中冷器的使用與維護(hù)

王 功

（江海職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225101）

中冷器的使用與維護(hù)

王 功

（江海職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225101）

渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣溫度非常高，經(jīng)過增壓的空氣經(jīng)進(jìn)氣歧管、進(jìn)氣門流至汽缸燃燒室，很容易導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒溫度過高，導(dǎo)致燃油的不規(guī)則預(yù)燃而發(fā)生爆震，產(chǎn)生降低增壓效果、損壞發(fā)動(dòng)機(jī)等一系列不良后果，因此需要加裝中冷器來降低進(jìn)氣溫度。本文主要介紹了中冷器的使用原因、工作原理、作用與副作用、分類、主要故障和維護(hù)方法等。

中冷器；原因；作用與副作用；分類；主要故障；維護(hù)方法

CLC NO.:U471.2Document Code:BArticle ID:1671-7988(2014)02-99-04

前言

隨著高科技的飛速發(fā)展，一些新技術(shù)在汽車上得到廣泛應(yīng)用，而渦輪增壓在汽車上的應(yīng)用則賦予了汽車更加強(qiáng)大的動(dòng)力性。渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)需要在增壓器與發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管之間安裝一個(gè)用于散熱的部件，由于這個(gè)散熱的部件位于發(fā)動(dòng)機(jī)和渦輪增壓器之間，所以稱作中間冷卻器，簡稱中冷器。對(duì)于渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)來說，中冷器是增壓系統(tǒng)的重要組成部件，是增壓系統(tǒng)的配套件，其作用在于提高發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣效率。

1、中冷器使用原因

渦輪增壓器是利用發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣慣性沖力來推動(dòng)渦輪，渦輪帶動(dòng)同軸的葉輪，葉輪對(duì)由空氣濾清器管道送來的空氣進(jìn)行增壓，最后經(jīng)增壓的空

氣進(jìn)入汽缸。由于進(jìn)氣量增加、空氣密度提高，供油量也相應(yīng)地增加，從而增加發(fā)動(dòng)機(jī)功率。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增快，廢氣排出速度與渦輪轉(zhuǎn)速也同步增快，葉輪就壓縮更多的空氣進(jìn)入汽缸，空氣的壓力和密度增大可以燃燒更多的燃料，發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率會(huì)增加更多。一般而言，加裝廢氣渦輪增壓器后的發(fā)動(dòng)機(jī)功率及扭矩要增大20%—30%。

當(dāng)空氣進(jìn)入渦輪增壓后，空氣在被壓縮的過程中密度會(huì)升高，空氣分子距離變小，會(huì)相互擠壓、磨擦產(chǎn)生熱能現(xiàn)象，這必然會(huì)導(dǎo)致空氣溫度大幅升高。當(dāng)氣體體積因熱膨脹變大，密度也相應(yīng)變低，這樣單位體積空氣含氧量減少，從而影響發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣效率，如此一來自然無法產(chǎn)生該有的動(dòng)力輸出。轉(zhuǎn)速越高，增壓壓力越大，溫度上升就越大，加上空氣本來的溫度，增壓后的氣體溫度就很高了。同時(shí)由于發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣溫度通常都高達(dá)八、九百度，通過增壓器的熱傳導(dǎo)會(huì)進(jìn)一步提高進(jìn)氣的溫度，一般而言能夠上升40-60度左右。好不容易增加的功率會(huì)被空氣溫度過高而抵消，為了解決這些問題，如果想要進(jìn)一步提高充氣效率，就要降低進(jìn)氣溫度。有數(shù)據(jù)表明，在相同的空燃比條件下，增壓空氣的溫度每下降10℃，發(fā)動(dòng)機(jī)功率就能提高3%～5%。因此需要把增壓后的空氣經(jīng)過冷卻再送進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)，而承擔(dān)這一重任的部件就是中冷器，中冷器可以將氣體溫度降到50℃以下。

2、中冷器的作用

中冷器原理類似于發(fā)動(dòng)機(jī)“散熱器”，它是用來冷卻經(jīng)增壓器出來的增壓空氣的，如果未經(jīng)冷卻的增壓空氣進(jìn)入燃燒室，高溫氣體對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的影響主要在兩點(diǎn)：一是空氣體積大了，相當(dāng)于發(fā)動(dòng)機(jī)吸進(jìn)的空氣又變少了，會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣效率。二是高溫空氣對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒特別不利，很容易導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒溫度過高，造成爆震等故障，而且會(huì)增加發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣中的NOx的含量，造成空氣污染。

綜上所述中冷器主要有以下幾個(gè)作用：1.增加比功率，或相同功率下節(jié)省燃油1.5%。2.降低發(fā)動(dòng)機(jī)熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。3.有效降低發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣排放量和噪聲。4.提高發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)海拔高度的適應(yīng)性。5.避免發(fā)動(dòng)機(jī)增壓后的爆燃現(xiàn)象發(fā)生。6.改善增壓器的匹配和適應(yīng)性。

3、中冷器的副作用

一般來說，中冷器越大，氣流停留在中冷器內(nèi)部的時(shí)間越長，冷卻效果就越好，其內(nèi)部的氣流損失越小而且冷卻效率也越高。但中冷器增加了進(jìn)氣管道的容積，增壓器產(chǎn)生的壓縮空氣首先要把這個(gè)容積填滿，然后才能產(chǎn)生增壓效果，直接的表現(xiàn)效果就是渦輪增壓出現(xiàn)遲滯現(xiàn)象。

另一方面，由于增壓空氣必須流過各種管道，因此阻力增加了，其增壓壓力肯定會(huì)被削弱一部分。不過這種削弱只是在踏下油門后很短的一段時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生，因?yàn)樵鰤嚎諝獗幌魅鯄毫髸?huì)在中冷器到進(jìn)氣門這段密封的空間內(nèi)重新建立足夠的壓力，直至泄壓閥打開。因此，最終的表現(xiàn)依然是發(fā)動(dòng)機(jī)響應(yīng)變慢，渦輪增壓出現(xiàn)遲滯現(xiàn)象。

4、中冷器的分類

中冷器通常由鋁合金材料通過釬焊工藝制作而成。

（一）按照冷卻介質(zhì)的不同，常見的中冷器可以分為水冷式和風(fēng)冷式兩種。

1. 水冷式中冷器

水冷式中冷器利用循環(huán)冷卻水對(duì)通過中冷器的壓縮空氣進(jìn)行冷卻。水冷就是將一個(gè)進(jìn)氣管道放進(jìn)冷卻器里，當(dāng)增壓后的熱空氣流過時(shí)，冷卻器里有不斷流動(dòng)的冷卻水，從而帶走增壓空氣的熱量。

水冷式中冷器主要有散熱芯體和中冷器殼體兩部分組成。

散熱芯體主要由流通管散熱片組成，散熱芯體完全包裹在中冷器殼體的內(nèi)部，中冷器殼體上連接有循環(huán)水管，冷卻水在水泵的作用下不斷循環(huán)，將流通管內(nèi)的壓縮空氣冷卻。冷卻液將壓縮空氣冷卻后溫度會(huì)升高，因此需要1個(gè)獨(dú)立的散熱器為冷卻水降溫。

水冷式中冷器的優(yōu)點(diǎn)是冷卻效率較高，而且安裝位置比較靈活，無需使用很長的連接管路，使得整個(gè)進(jìn)氣管路更加順暢，同時(shí)由于這種中冷器完全安裝在內(nèi)部，因此更少受到灰塵和沙石損傷。缺點(diǎn)是水冷式中冷器必須要安裝一個(gè)與發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立的循環(huán)水系統(tǒng)與之配合。因此整個(gè)系統(tǒng)的組成部件較多，制造成本較高，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜；水冷式中冷器的應(yīng)用比較少，一般用在發(fā)動(dòng)機(jī)中置或

后置的車輛上以及大排量發(fā)動(dòng)機(jī)上，例如奔馳S400轎車和奧迪A8轎車搭載的發(fā)動(dòng)機(jī)。但現(xiàn)在趨勢是低增壓的發(fā)動(dòng)機(jī)，并不需要太大的中冷器，同時(shí)也為了讓發(fā)動(dòng)機(jī)更加緊湊，目前很多發(fā)動(dòng)機(jī)開始采用水冷式中冷器，大眾1.4T渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)、奧迪的機(jī)械增壓就是采用這種方式。

2.風(fēng)冷式中冷器

風(fēng)冷式中冷器利用外界空氣對(duì)通過中冷器的空氣進(jìn)行冷卻，通過車輛行駛的時(shí)候迎面撞進(jìn)的冷風(fēng)進(jìn)行降溫。也就是讓空氣通過一根根管道，增加管道和周圍空氣的接觸面積，然后通過周圍的空氣將其降溫。

風(fēng)冷式中冷器主要由散熱芯體和兩端的氣室兩部分組成。

散熱芯體主要由流通管和散熱片組成。流通管的形狀常見的有長方形、橢圓形以及長錐形3種。由于流通管的形狀不同，中冷器對(duì)壓縮空氣的阻力和冷卻效率也不同。流通管的功能是分割壓縮空氣并為壓縮空氣提供1個(gè)流通管路，兩端與氣室相連，因此壓縮空氣不會(huì)出現(xiàn)泄漏的問題。散熱片位于上下兩層流通管之間，并緊密地與流通管靠在一起，其功能是為流經(jīng)流通管的壓縮空氣散熱。當(dāng)外界較低溫度的空氣流經(jīng)散熱片時(shí)，就能將熱量帶走，從而達(dá)到冷卻壓縮空氣的目的。多個(gè)流通管和散熱片組合在一起，并多層重疊就構(gòu)成了中冷器的散熱芯體。

氣室通常安裝在芯體的兩側(cè)，氣室的外形與漏斗相似，其端部還會(huì)設(shè)置圓形進(jìn)出口，以方便連接進(jìn)氣管路。其主要功能是為了使來至增壓器的壓縮空氣，在進(jìn)入中冷器的芯體之前有緩沖和蓄壓的空間，且流出芯體之后能提高空氣流速。

風(fēng)冷中冷器—般安裝在車體空氣流動(dòng)量較大的位置，如前保險(xiǎn)杠內(nèi)、發(fā)動(dòng)機(jī)上方。風(fēng)冷器中冷器的優(yōu)點(diǎn)是整個(gè)冷卻系統(tǒng)的組成部件少，結(jié)構(gòu)比水冷式中冷器相對(duì)簡單。缺點(diǎn)是冷卻效率比水冷式中冷器低，一般需要較長的連接管路，空氣通過阻力較大。風(fēng)冷式中冷器因其結(jié)構(gòu)簡單和制造成本低而得到了廣泛應(yīng)用，大部分渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)使用的都是風(fēng)冷式中冷器。

（二）按中冷器安裝位置分類

不同的中冷器放置地方是不一樣的，但總體原則就是盡量減小整個(gè)進(jìn)氣管道的容積，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的響應(yīng)速度。常見的安裝位置有側(cè)置式、上置式以及前置式3種。

1．側(cè)置式

側(cè)置式的中冷器一般安裝在前保險(xiǎn)杠的左內(nèi)側(cè)或右內(nèi)側(cè)，因此，對(duì)車身空間的占用比較小。這種中冷器一定程度上減輕了車體零部件的布局壓縮，但是受安裝位置的限制，它的冷卻效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于前置式中冷器，因此，實(shí)際中運(yùn)用很少。

2．上置式

上置式的中冷器一般安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上部，即進(jìn)氣歧管附近。因?yàn)槠囘\(yùn)行后機(jī)艙內(nèi)部的溫度將會(huì)非常高，中冷器無可避免的會(huì)被發(fā)動(dòng)機(jī)的熱氣所侵蝕；而且機(jī)艙內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)上部空氣的流動(dòng)性很差，將很大程度影響中冷器的正常工作。為了有利于中冷器的冷卻一般發(fā)動(dòng)機(jī)蓋上在對(duì)應(yīng)中冷器的合適位置開進(jìn)風(fēng)口，如奧拓發(fā)動(dòng)機(jī)蓋左側(cè)進(jìn)氣口。因?yàn)樯现檬降闹欣淦骶嚯x進(jìn)氣歧管很近，在管路布置時(shí)，連接管路的長度最短，所以對(duì)渦輪增壓時(shí)滯性的控制相對(duì)較好。高增壓、大排量的發(fā)動(dòng)機(jī)由于進(jìn)氣量大，溫度高，往往需要一個(gè)大中冷器。大型的中冷器是放在發(fā)動(dòng)機(jī)頂上，這樣可以通過在發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋上開一個(gè)進(jìn)氣口，使用迎面撞入的冷空氣降溫，這種方式在很多車上都能見到，例如翼豹STI。

3．前置式

前置式中冷器一般安裝在前保險(xiǎn)杠內(nèi)側(cè)，即發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器的前面偏下。在風(fēng)冷式中冷器中，因其位于車體前端最大進(jìn)風(fēng)口處，外界空氣的流動(dòng)性最好，中冷器內(nèi)的高溫壓縮空氣與中冷器外的大氣、就有更多的接觸面積及接觸時(shí)間，熱交換（冷卻)的面積和時(shí)間更充分，因此前置式中冷器的降溫效果最佳。中冷器位于發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器之前，可以直接受到迎面吹來的冷空氣的沖擊，冷卻效果確實(shí)比一些頂置布局的中冷器好，但是，這樣多多少少都會(huì)影響吹到發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器的氣流，所以在一些極限情況下，就必須同時(shí)升級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器來控制發(fā)動(dòng)機(jī)溫度。

5、主要故障

5.1 漏氣

風(fēng)冷中冷器的主要故障是漏氣。漏氣往往發(fā)生

在管道接頭、扁管與扁翅、箱體焊縫等處，那么只要這些管路或接頭處出現(xiàn)了漏氣現(xiàn)象，車子會(huì)感覺無力。漏氣導(dǎo)致渦輪增壓器增壓的空氣壓力降低，空氣密度減小，使柴油機(jī)功率下降，排氣溫度升高。5.2 中冷器堵塞：劣質(zhì)空氣濾清器，渦輪增壓器進(jìn)氣端部分管路破裂，卡子松動(dòng)密封不嚴(yán)，增壓器本體竄油損壞等都會(huì)使中冷器堵塞。

六、中冷器的維護(hù)方法

風(fēng)冷中冷器與發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器裝在一起，安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)前方，靠吸風(fēng)風(fēng)扇和汽車行駛的通面風(fēng)進(jìn)行冷卻，中冷器若冷卻不良將導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力不足、油耗增加，因此，應(yīng)定期對(duì)中冷器進(jìn)行檢查與維護(hù)，主要內(nèi)容是：

(1)外部清潔

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(zhuǎn)向油罐、渦輪增壓器等溢出的液壓油)等雜物堵塞，使中冷器散熱受阻，因此應(yīng)定期對(duì)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，也不要使用壓力過高的水槍清洗，以免散熱片變形。如中冷器外部沾上油污，亦可用堿水進(jìn)行清洗，方法是：將油污處浸泡于堿液中，用毛刷清除，直到干凈為止。清洗完后，用壓縮空氣將中冷器內(nèi)的水吹干或自然涼干或者安裝中冷器時(shí)先不接中冷器與發(fā)動(dòng)機(jī)連接管，起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，待中冷器出氣口無水分時(shí)，即中冷器內(nèi)部干燥后再接上發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管。

(2)內(nèi)部清洗、檢查

中冷器內(nèi)部管道常附有油泥、膠質(zhì)等臟物，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(jìn)行維護(hù)和清洗。一般每年或發(fā)動(dòng)機(jī)大修、焊修水箱的同時(shí)，應(yīng)對(duì)中冷器內(nèi)部進(jìn)行清洗并進(jìn)行檢查。

清洗方法：將70—80℃含2%純堿的水溶液注滿中冷器內(nèi)，等待15分鐘，看中冷器有無滲漏水處。如有應(yīng)對(duì)其進(jìn)行拆檢，焊修(同修水箱一樣)；如沒有滲漏水，前后晃動(dòng)，反復(fù)數(shù)次，將洗液倒出，再充入干凈的含2%純堿的水溶液進(jìn)行沖洗，直到較為清潔為止，再加注清潔的80—90℃熱水清洗，直到放出的水清潔為止。若發(fā)現(xiàn)中冷器芯內(nèi)嚴(yán)重臟污，應(yīng)仔細(xì)檢查空濾器及進(jìn)氣各管路何處有漏洞，并排除故障。如果因劣質(zhì)濾清器及管路破裂，造成大面積堵塞，基本沒有修復(fù)價(jià)值，中冷器基本是高強(qiáng)度鋁制部件，解體后即使焊接，很容易再次破裂，建議更換新中冷器。

（3）連接管路檢查和重新安裝

連接中冷之間的橡膠管路容易出現(xiàn)松動(dòng)及老化裂口,保養(yǎng)時(shí)多注意檢查。最直接的方法就是聽聲音，中冷器輕微漏氣的話，在行駛中會(huì)發(fā)出一種象大風(fēng)吹門縫隙的聲音，可更換一個(gè)中冷器就沒有這聲音了。也可以對(duì)中冷器加壓涂肥皂水，找出漏氣的具體位置再處理。

由于一個(gè)直角彎管的進(jìn)氣阻力約等于三個(gè)120度彎管的進(jìn)氣阻力，在重新安裝中冷器連接管時(shí)，中冷器進(jìn)出氣管走向應(yīng)合理，盡可能減少彎曲。連接管路的長度應(yīng)盡量短，盡可能采取直線化連接，從而減少管路的彎曲和拐點(diǎn)以提高空氣流動(dòng)的順暢性。所有彎曲的管子最好用硬管而不用軟管，軟管彎曲容易產(chǎn)生吹脫現(xiàn)象。彎管處應(yīng)當(dāng)有固定支架，連接管之間應(yīng)采用寬型對(duì)夾不銹鋼卡箍固定，以保證固定位置。連接管路中的橡膠管應(yīng)盡量采用3或5層包覆的硅橡膠制品，這種橡膠管的延展性極佳，耐高溫、高壓又不會(huì)硬化，可避免爆管或漏氣的問題產(chǎn)生。

中冷器的連接管路與渦輪增壓系統(tǒng)要整體搭配，在重新安裝過程中需要特別關(guān)注，如果布局不合理，可能造成連接的管路與其他部件干涉，進(jìn)而影響其他部件的正常工作，甚至造成發(fā)動(dòng)機(jī)供氣不足，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)不能啟動(dòng)等現(xiàn)象。進(jìn)氣管直徑與阻力成反比,系統(tǒng)壓力降的減小可以通過選擇適當(dāng)?shù)耐夤苤睆絹淼玫?。中冷器前后的進(jìn)出口管路直徑，應(yīng)該是出口后的管徑比入口前粗10%左右，較大的出口管徑，能增加流速，讓冷卻空氣以較快的速度通過中冷器。

[1] 馮中等譯.內(nèi)燃機(jī)原理與柴油機(jī)設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2009.

[2] 李國樣.氣一氣中冷器內(nèi)湍流特征的試驗(yàn)研究[J]，內(nèi)燃機(jī)工程，2002.9.

The use and maintenance of intercooler

Wang Gong

（JianghaiCollege, Jiangsu Yangzhou 225101）

Turbochargedengine exhausttemperature is very high, after apressurizedair through theintake manifold,intake valveflow to thecylinderchamber,can easily lead toengine combustiontemperature is too high, resulting inpre-ignitionandfuelexplosionoccurredirregularlyshock, resulting inreducedsupercharging effect,damage to the engineand a series ofnegative consequences, soyou need to installthecoolerto reducethe intake air temperature.This paper describes theuse ofreasonin the cold, working principle,the role andeffects,classification,majorfaults andmaintenancemethods.

Intercooler; The reason; Actionandside effects; Classification; The mainfault; Maintenance methods

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1671-7988(2014)02-99-04

王功，工程師、講師，主要研究方向：汽車檢測與維修及高職教育研究。