汽车中冷器的设计与应用分析

汽车中冷器的设计与应用分析

龙飞燕

南宁市安和机械设备有限公司  广西  南宁  530000

摘要：涡轮增压的工作原理，就是将引擎排放的废气，通过涡轮将新鲜的空气与涡轮一起压缩，送入发动机的燃烧室。最后，发动机的动力性能得到了改善，发动机的油耗和排放得到了一定程度的降低，但是发动机的排气温度很高，会通过进气歧管和进气门流入气缸燃烧室，造成发动机的温度升高，引起燃料的异常预燃，从而造成发动机的爆震，降低增压效果。中冷器能够良好的解决发动机温度过高的问题，基于此，本文向大家分析了中冷器的相关要点及设计。

关键词：汽车中冷器 中冷器设计 中冷器应用

1中冷器的作用

中冷器的工作原理与“水箱式散热器”相似，因为这种“散热器”是在引擎的进气管和增压装置中间的，因此也被称为“中冷器”[1]。该装置用于对增压机排出的加压空气进行降温（其可使燃气的温度低于50摄氏度），使其流经该增压机后，气压增大、气温上升。采用中冷机进行制冷可以使发动机的进气温度下降，增加进气浓度，增加进气效率，进而实现发动机的动力输出，减少废气排放量。

引擎的排气温度一般都在八九百度以上，再加上涡轮本身就是在高温环境下，所以吸气的温度会更高。另外，由于压缩空气的密度会增加（由于压缩的气体分子之间的距离越来越近，会产生相互挤压、摩擦产生热量），这就不可避免地会造成空气的温度上升。同时由于热膨胀，压缩的空气中的氧气含量会急剧下降，从而影响到引擎的充气效率。所以，为了使充气效果更好，必须要降低进气温度。试验结果表明，在同样的空燃比下，每降低10摄氏度，发动机的功率就会增加3一5%[2]。

若没有经过冷却的增压气流进入燃烧室，不仅会降低引擎的充气效率，而且极易引起引擎的高温而发生爆炸，还会导致引擎排气中氮、氧化合物的浓度升高，从而导致大气污染[3]。

2中冷器的分类

中冷机一般是用铝合金制造的。根据制冷介质的不同，常用的中冷器有两类：空气冷却器和水冷型。

2.1风冷式中冷器

风冷中冷器是利用外部空气来冷却经过的中冷器。风冷型中冷器通常安装在车身上，比如前保险杠内，发动机上方（这里有一个特别的特征，就是发动机盖上有一个很明显的进气口，比如奥拓发动机的左边进气口）。与水冷式中冷器相比，风冷型中冷器的优势在于其结构较为简单。其缺点是制冷效率低于水冷式中冷器，风冷型中冷器如图1所示。

图1 风冷型中冷器

风冷中冷器主要包括两个部件，即散热芯和两端的空气腔，散热芯主要包括一个流动管道和一个散热翅片。流动管的作用是将压缩空气分开，并为压缩空气提供一条流动管道，其末端与气腔连接，从而保证了压缩空气的安全。流动管道有长方形、椭圆形和长锥形三种。由于流动管道的形状不同，它对压缩空气的阻力和制冷效果也有很大的差别。散热器设置在上下两个流通管道之间，与流通管道紧紧贴合，以便通过循环管道的压缩空气散发热量。当温度较低的空气通过冷却板时，可以将压缩的空气中的热量带走。

由多根循环管道和散热器组成的多层叠放，组成了中冷器的散热芯体。此外，为使加压气体在流入中冷器核心前有一定的缓冲和蓄压空间，并且在排出后可以增加气流速度，在芯部的两边都装有空气腔。气室的外形类似于漏斗，在它的末端会有一个圆形的入口，这样可以很容易地与进气管道相连。

空气冷却中冷器由于其构造简单、制作费用低廉而被广泛采用，大多数的涡轮增压引擎都采用了空气冷却的中冷器。

2.2水冷式中冷器

水冷中冷器是利用循环冷却水来冷却经过的中冷器。水冷式中冷机具有较高的制冷效率，安装位置更灵活，不需要长的连接管道，从而使整个进气管更平滑。但其不足之处在于，水冷型中冷器需要与其配套的冷却水系统相配套，因而其组件众多，结构复杂，造价昂贵。

水冷型中冷器包括散热芯和冷却机壳两大部件，散热芯主要包括循环管路和散热翅板。与空气冷却型中冷机相比，水冷型中冷器散热器的核心部分被完全包覆在其内部，中间部分与循环管道相连，通过泵的驱动，使冷却水持续的流动，冷却循环管道中的压缩气体。由于压缩气体的冷却后，仍会快速升温，所以必须有一个单独的散热装置来对其进行冷却。

目前，水冷型中冷器主要用于大排量发动机、中、后置两种车型，比如奔驰和奥迪A8，都采用了水冷型中冷器。

3中冷器的安装位置

3.1安装位置

（1）前置式

前置式的中冷器通常是装在前保险杆的内部，也就是在电容器的偏下方。在风冷型中冷器中，它处于最大进气道部位，它的外部气流具有最佳的流动，而中冷器内部的高温压缩空气与中冷器外部的空气有较大的接触区域和接触时间，由于热交换的面积和时间较长，所以前置式中冷器具有最好的制冷效果。

（2）上置式

上置式的中冷器通常设置在发动机的上端，也就是靠近进气歧管的地方，并且引擎盖上必须在对应中冷器的合适位置开进风口，为使中冷器的散热效果更好。由于车辆在行驶时，机舱内的温度会变得很高，所以中冷器不可避免地会受到发动机的高温腐蚀，而且发动机的上层气流也会变得不稳定，对中冷器的工作也会有很大的影响。由于上置式的中冷器靠近进气歧管，管路布置时连接管路的长度最短，可以很好地控制涡轮增压的时滞性。

（3）侧置式

侧置式的中冷器通常都是安装在前保险杠左侧或者右侧，这样就不会占用太多的空间。这种侧置式中冷器可以在一定程度上减少车身部件的布置。但由于安装位置的原因，其散热效果要比前置中冷器要差得多，所以在现实中使用的并不多。

3.2连接管路

中冷器的连接管线与涡轮增压系统的整体配合，如果布置不当，会引起管道与其他零件的干扰，从而影响到其他零件的工作，严重时会造成发动机的空气供应不足，从而导致发动机无法起动。

在安装中冷却器时，管道的长度要尽量缩短，并尽可能采用直线形式，这样可以减小管道的弯折（直角弯头的吸气阻力大约与三根120度弯头的吸气阻力相等），以便改善气流的流畅。中冷器出口管道的直径比出口管道的直径要大10%，因为出口的直径越大，冷却空气就会越快速地通过中冷器。管道内的胶管应选用3至5层外覆硅橡胶产品，该产品具有良好的延伸性，耐高温、高压而不会硬化，接头间用宽型对夹不锈钢卡箍固定，可避免爆管或漏气的问题产生。

3.3中冷器的维护

（1）外部清洁

前置或侧置空气冷却器的散热器经常会被诸如涡轮增压机油之类的油渣阻塞，从而阻碍冷却系统的散热，所以必须经常进行外部清洁。不要用高压水枪冲洗，否则会造成散热器的变形。

（2）内部清洗

在长期的运行之后，冷却塔的管子经常会粘上一些污垢和黏稠的物质，这样不但会缩小通风管，还会降低热量的交流。所以，必须对冷却机进行定期的清洁保养。若发现冷却水系统内有大量的污垢，需认真地对过滤器及各个进气管进行检查，查找泄漏点。在内部清洁后，与管道进行连接之前，必须将冷却水烘干。

4结语

涡轮增压就是将引擎内的排气，通过涡轮机将一定量气体送入发动机燃烧室，从而实现发动机动力性能的改善，降低燃油消耗和尾气的排放量。中冷器能够有效改善涡轮增压发动机高性能工作下空气温度过高的问题，所以就中冷器的有关问题和设计进行了详细的阐述。

参考文献

[1]龚亚奇,宗秉飞,夏志伟,聂永红.基于一维和三维联合仿真的中冷器内部阻力研究[J].汽车零部件,2022(01):72-75.

[2]李洪东，郑吉彪，吉宏宇，高巍，李傲. 一种发动机水冷式中冷器的恒温试验装置开发[C]//.2019中国汽车工程学会年会论文集（5）.,2019:136-139.

[3]韩丽宁，董春燕，王建霞，韩婷，高海文. 关于某重型卡车匹配DEUTZ2015发动机改善中冷器效率的措施研究[C]//.“创新材料引领汽车发展新机遇”——2019中国车用材料（西青）国际论坛论文集.,2019:71-79.