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冷卻系統概論【转载】

一部內燃機引擎工作時所產生的功率，1/3推動活塞下行，達到真正的效率輸出，那其餘的2/3從何消失呢？其中的1/3熱能從排氣管系統消耗，其餘的1/3則由冷卻系統所消耗掉，由此可知冷卻有多麼重要，卻又總是被忽略！  

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冷卻系第一關 水箱與其奧妙

因屬熱內燃機的工作屬性，為了因應基礎機件的運作，故需要冷卻系統來消除引擎爆炸行程所產生的高熱。在整個冷卻系統是由：1.水箱、2.散熱風扇、3.水管、4.水泵浦、5.節溫器等機件所構成，而其間傳導熱交換的介貿就是冷卻水，通常在水箱中必須加入水箱精，而構成所謂的[ 冷卻液 ]。因為純水的沸點為100℃，而低於0℃就會結冰變為固態，水箱精的作用就是將沸點提昇 (約105℃至115℃) 並且降低冷凍點，且需防止水箱及引擎水道生鏽。而近年來也由於冷卻系統管路的重新設計，大都採用高壓式水道設計，藉此來升高冷卻液的沸點，故新款水箱精更需要有抑制汽泡產生之功能。

冷卻液因為添加了水箱精的緣故，是利用化學變化來達到抗凍、高沸點、防鏽功能，當時間到達一定的範圍，因化學變化的物質將失去原有的標準功能，故基本上每年都需更換一次引擎冷卻液，且順便檢查所有的冷卻機件是否正常，在更換完冷卻液、重新添加水箱精時，千萬要注意水箱精濃度及比例的多寡！通常是利用比重計和液體濃度規來偵測，在專用儀器上務必達到抗凍能力在-30℃的規範，也就是說必須達到-30℃的規格時，水箱精的濃度比例才算標準。


水箱蓋之壓力值 水箱內部構造

前述現代汽車皆採高壓水道之設計，藉以提昇冷卻液之沸點，而控制和調節此壓力值的主元件就在水箱蓋上。通常水箱蓋上都會標示0.9、1.1、1.3、1.7等數字，其代表的意義乃是它而承受到多少壓力，才會令壓力活門釋放，膨脹的液體進入副水箱儲存，等引擎冷卻水溫度下降時，因容積的變化再讓副水桶內的液體吸回主水箱。所以當整個冷卻水系統管路上無洩漏時，只需要觀察及添加副水桶的水量即可，但如果發現副水桶老是沒水的話，就不能只添加副水桶的水量而已！一定要在引擎冷了以後打開水箱蓋，確實檢查主水箱的冷卻液，液面有沒有到達規定的液面高度，而補充它。因為水箱蓋密閉的材質通常都是使用橡膠製品，時間長久下來橡膠也因而劣化，導致液體洩漏，故檢查冷卻水時也需要檢查水箱蓋的密封性能。

水箱蓋下的主機件就是散熱水箱，是一種熱交換器，高熱的引擎冷卻液經由水箱管道傳給外界低溫的空氣。所以水箱包含三個主要之零件，即 [水箱芯] ， [上、下儲水蓋及出入口] ，和連接通道用的細管，而在一排排細管的周圍又有連在管子上的鰭片，散熱細管由入口箱通到出口箱，冷卻液流過管子；而空氣則在鰭片間流過，高溫冷卻液的熱經過管子傳到鰭片，外界的冷空氣流過鰭片，將鰭片的熱帶走從而降低冷卻水溫度。一但明瞭水箱散熱原理，就可証明一個道理：水箱並非大就是好！


迎風面積與角度 鋁與銅質的爭議

真正評估一個散熱器的重要指標，在於散熱介貿的接觸面積，但是介貿的散熱面積不代表、也不等於水箱的迎風面！容量大、水裝得多的水箱，效果不見得好到那裡，原因都是和散熱鰭片的總接觸面無關。所以說水箱散熱最重要的要素，在於散熱鰭片的 [迎風總面積] [迎風的角度] 。過度的迎風角，也會阻礙空氣進出散熱鰭的速度，進而降低了水箱的總散熱效能。另外水箱材質的運用，一直眾說紛云，銅或鋁材質的散熱效能，孰優孰劣呢？事實上熱的特性最重要的就是高溫往低溫的方向傳導，所以散熱器一定要做到的，就是接觸介質的面積要大、材質本身的比熱要小！

比熱小的物質容易加熱也容易降溫，當比熱的概念清楚時，很多讀者會認為，明明銅的比熱就比鋁來得小，為何高性能水箱終究使用鋁製品呢？原因在於先前提到的一個好的散熱器，除了本身的材質要比熱低外，接觸介質的面積大也是相當重要！而鋁的延展性相當優異，所以整個水箱的散熱鰭片及管道，相對的都可以作得更加密集且細緻，也就是說和相同容積的銅製品比較，強化型的鋁水箱可以擁有更大的接觸面積，能快速的將熱透過空氣的接觸、輻射的方式散播出去。且鋁質本身有著不易鏽蝕，貿輕的特性，所以為何鋁水箱會被要求高效率的散熱系統所採用，其真正的原因在此。


風扇吹拂水箱 節溫器是閥門

水箱散熱依賴空氣流動所帶走的熱量來完成，當車輛速度高時迎風力量大，水箱散熱無任何問題；但是如果在慢速行駛狀態下，或者引擎運轉而車輛不行進時，水箱散熱就需要靠風扇來作強制式的氣流供應。以往直列引擎、後輪驅動車的散熱風扇，直接由引擎曲軸驅動，在風扇基座上設計了熱感式風扇離合器，藉以調整風扇的開關時機。而現代的前輪驅動車，因引擎擺設方向不同、無法直接利用引擎動力來驅動風扇，故改由電動風扇來完成此項工作。

電動風扇消耗引擎的動力較小，也比機械式驅動的風扇噪音小，同時也無需檢查、調整或更換風扇皮帶。而且電動風扇啟閉時機，由溫度控制Sensor所控制，在設定值到達時作用、等冷卻液溫度下降到設定溫度時就停止工作，如此可以準確的保持正常的工作溫度。



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