這是一個物理變化過程，空氣遇熱膨脹，經過中冷後恢復常態，在增壓器流速的作用擠壓更多的理想的想要的空氣進入氣缸，額外地增大充氣係數，達到或接近設計指標的功率。

對於早期運用的增壓器是不帶中冷裝置的，經過運用實踐驗證，發動機處於大負荷運轉時增壓效果不顯著，究其原因就是空氣升溫後密度變小，為解決這一物理變化過程，中冷器的作用就應運而生。所以不加中冷裝置的結果速欲則不達。

此後隨著轉速的增加，空氣增壓力也會增加，經過壓縮的空氣溫度便會越來越高，甚至會讓人感覺燙手。

中冷器的角色作用就有點像是給增壓器“擦屁股”，增壓器工作時會帶來空氣溫度增高的某些副作用，那麼中冷器則拼命在後面給空氣進行降溫，以降低這種副作用帶來的危害。

如果不給增壓器配上這個專幹髒活累活的小弟，那麼較高的空氣溫度便會很快讓渦輪發動機的增壓能力達到極限，而過多、過熱的空氣進入到氣缸內後，又會增加氣缸內部的工作溫度，從而影響到燃燒的穩定性，進一步影響到發動機的正常工作狀態。

為了能降低發動機的工作負荷，保證發動機能在增壓器的作用下提高既定的功率，防止發動機在高溫環境下產生爆震等問題，我們就必須對增壓後的空氣溫度進行處理，也就是需要降低壓縮空氣的溫度，因此中冷器就孕育而生了。

如果配上中冷器，透過中冷器的降溫處理，相同體積的空氣壓強會被降低，從而讓增壓器能夠輸入更多的壓縮空氣，不僅保證了發動機的進氣量，同時也保證了發動機的正常輸出功率。

風冷式的原理與散熱器類似，就是利用它的表面空氣來帶走熱量，從而達到降溫的效果，而水冷式則是利用冷卻液這類的液體迴圈來帶走熱量，這種方式的冷卻效果要比風冷式更好一些，當然成本也要更高一些。

比如，風冷式的最大缺點就是當你在慢速行駛時，由於車頭附近的空氣流動會比較慢，這時風冷式靠空氣流動所帶走的熱量就比較有限，中冷器的散熱效果就比較差，而水冷式由於它的散熱方式不同，因此它此時的散熱效果就要比風冷式更加突出與優秀。

當然，自然吸氣發動機是沒有中冷器的，因為它的進氣不需要進行空氣壓縮，進入到進氣管與氣缸內的空氣溫度幾乎與外部空氣是一致的，所以自吸發動機沒必要使用中冷器。

渦輪增壓發動機的中冷器是對增壓後的空氣降溫的一個非常重要的裝置，如果不加中冷器或者中冷器出現故障，通常進氣溫度就會比較高，進而引發進氣量不足、發動機爆震、輸出功率下降、加速乏力，冒黑煙等症狀，下面和大家分享一下原因：

通常情況下，汽車發動機對於進氣溫度是有一定要求的，如果進氣溫度過低，會增加油耗，反之，如果進氣的溫度過高，就會導致發動機爆震，渦輪增壓發動機的渦輪旋轉是透過發動機的尾氣推動的，發動機的尾氣溫度比較高，渦輪增壓器的溫度也比較高，最高可以達到900℃，而渦輪的轉速最高可以達到20萬轉/分，這麼高的轉速，這麼高的溫度會導致渦輪增壓器同軸的進氣溫度也會隨之升高，假如沒有中冷器的話，近期的溫度可以上升到幾百度，這麼高的溫度，會導致發動機產生爆震，發動機缸內溫度也會迅速升高，排氣溫度也會提升，嚴重的爆震甚至會導致發動機損壞。

現代的電噴發動機透過一系列的手段，使空燃比維持在14.7：1附近，發動機的空燃比是透過氧感測器、進氣溫度感測器，空氣流量感測器、三元催化器、水溫感測器等一系列裝置進行自動控制的。

發動機的氧感測器用於檢測到發動機尾氣中的氧含量，ECU根據氧感測器的電壓值控制噴油量，如果氧感測器檢測到氧含量過高，就會增加噴油量，反之就減少噴油量，這個修正還要參考發動機的進氣溫度感測器，因為熱脹冷縮的效應，一旦進氣的溫度增高就會導致空氣密度減少，單位體積內的絕對進氣量就會減少，就會導致混合氣過稀，發動機會減少噴油量以形成合適的空燃比，此時就會導致發動機動力不足，功率下降。而一旦超過發動機自動調整的極限，就會導致發動機冒黑煙等現象。

發動機正常運轉時，需要保持一定的空氣和燃料的比率，這個比率就是空燃比，通常情況下，汽油發動機有一個理想空燃比，空氣和燃料的比率為14.7比1，也就是說燃燒14.7克的空氣需要噴出一克的燃油，在這個比率下發動機的油耗最低，燃燒效率最高，排放物最少。而發動機的閉環控制要參考進氣量、進氣溫度、水溫、氧感測器溫度、三元催化器溫度等引數，在怠速、暖機、急加速、大負荷、高功率輸出的工況，只能透過ECU固化的噴油脈寬，這樣油耗會增加，積碳也會增加。而如果不安裝增壓器，由於進氣溫度等增加，進氣量不夠，ECU仍然採用固有的噴油脈寬就更容易因為混合氣過濃而產生冒黑煙的情況。

隨著國家環保要求的日益提高，越來越多的家用車上配置了渦輪增壓以代替大排量的發動機。傳統的大型發動機之所以動力更強大，原因就在於氣缸排量更大，能夠吸入更多的空氣和更充足的燃油發生燃燒，從而釋放更大的能量。但是這個問題已經被人類解決了，因為壓縮空氣可以達到同樣的效果。提高進氣的壓力後就可以保證發動機吸入的空氣大幅增加，提高發動機的動力輸出。但是單純的壓縮空氣效果並不好，這就要同時結合氣體特性和發動機工作環境來說一說了。

氣體經過壓縮之後，隨著密度的增加，溫度也會上升，經過渦輪壓縮的空氣也是一樣。在較高的溫度下，渦輪壓縮的能力很快會到達極限，影響渦輪的工作效率。不僅如此，高溫的空氣直接進入發動機，很有可能因為溫度過高的問題損壞發動機，甚至出現“死火”的現象，同時還會增加廢氣中氮氧化物的含量，增加大氣汙染。既然出現了這麼多的問題，那麼就需要中冷器來參與工作了。這就好比火鍋裡剛涮出來的鮮嫩羊肉，總得過一遍蒜泥香油涼一涼才好吃進嘴裡。

中冷器的全稱是中央冷卻器，它的位置通常被安裝在發動機和進氣歧管之間，加壓後溫度升高的空氣需要進過中冷器的降溫後再輸送給發動機參與燃燒。中冷器的原理比較接近於車主們熟知的水箱散熱器，中冷器的容量很大，高溫高壓的氣體被輸送進許多個細小的管道，管道外有高速透過的常溫氣體給其進行持續的散熱。這樣做的效果怎麼樣呢？實際上中冷器可以把150攝氏度的氣體降溫到50攝氏度，還是非常厲害的。

有研究資料表明，在相同的空燃比條件下，被增壓的空氣每降低10攝氏度，發動機的功率就能提高百分之3到5。這是一個非常大的效率飛躍，由此也能看出中冷器的重要地位。

大部分車子使用的是上文中提到的前置中冷器，但也有另類的頂置中冷器車型受到車迷的追捧。斯巴魯的Impreza車系就是頂置中冷器的典型。頂置的中冷器是透過再發動機蓋上開孔來獲得冷卻空氣，可以最大程度縮短加壓空氣輸送到發動機所用的時間。

除了利用空氣散熱的中冷器，豐田3S-GTE就是一個利用水冷散熱的典型。這樣的設計大大縮短的進氣管的長度，從而很大程度的減少渦輪遲滯。但是水冷散熱器的結構更為複雜，而且降溫的幅度直接受限於發動機水溫，所以總的來說效率不如空氣散熱的中冷器，因而沒有成為主流。

綜上所述，渦輪增加汽車上中冷器的設計十分重要，提升渦輪增壓的效果和發動機效率。不同的中冷器安裝位置和冷卻方式也各有利弊，為不同駕駛習慣和愛好的車主提供了更多的選擇。

嚴格來說中冷器不是增壓器的，而是進氣系統的。中冷器位於渦輪增壓器和節氣門之間，可以給渦輪增壓器壓縮過的空氣進行降溫，主要分為風冷式和水冷式。

因為渦輪增壓器工作時溫度很高，再加上增壓器對空氣進行了壓縮，因此增壓器送往發動機的空氣溫度非常高，有些甚至可以接近200度，空氣溫度上升後會膨脹，這樣以來實際進入氣缸的空氣量會減小，降低了增壓效率。更為嚴重的是氣缸溫度更高，高溫空氣進入高溫的氣缸，在壓縮衝程再被用力壓下去，那溫度可想而知，極易引起發動機爆震，輕則輸出功率嚴重下降，重則損壞發動機，所以渦輪增壓發動機必須給進氣進行冷卻。

上圖車頭前方那個像水箱一樣的散熱器就是風冷式中冷器，利用車輛行駛中吹入的氣流對進氣進行散熱降溫。但是風冷式中冷器缺點很多。

上圖就是一個配備了風冷式中冷器的渦輪增壓發動機，可以看到渦輪增壓器把空氣壓縮後需要先送到車頭的中冷器，拐個彎後再次回到發動機，這樣導致進氣管路特別長，即損失氣流動能還延長了響應時間。而且冷卻效果取決於氣流速度，市區低速行駛中冷卻效率不高。

水冷式中冷器位於發動機上，也分為兩種，一種利用發動機冷卻液進行冷卻，另一種使用單獨的水冷系統進行冷卻。可能有人會認為發動機冷卻液本來就是高溫的，會不會出現不但無法降溫反而會升溫的現象？其實並不會，因為開篇我們就提到了渦輪過來的空氣溫度比發動機水溫要高，所以相比較來說還是散熱。而獨立水冷系統就先進多了，它有自己專用的冷卻液迴圈系統，降溫效果是最好的。

現在很多車都開始使用水冷式中冷器了，您的愛車是哪種中冷形式呢？

嚴謹的說渦輪增壓發動機是一定要配備中冷器的，可以是風冷、也可以是水冷，但一定要有。渦輪增壓車如果沒有中冷器，那麼被壓縮後的空氣溫度會劇烈上升，增加燃燒室出現爆震的趨勢。而另一方面氣體溫度大幅度增加，會降低氣體密度，使得被壓入燃燒室的單位體積空氣質量降低。

這很容易理解，假設1體積的單位是1克，發動機每迴圈需要填充1克的空氣，由於溫度劇烈升高，0.5體積=0.5克的空氣發生膨脹變成了1體積。此時雖然空氣還是1體積，但質量卻僅為0.5克，被送入燃燒室後含氧量自然不夠用。氣體溫度升高後，密度降低、體積膨脹，就會降低進入燃燒室空氣的質量。含氧量降低、就必然導致噴油量降低，那麼就達不到所需要的動力了。

渦輪增壓機更容易出現爆震

渦輪增壓發動機更容易出現爆震，原因在於其點火前的壓力、溫度更高，雖然增壓機的壓縮比普遍比自然吸氣發動機更低。但機械壓縮比並不是決定是否容易出現爆震的絕對因素。可以這麼去理解，機械壓縮比高但點火前的壓力、溫度不一定高。壓縮比低，點火前的壓力、溫度可能會很高，而爆震的產生只與點火前的壓力、溫度有關。

那麼可以得出一個結論，甭管機械壓縮比有多高，只要點火前的溫度、壓力可控，就絕對不會出現爆震。反之即便機械壓縮比非長的低，但點火前的壓力、溫度過高，一樣會出現爆震。這樣例子大多體現在渦輪增壓發動機上，比如賓士M133發動機，機械壓縮比只有8.4，峰值壓力1.8BAR。新增98號汽油是車輛手冊上最低的標準。

而原因就是因為增壓所導致的，假設自吸發動機一個0.5L氣缸最多能吸入0.5L空氣，而增壓發動機一個0.5L氣缸可以壓入1L、2L甚至更大體積的空氣，噴油量也是自吸0.5L氣缸的幾倍。更大體積的空氣、更多的噴油量在同樣物理容積氣缸中進行壓縮、點火、爆炸，所產生的壓力、熱量、溫度都必然要更高，這就是增壓機容易出現爆震的原因。

各位不妨看看空氣被壓縮後所產生的溫度變化，空氣被壓縮前是22度，透過壓氣機後溫度飆升至104度（壓氣機=進氣側渦輪）。這樣的溫度進入燃燒室會大幅度增加爆震的傾向，因為內燃機出現爆震除了燃油辛烷值比例不夠的原因之外（加錯油的很少），更多是由於產熱多、散熱慢所形成的熱積累所導致的。而壓縮空氣經過中冷後，溫度下降到61度。這個過程除了溫度下降，氣體的密度增加，單位體積質量也增加。

空氣質量（重量）與溫度的關係

實際上這部分不必多說，我們只需要透過理想氣體方程pV=nRT即可看懂進氣重量與溫度的關係。

p：壓力，這個壓力值由渦輪增壓系統來決定，比如0.8BAR、1.2BAR等等。

V：填充進燃燒室的空氣體積。而對於自吸發動機而言這個體積由氣缸容積決定。

n：空氣質量（重量）。

R：空氣種類（成分多，但比例固定）

T：空氣溫度

那麼我們透過pV=nRT即可看出氣體溫度T越大，空氣質量n就越小。因為渦輪增壓系統在某個負荷下所提供的增壓值、空氣填充體積是固定的，也就是p*V的值是固定的，而空氣種類是穩定且比例極難改變的。那麼在這個等式中，n與T就是兩個變數。氣體溫度T大則氣體質量n就小，反之氣體溫度T越小則氣體質量n越大。

這就是中冷器的作用，降低進氣溫度對爆震進行一定程度的抑制。其次透過降低溫度來增加氣體密度，使得同樣體積的空氣擁有更大的質量確保多噴油、壓榨出更多效能。實際上就是這樣升級渦輪增壓發動機的動力需要升級增壓系統所能提供的最大壓力值（刷程式達到上限後換更大慣量的渦輪），壓力值增大=壓氣量提高，氣體壓縮所釋放的熱量增加，所以中冷器也要升級來壓制住上升的溫度。

如果渦輪增壓發動機不配中冷會怎樣？首先就是壓入燃燒室的溫度升高，出現爆震的風險提高。ECU當然不會坐以待斃，就會適當的退角來抑制爆震。一旦退角平均有效壓力下降，動力減弱、油耗上升。當然可以用更高標號燃油來解決問題，但關鍵是明明用低標號燃油就能實現的動力，為何要用更高標號燃油呢？這種成本增加是沒意義的。而另一方面每迴圈氣體填充質量降低。

每迴圈噴油量也會下降，動力自然就大幅度下降了。之所以渦輪增壓得到普及，不就是看中其強大的潛力麼，比如現如今民用1.5T能拉到200匹以上的馬力，F1的1.6T能提供接近800匹馬力。如果不用中冷器，那麼動力引數會大幅度下降，那麼增壓的意義也就不復存在了。所以增壓發動機一定要有中冷器，沒有中冷器的增壓機潛力很低，這實際上與電腦的CPU是同樣的道理。

效能越強的CPU對散熱要求越高，散熱達不到要求CPU就只能降頻，而降無可降時就會燒燬。渦輪增壓系統也是同樣的道理，沒有中冷器，每迴圈所壓入的空氣溫度高、質量小，ECU也會降頻比如滯後點火、加濃噴射等等，這不就導致發動機的效能下降、潛力不足了麼。說到底增壓機與自吸機還是存在不小的差異的，自然吸氣發動機更重視掃氣效率，而渦輪增壓發動機則更在意進氣的溫度。