雙缸發動機風冷和水冷的區別（解析主流水冷渦輪增壓技術）

2023-10-05 18:52:11

1風冷中冷器的弊端

咱先來聊聊，中冷器（InterCooler）是個什麼東西？

通俗的說，就是給空氣降溫的東西，嗯，類似於空調。

因為中冷器實際上是渦輪增壓的配套部件，其作用在於降低增壓後的高溫空氣溫度、以降低發動機的熱負荷，提高進氣量，進而增加發動機的功率。對於增壓發動機來說，中冷器是增壓系統的重要組成部件。無論是機械增壓發動機還是渦輪增壓發動機，都需要在增壓器與進氣歧管之間安裝中冷器。（某些增壓值很低的機械增壓可以忽略這個東西）

先來說說中冷器這東西的原理吧：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進氣的效率比一般自然吸氣發動機要來得更高。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高溫空氣的作用。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致發動機爆震甚至損傷熄火的現象。

中冷器拆開後就長這個樣子，裡面的結構非常簡單，就是一排排的鋁合金風道和散熱鰭片。當熱空氣在鰭片中高速通過時，鋁合金風道內吹過涼爽的自然風，經過熱交換，增壓熱空氣的溫度就被降下來了，就這麼簡單。

那麼，傳統的空氣冷卻中冷器，有什麼弊端麼？

採用風冷中冷器的增壓發動機一個比較明顯的問題是動力輸出反應滯後，由於渦輪增壓是靠廢氣帶動渦輪轉動來提供壓縮空氣的，而這一個循環過程本身就需要一定的時間，而更重要的是壓縮後的空氣還得跑到車頭部分繞一圈兒進行冷卻，這又進一步增加了壓縮空氣進入汽缸燃燒的時間，因此當踩下油門到車輛加速存在著一定的時間差。

通過下面這張奧迪S3的引擎圖，你就能夠很明顯的看出來，增壓空氣要經過多麼大的一個循環，才能到達進氣歧管。同時，碩大的中冷器所造成的空氣阻力也是不可小覷的。所以渦輪遲滯一直是個空氣冷卻中冷器所不能解決的問題，也是影響了渦輪引擎開發的一大難題。

那麼，有沒有辦法，解決或是減少這個延遲呢？有沒有一種中冷器，既能夠保證冷卻質量，又能夠縮短進氣管線的長度呢？水冷中冷器，就在這時候出現了：

2水冷中冷的優勢

既然風冷的中冷器由於需要布置在車頭撞風的位置，所以路線太長管路太複雜，那麼我們用水冷的中冷器，用水作為冷卻媒介，行不行？因為水冷的中冷器能夠避免了風冷式的一大問題：中冷器本體必須布置在能吹到自然涼風的位置。

既然不需要吹風才能降溫了，那麼中冷器的位置就可以儘可能的貼近進氣歧管，所以渦輪延遲的問題也被相應的降低了很多，這就是水冷式中冷器的最大作用。

答案當然是可以的，有什麼例子？下面的這些車型都採用了水冷中冷器的設計，比如：

作為豐田全新世代的渦輪增壓發動機，8AR-FTS採用了水冷中冷器的設計，這臺發動機的最大功率為220匹馬力（同樣的機子用在雷克薩斯NX200t身上，輸出功率為240匹），扭矩為350Nm，看數據確實是趕上了別的品牌2.0升渦輪增壓引擎的平均水平。但這臺發動機確實應用了不少同級別比較領先的技術，比如整合在缸蓋內部的排氣歧管，這個設計能夠很好的利用排氣的高溫加熱缸蓋內的冷卻水道，在冷車啟動時快速提升冷卻水溫度，使車輛更快進入工作狀態。除此之外水冷式中冷器也是這臺8AR-FTS的賣點之一，水冷式中冷的出現使得進氣管路變得更短更緊湊，提高了引擎響應速度，降低了渦輪遲滯。

△ 8AR-FTS採用的水冷式中冷器，可以看見其位置非常貼近進氣歧管，這樣的設計有效的降低了渦輪延遲。

△ 全新漢蘭達就是搭載了8AR-FTS這臺2.0升水冷中冷器發動機的一大知名車型，其很短的油門響應速度一度讓筆者非常吃驚。

當然，在高性能領域，也有不少重視渦輪延遲的廠家，寶馬就是一個。所以他們為M4的那臺3.0T引擎也開發了全新的水冷冷卻系統：

這臺代號為S55B30的直列六缸發動機採用了雙渦輪增壓以及水冷式中冷器技術。前者使得每三個氣缸吹動一個渦輪，最大化的減小了渦輪延遲並提高了增壓值，同時雙渦輪的應用也使得相鄰氣缸之間的排氣幹涉問題被降低到了最小。後者則為M4提供了更小的渦輪延遲，同時強化了進氣冷卻效果。

水冷式中冷器在提高M4的引擎響應速度方面做出了不可磨滅的貢獻，因為現在增壓後的高溫空氣只需要很短的行程便能低達氣缸進氣氣門前，這對於渦輪引擎的響應問題無疑是個巨大的福音。

點評君噴兩句：

作為渦輪增壓車型發展的一大趨勢，其特點勢必是越來越貼近自然吸氣的駕駛感受。那麼在面對渦輪遲滯的問題上下功夫做文章就變成了不可忽視的問題，水冷式中冷器的引入，進一步的提高了渦輪引擎的響應速度，同時也大大降低了發動機艙管線布置的難度，可謂是一舉多得的一大關鍵因素。

所以我們能夠看到，無論是民用的豐田8AR-FTS還是性能化的寶馬S55B30，亦或是奔馳的AMG GT所採用的M178，其均毫不意外的採用了水冷式中冷器的設計。在可以預見的未來，還將會有更多的車型採用這一設計，從各大廠商的表現看來，水冷中冷勢必會成為配合渦輪增壓引擎的一大趨勢，讓我們拭目以待吧！

中冷器一般只有在安裝了渦輪增壓的車才能看到。因為中冷器實際上是渦輪增壓的配套件，其作用在於提高發動機的換氣效率。 對於增壓發動機來說，中冷器是增壓系統的重要組成部件。無論是機械增壓發動機還是渦輪增壓發動機，都需要在增壓器與發動機進氣歧管之間安裝中冷器，由於這個散熱器位於發動機和增壓器之間，所以又稱作中間冷卻器，簡稱中冷器。。

『斯巴魯翼豹STI的中冷器』

為什麼需要中冷器？

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，密度變低，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致發動機損壞甚至死火的現象。

由於發動機排出的廢氣的溫度非常高，通過增壓器的熱傳導會提高進氣的溫度。而且，空氣在被壓縮的過程中密度會升高，這必然也會導致空氣溫度的升高，從而影響發動機的充氣效率。如果想要進一步提高充氣效率，就要降低進氣溫度。有數據表明，在相同的空燃比條件下，增壓空氣的溫度每下降10 ℃，發動機功率就能提高3%～5%。

如果未經冷卻的增壓空氣進入燃燒室，除了會影響發動機的充氣效率外，還很容易導致發動機燃燒溫度過高，造成爆震等故障，而且會增加發動機廢氣中的NOx的含量，造成空氣汙染。為了解決增壓後的空氣升溫造成的不利影響，因此需要加裝中冷器來降低進氣溫度。

維護方法

編輯

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，中冷器若冷卻不良將導致發動機動力不足、油耗增加，因此，應定期對中冷器進行檢查與維護，主要內容是：

外部清潔

由於中冷器安裝在最前方，中冷器散熱片通道常被樹葉、油泥(轉向油罐內溢出的液壓油)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 直於中冷器平面的角度，自上而下或自下而上緩慢衝洗，但決不可斜衝以防損壞中冷器。

內部清洗、檢查

中冷器內部管道常附有油泥、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，應對中冷器內部進行清洗並進行檢查。

清洗方法：將含2%純鹼的水溶液(溫度應在70—80℃)加入中冷器內，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，反覆數次，將洗液倒出，再充入乾淨的含2%純鹼的水溶液進行衝洗，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汙，亦可用鹼水進行清洗，方法是：將油汙處浸泡於鹼液中，用毛刷清除，直到乾淨為止。清洗完後，用壓縮空氣將中冷器內的水吹乾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。若發現中冷器芯內嚴重髒汙，應仔細檢查空濾器及進氣各管路何處有漏洞，並排除故障。

渦輪增壓器最大的問題就在於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，溫度越低的空氣內的氧氣含量越高，也許有人會問：這個有什麼關係?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》內的相關介紹。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，中冷器位於散熱水箱之前，所以可以直接受到迎面吹來的冷空氣的衝擊，而且還要位於空氣濾清器、渦輪增壓器或者是機械增壓器的後面。實際的情況也確實是這樣，大部分車子裝備的都是位於散熱水箱前的中冷器，而且冷卻效果確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。