引擎冷卻系統：氣冷、水冷、油冷

引擎冷卻方式-熱的產生與傳遞

• 引擎是透過燃料燃燒，藉由氣體膨脹產生壓力來推動活塞來產生動力
• 現在的內燃機架構，大約只有不到30%的燃料用來產生動力，其他70%以上的燃料都是轉變成「熱」
• 如何將大量的「熱」散發掉，以免燒毀引擎，就是一門很大的學問。

「熱」的產生

• 絕大部分的熱都是在汽缸的燃燒室產生，油氣進入燃燒室經由火星塞點火後，藉由汽缸壁、活塞、氣門、火星塞、機油、廢氣等等介質，往四周傳遞出去，最終傳到引擎四周相對很冷的空氣裡
• 機件運轉摩擦所產生的熱

「熱」的傳遞

引擎裡熱的傳遞，都是由燃燒室（汽缸）向四周傳遞，最後由周圍的空氣帶走。

• 因為這些熱最終都要由空氣帶走，這時空氣的熱對流係數就很重要，畢竟這是能將熱帶離引擎的最大值
• 唯有增加散熱面積才是引擎冷卻設計最重要的課題。

熱的傳導，因為介質的不同，帶走熱的大小也不同

• 帶走最多熱的當屬排放的廢氣（熱的來源）
• 其次是導熱良好的鋁、鐵、銅等金屬零件，這些金屬零件直接接觸爆炸，能帶走數量可觀的熱
• 再來就是機油，雖然導熱性與比熱都不怎麼優，但機油直接在這些高熱金屬零件中穿梭，因此也帶走不少的廢熱

「氣冷、油冷、水冷」，就是在探討這些傳遞物質的不同

引擎冷卻原理

• 活塞主要是藉由噴射、或由曲軸甩至活塞底部的機油進行冷卻，這就是規格表上常見的「噴射與飛濺並用」的意思。
• 無論氣冷、油冷、水冷引擎，都是這樣的設計。
• 機車的引擎都是氣冷的，只有水上摩托車的引擎才是正港「水冷」

氣冷引擎

• 氣冷（又稱作金屬冷）引擎的汽缸是直接透過引擎的金屬零件將大部分的熱傳遞到空氣裡，直接接觸空氣來冷卻
• 汽缸本體上設計許多散熱片，藉此增加引擎本體與空氣接觸的表面積，讓引擎的熱量導出後再隨氣流經散熱片的空氣帶離
• 強制氣冷的設計：散熱片旁另外加裝風扇，強制增加空氣流動以帶走熱
• 大家常看到的速克達，就是強制氣冷的設計

氣冷引擎優點

• 零件少，構造簡單不複雜，重量相對較輕。
• 冷卻系統不會故障。
• 沒有冷卻用的Pump所以不會吃掉馬力，是最簡單有效的設計。
• 成本低、日後維修保養方便

氣冷引擎缺點

• 不易控制理想的引擎工作溫度：等紅燈時溫度高，而行進間降溫快，導致引擎工作溫差大，因此零件的間隙要比較大，以預留熱漲冷縮的空間。
• 散熱不均勻：這種狀況在多缸的引擎中最為明顯
• 氣冷引擎受限於散熱面積（散熱片）較小，以致無法做出更高性能的引擎
• 當引擎持續以較高的溫度運轉，就比較容易出現機油劣化速度加快、引擎機件易磨損等狀況，也因為氣冷式必須外露的關係，引擎噪音也比有水套包覆的水冷式要大聲

油冷引擎

• 氣冷之外，利用原本就有的機油，來加強氣冷不足的散熱效果（氣冷引擎強化散熱版）
• 大排氣量的氣冷引擎與油冷引擎，外觀看起來好像只有油冷排的大小不一樣的差別而已
• 油冷引擎有兩套油路
• 潤滑油路：構造就跟一般引擎一樣；
• 冷卻油路：專門冷卻「火星塞四周」，汽缸頭多了兩塊棕色物體，那就是冷卻油路冷卻火星塞四周（燃燒室頂端）的地方。
• 因為有冷卻油路，所以稱之為「油冷」引擎，本質上還是一顆氣冷引擎。

油冷引擎缺點

• 利用原本就有的機油與機油幫浦，並沒有增加太多重量，就能得到比氣冷引擎好一點的散熱效果
• 散熱效果明顯、故障率低，機油溫度低可以減少機油高溫粘稠度降低

油冷引擎缺點

對發動機機油量有限制，機油散熱器不能過大，過大機油會湧入機油散熱器導致發動機底部潤滑不足。

• 一般油冷要使用較多的機油，成本太過高昂
• 以XJR1300與GSX1400來比較：

XJR的機油容量是4.2公升，換機油時的交換量是2.8公升，加換由蕊要3.15公升；GSX的機油容量是5.7公升，換機油時的交換量是4.2公升，加換由蕊要4.8公升。

水冷引擎

• 水的比熱大、熱傳導性質、黏滯度、穩定性、成本等，在流體中都很適合拿來當作冷卻的媒介。
• 水冷引擎在燃燒室的四周與上方都增加了冷卻水道的設計，利用水為傳遞媒介，將熱帶到散熱水箱，最後再傳遞到空氣裡面去。
• 增加散熱面積的重點在於「散熱水箱」（熱交換器），散熱水箱上密佈著散熱片，高級水箱甚至會用上銅（導熱效果更好），將熱傳導與熱對流的效率極大化。
• 無論引擎的形式為何，只要散熱水箱設計得當，擺在最理想的撞風位置，就可以發揮平均且效率高的散熱效果。
• 水冷系統多設計有節溫器（水龜）、輔助風扇等設備來維持較為平均的水溫，可將引擎工作溫度保持在最適當範圍內。

水冷引擎優點

• 散熱效果好。
• 冷卻水箱的形狀設計的自由度高，對於車型設計上也給予了較多的彈性。
• 維持引擎工作溫度保持在最適當範圍，適合高性能引擎

水冷引擎缺點

• 成本高，結構複雜，故障率高，因為有外置水箱占用空間也大
• 水幫浦、冷卻水箱、管路、冷卻水等增加了機件的複雜度與重量，讓水冷系統有許多失效的可能。