中間冷卻器

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。 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温度會大副升高，密度也相應變小，而中冷器正是起到冷卻空氣的作用，高温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温空氣直接進入發動機，則會因空氣温度過高導致發動機損壞甚至死火的現象。 對於增壓發動機來説，中冷器是增壓系統的重要組成部件。 ^[2] 

多級壓縮時，製冷劑氣體在高、低壓縮級之間進行的冷卻稱為中間冷卻。有中間完全冷卻與不完全冷卻之分，前者使低壓級排氣冷卻到中間壓力下的幹飽和蒸氣狀態，氨的雙級壓縮常採用此法，後者用於使低壓級排氣與中間冷卻器中蒸發的蒸氣混合，降低了温度，但並未達到中間壓力下的幹飽和蒸氣狀態，常用於R12和R22的雙級壓縮中。

氣體壓縮後的絕對壓力與壓縮前的絕對壓力之比稱為壓縮比。又稱“壓力比”。在製冷機中常以冷凝壓力，絕對壓力，與蒸發壓力，絕對壓力，之比代替。單級製冷壓縮機，一般為氨壓縮機，的壓縮比不超過8，R12和R22不超過10。否則，將會使壓縮機的輸氣量減少，排氣温度升高，製冷劑節流損失增加，對製冷機的可靠性和經濟性不利。在通常情況下，製冷機冷凝壓力一般變化不大，壓縮比增大的主要原因是蒸發温度低使蒸發壓力降低。當壓縮比超過上述限值時，應採用雙級壓縮。當壓縮機排氣温度升高，氣缸壁温上升，這一方面使吸入蒸氣的温度升高，比容增加，使吸氣量下降，另一方面使潤滑條件惡化，壓縮機運轉發生困難。例如，當冷凝温度為40℃，蒸發温度為，30℃時，單級氨壓縮機的排氣温度可達160℃以上。顯然，不允許這樣高的排氣温度。通常，壓縮機的排氣温度應作如下限制，R717（NH3）<140℃<R12<100℃<R22<115℃。

中間冷卻器是用以冷卻兩個壓縮級之間被壓縮的氣體或蒸氣的設備。製冷系統的中間冷卻器能降低低壓級壓縮機的排氣温度（即高壓級的吸氣温度），以避免高壓級壓縮機的排氣温度過高，還能使進入蒸發器的製冷劑液得到過冷，減少管中的閃發氣體，從而提高壓縮機的製冷能力。它應用在氟利昂或氨的雙級或多級壓縮製冷系統中，連接在低壓級的排氣管和高壓級的吸氣管之間。 ^[3] 

為便利操作，中間冷卻器應儘量做到多台壓縮機合用。一般佈置於壓縮機間的一端或一側，既要靠近與其配連的高、低壓級壓縮機，又要靠近設備間，並且要注意中間冷卻器不可擋住門窗而影響通風采光。

中間冷卻器基礎地面以上的高度應不小於150mm，底腳下要墊防腐處理的50mm厚的木塊防止冷橋，桶身外包隔熱層後距牆不小於200mm。

中間冷卻器應設置自動液位控制器和超高液位報警。正常液位可按製造廠規定的液位高度進行控制。報警液位控制在桶身高度2/3處。中間冷卻器必須設置安全閥（或自動旁通閥）、壓力錶和液麪指示器。

降低進氣温度原理

中冷器的目的主要是為降低進氣温度，降低進氣温度的原因就得提到渦輪增壓的原理。渦輪增壓的工作原理，是利用引擎排廢氣來衝擊排氣葉片，然後帶動另一側進氣葉片，強制壓縮空氣並送往燃燒室中，由於排廢氣的温度通常都高達8、9百度，連帶使渦輪本體同樣處於極高温的狀態，如此便會提高流過進氣渦輪端空氣的温度，加上壓縮過的空氣同樣也會產生熱度(因為壓縮過的空氣分子距離變小，會相互擠壓、磨擦產生熱能現象)，如果這股高温氣體未經冷卻就進入汽缸中，很容易導致引擎燃燒温度過高，接着就會使汽油預燃發生爆震，讓引擎温度更加上升，同時壓縮空氣的體積也會因熱膨脹而大幅降低含氧量，如此一來便會降低增壓效益，自然無法產生該有的動力輸出。另外，高温也是引擎的隱形殺手，若不設法降低運轉温度，一旦遇到天氣較熱的環境，或是長時間操駕的情況下，很容易增加引擎故障機率，因此才需加裝中冷器來降低進氣温度。

散熱原理

是利用眾多的橫向Tube分割壓縮空氣，然後來自車頭的外界直向冷風，再經過與Tube相連的散熱鰭片，就可達到冷卻壓縮空氣的目的，使進氣温度較為接近外界温度，因此若要增加中冷器的散熱效率，只要加大其面積及厚度，以增加Tube數量、長度和散熱鰭片等，就可達到此目的。

因為愈長、面積愈大中冷器，就愈容易產生進氣壓力耗損的問題，而這也是現如今主要探討的問題之一

中冷器主要是由兩個部分所組成，Tube和Fin，而Core是兩者不斷重迭一起的產物。

Tube

第一部分名稱為Tube，其功能在於提供一個信道，容納壓縮空氣使之流過，因此Tube必須是密閉空間，如此壓縮空氣才不至於發生泄漏壓力的問題，且Tube的外形還分成四方形、橢圓形與長錐形三種，其差別在於風阻與冷卻效率間的取捨。

Fin

第二部分名稱為Fin，也就是俗稱的鰭片，通常位於上下兩層Tube間，並緊密的與Tube相黏在一起，其功能在於散熱，因為當壓縮熱空氣流經Tube時，會將熱量經由Tube的外壁傳達到鰭片上，此時若有外界温度較低的空氣流經鰭片時，就能順便將熱量帶走，達到冷卻進氣温度的目的。

Core

經由上述兩部分不斷重迭一起，直到10～20層的結構物，則稱為Core，這部分就是中冷器主體。另外，為了使來自渦輪的壓縮氣體在進入Core前，能有緩衝及蓄壓的空間，及出Core後能提升空氣流速，通常都會在Core兩側，再裝上名為Tank的零件，其外型像漏斗狀一般，其上還會設置圓形進出口，以方便連接硅膠管，而中冷器就是經由上述四個部分所組成。

氨用中間冷卻器

氨製冷系統的中間冷卻器在製取較低蒸發温度時，由於夏季冷凝水温高，壓縮機會超出最大壓力差或壓縮比，因此應設計成雙級壓縮製冷系統，也就需要使用中間冷卻器。國內使用最多的還是一次節流中間完全冷卻的循環

低壓機缸排出的高温氣體由上方進入進氣管，進氣管直伸入筒身的下半部，沉在氨液中出氣，焊有擋板，防止直接衝擊筒底，以免把底部積存的油污衝起。高温氣體在氨液中被冷卻，與此同時，因為截面的擴大、流速減小，流動方向的改變及氨液的阻力及洗滌作用使氨氣與氨液和油霧分離。

經過氨液洗滌後的氨氣反向向上流動，其中仍夾帶有氨液和油滴，當通過多孔的傘形擋板時分離出來，以免被帶入高壓機缸內然後被高壓級吸走。

高壓常温的氨液經過中冷器筒內的冷卻蛇形盤管，向液氨放熱而被冷卻，實現過冷，一般過冷度在5℃以內，然後再流向供液站去蒸發器。

中間冷卻器的供液，用於洗滌的氨液，進入中間冷卻器內有兩種方式，一種自中間冷卻器下側面進入，另一種是從中間冷卻器頂部進氣管進入，這時進液是與低壓級排氣混合一同進入的。

中間冷卻器供液量應使液麪穩在一定的高度上。另外，中間冷卻器上還接有液位指示器、放油閥、排液閥即氨液出口、安全閥及壓力錶。中間冷卻器是在低温下工作的，所以筒身外部加裝隔熱材料，蛇形盤管出中間冷卻器後也應加裝保温層。

關於中間冷卻器運行及操作應注意下列事項

中間冷卻器內氣體流速一般為0.50.8m/s。蛇形盤管內氨液流速一般為0.4-0.7m/s，其出口氨液温度比進口低3-5℃。中間冷卻器的中間壓力一般在0.3MPa表壓左右，不宜超過0.4MPa表壓。高壓級的吸氣過熱度，即吸氣温度比中間冷卻器的中間温度高2-4℃。中間冷卻器內的液麪一般控制在中間冷卻器高度的50%左右，這可通過液麪指示器來觀察，液麪高低受液麪控制器，浮球閥，來自動控制，若液麪不符合要求，説明自動控制失靈可臨時改用手動調節閥來控制液麪。液麪過高會使高壓機缸產生濕衝程或液擊若液麪過低則冷卻低壓排氣的作用大大降低致使高壓吸氣過熱度明顯增高影響製冷系統正常運行。

中間冷卻器要定期放油。

氟用中間冷卻器

氟利昂製冷系統在雙級壓縮時大都採用一次節流中間不完全冷卻循環，低壓級排出的高温氣體在管道中間與中間冷卻器蒸發汽化的低温飽和氣體混合後再被高壓級吸入高壓機缸，因此氟用中間冷卻器比較簡單，中間冷卻器的供液是由熱力膨脹閥自動控制，壓力一般在0.2-0.3MPa，靠熱力膨脹閥調節，在保證不造成濕衝程的前提下，提供適量的濕飽和蒸氣。

高壓液體經膨脹閥降壓節流後，進入中間冷卻器，吸收了蛇形盤管及中間冷卻器器壁的熱量而汽化，通過出氣管進入低壓級與高壓級連結的管道里與低壓級排出的高温氣體混合，達到冷卻低壓排氣的效果。而高壓常温液體通過蛇形盤管向外散熱也降低了温度，實現了過冷，過冷度一般在3-5℃左右。再送到蒸發器的供液膨脹閥，經節流降壓進入蒸發器，因為該液體有一定的過冷度所以提高了製冷效果。

產生壓力損失

雖然大容量中冷器，因熱交換時間延長有更好的冷卻效能，但卻會發生空氣流速變慢及壓力損失的問題，且進一步使渦輪遲滯現象更為嚴重，為什幺？這要從兩個方面談起。相信曾經自己洗過車的讀者都知道，要讓水管裏的水柱噴的較遠、較快，只需擠壓水管頭就可達成，為什幺會這樣？那是因為在水壓不變的情況下，單位時間的流量不會因管徑大小而改變，因此為達到這目的，只要縮小管徑，流速自然變快，相反的一增加管徑、流速就會變慢，而這情況也發生在整個進氣管路里。因為當空氣由原先容納空間較小的進氣管路中，流經空間較大的中冷器時，就會產生流速變慢的現象，且此問題對於小出風量渦輪搭配大型中冷器時尤其嚴重，如此一來將使渦輪遲滯現象更為嚴重。

另外，當空氣由進氣管路進入中冷器的Tube時，會因管徑粗變細的分流轉換，產生流速阻力，造成一定程度的壓力損失，再加上許多中冷器為增加冷卻效率，都會在Tube裏設置鰭片(Tube不一定是中空的)，這樣也會產生氣流阻力，兩者相加，渦輪遲滯問題相對會更加明顯。值得一提的，上述提到的壓力損失，指的並非是增壓值的減少，因為進氣管路是密閉的，所以排氣泄壓閥的泄壓動作，一定需達到車主設定的增壓值才會進行，因此恆壓值是不會降低，只不過會延長到達的時間(因為部分壓力被消耗掉)及影響增壓反應，而這也是壓力損失造成的最大影響。既然加裝中冷器會使渦輪遲滯更加明顯，可是又不能不裝，因此如何兼顧冷卻效率及壓力維持，則成了改裝中冷器的首要課題。改裝中冷器的兩難 一個強調性能化的中冷器，除要有良好的散熱能力外，壓力損失的減低亦必須考量進去，不過抑制壓損與提升冷卻效率，在技巧上是完全相反的，譬如一個體積大小相同的中冷器，倘若完全以散熱為出發點來設計，裏面的Tube就需做得更細且增加鰭片數量，如此就會增加空氣阻力；但如果就維持壓力層面來着手，又得加粗Tube及減少鰭片，相形之下熱交換的效能便較差，所以中冷器的改裝絕不如我們想象中的簡單。因此要兼顧冷卻效率與維持壓力的方法，大部分會從Tube與鰭片兩部分來着手。首先是Tube部分，其中又分成兩種方式，第一：使用管徑較粗但管壁極薄的式樣，以粗管徑來增加空氣流通的順暢度，並利用管壁薄的特點提高散熱性。第二：在管徑較粗的Tube裏，額外設置鰭片在裏頭的方式，來增加熱空氣接觸金屬片面積，以提高熱傳達量，自然散熱效率也就能增加，不過此種設計大多使用在競技車或是高增壓車輛的中冷器裏，如此才不至於產生太大的遲滯現象。 接下來是鰭片部分，一般型中冷器的鰭片，就如同圖二一般，其形狀通常為直條狀無任何開口，且中冷器的寬度多長，鰭片就有多長，不過既然鰭片在整個中冷器裏，扮演散熱功能的主要角色，因此只要增加其接觸冷空氣的面積，就能提高熱交換功率，因此許多中冷器的鰭片，後來都改用圖三中，各種形式的設計，其中又以波浪狀或是俗稱百葉窗設計的鰭片最為流行。不過就散熱效率來説，還是以圖四中所謂交迭散熱鰭片為最佳，但產生的風阻力量也最為明顯，因此較常見於日本D1參賽車上，因為這些比賽車輛的速度都不快，可是卻需良好的散熱效果，來保護遊走於高轉速的引擎。進行中冷器改裝

大體上分成前置式與上置式兩種，

就散熱性來看當然是位在前保杆內的前置式較為優秀，不過論及反應性的話，則屬上置式較佔便宜，這便是其管路短帶來的增壓直接效果，例如Impreza WRCar為縮短前置中冷器的管路，便將節氣門反置來降低因管路過長帶來的壓力耗損，由此不難想見進氣管路的整體搭配，亦是改裝中冷器時不得不注意的重點。因此在升級或加裝中冷器時，除要注意中冷器的大小外，管路的長度儘量減短，並拉成直線化以減少彎角、焊接點等，都是增加空氣流速的方法，因為如果有太多焊點與折角的話，氣流的順暢性一定會不佳而發生壓損現象。 其次就像前面所談的中冷器原理，中冷器的Tube過細易增加抵抗影響反應，並且管壁裏的温度會較高，同理稍微加粗進氣管徑也是不錯的方法，至於這個管徑大小的匹配，主要還是要看渦輪出風口與節氣門口徑而定。值得一提的是，中冷器前後的進出口管路直徑，應該是出口後的管徑比入口前粗10%左右，原因在於較大的出口管徑，能讓出Core的冷卻空氣，以較快的速度通過中冷器，對於流速的增加，能產生正面的幫助。再來關於中冷器的材質部分，通常都是使用鋁合金材質製成，不但富質感增加美觀程度，還可因鋁質的高熱傳導性增加散熱效果，另外輕量化的優點，也是選擇鋁合金材質的主要原因之一。至於金屬管之間的橡膠連接管，建議大家儘可能採用三或五層包覆的硅橡膠製品，這種硅膠管的延展性極佳、耐高温、高壓又不會硬化，所以小至真空管、中至水管、大至整個進氣管路都是非常不錯的原廠代用品，相當適合運用在高熱的渦輪引擎上，再加上寬型對夾不鏽鋼束環的固定，可避免爆管或漏氣的問題產生，且有別於原廠的黑色。

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。