大型引擎散熱改良測試

柴油引擎散熱改良測試—以熱交換器噴塗導熱塗料實測

一、測試目的：

SCANIA-750kW柴油引擎發電機進口到台灣後，基於原始設計與台灣亞熱帶濕熱氣候的落差，原機測試超過700kW輸出功率就會開始引擎過熱，出現散熱不良導致無法全功率運轉的問題，這也是寒帶溫帶地區製造的車輛、機具輸出到亞熱帶、熱帶地區常見的問題。

本測試在不改變任何零件設備條件下，導入聯宇環能社會企業有限公司研發之水性導熱塗料，應用於機上之熱交換裝置，經實測比較引擎水溫、渦輪中冷器氣溫、機油油溫、機油壓力等參數，驗證水性導熱塗料是否具備增加大型引擎散熱能力之實用價值。

測試地點：TAF認證祐旭發電機廠實驗室（DEUTZ、SCANIA發動機授權服務站）

測試日期：2021年7月31日

二、操作方法及原理：

SCANIA-750kW柴油引擎發電機先經實驗室原機測試取得數據，再由技師拆下熱交換器元件，以空壓噴槍將水性導熱塗料噴塗於熱交換器出風面之金屬鰭片，噴塗的位置為：

1.引擎冷卻水箱 （Engine Radiator）

2.渦輪中冷器（Turbo Intercooler）

3.機油冷卻器（Oil Cooler）

原理說明：

引擎的冷卻水箱、渦輪中冷器、機油冷卻器是分別用來冷卻引擎循環水、渦輪增壓空氣與潤滑油的熱交換裝置，此裝置通常以銅、鋁等導熱較佳金屬管製作，外部被覆金屬鰭片以增加接觸面積，高溫循環流體的熱量經由金屬管與鰭片傳導至表面後與空氣分子接觸，藉由空氣流動搬移熱量（車輛行駛撞風、低速或靜置時風扇運轉，皆為帶動空氣流動之形式）。

熱的傳播途徑共有三種形式，分別是「傳導」、「輻射」與「對流」。金屬分子排列緊密，通常會有很好的熱「傳導」特性，但熱「輻射」性能則不佳，因此，必須是較接近金屬表面的空氣分子才能獲得較好的熱交換。

水性導熱塗料就是塗佈於金屬表層，在金屬與空氣之間形成一道介質的材料，擁有遠高於金屬的熱「輻射」特性，熱能經由金屬分子「傳導」後，塗層介質以「輻射」能的方式進行傳播，提供更多空氣分子「對流」搬移熱量的作用範圍，使同等的空氣流量能搬移更多的熱量，也就是提高熱交換效能。

三、數據分析：

量測變動數據有：輸出功率、引擎水溫、引擎進氣溫度（經中冷器冷卻）、機油底殼油溫、機油冷卻器後油溫、機油壓力等數據。

1.引擎水溫分析：

2.引擎進氣溫度（經中冷器冷卻）分析：

3.機油油溫與壓力分析：

四、延伸測試（加測排氣空污指標NOx）：

以另一套DEUTZ-150kW柴油引擎發電機進行滿載測試，直接讀取數位儀表上數據，並加裝BE-1000廢氣分析儀量測排氣數據。

測試日期：2021年8月6日

五、結論：

1.冷卻水溫主要代表燃油燃燒和活塞、缸壁等高溫零件的積熱狀況，引擎冷卻水箱是很重要的散熱部件，提高冷卻水箱熱交換能力，有助於避免引擎零件熱膨脹、磨損拉缸等散熱不良造成的問題。

2.渦輪引擎因空氣經過渦輪增壓後產生高溫，需要Intercooler（中央冷卻器，或簡稱中冷）幫忙降溫，進氣溫度每降低100C，引擎輸出功率就能提高3～5%，但Intercooler的設計並不適合過度放大，因為放大Intercooler降低空氣流速後，也會產生大量的壓降損失，因此，在維持原廠設計下，提高Intercooler散熱效率，是較為可行的方式。

3.機油降溫主要用來發散曲軸與軸承的摩擦熱，當機油過熱時，不但使耗油量增加，而且容易造成機油劣化，當引擎電腦讀取油溫提高，就會降低機油壓力使流速減緩，而金屬零件摩擦表面的油膜不易形成和保持時，將會磨損機件。因此，機油散熱良好時，電腦可在合理範圍適當提高機油壓力，增加機油流暢度，提供更好的油膜潤滑保護與減少油耗。

4.水性導熱塗料經大型引擎實際測試，可不用改變原廠散熱部件的設計或改裝任何零件，只需噴塗於散熱器管路與鰭片表面，就能有效提高引擎冷卻水、渦輪壓縮進氣、機油油溫之散熱能力，攸關提昇引擎熱效率與油耗表現。

5.本測試以SCANIA-750kW（約1020HP）柴油引擎發電機實測，並以DEUTZ-150kW柴油引擎發電機二次驗證並加測空污數據，證實改善引擎散熱時，也有助於降低NOx排放。

6.柴油引擎發電機相較柴油引擎車輛，實測過程可排除駕駛操作、路況、載重、行駛速度……等工況變因，更能客觀且精準的驗證其實用價值，因此，水性導熱塗料也可直接應用於任何燃油引擎車輛、船舶、機具。