中冷器的使用与维护

王 功

（江海职业技术学院，江苏 扬州 225101）

中冷器的使用与维护

王 功

（江海职业技术学院，江苏 扬州 225101）

涡轮增压发动机排出的废气温度非常高，经过增压的空气经进气歧管、进气门流至汽缸燃烧室，很容易导致发动机燃烧温度过高，导致燃油的不规则预燃而发生爆震，产生降低增压效果、损坏发动机等一系列不良后果，因此需要加装中冷器来降低进气温度。本文主要介绍了中冷器的使用原因、工作原理、作用与副作用、分类、主要故障和维护方法等。

中冷器；原因；作用与副作用；分类；主要故障；维护方法

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

前言

随着高科技的飞速发展，一些新技术在汽车上得到广泛应用，而涡轮增压在汽车上的应用则赋予了汽车更加强大的动力性。涡轮增压发动机需要在增压器与发动机进气歧管之间安装一个用于散热的部件，由于这个散热的部件位于发动机和涡轮增压器之间，所以称作中间冷却器，简称中冷器。对于涡轮增压发动机来说，中冷器是增压系统的重要组成部件，是增压系统的配套件，其作用在于提高发动机的换气效率。

1、中冷器使用原因

涡轮增压器是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮，涡轮带动同轴的叶轮，叶轮对由空气滤清器管道送来的空气进行增压，最后经增压的空

气进入汽缸。由于进气量增加、空气密度提高，供油量也相应地增加，从而增加发动机功率。当发动机转速增快，废气排出速度与涡轮转速也同步增快，叶轮就压缩更多的空气进入汽缸，空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料，发动机的输出功率会增加更多。一般而言，加装废气涡轮增压器后的发动机功率及扭矩要增大20%—30%。

当空气进入涡轮增压后，空气在被压缩的过程中密度会升高，空气分子距离变小，会相互挤压、磨擦产生热能现象，这必然会导致空气温度大幅升高。当气体体积因热膨胀变大，密度也相应变低，这样单位体积空气含氧量减少，从而影响发动机的充气效率，如此一来自然无法产生该有的动力输出。转速越高，增压压力越大，温度上升就越大，加上空气本来的温度，增压后的气体温度就很高了。同时由于发动机排出的废气温度通常都高达八、九百度，通过增压器的热传导会进一步提高进气的温度，一般而言能够上升40-60度左右。好不容易增加的功率会被空气温度过高而抵消，为了解决这些问题，如果想要进一步提高充气效率，就要降低进气温度。有数据表明，在相同的空燃比条件下，增压空气的温度每下降10℃，发动机功率就能提高3%～5%。因此需要把增压后的空气经过冷却再送进发动机，而承担这一重任的部件就是中冷器，中冷器可以将气体温度降到50℃以下。

2、中冷器的作用

中冷器原理类似于发动机“散热器”，它是用来冷却经增压器出来的增压空气的，如果未经冷却的增压空气进入燃烧室，高温气体对发动机的影响主要在两点：一是空气体积大了，相当于发动机吸进的空气又变少了，会影响发动机的充气效率。二是高温空气对于发动机燃烧特别不利，很容易导致发动机燃烧温度过高，造成爆震等故障，而且会增加发动机废气中的NOx的含量，造成空气污染。

综上所述中冷器主要有以下几个作用：1.增加比功率，或相同功率下节省燃油1.5%。2.降低发动机热负荷和机械负荷，提高发动机的使用寿命。3.有效降低发动机的废气排放量和噪声。4.提高发动机对海拔高度的适应性。5.避免发动机增压后的爆燃现象发生。6.改善增压器的匹配和适应性。

3、中冷器的副作用

一般来说，中冷器越大，气流停留在中冷器内部的时间越长，冷却效果就越好，其内部的气流损失越小而且冷却效率也越高。但中冷器增加了进气管道的容积，增压器产生的压缩空气首先要把这个容积填满，然后才能产生增压效果，直接的表现效果就是涡轮增压出现迟滞现象。

另一方面，由于增压空气必须流过各种管道，因此阻力增加了，其增压压力肯定会被削弱一部分。不过这种削弱只是在踏下油门后很短的一段时间内产生，因为增压空气被削弱压力后会在中冷器到进气门这段密封的空间内重新建立足够的压力，直至泄压阀打开。因此，最终的表现依然是发动机响应变慢，涡轮增压出现迟滞现象。

4、中冷器的分类

中冷器通常由铝合金材料通过钎焊工艺制作而成。

（一）按照冷却介质的不同，常见的中冷器可以分为水冷式和风冷式两种。

1. 水冷式中冷器

水冷式中冷器利用循环冷却水对通过中冷器的压缩空气进行冷却。水冷就是将一个进气管道放进冷却器里，当增压后的热空气流过时，冷却器里有不断流动的冷却水，从而带走增压空气的热量。

水冷式中冷器主要有散热芯体和中冷器壳体两部分组成。

散热芯体主要由流通管散热片组成，散热芯体完全包裹在中冷器壳体的内部，中冷器壳体上连接有循环水管，冷却水在水泵的作用下不断循环，将流通管内的压缩空气冷却。冷却液将压缩空气冷却后温度会升高，因此需要1个独立的散热器为冷却水降温。

水冷式中冷器的优点是冷却效率较高，而且安装位置比较灵活，无需使用很长的连接管路，使得整个进气管路更加顺畅，同时由于这种中冷器完全安装在内部，因此更少受到灰尘和沙石损伤。缺点是水冷式中冷器必须要安装一个与发动机冷却系统相对独立的循环水系统与之配合。因此整个系统的组成部件较多，制造成本较高，而且结构复杂；水冷式中冷器的应用比较少，一般用在发动机中置或

后置的车辆上以及大排量发动机上，例如奔驰S400轿车和奥迪A8轿车搭载的发动机。但现在趋势是低增压的发动机，并不需要太大的中冷器，同时也为了让发动机更加紧凑，目前很多发动机开始采用水冷式中冷器，大众1.4T涡轮增压发动机、奥迪的机械增压就是采用这种方式。

2.风冷式中冷器

风冷式中冷器利用外界空气对通过中冷器的空气进行冷却，通过车辆行驶的时候迎面撞进的冷风进行降温。也就是让空气通过一根根管道，增加管道和周围空气的接触面积，然后通过周围的空气将其降温。

风冷式中冷器主要由散热芯体和两端的气室两部分组成。

散热芯体主要由流通管和散热片组成。流通管的形状常见的有长方形、椭圆形以及长锥形3种。由于流通管的形状不同，中冷器对压缩空气的阻力和冷却效率也不同。流通管的功能是分割压缩空气并为压缩空气提供1个流通管路，两端与气室相连，因此压缩空气不会出现泄漏的问题。散热片位于上下两层流通管之间，并紧密地与流通管靠在一起，其功能是为流经流通管的压缩空气散热。当外界较低温度的空气流经散热片时，就能将热量带走，从而达到冷却压缩空气的目的。多个流通管和散热片组合在一起，并多层重叠就构成了中冷器的散热芯体。

气室通常安装在芯体的两侧，气室的外形与漏斗相似，其端部还会设置圆形进出口，以方便连接进气管路。其主要功能是为了使来至增压器的压缩空气，在进入中冷器的芯体之前有缓冲和蓄压的空间，且流出芯体之后能提高空气流速。

风冷中冷器—般安装在车体空气流动量较大的位置，如前保险杠内、发动机上方。风冷器中冷器的优点是整个冷却系统的组成部件少，结构比水冷式中冷器相对简单。缺点是冷却效率比水冷式中冷器低，一般需要较长的连接管路，空气通过阻力较大。风冷式中冷器因其结构简单和制造成本低而得到了广泛应用，大部分涡轮增压发动机使用的都是风冷式中冷器。

（二）按中冷器安装位置分类

不同的中冷器放置地方是不一样的，但总体原则就是尽量减小整个进气管道的容积，提高发动机的响应速度。常见的安装位置有侧置式、上置式以及前置式3种。

1．侧置式

侧置式的中冷器一般安装在前保险杠的左内侧或右内侧，因此，对车身空间的占用比较小。这种中冷器一定程度上减轻了车体零部件的布局压缩，但是受安装位置的限制，它的冷却效果远远小于前置式中冷器，因此，实际中运用很少。

2．上置式

上置式的中冷器一般安装在发动机上部，即进气歧管附近。因为汽车运行后机舱内部的温度将会非常高，中冷器无可避免的会被发动机的热气所侵蚀；而且机舱内发动机上部空气的流动性很差，将很大程度影响中冷器的正常工作。为了有利于中冷器的冷却一般发动机盖上在对应中冷器的合适位置开进风口，如奥拓发动机盖左侧进气口。因为上置式的中冷器距离进气歧管很近，在管路布置时，连接管路的长度最短，所以对涡轮增压时滞性的控制相对较好。高增压、大排量的发动机由于进气量大，温度高，往往需要一个大中冷器。大型的中冷器是放在发动机顶上，这样可以通过在发动机舱盖上开一个进气口，使用迎面撞入的冷空气降温，这种方式在很多车上都能见到，例如翼豹STI。

3．前置式

前置式中冷器一般安装在前保险杠内侧，即发动机散热器的前面偏下。在风冷式中冷器中，因其位于车体前端最大进风口处，外界空气的流动性最好，中冷器内的高温压缩空气与中冷器外的大气、就有更多的接触面积及接触时间，热交换（冷却)的面积和时间更充分，因此前置式中冷器的降温效果最佳。中冷器位于发动机散热器之前，可以直接受到迎面吹来的冷空气的冲击，冷却效果确实比一些顶置布局的中冷器好，但是，这样多多少少都会影响吹到发动机散热器的气流，所以在一些极限情况下，就必须同时升级发动机散热器来控制发动机温度。

5、主要故障

5.1 漏气

风冷中冷器的主要故障是漏气。漏气往往发生

在管道接头、扁管与扁翅、箱体焊缝等处，那么只要这些管路或接头处出现了漏气现象，车子会感觉无力。漏气导致涡轮增压器增压的空气压力降低，空气密度减小，使柴油机功率下降，排气温度升高。5.2 中冷器堵塞：劣质空气滤清器，涡轮增压器进气端部分管路破裂，卡子松动密封不严，增压器本体窜油损坏等都会使中冷器堵塞。

六、中冷器的维护方法

风冷中冷器与发动机散热器装在一起，安装在发动机前方，靠吸风风扇和汽车行驶的通面风进行冷却，中冷器若冷却不良将导致发动机动力不足、油耗增加，因此，应定期对中冷器进行检查与维护，主要内容是：

(1)外部清洁

由于中冷器安装在最前方，中冷器散热片通道常被树叶、油泥(转向油罐、涡轮增压器等溢出的液压油)等杂物堵塞，使中冷器散热受阻，因此应定期对该处清洗。清洗的方法是用压力不太高的水枪以垂直于中冷器平面的角度，自上而下或自下而上缓慢冲洗，但决不可斜冲以防损坏中冷器，也不要使用压力过高的水枪清洗，以免散热片变形。如中冷器外部沾上油污，亦可用碱水进行清洗，方法是：将油污处浸泡于碱液中，用毛刷清除，直到干净为止。清洗完后，用压缩空气将中冷器内的水吹干或自然凉干或者安装中冷器时先不接中冷器与发动机连接管，起动发动机，待中冷器出气口无水分时，即中冷器内部干燥后再接上发动机进气管。

(2)内部清洗、检查

中冷器内部管道常附有油泥、胶质等脏物，不仅使空气流通道变窄，而且冷却热交换能力降低，为此也必须进行维护和清洗。一般每年或发动机大修、焊修水箱的同时，应对中冷器内部进行清洗并进行检查。

清洗方法：将70—80℃含2%纯碱的水溶液注满中冷器内，等待15分钟，看中冷器有无渗漏水处。如有应对其进行拆检，焊修(同修水箱一样)；如没有渗漏水，前后晃动，反复数次，将洗液倒出，再充入干净的含2%纯碱的水溶液进行冲洗，直到较为清洁为止，再加注清洁的80—90℃热水清洗，直到放出的水清洁为止。若发现中冷器芯内严重脏污，应仔细检查空滤器及进气各管路何处有漏洞，并排除故障。如果因劣质滤清器及管路破裂，造成大面积堵塞，基本没有修复价值，中冷器基本是高强度铝制部件，解体后即使焊接，很容易再次破裂，建议更换新中冷器。

（3）连接管路检查和重新安装

连接中冷之间的橡胶管路容易出现松动及老化裂口,保养时多注意检查。最直接的方法就是听声音，中冷器轻微漏气的话，在行驶中会发出一种象大风吹门缝隙的声音，可更换一个中冷器就没有这声音了。也可以对中冷器加压涂肥皂水，找出漏气的具体位置再处理。

由于一个直角弯管的进气阻力约等于三个120度弯管的进气阻力，在重新安装中冷器连接管时，中冷器进出气管走向应合理，尽可能减少弯曲。连接管路的长度应尽量短，尽可能采取直线化连接，从而减少管路的弯曲和拐点以提高空气流动的顺畅性。所有弯曲的管子最好用硬管而不用软管，软管弯曲容易产生吹脱现象。弯管处应当有固定支架，连接管之间应采用宽型对夹不锈钢卡箍固定，以保证固定位置。连接管路中的橡胶管应尽量采用3或5层包覆的硅橡胶制品，这种橡胶管的延展性极佳，耐高温、高压又不会硬化，可避免爆管或漏气的问题产生。

中冷器的连接管路与涡轮增压系统要整体搭配，在重新安装过程中需要特别关注，如果布局不合理，可能造成连接的管路与其他部件干涉，进而影响其他部件的正常工作，甚至造成发动机供气不足，导致发动机不能启动等现象。进气管直径与阻力成反比,系统压力降的减小可以通过选择适当的通气管直径来得到。中冷器前后的进出口管路直径，应该是出口后的管径比入口前粗10%左右，较大的出口管径，能增加流速，让冷却空气以较快的速度通过中冷器。

[1] 冯中等译.内燃机原理与柴油机设计[M].北京：机械工业出版社.2009.

[2] 李国样.气一气中冷器内湍流特征的试验研究[J]，内燃机工程，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

U471.2

B

1671-7988(2014)02-99-04

王功，工程师、讲师，主要研究方向：汽车检测与维修及高职教育研究。