中冷涡轮增压发动机优缺点(船用涡轮增压柴油机为何还要中冷？那么中冷又有什么好处呢？)

说到发动机的增压，相信大家都有所了解，这得益于汽车的普及，和增压发动机在汽车领域里的应用。但是说到中冷增压发动机，尤其是其中的中冷是什么？就不一定有人了解了。今天小船人就从熟悉的船舶发动机出来聊聊：为何船用柴油机除了增压还要中冷呢？那么中冷的目的又是什么？

船用低速柴油机

发动机采用增压的目的是为了在一定容积的气缸内，充入更多的新鲜空气，改善燃烧质量，同时燃烧更多的燃油，实现在一定容积的气缸内获得更高的功率，本质上就是提高发动的功率密度。

增压发动机

为什么通过增压可以在发动机气缸单位空间内充入更多的空气呢？这是因为空气是混合物，是由：氮(N₂)约占78%，氧(O₂)约占21%，稀有气体约占0.939%(氦He、氖Ne、氩Ar、氪Kr、氙Xe、氡Rn)，二氧化碳 (CO₂)约占0.031%，还有其他气体和杂质约占0.03%，如臭氧(O₃)、一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO ₂)、水蒸气（H₂O）等组成的。而气体分子之间的间距比较大，相互作用力比较小，所以很容易被压缩。

某气体分子

那么理论上我们采用增压能力更强的增压器（高增压），可以在发动机气缸单位空间里充入更多的空气，那么可以燃烧更多的燃油，获得更大的功率。但是气体在被压缩后，会产生大量的热量，压缩程度越高，热量越大；同时现在的发动机普遍采用废气涡轮增压，发动机排出的废气温度非常高，通过增压器的热传导会提高进气的温度。气体受热后密度会变小，意味单位体积内的空气会变少，从而影响发动机的有效充气效率，还很容易导致发动机燃烧温度过高，并且还会增加发动机废气中的NOx的含量，造成空气污染。这些问题在发动机增压压力越高的时候，越明显，所以这和我们增压的目的是相背驰的。

大型低速二冲程船用柴油机的废气涡轮增压器

所以为了解决增压后的空气升温造成的不利影响，尤其是对高增压发动机的影响，因此需要在增压器和发动机之间加装冷却器来降低进气温度。由于这个冷却器位于发动机和增压器之间，所以又称作中间冷却器，简称中冷器。船舶的发动机大部分是增压柴油机，柴油机的增压压力比较大，为了获得更好的增压效果，所以基本上都会装备中冷器。

图中蓝色的就是船用低速柴油机的中冷器（空冷器）

船用低速柴油机的进排气路线

中冷器就是冷却器（空冷器）一般由铝合金材料制成。按照冷却介质的不同，常见的中冷器可以分为风冷和水冷两种型式，船舶柴油机的中冷器常用水冷式。这样采用了中冷器的船用柴油机，我们就称为增压中冷船用柴油机。其实不止船用增压柴油机会用到中冷器，很多领域的增压发动机，尤其是高增压的发动机都会采用中冷器。

废气涡轮增压中冷发动机原理图

船用增压柴油机采用中冷后还需要注意的是，船舶在水中航行，所以船舶柴油机所处的工作环境湿气比较大，当增压的空气压力越大时，空气中的含水量也越来越多。经过中冷器时就会被冷凝在一起形成水滴。这些水滴会被增压空气带进扫气箱和气缸，就会加重单向阀的腐蚀，破坏汽缸壁上的油膜，加重气缸和活塞环的腐蚀磨损。因此，在空气冷凝器之后还要装设气水分离器，以去除增压器空气中的水分。气水分离器一般装在扫气箱进气处，气水分离器还应经常彻底放水。

航行中的船舶

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作者：小船人的梦想 2018年11月28号