中冷器基本知識

1、中冷器基本知識中冷器的安裝目的，主要是為降低進氣溫度，或許讀者會問：為何需要降低進氣溫度？這就得提到渦輪增壓的原理。渦輪增壓的工作原理，簡單說是利用引擎排廢氣來沖擊排氣葉片，然后帶動另一側進氣葉片，強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)，如此便會提高流過進氣渦輪端空氣的溫度，加上壓縮過的空氣同樣也會產生熱度(因為壓縮過的空氣分子距離變小，會相互擠壓、磨擦產生熱能現象)，如果這股高溫氣體未經冷卻就進入汽缸中，很容易導致引擎燃燒溫度過高，接著就會使汽油預燃發(fā)生爆震，讓引擎溫度更加上升，同時壓縮空氣的體積也會因熱膨脹而大幅降低含氧量，如此

2、一來便會降低增壓效益，自然無法產生該有的動力輸出。另外，高溫也是引擎的隱形殺手，若不設法降低運轉溫度，一旦遇到天氣較熱的環(huán)境，或是長時間操駕的情況下，很容易增加引擎故障機率，因此才需加裝中冷器來降低進氣溫度。知道中冷器的功能后，接著我們來探討它的構造及散熱原理為何。中冷器主要是由兩個部分所組成。第一部分名稱為Tube，其功能在于提供一個通道，容納壓縮空氣使之流過，因此Tube必須是密閉空間，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、橢圓形與長錐形三種，其差別在于風阻與冷卻效率間的取舍。第二部分名稱為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，因為當壓縮熱空氣流經Tube時，會將熱量經由Tube的外壁傳達到鰭片上，此時若有外界溫度較低的空氣流經鰭片時，就能順便將熱量帶走，達到冷卻進氣溫度的目的。經由上述兩部分不斷重疊一起，直到1020層的結構物，則稱為Core，這部分就是所謂的中冷器主體。另外，為了使來自渦輪的壓縮氣體在進入Core前，能有緩沖及蓄壓的空間，及出Core后能提升空氣流速，通常都會在Core兩側，再裝上名為Tank的零件，其外型像漏斗狀一般，其上還會設置圓形進出口，以方便連接硅膠管，而中冷器就是經由上述四個部分所組成。至于中冷器散熱的原理就如同剛才提到的一般，是利用眾多的橫向Tube分割

4、壓縮空氣，然后來自車頭的外界直向冷風，再經過與Tube相連的散熱鰭片，就可達到冷卻壓縮空氣的目的，使進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數量、長度和散熱鰭片等，就可達到此目的。但有這么容易嗎？其實不然，因為愈長、面積愈大中冷器，就愈容易產生進氣壓力耗損的問題，而這也是本單元主要探討的問題之一。     雖然大容量中冷器，因熱交換時間延長有更好的冷卻效能，但卻會發(fā)生空氣流速變慢及壓力損失的問題，且進一步使渦輪遲滯現象更為嚴重，為什么？這要從兩個方面談起。相信曾經自己洗過車的讀者都知道，要讓水管里的水柱噴的較遠、較快，只需

5、擠壓水管頭就可達成，為什么會這樣？那是因為在水壓不變的情況下，單位時間的流量不會因管徑大小而改變，因此為達到這目的，只要縮小管徑，流速自然變快，相反的一增加管徑、流速就會變慢，而這情況也發(fā)生在整個進氣管路里。因為當空氣由原先容納空間較小的進氣管路中，流經空間較大的中冷器時，就會產生流速變慢的現象，且此問題對于小出風量渦輪搭配大型中冷器時尤其嚴重，如此一來將使渦輪遲滯現象更為嚴重。 另外，當空氣由進氣管路進入中冷器的Tube時，會因管徑粗變細的分流轉換，產生流速阻力，造成一定程度的壓力損失，再加上許多中冷器為增加冷卻效率，都會在Tube里設置鰭片(Tube不一定是中空的)，這樣也會產生氣流阻力，

6、兩者相加，渦輪遲滯問題相對會更加明顯。值得一提的，上述提到的壓力損失，指的并非是增壓值的減少，因為進氣管路是密閉的，所以排氣泄壓閥的泄壓動作，一定需達到車主設定的增壓值才會進行，因此恒壓值是不會降低，只不過會延長到達的時間(因為部分壓力被消耗掉)及影響增壓反應，而這也是壓力損失造成的最大影響。既然加裝中冷器會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。     一個強調性能化的中冷器，除要有良好的散熱能力外，壓力損失的減低亦必須考量進去，不過抑制壓損與提升冷卻效率，在技巧上是完全相反的，譬如一個體積大小相同的中冷器，倘若完

7、全以散熱為出發(fā)點來設計，里面的Tube就需做得更細且增加鰭片數量，如此就會增加空氣阻力；但如果就維持壓力層面來著手，又得加粗Tube及減少鰭片，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單。因此要兼顧冷卻效率與維持壓力的方法，大部分會從Tube與鰭片兩部分來著手。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，以粗管徑來增加空氣流通的順暢度，并利用管壁薄的特點提高散熱性。第二：在管徑較粗的Tube里，額外設置鰭片在里頭的方式，來增加熱空氣接觸金屬片面積，以提高熱傳達量，自然散熱效率也就能增加，不過此種設計大多使用在競技車或是高增壓車輛的中冷器里

8、，如此才不至于產生太大的遲滯現象。接下來是鰭片部分，一般型中冷器的鰭片，其形狀通常為直條狀無任何開口，且中冷器的寬度多長，鰭片就有多長，不過既然鰭片在整個中冷器里，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，因此許多中冷器的鰭片形式的設計，以波浪狀或是俗稱百葉窗設計的鰭片最為流行。不過就散熱效率來說，還是交疊散熱鰭片為最佳，但產生的風阻力量也最為明顯，因此較常見于日本D1參賽車上，因為這些比賽車輛的速度都不快，可是卻需良好的散熱效果，來保護游走于高轉速的引擎。     談完中冷器的各項改裝理論后，接著我們來了解一下，實際改裝時需注意的事項有哪

9、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(guī)格和原廠相差不多，差異僅在于內部Tube與鰭片設計不同與厚度稍微加寬，此套件適合原廠未改的車輛，或改裝幅度不大的場合，能將原廠引擎潛力激發(fā)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，更會提高厚度以確保溫度恒定，以澔陽生產的中冷器為例，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)，加上還會運用大漏斗狀的蓄氣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適

10、用，例如6號渦輪以下的引擎，就不建議使用，因為這樣遲滯的狀況會較為嚴重，不利于低速增壓反應，不過在NA改Turbo的車輛里，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(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3S-GTE就是一個例子，它的優(yōu)點主要就是其Cooler本體剛好位于節(jié)氣門前，因此進氣管路極短有著高反應的特色，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，

11、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。     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桿內的前置式較為優(yōu)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，便將節(jié)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

12、流的順暢性一定會不佳而發(fā)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，并且管壁里的溫度會較高，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(jié)氣門口徑而定。值得一提的是，中冷器前后的進出口管路直徑，應該是出口后的管徑比入口前粗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，能產生正面的幫助。    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(yōu)點，也是選擇鋁合金材質

13、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硅橡膠制品，這種硅膠管的延展性極佳、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，相當適合運用在高熱的渦輪引擎上，再加上寬型對夾不銹鋼束環(huán)的固定，可避免爆管或漏氣的問題產生，且有別于原廠的黑色，對于提升車輛戰(zhàn)斗氣息，有相當大的幫助，如此才可使車主放心駕馭愛車。 相信許多Impreza車主在升級渦輪時，都產生不知沿用原廠上置設計的加大型中冷器好，還是直接改用前置式較佳呢？要解決此問題就要需以升級的渦輪號數來決定。由于水平對臥引擎排氣頭段，相較于直式引擎而言顯得較長，連帶使得低速增