为什么空气离开涡轮增压器后需要冷却？

当我们使用涡轮增压器压缩进入的空气时，空气会变热。通常，在将热空气传递到发动机之前，先使用中冷器对其进行冷却。

冷却这种空气的原因是什么？

我们为什么不能将其作为热空气通过，因为引擎内部的空气将被压缩而将其加热呢？

tl; dr

• 打击爆炸（在SI发动机中）
• 提高功率/效率

细节

这里有一些重要的因素在起作用。

• 发动机爆震是SI发动机真正关心的问题

  火花点火发动机更有可能在较热的空气中过早点火（aka爆震或爆炸）。实际上，以下示例中的计算可以表明这是中冷如此好主意的主要原因。

• 热空气上升，冷空气下沉

  用物理学的话来说，热空气比冷空气密度低。这意味着1千克热空气所占的体积大于1千克冷空气所占的体积。

• 内燃机是容积式设备

  这意味着，每当发动机运转并完成一个循环时，进入燃烧室的空气量都是固定的。

• 功率取决于质量，而不是体积

  发动机产生的功率与进入燃烧室的空气质量成正比，而不是其体积。更多的空气分子=更多的爆炸。

使用涡轮增压器（或任何其他强制进气装置）的原因是为了增加IC发动机的功率和/或效率。在燃烧室水平上，这是通过增加燃烧过程中存在的空气分子的量来实现的。

涡轮增压器通过对进入的空气加压来实现这一目标。该压缩过程的不希望的副产物是排出的空气是热的并且密度较小。

如果将这种热空气照原样送入燃烧室，则发动机爆炸的可能性会更大。

通过经由中间冷却器冷却空气，由于减少了发动机爆震，因此发动机操作更加安全。

作为额外的好处，空气会变得稍微浓密一些，从而使燃烧过程中可以存在更多的空气分子。

奖金示例

这是数字胜于单词的问题之一：

论坛显示，三菱Evo X股票能够在中档转速下产生22 psi的提升。

在海平面上，涡轮进气条件如下：

Air pressure @ turbo inlet      = 14.7 psi

Assumed inlet air temperature   = 25 °C
  => air density @ turbo inlet  = 1.184 kg/m^3

假设涡轮增压器效率为85％，工程计算¹将得出接近92°C的排放温度：

Air pressure @ turbo outlet     = 14.7 + 22
                                = 36.7 psi 
Air density @ 36.7 psi, 92 °C   = 2.41 kg/m^3

不是因为我们关心爆震，出口密度值看起来还是很美味-它是入口密度的两倍以上。

但是看看当我们通过中冷器运行排出的热空气时会发生什么。

假设压力下降1 psi，空气冷却至70°C：

Air density @ 35.7 psi, 70 °C = 2.50 kg/m^3

尽管事实上我们通过中冷器失去了宝贵的动力，但冷却效果最终使密度增加了3％以上，因此现在空气变得更稠密，更重要的是，从发动机爆震/起爆的角度来看，安全性更高。

¹ - _{我已经制定了这是一个真正了不起的计算，此保证金太窄遏制}

简而言之，有两个原因：

1. 较凉的空气密度更大，因此您可以在相同的增压压力下获得更多动力，因为您可以同时喷射更多的燃料。
2. 较热的空气会使空气/燃料混合物过早引爆（混合物必须在正确的正确时刻以恒定的速率燃烧。不应“爆炸”）。

在第二种情况下，这意味着您必须更改点火正时提前量，以防止混合物爆炸。这将消耗您的动力，因为您没有在最佳动力传递所需的精确时刻点火气缸。您正在失去动力，油耗也越来越差。

除了中间冷却外，冷却进入气缸的空气的另一种方法是注入水/甲醇混合物或一氧化二氮（在这种情况下称为低压或缓慢释放的NO2系统，因为它用于冷却气缸内的空气）。充气，而不是直接增加功率）。这是斯巴鲁车主最喜欢的策略，因为这些汽车讨厌热空气和稀薄（更强劲）的空燃比，而额外的冷却系统则可以帮助您运行稀薄的空燃比和最佳时机。