為何船用柴油機除了增壓還要中冷呢？那麼中冷的目的又是什麼？

說到發動機的增壓，相信大家都有所瞭解，這得益於汽車的普及，和增壓發動機在汽車領域裡的應用。但是說到中冷增壓發動機，尤其是其中的中冷是什麼？就不一定有人瞭解了。今天小船人就從熟悉的船舶發動機出來聊聊：為何船用柴油機除了增壓還要中冷呢？那麼中冷的目的又是什麼？

船用低速柴油機

發動機採用增壓的目的是為了在一定容積的氣缸內，充入更多的新鮮空氣，改善燃燒質量，同時燃燒更多的燃油，實現在一定容積的氣缸內獲得更高的功率，本質上就是提高發動的功率密度。

增壓發動機

為什麼通過增壓可以在發動機氣缸單位空間內充入更多的空氣呢？這是因為空氣是混合物，是由：氮(N₂)約佔78%，氧(O₂)約佔21%，稀有氣體約佔0.939%(氦He、氖Ne、氬Ar、氪Kr、氙Xe、氡Rn)，二氧化碳(CO₂)約佔0.031%，還有其他氣體和雜質約佔0.03%，如臭氧(O₃)、一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO₂)、水蒸氣（H₂O）等組成的。而氣體分子之間的間距比較大，相互作用力比較小，所以很容易被壓縮。

某氣體分子

那麼理論上我們採用增壓能力更強的增壓器（高增壓），可以在發動機氣缸單位空間裡充入更多的空氣，那麼可以燃燒更多的燃油，獲得更大的功率。但是氣體在被壓縮後，會產生大量的熱量，壓縮程度越高，熱量越大；同時現在的發動機普遍採用廢氣渦輪增壓，發動機排出的廢氣溫度非常高，通過增壓器的熱傳導會提高進氣的溫度。氣體受熱後密度會變小，意味單位體積內的空氣會變少，從而影響發動機的有效充氣效率，還很容易導致發動機燃燒溫度過高，並且還會增加發動機廢氣中的NOx的含量，造成空氣汙染。這些問題在發動機增壓壓力越高的時候，越明顯，所以這和我們增壓的目的是相背馳的。

大型低速二衝程船用柴油機的廢氣渦輪增壓器

所以為了解決增壓後的空氣升溫造成的不利影響，尤其是對高增壓發動機的影響，因此需要在增壓器和發動機之間加裝冷卻器來降低進氣溫度。由於這個冷卻器位於發動機和增壓器之間，所以又稱作中間冷卻器，簡稱中冷器。船舶的發動機大部分是增壓柴油機，柴油機的增壓壓力比較大，為了獲得更好的增壓效果，所以基本上都會裝備中冷器。

圖中藍色的就是船用低速柴油機的中冷器（空冷器）

船用低速柴油機的進排氣路線

中冷器就是冷卻器（空冷器）一般由鋁合金材料製成。按照冷卻介質的不同，常見的中冷器可以分為風冷和水冷兩種型式，船舶柴油機的中冷器常用水冷式。這樣採用了中冷器的船用柴油機，我們就稱為增壓中冷船用柴油機。其實不止船用增壓柴油機會用到中冷器，很多領域的增壓發動機，尤其是高增壓的發動機都會採用中冷器。

廢氣渦輪增壓中冷發動機原理圖

船用增壓柴油機採用中冷後還需要注意的是，船舶在水中航行，所以船舶柴油機所處的工作環境溼氣比較大，當增壓的空氣壓力越大時，空氣中的含水量也越來越多。經過中冷器時就會被冷凝在一起形成水滴。這些水滴會被增壓空氣帶進掃氣箱和氣缸，就會加重單向閥的腐蝕，破壞汽缸壁上的油膜，加重氣缸和活塞環的腐蝕磨損。因此，在空氣冷凝器之後還要裝設氣水分離器，以去除增壓器空氣中的水分。氣水分離器一般裝在掃氣箱進氣處，氣水分離器還應經常徹底放水。

航行中的船舶

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作者：小船人的夢想 2018年11月28號