作者: cooldavid (David)
標題: 五花八門的引擎冷卻方式
時間: 東吳機研站 Fri Jan 5 00:37:27 2001
五花八門的引擎冷卻方式 方法不同 目標卻一致
不論汽、機車，二、四行程或汽、柴油引擎，
運轉時在爆燃或摩擦過程皆
無可避免的產能強大熱能，
而燃燒僅有一部份能量供動力行駛，
剩餘的熱量則需藉引擎冷卻系統加以排除。
談到冷卻系統，
其中分為氣冷、水冷、油冷、半水冷等多種構造，
本期機構講座中將帶讀者一同來瞭解
關於各種冷卻方式的來龍去脈。
一、為何要冷卻引擎
在引擎中我們利用燃料
（汽、柴油）的爆發燃燒
來推動活塞使曲軸旋轉產生動力，
汽缸內部在燃燒過程或
活塞高速往復運動時的磨擦力
可使溫度達華氏千度以上。
站在熱力學的觀點來看，
理想狀態下爆燃所產生的熱能
如果全部轉換為動力輸出，
則引擎輸出效率必然相當可觀，
而事實卻不然，
目前世界上效率最佳的引擎其所
可使用之動能僅不超過百分之四十，
剩餘的其它能量可說是全部浪費掉了。
雖然效率這麼低，引擎仍舊如此設計，
只因為這種熱力循環仍是
目前我們所能採用最簡易、
發展也最成熟的熱力循環方式。
那麼剩下來的能量到哪去了？
這就是冷卻引擎的最大理由。
這些浪費的能量大多轉化為熱能的型態出現，
並分部於引擎本體的機件上。
這些極大的熱能如不加排除，
後果將是過熱的引擎溫度使機油高溫劣化，
機油潤滑效率銳減而產生機件
如汽門、曲軸、活塞、汽缸壁等磨損加劇。
甚至縮缸（活塞與汽缸壁卡死），
引擎宣告壽終正寢，便須大修一番了。
二、各式各樣的冷卻方式
談到冷卻方式，
目前也因車種設計不同又分為數種，
包括氣冷式、強制氣冷式、水冷式、
半水冷式、油冷式、機油冷卻式等。
也有同時使用二種方式的組合，
例如水冷引擎外加機油冷卻裝置。
各種冷卻方式可說各有利弊，
而因車種、排氣量的不同、
成本考量等各種方式皆廣泛應用於各車輛上，
倒沒有因某種之冷卻效率較差而逐漸淘汰的情況發生。
但目前公認效率最佳的水冷式引擎使用在
大多數汽車和大排氣量機車上
則是不爭的事實，
許多跑車和渦輪增壓車種
亦加裝了機油冷卻器（ INTER COOLER ）
以應付激烈操駕所產生的高溫。
例外的如名跑車保時捷（ＰＯＲＳＣＨＥ）
就相當堅持該廠的一貫傳統－－氣冷式引擎。
三、氣冷引擎的構造
如果您所騎乘的是原廠中小型國產速克達，
別懷疑，它肯定是屬於這一型。
這種引擎相當容易自外觀辨識出來，
主要特徵就是在汽缸體與汽缸蓋上
分佈許多大小不一的散熱片，
這樣的構造主要目的
就是增加引擎本體與空氣接觸的表面積，
將引擎的熱量導出後再隨流經散熱片的空氣帶離。
理論上散熱片愈大愈好，
實則不然，受限於車體大小和引擎各部位熱傳導率不同
而有大小厚度不一的形狀出現，
這些皆需經過複雜的方式計算熱分佈點與熱傳導速率，
可不是隨便做做，事實上還不光如此，
引擎頂部與側部的空氣流量、
流率更牽涉到空氣動力、熱傳力、流體力學等物理理論。
除可常看到的追風、ＦＺＲ等為此種設計外，
咱們再回過頭來談談中小型速克達，
這類您我都常騎的車種皆看不到以上所提的散熱葉片，
僅只一大塊黑黑的殼子包圍，
其實這又是另一種強制氣冷式引擎，
散熱片包覆在黑殼子（折流板）內，
引擎側部則加裝一組與曲軸同步的風扇
（斜流鼓風葉扇）將空氣吹入引擎本體，
強制空氣流通散熱片，達到散熱效果。
四、氣冷到底好不好
這部分就關係到氣冷引擎的構造和效率了，
雖說氣冷引擎的設計頗為繁複，
但是光就構造而言，至少具有以下幾點好處：
１．保養方便－－和其它形式相較下，
氣冷引擎了不起多了強制鼓風裝置，
如就一般氣冷引擎來看，
一片片的散熱片絕不會有故障的疑慮，
在清洗和保養上也方便許多。
２．成本較低－－除了散熱片外少了各種冷卻裝置，
如溫控開關、水道、水箱、泵浦的構造又易於生產維修，
為國產中小型車的第一考慮方式。
３．重量較輕－－這又牽涉到結構問題，
少了許多裝置後，重量當然輕得多，
在油耗與性能方面理論上會有較佳表現，
尤其是在小排氣量、小馬力的輕機車上。
氣冷引擎的優點在於簡單的構造上，而缺點也出在這裡，
較簡單的構造其冷卻效率自然不若精心設計的水冷引擎佳，
引擎工作溫度通常較高而產生以下疑慮：如機油劣化速度加快，
引擎機件易磨損等。
此外引擎噪音也較受水套包覆的水冷引擎要大。
五、氣冷引擎用途
相信大家已瞭解這種引擎最常使用於我們的小型速克達了，
在此我們提一下您不瞭解的用處，如在高空中飛的螺旋槳飛機，
構造簡單散熱又迅速使氣冷引擎成為這種輕型飛機引擎主流。
還有戰車，別懷疑，因為省去了水箱設計，
排除戰車因中彈導致引擎漏水而停擺的可能，了不起吧。
六、水冷引擎構造簡述
與氣冷引擎相較下，水冷引擎的構造就顯得相當複雜了，
從引擎外觀也可分辨出來，與氣冷引擎大不相同，
水冷引擎在汽缸蓋（或汽缸頂部份）、
汽缸體外部以一層挖空的管路（水套）覆蓋，
中間以水做為傳熱介質，
外觀因為少了層層散熱片，因此看起來清爽許多。
在看似簡單的外觀下，其實隱藏著一套相當複雜的構造，
首先是包覆著汽缸頭與汽缸體的水套，即引擎內外部的水道夾層，
再來就是熱水箱，
當然光靠這兩樣東西是無法達成水流通與溫度控制的目的，
因此還有上下連通水管、水泵浦與節溫器（俗稱水龜）等。
七、水冷引擎作動原理概述
水冷引擎，簡單的說就是以水為介質冷卻的引擎，
引擎工作多餘的熱量藉水帶離。在引擎發動之初，
為使其儘早達工作溫度，節溫器關閉，
水套內的水藉泵浦作小循環，待達正常工作溫度後，
節溫器便會打開，水套內的水開始與水箱中的水循環，
所有水皆會在水箱內降溫再流回引擎水套。
水箱的冷卻則是藉車輀行駛時所流過水箱的空氣來散熱，
您或許會有疑問，
如果車輀靜止或大塞車時引擎不就因水箱溫度過高而〔掛〕了嗎？
沒錯，為解決這個問題，
許多水冷車種和大部份汽車皆會在水箱側裝上冷卻風扇，
搭配溫度控制開關，在引擎溫度達一定點時風扇即會啟動運轉，
只要水冷系統作動正常，絕無溫度過高之虞。
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PCCU Motor-Vehicle Study
私立中國文化大學機動車輛研究社
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