簡介
渦輪增壓的發動機為何會比普通發動機擁有更大的動力,其中原因之一就是其換氣的效率比一般發動機的自然進氣更高。當空氣進入渦輪增壓後其溫度會大幅升高,密度也相應變小,而中冷器正是起到冷卻空氣的作用,高溫空氣經過中冷器的冷卻,再進入發動機中。如果缺少中冷器而讓增壓後的高溫空氣直接進入發動機,則會因空氣溫度過高導緻發動機損壞甚至熄火的現象。
中冷器的作用
1、中冷器的作用主要是用來降低發動機的進氣溫度;2、中冷器一般由鋁合金材料制成,按照冷卻介質的不同,常見的中冷器可以分為風冷式和水冷式2種;3、風冷式是利用外界空氣對通過中冷器的空氣進行冷卻,水冷式就是用循環冷卻水對通過中冷器的空氣進行冷卻。
中冷器的分類
中冷器一般由鋁合金材料制成。按照冷卻介質的不同,常見的中冷器可以分為風冷式和水冷式2種。
中冷器的維護方法
空一空冷卻的中冷器與水箱散熱器裝在一起,安裝在發動機前方,靠吸風風扇和汽車行駛的通面風進行冷卻,中冷器若冷卻不良将導緻發動機動力不足、油耗增加,因此,應定期對中冷器進行檢查與維護,主要内容是:
外部清潔(就車清洗法)
由于中冷器安裝在最前方,中冷器散熱片通道常被樹葉、油泥(轉向油罐内溢出的液壓油)等堵塞,使中冷器散熱受阻,因此應定期對該處清洗。清洗的方法是用壓力不太高的水槍以垂直于中冷器平面的角度,自上而下或自下而上緩慢沖洗,但決不可斜沖以防損壞中冷器。
内部清洗、檢查(拆檢清洗法)
中冷器内部管道常附有油泥、膠質等髒物,不僅使空氣流通道變窄,而且冷卻熱交換能力降低,為此,也必須進行維護和清洗。一般每年或發動機大修、焊修水箱的同時,應對中冷器内部進行清洗并進行檢查。
清洗方法:将含2%純堿的水溶液(溫度應在70—80℃)加入中冷器内,注滿,等待15分鐘,看中冷器有無滲漏水處。如有應對其進行拆檢,焊修(同修水箱一樣);如沒有滲漏水,前後晃動,反複數次,将洗液倒出,再充入幹淨的含2%純堿的水溶液進行沖洗,直到較為清潔為止,再加注清潔的熱水(80—90℃)清洗,直到放出的水清潔為止。
如中冷器外部沾上油污,亦可用堿水進行清洗,方法是:将油污處浸泡于堿液中,用毛刷清除,直到幹淨為止。清洗完後,用壓縮空氣将中冷器内的水吹幹或自然涼幹或在安裝中冷器時先不接中冷器與發動機連接管,起動發動機,待中冷器出氣口無水分時,再接上發動機進氣管。若發現中冷器芯内嚴重髒污,應仔細檢查空濾器及進氣各管路何處有漏洞,并排除故障。
渦輪增壓器最大的問題就在于吸取新鮮空氣的進氣口與高溫的排氣之間距離很近,而且吸進來的新鮮空氣被壓縮後溫度也會升高很多,所以就算是沒有排氣高溫影響的機械增壓發動機也需要通過中冷器來冷卻進氣。空氣被壓縮溫度會升高,最簡單的例子就是給輪胎充氣的氣泵,不相信的朋友可以摸一下正在充氣的氣泵,就會知道空氣壓縮積攢的熱量有多麼可怕。
另外我們通過化學以及物理知識可以知道,溫度越低的空氣内的氧氣含量越高,也許有人會問:這個有什麼關系?要知道,燃料燃燒需要的就是空氣裡的氧氣,氧氣越多才能讓更多的燃料燃燒,從而爆發出更多的動力。想要了解更多的朋友可以參考下《吸氣系統》内的相關介紹。中冷器就是一個高效的散熱器,主要作用就是在新鮮空氣進入發動機之前對其進行冷卻。
你可以設想一下,中冷器位于散熱水箱之前,所以可以直接受到迎面吹來的冷空氣的沖擊,而且還要位于空氣濾清器、渦輪增壓器或者是機械增壓器的後面。實際的情況也确實是這樣,大部分車子裝備的都是位于散熱水箱前的中冷器,而且冷卻效果确實比一些頂置布局的中冷器好,但是,這樣多多少少都會影響吹到散熱水箱的氣流,所以在一些極限情況下,例如賽道上,就必須同時升級散熱水箱來控制發動機溫度。
工作原理
使用設計良好的中冷器可以額外多獲得5%-10%的動力。
也有一些車子使用頂置中冷器,通過發動機蓋上的開孔來獲得冷卻空氣,所以在車子起步之前,中冷器隻會受到一些從發動機艙吹來的熱風的吹拂,雖然散熱效率受到了影響,不過因為進氣溫度在這樣的情況下會升高,所以發動機的油耗會下降不少,這樣也間接降低了發動機的工作效率,但是對于功率強勁的增壓車來說,過大的動力導緻的起步不穩反而會在這種情況下緩解,Subaru斯巴魯的Impreza車系就是頂置中冷器的典型。除此之外,頂置中冷器布局最大的優勢還在于可以有效的縮短壓縮氣體到達發動機的行程。
頂置中冷并不是STI的專利
所有的渦輪增壓車使用中冷器都會有好處,而且原廠标配的中冷器一般也都有改進的餘地。因為我們追求的就是盡可能多的将空氣吸進發動機,所以如果中冷器内部的構造會影響到氣流的話,也就意味着發動機會損失一些動力。中冷器好壞最關鍵的兩個參數分别是其内部的氣流通道造型以及散熱鳍片的設計,理想狀态下的中冷器設計就是散熱鳍片的面積能夠盡可能的大,而氣流通道内最好不出現生硬的折曲以及會妨礙氣流的焊接痕迹。
有人認為既然所有的中冷器都會影響到進氣氣流,那麼使用中冷器到底劃不劃算呢?考慮到如果裝備上一個設計良好、對氣流影響比較小而且質量良好的中冷器可以獲得的動力增加,我們覺得使用中冷器還是比較劃算的。設想一下,如果原車的增壓值為15psi,根據資深專家估計,中冷器帶來的壓力損失一般也就是0.5-0.9psi,即便使用的是比較次的中冷器帶來的壓力損失也不會超過1.3psi,而且因為增加壓力會導緻進氣溫度的升高,所以降低進氣的溫度也會相應帶來壓力的損失,所以不要把進氣壓力的損失都怪罪到中冷器的設計上。
對于高性能車來說,重量是一個很重要的問題,而現在的情況是大部分改裝用中冷器相對于原廠配備的中冷器來說都會輕一些,而且性能還會好不少。
一般來說,中冷器越大的話,其内部的氣流損失越小而且冷卻效率也越高,因為氣流停留在中冷器内部的時間越長,受到的冷卻越好。更為誇張的做法就是安裝一個噴嘴向中冷器噴水,水在中冷器上蒸發可以吸收很多壓縮氣流的熱量,所以降低進氣溫度的效果非常好。一般的中冷器在正常的情況下可以降低進氣溫度35-40攝氏度,從而可以幫助發動機獲得5%-10%的動力增幅,不過這并不是絕對的,而是與周圍的大氣溫度息息相關——大氣溫度比進氣溫度低的越多,那麼中冷器的冷卻效果就會越好。
以渦輪容量而定
談完中冷器的各項改裝理論後,接着我們來了解一下,實際改裝時需注意的事項有哪些。一般來說,改裝用的中冷器大多分成原廠交換型式,以及需要大幅改變管路配置的大容量套件。直接交換式的規格和原廠相差不多,差異僅在于内部Tube與鳍片設計不同與厚度稍微加寬,此套件适合原廠未改的車輛,或改裝幅度不大的場合,能将原廠引擎潛力激發出來。
至于大容量的中冷器,則除了加大迎風面積強化散熱性以外,更會提高厚度以确保溫度恒定,以澔陽生産的中冷器為例,一般型約在5.5至7.5公分左右(适合1.6~2.0升車輛使用),加強型約在8至105公分左右(适合2.5升以上車輛使用),加上還會運用大漏鬥狀的蓄氣Tank,使氣流通過的抵抗能減至最小限度,當然使用加強型中冷器的場合,出現在配置中大型渦輪時才較為适用,例如6号渦輪以下的引擎,就不建議使用,因為這樣遲滞的狀況會較為嚴重,不利于低速增壓反應,不過在NA改Turbo的車輛裡,中冷器還是大一點較好,因為原廠設計的冷卻效率可能不夠,另外就算是低增壓設定亦不可省去中冷器,畢竟較低的進氣溫度,不但能延長引擎耐用度,對于動力輸出的穩定也有助益。
另一方面,中冷器除利用空氣散熱外,還有利用水冷式樣,豐田銘機3S-GTE就是一個例子,它的優點主要就是其Cooler本體剛好位于節氣門前,因此進氣管路極短有着高反應的特色,加上水本身的恒溫性非常高,對進氣溫度的恒定性也有很大幫助,尤其是車頭無撞風效應時更加明顯,如塞車。不過,由于它需要另接專用水泵浦及水箱散熱排,而且降溫幅度不如直接空氣冷卻來得大,因此目前還是以空冷式中冷器為主流,進氣管路的配置。
以直線化為首要
至于中冷器的安裝位置,大體上分成前置式與上置式兩種,就散熱性來看當然是位在前保杆内的前置式較為優秀,不過論及反應性的話,則屬上置式較占便宜,這便是其管路短帶來的增壓直接效果,例如Impreza WRCar為縮短前置中冷器的管路,便将節氣門反置來降低因管路過長帶來的壓力耗損,由此不難想見進氣管路的整體搭配,亦是改裝中冷器時不得不注意的重點。因此在升級或加裝中冷器時,除要注意中冷器的大小外,管路的長度盡量減短,并拉成直線化以減少彎角、焊接點等,都是增加空氣流速的方法,因為如果有太多焊點與折角的話,氣流的順暢性一定會不佳而發生壓損現象。
其次就像前面所談的中冷器原理,中冷器的Tube過細易增加抵抗影響反應,并且管壁裡的溫度會較高,同理稍微加粗進氣管徑也是不錯的方法,至于這個管徑大小的匹配,主要還是要看渦輪出風口與節氣門口徑而定。值得一提的是,中冷器前後的進出口管路直徑,應該是出口後的管徑比入口前粗10%左右,原因在于較大的出口管徑,能讓出Core的冷卻空氣,以較快的速度通過中冷器,對于流速的增加,能産生正面的幫助。
再來關于中冷器的材質部分,通常都是使用鋁合金材質制成,不但富質感增加美觀程度,還可因鋁質的高熱傳導性增加散熱效果,另外輕量化的優點,也是選擇鋁合金材質的主要原因之一。至于金屬管之間的橡膠連接管,建議大家盡可能采用三或五層包覆的矽橡膠制品,這種矽膠管的延展性極佳、耐高溫、高壓又不會硬化,所以小至真空管、中至水管、大至整個進氣管路都是非常不錯的原廠代用品,相當适合運用在高熱的渦輪引擎上,再加上寬型對夾不鏽鋼束環的固定,可避免爆管或漏氣的問題産生,且有别于原廠的黑色,對于提升車輛戰鬥氣息,有相當大的幫助,如此才可使車主放心駕馭愛車。



















