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水冷的奥秘 解析主流水冷涡轮增压技术

水冷的奥秘 解析主流水冷涡轮增压技术

咱先来聊聊,中冷器(InterCooler)是个什么东西?

通俗的说,就是给空气降温的东西,嗯,类似于空调。

因为中冷器实际上是涡轮增压的配套部件,其作用在于降低增压后的高温空气温度、以降低发动机的热负荷,提高进气量,进而增加发动机的功率。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,都需要在增压器与进气歧管之间安装中冷器。(某些增压值很低的机械增压可以忽略这个东西)

先来说说中冷器这东西的原理吧:涡轮增压的发动机为何会比普通发动机拥有更大的动力,其中原因之一就是其进气的效率比一般自然吸气发动机要来得更高。当空气进入涡轮增压后其温度会大幅升高,密度也相应变小,而中冷器正是起到冷却高温空气的作用。高温空气经过中冷器的冷却,再进入发动机中。如果缺少中冷器而让增压后的高温空气直接进入发动机,则会因空气温度过高导致发动机爆震甚至损伤熄火的现象。

说白了,这玩意的作用就是,让热空气尽快的凉下来,好适合发动机使用。

那么中冷器如何给热空气降温呢?

中冷器的材料一般为铝合金,形状就像一个压扁的空调散热器一样。热空气从这个散热器的一端进入,通过细密的鳍片后,再经由另一边的出口吹出去。空气冷却的中冷器与水箱散热器装在一起,安装在发动机前方,靠吸风风扇和汽车行驶的通面风对热空气进行冷却。

中冷器拆开后就长这个样子,里面的结构非常简单,就是一排排的铝合金风道和散热鳍片。当热空气在鳍片中高速通过时,铝合金风道内吹过凉爽的自然风,经过热交换,增压热空气的温度就被降下来了,就这么简单。

那么,传统的空气冷却中冷器,有什么弊端么?

采用风冷中冷器的增压发动机一个比较明显的问题是动力输出反应滞后,由于涡轮增压是靠废气带动涡轮转动来提供压缩空气的,而这一个循环过程本身就需要一定的时间,而更重要的是压缩后的空气还得跑到车头部分绕一圈儿进行冷却,这又进一步增加了压缩空气进入汽缸燃烧的时间,因此当踩下油门到车辆加速存在着一定的时间差。   

那么,有没有办法,解决或是减少这个延迟呢?有没有一种中冷器,既能够保证冷却质量,又能够缩短进气管线的长度呢?水冷中冷器,就在这时候出现了:

既然风冷的中冷器由于需要布置在车头撞风的位置,所以路线太长管路太复杂,那么我们用水冷的中冷器,用水作为冷却媒介,行不行?因为水冷的中冷器能够避免了风冷式的一大问题:中冷器本体必须布置在能吹到自然凉风的位置。

既然不需要吹风才能降温了,那么中冷器的位置就可以尽可能的贴近进气歧管,所以涡轮延迟的问题也被相应的降低了很多,这就是水冷式中冷器的最大作用。

答案当然是可以的,有什么例子?下面的这些车型都采用了水冷中冷器的设计,比如:

作为丰田全新世代的涡轮增压发动机,8AR-FTS采用了水冷中冷器的设计,这台发动机的最大功率为220匹马力(同样的机子用在雷克萨斯NX200t身上,输出功率为240匹),扭矩为350Nm,看数据确实是赶上了别的品牌2.0升涡轮增压引擎的平均水平。但这台发动机确实应用了不少同级别比较领先的技术,比如整合在缸盖内部的排气歧管,这个设计能够很好的利用排气的高温加热缸盖内的冷却水道,在冷车启动时快速提升冷却水温度,使车辆更快进入工作状态。除此之外水冷式中冷器也是这台8AR-FTS的卖点之一,水冷式中冷的出现使得进气管路变得更短更紧凑,提高了引擎响应速度,降低了涡轮迟滞。

△ 8AR-FTS采用的水冷式中冷器,可以看见其位置非常贴近进气歧管,这样的设计有效的降低了涡轮延迟。

△ 全新汉兰达就是搭载了8AR-FTS这台2.0升水冷中冷器发动机的一大知名车型,其很短的油门响应速度一度让笔者非常吃惊。

当然,在高性能领域,也有不少重视涡轮延迟的厂家,宝马就是一个。所以他们为M4的那台3.0T引擎也开发了全新的水冷冷却系统:

这台代号为S55B30的直列六缸发动机采用了双涡轮增压以及水冷式中冷器技术。前者使得每三个气缸吹动一个涡轮,最大化的减小了涡轮延迟并提高了增压值,同时双涡轮的应用也使得相邻气缸之间的排气干涉问题被降低到了最小。后者则为M4提供了更小的涡轮延迟,同时强化了进气冷却效果。

水冷式中冷器在提高M4的引擎响应速度方面做出了不可磨灭的贡献,因为现在增压后的高温空气只需要很短的行程便能低达气缸进气气门前,这对于涡轮引擎的响应问题无疑是个巨大的福音。

点评君喷两句:

作为涡轮增压车型发展的一大趋势,其特点势必是越来越贴近自然吸气的驾驶感受。那么在面对涡轮迟滞的问题上下功夫做文章就变成了不可忽视的问题,水冷式中冷器的引入,进一步的提高了涡轮引擎的响应速度,同时也大大降低了发动机舱管线布置的难度,可谓是一举多得的一大关键因素。

所以我们能够看到,无论是民用的丰田8AR-FTS还是性能化的宝马S55B30,亦或是奔驰的AMG GT所采用的M178,其均毫不意外的采用了水冷式中冷器的设计。在可以预见的未来,还将会有更多的车型采用这一设计,从各大厂商的表现看来,水冷中冷势必会成为配合涡轮增压引擎的一大趋势,让我们拭目以待吧!



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