有冷才会久 冷却系统强化概论

2020-07-16  阅读 374 次

文、图/童国辅

要想让引擎随时保有最佳的战斗力,关键即是在于冷却系统的散热能力是否充足,而随着炎炎夏日高温不坠,大家也有必要强化爱车的这一方面性能,为即将到来的酷暑挑战做準备,这一次我们便就此部份的改装做说明,告诉读者们相关的专业知识。

有冷才会久 冷却系统强化概论车上冷却系统负责将引擎产生的高热带走,又需考量工作温度不可太低,尽 量维持恆温状态,因此早已发展出诸多设计,来达成此目地,其中又以节温器与风扇作动时机 的控制最常见。
散热性强化基础
从水冷系统做起
引擎动力的产生,可说是压缩爆炸后的热能转化成机械能而来,通常在这个转换的过程中,最好状态也只有1/3能量变为有效的动力输出,其余2/3则是剩余热量等待排除。如果这时不马上有效率的散发此热量,待其累积至相当程度之后,势必会造成汽油预燃爆震、破坏机油油膜丧失润滑性、活塞等机件过度膨胀阻碍运转的不良现象,这样一来轻则减损马力,严重时还有可能损伤到汽缸週围零件,因此高温乃是引擎的最大敌人。

有冷才会久 冷却系统强化概论涡轮引擎由于工作温度较自然进气引擎高出许多,因此对于冷却系统的强化 需求性相对高出许多,要维持引擎输出稳定,从冷却系统来着手準没错。
就一般车用的水冷引擎设计来看,其散热过程首先是由和机件相接触的机油吸收热量,然后再藉着水循环带出达成冷却与安定油温的目的,所以进行整体温度的降低,基本面就是要从水冷部分下手。水冷系统的作动,大致是从正时皮带或外加皮带驱动水泵浦,使冷却水能在汽缸的水套内流动带走高温(小循环);接着当水温高到一定程度时,位在引擎进水口、俗称水龟的「节温器」即会打开,从下水管引入经水箱散热后的冷却水行大循环动作;此刻假使温度仍然高居不下,水箱风扇同时将随之运转以强制散热。

有冷才会久 冷却系统强化概论笔者手上拿的这颗便是俗称水龟的「节温器」,其功能就像一个温控水龙头 ,低温时关闭让冷却水只在引擎内部小循环,以加快昇温速度,高温时则逐步开启,让冷却水 开始大循环到水箱,以达到散热作用。
通常来说,原厂的冷却系统在正常範围内,都能够达到有效的降温要求,不过若因外在气候酷热、交通环境拥挤、持续爬陡坡、激烈操驾或者是引擎出力经过大幅提昇,使得总和热量超过其负担时,便一定会有过热的问题出现。因此改装车、性能狂、非亚热带规格的车型,均有必要在这方面做强化,藉此获得应有的耐久性和动力输出。

有冷才会久 冷却系统强化概论想要準确掌控水温,唯有加装水温赛车錶才能达成,原厂的水温錶一旦超过 2/3的刻度,水温通常都已经破百度,不太具有参考价值。
水冷升级第一步
提高冷却水沸点
由前述的水冷运作型态观之,要强化其能力也不外乎是自水泵浦、水龟、水箱、风扇等处着手,但这还是要视过热的程度来决定改装项目,不然加强过度导致水温过低,亦容易因热效率不足而发生积碳、耗油、磨损、发挥不出原有马力的负面影响。引擎有没有过热的状况,最简单的判定法就是观察水温錶,原车水温錶的感知器儘管是装在最靠近水龟的地方,以利于读出接近引擎的正确温度,但很可惜的是其多半没有刻度且非常不灵敏,因此若指针超过一半的位置,实际温度就真的很高,有必要做适当的水温管理了(追加水温计的正常温度是80~90℃)。接下来我们就针对不同的状况,告诉大家改装上的对应方法。

有冷才会久 冷却系统强化概论看似没什幺的水箱精,却有许多重要的功能,例如:提高沸点、防鏽、润滑 水泵浦、抑制气泡与抑制水垢产生等,都是确保冷却系统长治久安的要点,因此一定要加水箱 精,买比例已经调配好的来使用最方便。
水能够做为冷却的介质,主因便是它为容易大量取得的液体中,属于比热最高的一种(纯水1.03)。比热高的优点是吸热快、放热也快,很快将热能吸收并很快的降温,可是相对于引擎发出的高热,其先天的100℃沸点则很容易到达,进而因汽化沸腾失去原有能力,故水箱顶部必有一加压盖存在,利用密闭空间内温度与压力成正比的关係提高沸点,且水箱精中亦会加入提昇沸点的物质。所以加强散热性的第一步,便是更换附硬式弹簧的「高压水箱盖」、使用性能佳的「水箱精」,藉此让冷却水有更恆定的表现。

有冷才会久 冷却系统强化概论因为一旦水开始沸腾,就不具有带走高热的功能,因此透过高压水箱盖,提 昇密闭空间内压力,来提高冷却水的沸点,将能使冷却水工作温度极限更高,不过购买时要确 认大小头问题。
提到水箱精的配方上,它除了含有提高沸点的成分以外,还具备防鏽、抗冻、润滑水泵浦、抑制气泡、改变升降温性质(升温慢降温快)等添加剂,因此水箱精的自身特性可说非常重要,需好好加以选择。水箱盖的部分,原厂製的压力多为0.9~1.1kg/c㎡,街道强化用的在1.3-1.5kg/c㎡之间,竞技专用品则会到达1.7kg/c㎡ Over,建议读者最好是选择1.3kg/c㎡左右的型式,以免因压力过大发生水箱龟裂、爆水管的情形(特别是上水柜/上水管处)。

有冷才会久 冷却系统强化概论 
低温水龟/风扇开关
小小零件效果绝佳
在整个散热系统中,负责冷却水大小循环控制的节温器,自然是改善水温的另一大关键点,能够有效将其作动温度提前,必定对引擎散热有不小的助益,所以透过低温水龟的换装,也能提昇冷却效率。谈到水龟的构造原理面,其乃是先靠柱芯的铜铁两种金属热耦感温,然后因两种金属的感热度不一,当水温变高时互相牵扯带动顶部的顶针,使弹簧上拉打开主阀门,并下推尾部旁通阀门关闭小循环(按温度高低渐进)。通常原厂水龟的开启温度多在80℃附近,改装品则为60至70℃之间,特别是这种水龟的主阀门内径和开度皆会增加,也很容易就达到全开的程度,可想而知水循环的效能比原厂好上太多。

有冷才会久 冷却系统强化概论原厂节温器开启的温度大约在84度左右,而改装品大约在72度就会打开,对 于工作温度高的涡轮车或重度改装车非常适合,不过如果是原厂车的话,不推荐使用,因为会 让引擎常时间处于冷车提速状态,容易产生积碳、耗油的问题。
同样是位在水龟附近的风扇开关(此点最接近引擎实际温度),假使可提早启动配合低温水龟一起运作,必然更能发挥整体散热效果。风扇Sensor的类型依车种可区分为直接开关的断路式,以及传回电脑由ECU控制的开路式;前者的修改很简单,仅要更换内部电阻值变更的改装对应品,或是流用转接其他车款的温控开关,即可将风扇作动点从原厂的93度变为较低的85-78度。而以往几乎是不能变动、只能靠外加手动开关另行控制的后者,现在也有应用增减水温信号来设定风扇动作温度的电装品,这种追加电子控制器的产品,好的会有很大範围且明显的调整点,坏的则是不管怎幺调设,从头到尾风扇几乎都一直运转,建议大家在选购时要多听多问,才不致出现改装后风扇马达损坏的弊病。高压水箱盖、低温水龟、低温风扇开关这三项看似微不足道的小零件,结合后对提昇散热性可说有相当大的帮助,比原厂略低一点的温度,可获得较佳的扭力及油耗表现,飙山路亦不致后继无力,所以我们极力推荐大家改装此三种产品。

有冷才会久 冷却系统强化概论大幅强化冷却系统的最佳方法就是更换加大水箱,透过增加冷却水量与散热 面积的方式,来提高冷却水的交换效率,对于水温的恆定有绝佳帮助。
大容量水箱增加恆温性
加大迎风面优先于增厚

由精密金属机件所组成的引擎,基本上并不容许热涨冷缩造成间隙忽大忽小,因此对冷却系统的要求除散热以外,更要能够保持恆温的特性,而真正维持水温恆定的零件,主要还是在于储水的水箱。冷却水恆温性的提高,大方向即是建立在增加水箱容量,水箱容量一旦加大,相形热容积便得以提昇,也就不易让温度瞬间升高或降低,因此大马力改装车几乎都会装置大容量水箱。加大水箱的实施不外乎是从增加面积与厚度着手,不过碍于空间不允许的关係(会牺牲掉冷排),道路用车多半仅加厚水箱,但事实上加大迎风面应优先于增厚,以提高散热排的总面积,毕竟水冷热交换的对象还是来自于空气。至于增加水箱的厚度上,三排水箱的厚度便是单排的三倍,也就是三排水箱是叠上三层的散热排,故自加水口看进去会有三个冷却水扁排相叠,容量自然亦为单排水箱的两倍多。

有冷才会久 冷却系统强化概论有些水箱安装在水箱架后方的车辆,因为撞风气流会从水箱与车体架子间的 空隙窜出,导致通过水箱鳍片的气流量有所减少,因此有些细心的车主会另外使用集风罩来补 强此缺点。
再过来相关于水箱的製作素材,不论原厂还是改装品,都只採用传热速率佳的铝跟铜两大类。铝质和铜质水箱的整体特性比较是:铝製品坚固耐久且轻量、美观;而铜製品则正好相反,有着重量偏高、不耐压易变形、容易鏽蚀等缺点,虽然铜的导热性比铝还要好,在散热面上势必较有利,不过在散热排迎风面积一样的状态下,其实两者和空气热交换的效率并没有多少差距。

有冷才会久 冷却系统强化概论虽然目前加大水箱多为铝合金材质,有着重量轻、美观的优点,不过笔者却 比较偏好铜製水箱,不只价格实惠许多,且日后破损还能修补,至于散热效果则以厚度来补强 。
很多玩车的朋友都知道,想便宜买到加大水箱就是至坊间的水箱店订製纯铜品,铜水箱能够价廉不单单是材质本身的缘故,製作上也因乙炔锡焊简单不少,不似氩焊铝水箱需要颇困难的技术(这是其昂贵的主因,价格要高出铜製品数倍);而由于铜质本身即较软,加上焊接方式又不够紧密,在使用超高压水箱盖的场合时,很有可能就会让结构扭曲,并且其易衍生的铜鏽对水循环亦不太好,所以铜水箱应二至三年左右便该更新一次。

有冷才会久 冷却系统强化概论使用加大水箱当以加大撞风面积为主,在不得以状况下才以加厚来取代,有 些车辆Honda K8车款,还可留用同厂牌16V车款的同製加大水箱,效果可不输进口货,缺点是冷 排的安装位置可能要修改一下。
而冷却水最后的散热,无论如何都是要透过水箱散热鳍片接触空气,因此有效利用风扇强制散热,也是加强冷却的不错办法,除了能以低温风扇开关,提早其作动点外,也可以使用更强力的马达、改变风扇叶片型式、增加叶片直径(须配合水箱)、追加风扇等方法做提昇。不过因为现在的原厂风扇设计都十分优秀,如恆温多段风扇、并列两颗风扇、直置前吸后抽双风扇种种的设置,所以不太需要在此特别提高风扇性能,除非万不得已、马力改的很大时。

有冷才会久 冷却系统强化概论市面上还有一个名为「消泡桶」的产品,可减少水道内的气泡,让冷却水的 循环速度更快些,对于冷却效率提昇相当明显,在日本则有些店家自己製作,安装重点在于固 定位置需在整个冷却水道的最上方,才能使气泡向上集中于此。
降低机油温度
确保油膜润滑性
前面说过水循环的目的是针对冷却机油而来,不难想见水温变低则机油温度亦可随之下降,话虽如此可是实际上油温的表现比水温更加重要,因为它还牵涉到润滑性、油压、气密性等的确保,所以提昇水冷效率的同时,经常拉转速的人或是马力改较大的车辆,都有必要在机油冷却降温这方面加以强化。就跟水温的要求相同,油温也是儘可能的维持住恆温性较好,因此提昇上亦好像加大水箱一般,要以容量的增多来抑制温度上升,接着再藉由散热排大量放热,进而获得稳定的油温,所以机油冷却器便为必要加装的零件。机油冷却器尺寸的大小,通常是以排数多寡做为区分,这个排数便是计算其正面横散热排的数目,规格自最小的7排到最大的50排不等。一般7排、10排的型式是给K-Car派的迷你车或自排油Cooler所用,2.0升以下的车种大约是适合13排到19排,再大的车款或高性能大马力车至多也只要用到30排左右,超过则是专门对应机油泵浦强化过的赛车。

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一样是要藉空气带走热量的Oil-cooler,安装在撞风处自然为最佳状态,但遇到前置大型Inter-cooler而没有保桿空间的状况时,亦可以装设在内轮弧(须开孔)等空气流通的地方,方法就在于自己的巧思了。装置机油冷却器的油温降低程度,高速公路平顺行驶约可平均下降15到20度左右,山路全力操驾时也能有效防止油温上升(油温升高后就很难再掉下来),这样一来机油的性能便易于维持在颠峰,油压同时因温度安定不会低落,对引擎的耐久性、Turbine轴承、可变气门之油压电磁阀都有好处,马力也因此能完全发挥出来。

有冷才会久 冷却系统强化概论有些使用加压水箱盖的车主,会另外将水管换成硅胶材质的强化品,目地在 减少爆水管机会,同时也可增加引擎室内的美观性,不过购买时要慎选品牌。
有冷才会久 冷却系统强化概论提早风扇启动时机也能增加冷却系统的散热效率,最简单的作法就是透过市 面上贩售的风扇控制器来达成,该电装品还可显示水温、油温与电压值,售价大约在2千多元, 是相当值得推荐的改装品。
有冷才会久 冷却系统强化概论大约2年更换一次冷却水,是确保水道内不易产生水垢的最佳方法,水垢一旦 过多,将会影响冷却水的热交换速度,导致冷却系统无法发挥效果。
有冷才会久 冷却系统强化概论有些日系涡轮车,原厂还会额外加装中冷器洒水装置,以进一步降低进气温 度,对于降低引擎工作温度也有正面的帮助。
有冷才会久 冷却系统强化概论想要明显降低机油温度,最直接的方式就是加装机油冷却器,排数大约13/16 排,不过要慎选厂牌,且油管的配置与接头的设计,也要尽量使用大口径与铝合金弯管接头, 才能减少油压的衰减。
有冷才会久 冷却系统强化概论如果车头前方没有安装机油冷却器的位置,也可以考虑装在轮弧内,最好在 加上导风板,如此机油温度将可大幅降低下来。
有冷才会久 冷却系统强化概论有些机油冷却器的转接座会採用机油滤芯外移式设计,可方便日后保养,且 有助油温散热,不过安装时要注意机油流动方向不可装错。
有冷才会久 冷却系统强化概论对于比赛速度不高,却经常高转速运转的甩尾车,可透过加大油底壳增加机 油量的方式,来维持机油温度的恆定,并且避免高速横移时,吸不到机油。
有冷才会久 冷却系统强化概论自排车可考虑加装自排油冷却器,可有效降低自排油温,对于传输效率的维 持,有着非常大的帮助,不过安装时要注意油压降低造成的换档顿挫情况,建议不要使用排数 太多的冷却器。
有冷才会久 冷却系统强化概论对于重度改装的后轮驱动车,国外也有厂商开发后差速器专用的齿轮油散热 套件,可减少LSD差速片因油温过高而失去差速效果,不过这已算是相当竞技的改装品。

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