燃油在引擎內部爆燃做功的過程常被形容成無限魅力的藝術,但現實的骨感之處在於,你無法改變燃燒是放熱反應的事實,活塞曲軸在前方飄逸地搞藝術的背後你需要面對的是潤滑、冷卻等一系列藝術家的衍生品。這裡我們來討論討論引擎熱量的問題。
從根本上來說,內燃機產生的機械能是從燃料的化學能轉變的熱能中提取出來的,不繞口地說就是,燃料產生熱能,一部分轉化成機械能,剩下的一大部分還是熱能。然而內燃機的效率是低下的,輸入的熱能要遠大於輸出的機械能,因此額外剩餘的大量廢熱需要得到解決。從化學方程式的角度來看,抽去廢熱能夠促進熱能轉機械能過程的發生;從實際角度來看,廢熱會對引擎本體以及潤滑油的壽命和工況產生一系列影響,於情於理,散熱問題都應該得到十分重視。從誕生直至今日,汽車的散熱系統已經做得非常完善,但當你做了改裝打破了原車的平衡,或者習慣於激烈駕駛,那麼請留意引擎艙的降溫和隔熱工作。
冷卻隔熱工作不難做,但成果無法量化,同時也需要有度,摸不著頭緒的不妨從水、油、氣三個方面著手。汽車引擎的冷卻形式早已經從風冷過渡到冷卻效率更高的水冷,這是對引擎降溫工作直接負責的系統,是優化提升的首當其衝的對象。想當然的認為,自己的水溫老是居高不下的時候最直接的方式就是更換水箱,更大更厚的水箱能帶來水箱水與空氣更好的熱交換,從而最直接降低水溫,但提一句,如果不是重改的引擎,並不建議更換大水箱,因為引擎溫度過低也並不是好事,它會降低燃燒效率、惡化廢氣排放以及影響機油的潤滑性能,在不至於更換水箱的情況下,你可以通過節溫器、水箱蓋、風扇、水箱水等小舉動達成降溫目標。
圖:不要盲目改裝加大加厚水箱,過分冷卻會影響引擎燃燒效率,惡化排放,降低潤滑油潤滑效率。
汽車不同於輪船或者火車,汽車的負載變化極快且變化範圍很廣,這意味著汽車需要一個可變的冷卻系統來保證引擎不過熱也不過冷,這個「可變」過程由電子控制的風扇、節溫器等等元件完成。節溫器又叫水膽,其作用是實現引擎冷卻水的大小循環,冷啟動階段引擎需要迅速熱起來,此時節溫器關閉,冷卻水只在引擎內部作小循環;當引擎熱量達到一定值節溫器打開,冷卻水進入水箱作大循環。改裝用的低溫水膽有更低的打開溫度閾值,一般在65℃、68℃左右,這讓引擎的冷卻得到提前。而改裝用的高壓水箱蓋的作用是提高水箱水的沸騰溫度,延長水箱冷卻引擎的時間。更大功率風扇的更換不是很常見,往往是在一些重改案例中配合加大水箱出現,但可以加裝電子風扇控制器來達成提早開啟風扇的功能,目的類似於低溫水膽,不過這種手法如今也不太多見。
圖:低溫水膽可以幫助引擎水循環系統提早進入「大循環」。
圖:高壓水箱蓋則提高水箱水的沸騰溫度,延長水箱冷卻引擎的時間。
圖:大功率風扇一般是配合加大水箱出現,重度改裝車上應用較多。
冷卻液是被絕大多數人忽略的一個點。水被選為汽車引擎的冷卻介質是因為其比熱高以及熱傳導率高,為了防凍和防高溫,汽車冷卻液會在水中添加丙二醇等化學物質降低冰點提高沸點。然而普通冷卻液的基礎水並不是純水,其內含的多種雜質降低了水的比熱,比熱小了則意味著吸、散熱能力差了。一些高端或競技的冷卻液會以多重凈化的「純水」作為基礎水,這提升了冷卻引擎的能力,更換這樣的冷卻液也是給引擎降溫不錯的選擇。
圖:防凍液的基礎液——水,純度越高,其比熱就越高,吸、散熱能力越好,自然冷卻效率就越高。
引擎中並不是所有零件都能用冷卻水冷卻的,內部的活塞、曲軸等的冷卻則靠潤滑油來實現,加上高溫還會影響潤滑油的主要功能——潤滑,因此機油的冷卻工作也意義重大。油冷套件是解決高油溫最直接的手段,跟水循環的原理一樣,將潤滑油從引擎中引出,通過一個小型散熱器與空氣交換熱量後再返回引擎內,效率很高的一種機油冷卻方式。還有一種機油冷卻產品是帶散熱鰭片的油底殼,即風冷的原理,不過想要發揮出這種油底殼的最大功效,通風系統得做好。
圖:引擎內部諸如活塞曲軸這些部件的冷卻是靠潤滑油來完成的,因此潤滑油的冷卻液不容忽視,特別對於性能大改或者跑賽道的車來說,油冷是最直接手段。
圖:有些油冷上會配風扇,進一步提升冷卻效果。
圖:對於油冷系統來說,通風管理要做好。
圖:JDM以及暴走族喜歡將油冷放在車外,十分戰鬥。
圖:這種帶鰭片的風冷油底殼也是一種機油冷卻方式,位於車底的他對撞風的要求就更高了。
至於氣,他的溫度高低影響的是引擎的輸出。高進氣溫度會降低單位體積內氧分子的含量,降低引擎輸出,同時他還是引擎爆震的罪魁禍首之一。引擎從高溫的引擎艙內吸取新鮮空氣,因此降低進氣溫度其實主要在做隔熱工作。空氣進入引擎的路徑本就不長,隔熱措施主要集中在傳輸過程中,將原廠塑膠的進氣管換成矽膠材質或碳纖維材質,或在金屬材質的進氣管上包裹隔熱箔均是常用方式,另外能在風隔或冬菇頭外加裝一個碳纖維材質的風箱則是更好不過,而對於渦輪車而言,中冷器的升級乃是核心所在,此為主動降低進氣溫度。在更高階的玩法中,主動降溫的手段還有水噴射系統,通常意義的水噴射是指在節氣門前方噴入水/乙醇(或甲醇)的混合液,讓其氣化來帶走進氣中的巨大熱量,而形成降溫。還有一種水噴射則是針對中冷器,原理相同,只不過噴射地點為中冷器。
圖:碳纖維是一種絕佳的隔熱選擇,另外還美觀不是麼。
圖:本田那些老性能機器最愛用的「肥腸」。
圖:規格再高一點,進氣歧管也可以有碳纖維的選擇。
圖:矽膠管是相對碳纖維更經濟的選擇,隔熱效果也不錯,也能減少部分膨脹。
圖:矽膠管一直是引擎艙的一道風景。
圖:對於渦輪車來說,進氣冷卻的核心乃是中冷器。
圖:水噴射系統是一般應用在大馬力車上的主動降溫方法,通過在節氣門前方噴入水/乙醇(或甲醇)的混合液,讓其氣化來帶走進氣中的巨大熱量,而形成降溫。
圖:除了對引擎本體的冷卻,引擎艙的隔熱工作也很重要,畢竟很多關鍵零件都是裸露在外的。
圖:對於一些金屬進氣管路來說,隔熱箔一定程度上是必須的,僅為金屬管本身導熱能力就很強。
圖:對於渦輪車而言,排氣和廢氣渦輪的降溫會影響廢氣渦輪的工作效率,因此芭蕉布和廢氣渦輪罩不光是為了不讓其熱量散熱到引擎艙,也是為了保持廢氣的熱量,保持廢氣渦輪的工作效率。
圖:機艙內有很多紛繁複雜的油路、電路,原廠車設計的時候也許會避開高溫區域,但諸如外掛渦輪這樣的案例,你就要格外小心渦輪附近的管線了,最好用此類隔熱布包裹起來。
如今電子化的引擎可以通過傳感器監測各種數據並作出溫度上升的預測,然後壓制功率輸出來補償冷卻系統有限的冷卻能力,意思即,如果你在引擎冷卻上作出提升,你將換來更多輸出的釋放,同時,你還獲得了更長的引擎壽命——引擎降溫,何樂而不為呢?