中冷器基本知識(shí)

1、中冷器基本學(xué)問中冷器的安裝目的，主要是為降低進(jìn)氣溫度，或許讀者會(huì)問：為何需要降低進(jìn)氣溫度？這就得提到渦輪增壓的原理。渦輪增壓的工作原理，簡(jiǎn)潔說是利用引擎排廢氣來(lái)沖擊排氣葉片，然后帶動(dòng)另一側(cè)進(jìn)氣葉片，強(qiáng)制壓縮空氣并送往燃燒室中，由于排廢氣的溫度通常都高達(dá)8、9百度，連帶使渦輪本體同樣處于極高溫的狀態(tài)，如此便會(huì)提高流過進(jìn)氣渦輪端空氣的溫度，加上壓縮過的空氣同樣也會(huì)產(chǎn)生熱度(由于壓縮過的空氣分子距離變小，會(huì)相互擠壓、磨擦產(chǎn)生熱能現(xiàn)象)，假如這股高溫氣體未經(jīng)冷卻就進(jìn)入汽缸中，很簡(jiǎn)潔導(dǎo)致引擎燃燒溫度過高，接著就會(huì)使汽油預(yù)燃發(fā)生爆震，讓引擎溫度更加上升，同時(shí)壓縮空氣的體積也會(huì)因熱膨脹而大幅降低含氧量，如此

2、一來(lái)便會(huì)降低增壓效益，自然無(wú)法產(chǎn)生該有的動(dòng)力輸出。另外，高溫也是引擎的隱形殺手，若不設(shè)法降低運(yùn)轉(zhuǎn)溫度，一旦遇到天氣較熱的環(huán)境，或是長(zhǎng)時(shí)間操駕的狀況下，很簡(jiǎn)潔增加引擎故障機(jī)率，因此才需加裝中冷器來(lái)降低進(jìn)氣溫度。知道中冷器的功能后，接著我們來(lái)探討它的構(gòu)造及散熱原理為何。中冷器主要是由兩個(gè)部分所組成。第一部分名稱為Tube，其功能在于供應(yīng)一個(gè)通道，容納壓縮空氣使之流過，因此Tube必需是密閉空間，如此壓縮空氣才不至于發(fā)生泄漏壓力的問題，且Tube的外形還分成四方形、橢圓形與長(zhǎng)錐形三種，其差別在于風(fēng)阻與冷卻效率間的取舍。其次部分名稱為Fin，也就是俗稱的鰭片，通常位于上下兩層Tube間，并緊密的與Tu

3、be相粘在一起，其功能在于散熱，由于當(dāng)壓縮熱空氣流經(jīng)Tube時(shí)，會(huì)將熱量經(jīng)由Tube的外壁傳達(dá)到鰭片上，此時(shí)若有外界溫度較低的空氣流經(jīng)鰭片時(shí)，就能順便將熱量帶走，達(dá)到冷卻進(jìn)氣溫度的目的。經(jīng)由上述兩部分不斷重疊一起，直到1020層的結(jié)構(gòu)物，則稱為Core，這部分就是所謂的中冷器主體。另外，為了使來(lái)自渦輪的壓縮氣體在進(jìn)入Core前，能有緩沖及蓄壓的空間，及出Core后能提升空氣流速，通常都會(huì)在Core兩側(cè)，再裝上名為Tank的零件，其外型像漏斗狀一般，其上還會(huì)設(shè)置圓形進(jìn)出口，以便利連接硅膠管，而中冷器就是經(jīng)由上述四個(gè)部分所組成。至于中冷器散熱的原理就猶如剛才提到的一般，是利用眾多的橫向Tube分割

4、壓縮空氣，然后來(lái)自車頭的外界直向冷風(fēng)，再經(jīng)過與Tube相連的散熱鰭片，就可達(dá)到冷卻壓縮空氣的目的，使進(jìn)氣溫度較為接近外界溫度，因此若要增加中冷器的散熱效率，只要加大其面積及厚度，以增加Tube數(shù)量、長(zhǎng)度和散熱鰭片等，就可達(dá)到此目的。但有這么簡(jiǎn)潔嗎？其實(shí)不然，由于愈長(zhǎng)、面積愈大中冷器，就愈簡(jiǎn)潔產(chǎn)生進(jìn)氣壓力耗損的問題，而這也是本單元主要探討的問題之一。     雖然大容量中冷器，因熱交換時(shí)間延長(zhǎng)有更好的冷卻效能，但卻會(huì)發(fā)生空氣流速變慢及壓力損失的問題，且進(jìn)一步使渦輪遲滯現(xiàn)象更為嚴(yán)峻，為什么？這要從兩個(gè)方面談起。信任曾經(jīng)自己洗過車的讀者都知道，要讓水管里的水柱噴的較遠(yuǎn)、較快，只需

5、擠壓水管頭就可達(dá)成，為什么會(huì)這樣？那是由于在水壓不變的狀況下，單位時(shí)間的流量不會(huì)因管徑大小而轉(zhuǎn)變，因此為達(dá)到這目的，只要縮小管徑，流速自然變快，相反的一增加管徑、流速就會(huì)變慢，而這狀況也發(fā)生在整個(gè)進(jìn)氣管路里。由于當(dāng)空氣由原先容納空間較小的進(jìn)氣管路中，流經(jīng)空間較大的中冷器時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生流速變慢的現(xiàn)象，且此問題對(duì)于小出風(fēng)量渦輪搭配大型中冷器時(shí)尤其嚴(yán)峻，如此一來(lái)將使渦輪遲滯現(xiàn)象更為嚴(yán)峻。 另外，當(dāng)空氣由進(jìn)氣管路進(jìn)入中冷器的Tube時(shí)，會(huì)因管徑粗變細(xì)的分流轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生流速阻力，造成肯定程度的壓力損失，再加上很多中冷器為增加冷卻效率，都會(huì)在Tube里設(shè)置鰭片(Tube不肯定是中空的)，這樣也會(huì)產(chǎn)生氣流阻力，

6、兩者相加，渦輪遲滯問題相對(duì)會(huì)更加明顯。值得一提的，上述提到的壓力損失，指的并非是增壓值的削減，由于進(jìn)氣管路是密閉的，所以排氣泄壓閥的泄壓動(dòng)作，肯定需達(dá)到車主設(shè)定的增壓值才會(huì)進(jìn)行，因此恒壓值是不會(huì)降低，只不過會(huì)延長(zhǎng)到達(dá)的時(shí)間(由于部分壓力被消耗掉)及影響增壓反應(yīng)，而這也是壓力損失造成的最大影響。既然加裝中冷器會(huì)使渦輪遲滯更加明顯，可是又不能不裝，因此如何兼顧冷卻效率及壓力維持，則成了改裝中冷器的首要課題。     一個(gè)強(qiáng)調(diào)性能化的中冷器，除要有良好的散熱力量外，壓力損失的減低亦必需考量進(jìn)去，不過抑制壓損與提升冷卻效率，在技巧上是完全相反的，譬如一個(gè)體積大小相同的中冷器，如果完

7、全以散熱為動(dòng)身點(diǎn)來(lái)設(shè)計(jì)，里面的Tube就需做得更細(xì)且增加鰭片數(shù)量，如此就會(huì)增加空氣阻力；但假如就維持壓力層面來(lái)著手，又得加粗Tube及削減鰭片，相形之下熱交換的效能便較差，所以中冷器的改裝絕不如我們想象中的簡(jiǎn)潔。因此要兼顧冷卻效率與維持壓力的方法，大部分會(huì)從Tube與鰭片兩部分來(lái)著手。首先是Tube部分，其中又分成兩種方式，第一：使用管徑較粗但管壁極薄的式樣，以粗管徑來(lái)增加空氣流通的順暢度，并利用管壁薄的特點(diǎn)提高散熱性。其次：在管徑較粗的Tube里，額外設(shè)置鰭片在里頭的方式，來(lái)增加熱空氣接觸金屬片面積，以提高熱傳達(dá)量，自然散熱效率也就能增加，不過此種設(shè)計(jì)大多使用在競(jìng)技車或是高增壓車輛的中冷器里

8、，如此才不至于產(chǎn)生太大的遲滯現(xiàn)象。接下來(lái)是鰭片部分，一般型中冷器的鰭片，其外形通常為直條狀無(wú)任何開口，且中冷器的寬度多長(zhǎng)，鰭片就有多長(zhǎng)，不過既然鰭片在整個(gè)中冷器里，扮演散熱功能的主要角色，因此只要增加其接觸冷空氣的面積，就能提高熱交換功率，因此很多中冷器的鰭片形式的設(shè)計(jì)，以波浪狀或是俗稱百葉窗設(shè)計(jì)的鰭片最為流行。不過就散熱效率來(lái)說，還是交疊散熱鰭片為最佳，但產(chǎn)生的風(fēng)阻力氣也最為明顯，因此較常見于日本D1參賽車上，由于這些競(jìng)賽車輛的速度都不快，可是卻需良好的散熱效果，來(lái)愛護(hù)游走于高轉(zhuǎn)速的引擎。     談完中冷器的各項(xiàng)改裝理論后，接著我們來(lái)了解一下，實(shí)際改裝時(shí)需留意的事項(xiàng)有哪

9、些。一般來(lái)說，改裝用的中冷器大多分成原廠交換型式，以及需要大幅轉(zhuǎn)變管路配置的大容量套件。直接交換式的規(guī)格和原廠相差不多，差異僅在于內(nèi)部Tube與鰭片設(shè)計(jì)不同與厚度略微加寬，此套件適合原廠未改的車輛，或改裝幅度不大的場(chǎng)合，能將原廠引擎潛力激發(fā)出來(lái)。至于大容量的中冷器，則除了加大迎風(fēng)面積強(qiáng)化散熱性以外，更會(huì)提高厚度以確保溫度恒定，以澔陽(yáng)生產(chǎn)的中冷器為例，一般型約在5.5至7.5公分左右(適合1.62.0升車輛使用)，加強(qiáng)型約在8至105公分左右(適合2.5升以上車輛使用)，加上還會(huì)運(yùn)用大漏斗狀的蓄氣Tank，使氣流通過的抵制能減至最小限度，當(dāng)然使用加強(qiáng)型中冷器的場(chǎng)合，消滅在配置中大型渦輪時(shí)才較為適

10、用，例如6號(hào)渦輪以下的引擎，就不建議使用，由于這樣遲滯的狀況會(huì)較為嚴(yán)峻，不利于低速增壓反應(yīng)，不過在NA改Turbo的車輛里，中冷器還是大一點(diǎn)較好，由于原廠設(shè)計(jì)的冷卻效率可能不夠，另外就算是低增壓設(shè)定亦不行省去中冷器，到底較低的進(jìn)氣溫度，不但能延長(zhǎng)引擎耐用度，對(duì)于動(dòng)力輸出的穩(wěn)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(jī)3S-GTE就是一個(gè)例子，它的優(yōu)點(diǎn)主要就是其Cooler本體剛好位于節(jié)氣門前，因此進(jìn)氣管路極短有著高反應(yīng)的特色，加上水本身的恒溫性格外高，對(duì)進(jìn)氣溫度的恒定性也有很大掛念，尤其是車頭無(wú)撞風(fēng)效應(yīng)時(shí)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，

11、而且降溫幅度不如直接空氣冷卻來(lái)得大，因此目前還是以空冷式中冷器為主流。     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(lái)看當(dāng)然是位在前保桿內(nèi)的前置式較為優(yōu)秀，不過論及反應(yīng)性的話，則屬上置式較占廉價(jià)，這便是其管路短帶來(lái)的增壓直接效果，例如Impreza WRCar為縮短前置中冷器的管路，便將節(jié)氣門反置來(lái)降低因管路過長(zhǎng)帶來(lái)的壓力耗損，由此不難想見進(jìn)氣管路的整體搭配，亦是改裝中冷器時(shí)不得不留意的重點(diǎn)。因此在升級(jí)或加裝中冷器時(shí)，除要留意中冷器的大小外，管路的長(zhǎng)度盡量減短，并拉成直線化以削減彎角、焊接點(diǎn)等，都是增加空氣流速的方法，由于假如有太多焊點(diǎn)與折角的話，氣

12、流的順暢性肯定會(huì)不佳而發(fā)生壓損現(xiàn)象。 其次就像前面所談的中冷器原理，中冷器的Tube過細(xì)易增加抵制影響反應(yīng)，并且管壁里的溫度會(huì)較高，同理略微加粗進(jìn)氣管徑也是不錯(cuò)的方法，至于這個(gè)管徑大小的匹配，主要還是要看渦輪出風(fēng)口與節(jié)氣門口徑而定。值得一提的是，中冷器前后的進(jìn)出口管路直徑，應(yīng)當(dāng)是出口后的管徑比入口前粗10%左右，緣由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(duì)于流速的增加，能產(chǎn)生正面的掛念。    再來(lái)關(guān)于中冷器的材質(zhì)部分，通常都是使用鋁合金材質(zhì)制成，不但富質(zhì)感增加美觀程度，還可因鋁質(zhì)的高熱傳導(dǎo)性增加散熱效果，另外輕量化的優(yōu)點(diǎn)，也是選擇鋁合金材質(zhì)

13、的主要緣由之一。至于金屬管之間的橡膠連接管，建議大家盡可能接受三或五層包覆的硅橡膠制品，這種硅膠管的延展性極佳、耐高溫、高壓又不會(huì)硬化，所以小至真空管、中至水管、大至整個(gè)進(jìn)氣管路都是格外不錯(cuò)的原廠代用品，相當(dāng)適合運(yùn)用在高熱的渦輪引擎上，再加上寬型對(duì)夾不銹鋼束環(huán)的固定，可避開爆管或漏氣的問題產(chǎn)生，且有別于原廠的黑色，對(duì)于提升車輛戰(zhàn)斗氣息，有相當(dāng)大的掛念，如此才可使車主放心駕馭愛車。 信任很多Impreza車主在升級(jí)渦輪時(shí)，都產(chǎn)生不知沿用原廠上置設(shè)計(jì)的加大型中冷器好，還是直接改用前置式較佳呢？要解決此問題就要需以升級(jí)的渦輪號(hào)數(shù)來(lái)打算。由于水平對(duì)臥引擎排氣頭段，相較于直式引擎而言顯得較長(zhǎng)，連帶使得低速增壓反應(yīng)較為遲