汽车用中冷器(1)

汽车用中冷器来源:《汽车与驾驶维修》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两种。（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散热芯体图1风冷式中冷器风冷式中冷器主要由两部分组成，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。流通管的功能是分割压缩空气并为压缩空气提供一个流通管路，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。图3流通管和散热片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）水冷式中冷器（图４）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。水冷式中冷器主要由两部分组成，即散热芯体和中冷器壳体，散热芯体主要由流通管和散热片组成。与风冷式中冷器不同的是，水冷式中冷器的散热芯体完全包裹在中冷器壳体的内部，中冷器壳体上图4水冷式中冷器连接有循环水管，冷却水在水泵的作用下不断循环，将流通管内的压缩空气冷却。冷却液将压缩空气冷却后温度会升高，因此需要一个独立的散热器　图５）为冷却水降温。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。图5独立散热器中冷器的选择对于普通用户来说，当中冷器因为碰撞等原因损坏需要更换时，只要更换与原车相同的配件即可。但是对于希望将原装涡轮增压系统进行改装以提升发动机动力的用户来说，中冷器的选择和安装就有很多需要注意的地方。下面以风冷式中冷器为例，简要介绍这方面的知识。（１）一般来说，中冷器可以分为原厂交换型和大容量改装型。原厂交换型中冷器的规格和原厂中冷器相差不大，差异只在于内部流通管和散热片的结构不同，适合原厂未改装的车辆或改装幅度不大的情况。对于大容量改装型中冷器，除了加大散热面积，还要兼顾进气的压力损失情况，但是一般需要重新匹配连接管路和紧固套件。（２）在了解了中冷器的结构之后，我们应该清楚，中冷器是利用众多的流通管来分割压缩空气，然后通过外界的空气流通来达到冷却的目的。因此想要提高中冷器的散热效率，只要通过增加流通管的长度和散热片的面积等方式就可以达到目的。但实际情况并不是这么简单，因为散热管越长的中冷器，就越容易产生进气压力损耗的问题。虽然大容量的中冷器有更好的冷却效果，但是因为压缩空气在中冷器内流动时间和流动阻力的增加，会产生更严重的空气压力损失，从而导致更严重的涡轮增压时滞现象。尤其是当小型涡轮增压器匹配了大容量中冷器时，涡轮增压时滞现象会更严重。（３）中冷器的冷却效率和空气压力损失主要取决于中冷器散热芯体中的流通管和散热片，因此一个高性能的中冷器应该具备以下特点。①流通管使用管径较粗但管壁很薄的结构。较粗的管径可以降低空气流通的阻力，很薄的管壁可以有效地提高散热能力。②散热片为了提高中冷器的热交换效率，就需要增加散热片接触到外界空气的面积。为了达到这个目的，散热片被设计成各种形状，其中以波浪形或百叶窗形的散热片最为常见。中冷器的安装（１）安装位置常见的安装位置有前置式、上置式以及侧置式３种。①前置式中冷器（图６），一般安装在前保险杆内侧，即冷凝器的前面偏下。在风冷式中冷器中，前置式中冷器的散热效果最好。②上置式中冷器（图７），一般安装在发动机上部，即进气歧管附近，发动机舱盖上开有进风口，以利于中冷器的冷却。因为距离进气歧管很近，所以对涡轮增压时滞性的控制相对较好。③侧置式中冷器（图８），一般安装在前保险杠的左内侧或右内侧，因此对车身空间的占用比较小。图6前置式中冷器图7上置式中冷器图8侧置式中冷器（２）连接管路中冷器的连接管路与涡轮增压系统的整体搭配，也是安装中冷器时应该注意的要点。①连接管路的长度应尽量短，还应尽可能采取直线连接，从而减少管路的弯曲和拐点，以提高空气流动的顺畅性。②中冷器出口连接管路的直径应该比入口连接管路直径大，因为较大的出口管径能使中冷器两端气室内的压缩空气以较快的速度流动。③连接管路中的橡胶管应尽量采用３或５层包覆的矽橡胶制品，这种橡胶管的延展性非常好，而且在高温、高压的环境中也不会硬化。连接管之间应采用宽型不锈钢卡箍固定，从而避免漏气的问题产生。中冷器的维护（１）外部清洁前置或侧置的风冷式中冷器的散热片通常会被树叶或油泥（例如涡轮增压器机油）等杂物堵塞，使中冷器散热受阻，因此应定期进行外部清洗。注意不要使用压力过高的水枪清洗，以免散热片变形。（２）内部清洗经过长时间使用后，中冷器内部管道通常会附着油泥或胶质等脏物，这不仅会使空气流通管变窄，而且会使热交换能力下降。因此，中冷器需要定期进行内部清洗和维护。如果发现中冷器内部脏污严重，应仔细检查空气滤清器和各进气管路是否有泄漏的部位。注意在内部清洗后，应让中冷器内部干燥后再连接管路。（感谢芬兰ｏｕｔｏｋｕｍｐｕ公司提供支持）