缩后会产很高的生热量，从而使空气膨胀密度降低，而同时也会使发动机温度过高造成损坏。为了得到更高的容积效率，需要在注入汽缸之前对高温空气进行冷却。这就需要加装一个散热器，原理类似于水箱散热器，将高温高压空气分散到许多细小的管道里，而管道外有常温空气高速流过，从而达到降温目的（可以将气体温度从150摄氏度降到50摄氏度左右）。由于这个散热器位于发动机和涡轮增压器之间，所以又称作中央冷却器，简称中冷器。发动机直接排出的废气温度通常高达8、9百度，会造成涡轮本体、进气温度升高，加之压缩空气时做功，增压压缩进气缸的气体就有可能过热而造成汽油预燃而发生爆震，影响动力输出；同时，高温也是引擎的隐形杀手。所以，增压发动机通常会引入中冷器来降低进气温度。一般来说，使用中冷后能减小50～60度的进气温度（离开临界值），可以适当的提高发动机压缩比，改善低转速时的动力输出；同时由于冷空气的密度大，所以在相同条件下，这种设计可以提高发动机的进气密度，因此发动机工作效率更高。对于增压发动机来说，中冷器是增压系统的重要组成部件。无论是机械增压发动机还是涡轮增压发动机，都需要在增压器与发动机进气歧管之间安装中冷器。下面以涡轮增压发动机为例，对中冷器进行简要介绍。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。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。另外，为了使来自增压器的压缩空气，在进入中冷器的芯体之前有缓冲和蓄压的空间，且在流出芯体之后能提高空气流速，通常在芯体的两侧安装有气室。气室的外形与漏斗相似，其端部还会设置圆形进出口，以方便连接进气管路.风冷式中冷器因其结构简单和制造成本低而得到了广泛应用，大部分涡轮增压发动机使用的都是风冷式中冷器，例如华泰特拉卡ＴＣＩ越野车和一汽－大众宝来１．８Ｔ轿车搭载的发动机都使用了风冷式中冷器。中冷就是对发动机进气进行冷却，以降低压缩行程终了时的最高温度，从而降低柴油燃烧的最高温度，减少氮氧化物的生成，降低了氮氧化物的排放！！！先说明一下安装中冷器的原理为何。中冷器的安装目的，主要是为降低进气温度，或许读者会问：为何需要降低进气温度？这就得提到涡轮增压的原理。涡轮增压的工作原理，简单说是利用引擎排废气来冲击排气叶片，然后带动另一侧进气叶片，强制压缩空气并送往燃烧室中，由于排废气的温度通常都高达8、9百度，连带使涡轮本体同样处于极高温的状态，如此便会提高流过进气涡轮端空气的温度，加上压缩过的空气同样也会产生热度(因为压缩过的空气分子距离变小，会相互挤压、磨擦产生热能现象)，如果这股高温气体未经冷却就进入汽缸中，很容易导致引擎燃烧温度过高，接着就会使汽油预燃发生爆震，让引擎温度更加上升，同时压缩空气的体积也会因热膨胀而大幅降低含氧量，如此一来便会降低增压效益，自然无法产生该有的动力输出。另外，高温也是引擎的隐形杀手，若不设法降低运转温度，一旦遇到天气较热的环境，或是长时间操驾的情况下，很容易增加引擎故障机率，因此才需加装中冷器来降低进气温度。知道中冷器的功能后，接着我们来探讨它的构造及散热原理为何。请读者们先看图一，这张类似千层糕的东西，就是中冷器的剖面图，由此图中我们可看出中冷器主要是由两个部分所组成。第一部分名称为Tube，也就是图中第一层，其功能在于提供一个信道，容纳压缩空气使之流过，因此Tube必须是密闭空间，如此压缩空气才不至于发生泄漏压力的问题，且Tube的外形还分成四方形、椭圆形与长锥形三种，其差别在于风阻与冷却效率间的取舍。第二部分名称为Fin，也就是俗称的鳍片，通常位于上下两层Tube间，并紧密的与Tube相黏在一起，其功能在于散热，因为当压缩热空气流经Tube时，会将热量经由Tube的外壁传达到鳍片上，此时若有外界温度较低的空气流经鳍片时，就能顺便将热量带走，达到冷却进气温度的目的。经由上述两部分不断重迭一起，直到10～20层的结构物，则称为Core，这部分就是所谓的中冷器主体。另外，为了使来自涡轮的压缩气体在进入Core前，能有缓冲及蓄压的空间，及出Core后能提升空气流速，通常都会在Core两侧，再装上名为Tank的零件，其外型像漏斗状一般，其上还会设置圆形进出口，以方便连接硅胶管，而中冷器就是经由上述四个部分所组成。至于中冷器散热的原理就如同刚才提到的一般，是利用众多的横向Tube分割压缩空气，然后来自车头的外界直向冷风，再经过与Tube相连的散热鳍片，就可达到冷却压缩空气的目的，使进气温度较为接近外界温度，因此若要增加中冷器的散热效率，只要加大其面积及厚度，以增加Tube数量、长度和散热鳍片等，就可达到此目的。但有这幺容易吗？其实不然，因为愈长、面积愈大中冷器，就愈容易产生进气压力耗损的问题，而这也是本单元主要探讨的问题之一。为何会产生压力损失虽然大容量中冷器，因热交换时间延长有更好的冷却效能，但却会发生空气流速变慢及压力损失的问题，且进一步使涡轮迟滞现象更为严重，为什幺？这要从两个方面谈起。相信曾经自己洗过车的读者都知道，要让水管里的水柱喷的较远、较快，只需挤压水管头就可达成，为什幺会这样？那是因为在水压不变的情况下，单位时间的流量不会因管径大小而改变，因此为达到这目的，只要缩小管径，流速自然变快，相反的一增加管径、流速就会变慢，而这情况也发生在整个进气管路里。因为当空气由原先容纳空间较小的进气管路中，流经空间较大的中冷器时，就会产生流速变慢的现象，且此问题对于小出风量涡轮搭配大型中冷器时尤其严重，如此一来将使涡轮迟滞现象更为严重。另外，当空气由进气管路进入中冷器的Tube时，会因管径粗变细的分流转换，产生流速阻力，造成一定程度的压力损失，再加上许多中冷器为增加冷却效率，都会在Tube里设置鳍片(Tube不一定是中空的)，这样也会产生气流阻力，两者相加，涡轮迟滞问题相对会更加明显。值得一提的，上述提到的压力损失，指的并非是增压值的减少，因为进气管路是密闭的，所以排气泄压阀的泄压动作，一定需达到车主设定的增压值才会进行，因此恒压值是不会降低，只不过会延长到达的时间(因为部分压力被消耗掉)及影响增压反应，而这也是压力损失造成的最大影响。既然加装中冷器会使涡轮迟滞更加明显，可是又不能不装，因此如何兼顾冷却效率及压力维持，则成了改装中冷器的首要课题。改装中冷器的两难一个强调性能化的中冷器，除要有良好的散热能力外，压力损失的减低亦必须考量进去，不过抑制压损与提升冷却效率，在技巧上是完全相反的，譬如一个体积大小相同的中冷器，倘若完全以散热为出发点来设计，里面的Tube就需做得更细且增加鳍片数量，如此就会增加空气阻力；但如果就维持压力层面来着手，又得加粗Tube及减少鳍片，相形之下热交换的效能便较差，所以中冷器的改装绝不如我们想象中的简单。因此要兼顾冷却效率与维持压力的方法，大部分会从Tube与鳍片两部分来着手。首先是Tube部分，其中又分成两种方式，第一：使用管径较粗但管壁极薄的式样，以粗管径来增加空气流通的顺畅度，并利用管壁薄的特点提高散热性。第二：在管径较粗的Tube里，额外设置鳍片在里头的方式，来增加热空气接触金属片面积，以提高热传达量，自然散热效率也就能增加，不过此种设计大多使用在竞技车或是高增压车辆的中冷器里，如此才不至于产生太大的迟滞现象。接下来是鳍片部分，一般型中冷器的鳍片，就如同图二一般，其形状通常为直条状无任何开口，且中冷器的宽度多长，鳍片就有多长，不过既然鳍片在整个中冷器里，扮演散热功能的主要角色，因此只要增加其接触冷空气的面积，就能提高热交换功率，因此许多中冷器的鳍片，后来都改用图三中，各种形式的设计，其中又以波浪状或是俗称百叶窗设计的鳍片最为流行。不过就散热效率来说，还是以图四中所谓交迭散热鳍片为最佳，但产生的风阻力量也最为明显，因此较常见于日本D1参赛车上，因为这些比赛车辆的速度都不快，可是却需良好的散热效果，来保护游走于高转速的引擎。进行中冷器改装以涡轮容量而定谈完中冷器的各项改装理论后，接着我们来了解一下，实际改装时需注意的事项有哪些。一般来说，改装用的中冷器大多分成原厂交换型式，以及需要大幅改变管路配置的大容量套件。直接交换式的规格和原厂相差不多，差异仅在于内部Tube与鳍片设计不同与厚度稍微加宽，此套件适合原厂未改的车辆，或改装幅度不大的场合，能将原厂引擎潜力激发出来。至于大容量的中冷器，则除了加大迎风面积强化散热性以外，更会提高厚度以确保温度恒定，以澔阳生产的中冷器为例，一般型约在5.5至7.5公分左右(适合1.6～2.0升车辆使用)，加强型约在8至105公分左右(适合2.5升以上车辆使用)，加上还会运用大漏斗状的蓄气Tank，使气流通过的抵抗能减至最小限度，当然使用加强型中冷器的场合，出现在配置中大型涡轮时才较为适用，例如6号涡轮以下的引擎，就不建议使用，因为这样迟滞的状况会较为严重，不利于低速增压反应，