Принцип работы интеркулера и турбины

Принцип работы интеркулера

Интеркулер в автомобиле: принцип работы устройства

Многие автомобили с мощными турбинными двигателями содержат в своей конструкции не совсем привычную деталь — интеркулер.

Интеркулер – уникальная в техническом плане деталь турбированного двигателя, благодаря которой автомобиль получает дополнительно 15-20 лошадиных сил без опасных последствий. При возникновении проблем ремонт нужно производить незамедлительно, в противном случае турбина двигателя начнёт терять мощность, и со временем силовой агрегат выйдет из строя.

Схема детали и её расположение в моторе

Внешне интеркулер напоминает радиатор, состоящий из пластин и патрубков. С целью дополнительного охлаждения воздуха к трубкам приварены медные или алюминиевые пластины.

В двигателе деталь монтируется между впускным коллектором и компрессором турбины. Крепится она в передней части мотора ниже радиатора, либо над двигателем. В некоторых моделях машин интеркулер расположен в крыльях.

Принцип работы интеркулера и его влияние на мощность мотора

Повышение мощности происходит благодаря способности интеркулера снижать температуру воздуха до 55-60 градусов. Качество воздуха, поступающего в турбокомпрессор, от этого улучшается, что способствует лучшему наполнению им цилиндров и повышению производительности мотора.

Технология оправдывает себя на 100%, поскольку снижение температуры воздуха всего на 10 градусов даёт мотору от 3 до 5 процентов мощности. Отсутствие интеркулера или его неисправность приводит к чрезмерному, порой до 200 градусов, разогреву всасываемого турбиной воздуха. Это в свою очередь снижает мощность мотора, а впоследствии может привести к его поломке.

Работа интеркулера влияет на расход топлива. Горючая смесь сгорает эффективнее, а значит, необходимое количество бензина также снижается. Эффективность детали измеряется показателями снижения температуры двигателя по сравнению с температурой окружающего воздуха. Дополнительно интеркулер уменьшает давление наддува, благодаря создаваемому этой деталью сопротивлению. Для хорошего интеркулера можно считать приемлемым показатель падения давления в 1-2 psi.

Виды интеркулеров

Воздушный

Интеркулер простой конструкции представляет собой ряд трубок, соединённых между собой рядами пластин. По сути, предназначение детали – пропуск по трубкам поступающего извне воздуха. Пластины позволяют увеличить площадь теплоотдачи, и за счёт этого воздух успевает охладиться, прежде чем попадёт в турбину.

Воздушный интеркулер позволяет снизить температуру подаваемого в турбину воздуха на 40-50 градусов, что даёт от 12 до 15 % роста мощности двигателя. Эффективность работы детали можно оценить только на скорости выше 30-40 км/ч.

Интеркулер в автомобиле: принцип работы устройства и способы ремонта своими руками В воздушном интеркулере, также известном как «воздух-воздух», в качестве охладителя выступает поток надвигающегося воздуха

Воздушные модели устанавливают в трёх местах:

  1. Под капотом, непосредственно над двигателем.
  2. За передним бампером.
  3. В боковых пространствах крыльев.

Второй и третий вариант установки более целесообразны и встречаются чаще, поскольку обеспечивают интенсивность обдува. Воздушный интеркулер чаще всего устанавливается на внедорожниках и грузовиках.

Недостатками воздушных моделей считаются их большая масса и внушительные размеры.

Водный

В качестве охладителя в нём выступает вода, которая справляется с задачей гораздо эффективнее. Водяной интеркулер более компактный и не занимает много места под капотом авто. Хотя при его установке приходится находить пространство для насоса и датчика температуры. Но эффективность работы такого вида детали в несколько раз выше.

В среднем водный интеркулер понижает температуру на 60-70 градусов. В более совершенных и дорогих моделях в качестве охладителя выступает жидкость-хладагент: тосол, антифриз, жидкий азот. За счёт свойств таких ОЖ теплоотдача увеличивается вдвое по сравнению с моделями, работающими на воде.

Жидкость гораздо интенсивнее поглощает тепло, потому интеркулеры типа «вода-воздух» гораздо эффективнее своих воздушных собратьев

Однако у такого типа детали есть и некоторые минусы. У водяной модели более сложная конструкция. Работу детали регулируют водяной насос, датчик температуры и блок управления. Это приводит к повышению стоимости конструкции и сложности ремонта в случае поломки. Поэтому в моделях более низкого ценового диапазона используются в основном воздушные интеркулеры. Кроме того, данное устройство требует систематического контроля охлаждающей жидкости.

Устройство и принцип работы

Это довольно простое устройство, по своему внешнему виду напоминающее радиатор охлаждения в двигателях внутреннего сгорания. Принцип работы также не отличается сложностью — разогретый воздух охлаждается благодаря прохождению через систему трубок и сот, где на него воздействует либо жидкость, либо встречный поток охлажденного газа.

Таким образом по принципу охлаждения выделяют два основных типа:

  • воздух — вода;
  • воздух — воздух.

Устанавливают радиатор интеркулера в различных местах под капотом: со стороны левого или правого крыла, непосредственно за бампером перед основным радиатором охлаждения, сверху над мотором. Большинство автопроизводителей устанавливают решетку интеркулера либо сбоку возле крыла, либо за бампером, так как площадь охлаждения будет большей, соответственно работать устройство будет более эффективно.

Стоит заметить, что даже при охлаждении входящего атмосферного кислорода на 10 градусов можно достичь улучшения тяговых показателей силового агрегата на 5 процентов. Более того, согласно исследованиям, охлажденный воздух можно дополнительно сжимать, из-за чего его объем поступления в цилиндры увеличивается.

Изделие устанавливают в передней части авто, позади бампера или радиаторной решетки (между впускным коллектором и турбонагнетателем). Это позволяет агрегату захватывать первый, прохладный воздух, идущий в машину. В процессе работы устройство охлаждает попадающие в него воздушные массы почти на 70%.

Интеркулер можно установить и на нетурбированном моторе, но в этом нет никакой необходимости, так как такие силовые агрегаты используют не сжатый, а обычный воздух.

Теплообменник этого типа не просто понижает рабочую температуру и предупреждает преждевременный износ двигателя, но и позволяет улучшить эксплуатационные характеристики авто.

Почему такой элемент не встретить на атмосферных ДВС? В таких двигателях кислород поступает за счет разрежения во впускной системе (оно создается, когда поршень двигается вниз). На турбированных же воздух нагнетается принудительно крыльчаткой компрессора. Так как кислорода больше, а объем впускной системы маленький (не более чем на атмосферных ДВС), то он начинает сжиматься. Из законов физики мы знаем, что при сжимании воздух нагревается. Чем это вредно? Горячий воздух – враг ДВС. Он влияет на производительность мотора, также может случиться детонация. Чем холоднее воздух, тем лучше. Поэтому интеркулер и устанавливается на турбированные авто (зачастую его устанавливают за фильтром перед коллектором).

Устройство

Внешне данный элемент схож с обычным радиатором. Он также имеет множество пластин и ходов. Еще в устройстве имеются охлаждающие патрубки. Они делаются максимально длинными. Также важно, чтобы трубки были прямыми, иначе они могут загибаться, что приведет к потере давления. Дополнительно к патрубкам привариваются пластинки. Это нужно для более эффективной отдачи тепла. Обычно в качестве материала для радиатора выбирается алюминий или медь. У этих металлов максимальная теплопроводность. Устанавливается данный элемент, как мы уже сказали, между впускным коллектором и турбокомпрессором. Обычно его прячут под передним бампером. Иногда ставят возле основного радиатора охлаждения.

Дает ли это результат?

Насколько эффективен интеркулер в турбированном автомобиле?

Как показывает практика, данный элемент очень важный и эффективный.

Охлаждение воздуха на 20 градусов дает шестипроцентный прирост мощности.

А так как интеркулер способен охладить воздух сразу на 50-60 градусов, это увеличивает производительность мотора более чем на 15 %.

Если говорить про жидкостные системы, они способны охладить воздух на 70-80 градусов. А это уже практически четверть общей мощности ДВС.

Можно ли закрывать интеркулер зимой на дизеле?

Некоторые владельцы интересуются, можно ли закрывать данный элемент и принесет ли это результат. Нужно сказать, что холодный воздух (даже отрицательной температуры) не вреден для двигателя. Но вреден конденсат, который может скапливаться из-за разницы температур.

Закрывать радиатор есть смысл, когда температура окружающего воздуха ниже -25 градусов. Если же автомобиль используется по городу или по глубокому снегу, радиатор лучше оставлять открытым. Мотор напрягается сильнее, чем при езде по трассе, поэтому воздух должен охлаждаться обязательно. При комбинированном режиме (город-трасса) лучше закрывать радиатор наполовину.

Что касается езды по трассе, здесь лучше закрывать интеркулер (если температура воздуха ниже -25).

Можно ли убирать его?

Некоторые автовладельцы задумываются над тем, чтобы убрать данную конструкцию, основываясь на одном из недостатков (воздух проходит медленнее, что снижает эффективность турбины). Но специалисты не советуют идти на подобные меры. Увеличить мощность таким образом не получится. Более того, из-за горячего воздуха она, наоборот, существенно упадет. К тому же мотор и система впуска не рассчитаны на столь высокие температуры. Поэтому демонтаж интеркулера может только навредить.

Интеркулер

    454 16 322k
    263 5 277k

Интеркулер – это промежуточный радиатор для охлаждения наддувочного воздуха в турбированном моторе.

Что такое интеркулер и зачем он нужен?

Во время работы системы турбонаддува поступающий внутрь воздух сжимается под давлением. Вследствие этого меняется плотность воздушной смеси, а ее температура увеличивается практически до 200-т градусов (Цельсия). Способствует изменению температуры не только сжатие, но и нагревание самим турбокомпрессором, который прогревается за счет отработанных газов. Результат резкого повышения температуры – снижение плотности воздуха. Это приводит к понижению давления при наддуве.

Читайте также  Постановка на учет самодельного прицепа

Интеркулер используется для понижения температуры воздушной смеси на 50-60 градусов (Цельсия). За счет этого цилиндры смогут накапливать больше воздуха, что спровоцирует увеличение мощности двигателя. Специалисты утверждают, что показатель мощности мотора изменится на 3% за 10 градусов, на которые была снижена температура. Хороший интеркулер способен повысить значение мощности на 20%, но не более. Вместе с этим снижается риск детонации отходящих газов.

Цикл работы интеркулера

Разновидности интеркулеров – что заливают в интеркулер?

Воздушный интеркулер. Устройство, работающее по схеме «воздух-воздух», получило широкое распространение среди автовладельцев за счет простоты конструкции. Для охлаждения воздушной смеси используется система трубок и пластин. Трубки увеличивают путь, который должен пройти воздух, пластины – обеспечивают оптимальную теплоотдачу. Единственным минусом является потеря давления наддува, что происходит по причине смены направления трубок, а значит – возникновения препятствий на пути воздуха.

Эффективность воздушного интеркулера проявляется на скорости более чем 30 км/ч. Местом для установки устройства может быть:

  1. Пространство под капотом автомобиля прямо над двигателем (воздухозаборники вырезаются в капоте).
  2. Пространство за передним бампером (воздухозаборники вырезаются в бампере).
  3. Пространство в боковых частях крыльев (воздухозаборники вырезаются в крыльях).

Второй и третий вариант встретить можно чаще, ведь именно они обеспечивают большую интенсивность обдува теплообменника. Примером могут стать модели Subaru Impreza и Mitsubishi Lancer. Кроме того воздушный тип интеркулера пользуется популярностью у владельцев грузовиков и крупногабаритных внедорожников.

Жидкостный интеркулер. В отличие от воздушного типа, жидкостный аналог считается более эффективным в работе. Он обладает сложной конструкцией, которая включает:

  • Воздушный радиатор.
  • Блок управления.
  • Систему патрубков.
  • Водяной насос.
  • Прочее.

Полученная двухконтурная система охлаждения может использовать в качестве жидкости не только воду, но и хладагент (антифриз, тосол или жидкий азот). За счет свойств этих жидкостей происходит быстрая теплоотдача и остывание воздушной смеси.

Недостатками жидкостного интеркулера являются: время необходимое для остывания охлаждающей жидкости и стоимость устройства вместе с дополнительными приборами.

Достоинства и недостатки интеркулера

Как уже говорилось ранее, использование интеркулера позволяет добиться лучших показателей мощности двигателя. Но это еще не все. Улучшенное наполнение цилиндров экономит топливо, расходуя его более эффективно. Работа интеркулера снижает токсичность выхлопных газов, что благотворно сказывается на окружающей среде и наверняка заинтересует всех, кто заботиться о природе.

К недостаткам применения интеркулера стоит отнести:

  • Необходимость в немалом свободном пространстве под капотом;
  • Дорогое обслуживание после повреждений интеркулера.

Какой интеркулер выбрать – оптимальные технические характеристики

Интеркулер «воздух-воздух» стоит выбирать в зависимости от типа двигателя и его характеристик. Основными конструктивными параметрами при проектировании устройства являются:

  • Общая площадь всех трубок и пластин. Чем выше ее показатель, тем эффективнее будет справляться со своей задачей интеркулер. Для каждого двигателя существует оптимальное значение площади. Оно гарантирует отличный КПД. Более крупные теплообменники могут дать прибавку к КПД, но она окажется незначительной.
  • Внутреннее сечение. Оптимальное значение позволяет избежать потерь давления воздуха в интеркулере.
  • Толщина стенок теплообменника. Не стоит думать, что толстые стенки лучше. Для эффективной работы устройства подойдут средние значения толщины.
  • Значение фронтальной площади. От этого параметра зависит количество воздуха, которое пройдет через устройство. Чем больше воздушной смеси пройдет по патрубкам, тем выше охлаждающая способность интеркулера.
  • Форма труб интеркулера. Для того чтоб избежать потери потока, следует следить, чтобы в переходных частях были сегменты конической формы, а на изгибах трубок всегда оставались максимальные радиусы.
  • Герметичность соединительных патрубков. Отсутствие герметичности приведет к потере давления при наддуве. Материал, из которого изготовлены патрубки, должен обладать высокой устойчивостью к воздействию бензина, машинного масла или высоких значений температуры. Качественный материал убережет патрубки от повреждений и нарушения герметичности.
  • Направление потока в теплообменнике. Должно создавать все условия для того, чтобы значение проходного сечения было максимальным.

Изучив конструктивные параметры, каждый автовладелец сможет понять, что же влияет на работу и сам выбрать нужный ему интеркулер из всего представленного ассортимента.

Особенности эксплуатации интеркулера

Современные интеркулеры не требуют особого ухода. Периодический осмотр устройства и знание основных признаков выхода из строя его частей позволяет своевременно обнаружить проблему и устранить ее без серьезных последствий.

Чаще всего происходит разрыв патрубка или теплообменника. Причиной этого является высокое давление. Определить проблему можно по резкому снижению мощности двигателя и увеличению количества топлива, потребляемого автомобилем.

Избежать снижения эффективности работы промежуточного охладителя можно периодически промывая его. Избавившись от мелкого мусора можно не бояться забитых сот, которые негативно сказываются на свойствах интеркулера.

Как увеличить эффективность интеркулера?

Орошение интеркулера водой

Обладатели спортивных автомобилей прибегают к орошению теплообменника водой. Такая мера позволяет увеличить эффективность работы воздушного интеркулера. Примером, модели автомобиля, где штатно используется специальный опрыскиватель, является – Subaru Impreza WRX STI и все ее модификации. Для того чтобы обеспечить дополнительное устройство необходимым количеством воды в багажник устанавливается 12-и литровый бачок. Дополнительный электромотор позволяет быстро передать воду в опрыскиватель после нажатия кнопки на приборной панели.

Модели жидкостного типа не нуждаются в модификациях. Единственное, что можно сделать для улучшения работы интеркулера – это выбрать охлаждающую жидкость, которая будет эффективнее справляться с задачей и быстрее остывать.

Стоимость интеркулеров различного типа

Модельный ряд интеркулеров достаточно большой. Для отечественных автомобилей (к примеру, ВАЗов) можно выбрать недорогие варианты фронтального интеркулера. Стоимость устройства воздушного типа окажется в пределах от 3500 до 5400 рублей. Точное значение цены может зависеть от размеров теплообменника, диаметра входного патрубка, качества материала и конструкции, а также от производителя. Средний жидкостный интеркулер выйдет в пределах 5000-7000 рублей.

Владельцам иномарок придется изрядно потратиться, чтобы купить хороший интеркулер. Его цена намного выше, чем для отечественных автомобилей. Точное значение привести трудно, ведь для каждой модели подойдет определенный вид устройства. Но для примера скажем, что установка интеркулера на Audi A3 выйдет около 50 000 рублей.

Но и это не предел цены. Самыми дорогими считаются модели интеркулера для спортивных автомобилей. К примеру, HKS Intercooler предназначенный для автомобиля Subaru Impreza GRB выйдет около 120 тыс. рублей, для модели машины Toyota Supra – 118 тыс. рублей, а для такого известного болида, как Nissan GT-R R35 – от 250 тыс. рублей и более.

Почему интеркулер в масле?

Интеркулер в масле

Масло в интеркулере – первый признак опасной проблемы. Определить насколько она серьезна можно лишь при визуальном осмотре деталей. Способствует этому и знание основных причин попадания масла в интеркулер:

  • Неисправность маслопровода, расположенного между картером двигателя и турбиной. Сливной патрубок не должен быть пережатым или поврежденным. Результатом повреждений маслопровода может быть высокой давление в системе, которое приведет к появлению микротрещин в промежуточном радиаторе охлаждения. Устранить их можно только посредством сварки.
  • Деформация материала маслопровода. Устранить деформацию позволит выравнивание положения трубы или замена уплотнителей. При чрезмерном количестве масла поможет лишь замена детали в сборе.
  • Выход из строя воздухоотвода в результате механических повреждений (образования отверстий). Для устранения проблемы необходима замена детали.
  • Неисправность масляного фильтра. Решит проблему замена фильтра и прочистка воздухоотвода.
  • Нарушение вентиляции картера. Проблема возникает после превышения уровня масла в картере мотора. Решить ее вряд ли получиться локальным ремонтом или частичной заменой деталей. Скорее всего, придется делать капитальный ремонт мотора с заменой многих деталей (колец, поршней, уплотнителей, сливной трубы и т.д.).

При резком спаде мощности, кроме турбины, обязательно проверяют и интеркуллер, поскольку даже малейшая утечка воздуха под давлением способствует значительному ее снижению.

Очистка интеркулера

Чистить интеркуллер нужно не только изнутри но и очищать от грязи снаружи

Определить проблему и устранить причину попадания масла – это лишь первые шаги для возобновления нормальной работы интеркулера. Для того чтобы завершить ремонтные работы стоит провести чистку устройства, иначе остатки масла смешаются с воздухом и постепенно загрязнят топливную смесь. К чему это приведет? К нескольким неприятным последствиям, среди которых присутствует увеличение расхода топлива, снижение мощности мотора и перегрев двигателя (характерно для дизельных двигателей в летнее время года).

Очистка воздушного интеркулера. Проводится при помощи специальной автохимии. Перед тем, как использовать химические средства следует полностью снять устройство.

Чистка производится не только внутри но и снаружи, дабы удалит грязь или замаслености и улучшить теплоотдачу радиатора.

Очистка жидкостного интеркулера. Снять детали данного типа устройства – трудоемкий процесс. Для этого могут понадобиться специальные инструменты, о которых можно узнать в инструкции к интеркулеру.

Чем чистить интеркулер? Для того чтобы провести процедуру очистки не стоит применять бензин или другие растворители. Материалы деталей охлаждения могут серьезно повредиться под их воздействием. Именно поэтому специалисты рекомендуют автомобильную химию, специально разработанную для очистки интеркулера.

  • ДМРВ (датчик массового расхода воздуха)
  • Воздушный фильтр двигателя
  • Радиатор

Подпишись на наш канал в Я ндекс.Дзене

Еще больше полезных советов в удобном формате

Зачем нужен интеркулер на дизеле

Задачи, которые приходится решать производителям современных автомобилей, достаточно обширны. Многие из них затрагивают вопросы экологии и мощности ДВС. Зачастую они оказываются связанными, так полное сгорание топлива, дает повышение мощности и улучшение экологических показателей мотора. Если более внимательно посмотреть на то, как используется дизель в конструкции авто, то выяснится, что справиться с затронутыми проблемами ему помогает интеркулер.

  1. Интеркулер, для чего он нужен?
  2. Как работает интеркулер
  3. Что такое интеркулер в автомобиле
Читайте также  Принцип работы МКПП передний привод

Интеркулер, для чего он нужен?

Повышение мощности ДВС решается довольно-таки просто – необходимо обеспечить в цилиндрах двигателя оптимальные условия для сгорания топлива. Однако подобная задача только на первый взгляд кажется простой. Для подачи дополнительного кислорода в мотор используется специальное устройство – турбина, которая сжимает атмосферный воздух, и в таком виде он поступает в ДВС. Чаще всего подобными изделиями оснащается дизель.

Следствием того, что атмосферный воздух сжимается, происходит увеличение его плотности, что обеспечит поступление в мотор большего количество кислорода. Однако по законам физики, при сжатии газа происходит повышение температуры, а подача в дизель горячего воздуха – один из возможных вариантов быстрого его разрушения. Поэтому для снижения температуры сжатого воздуха используется такое устройство, как интеркулер.

Как работает интеркулер

Что это такое, и как он работает, поможет понять приведенный рисунок.

Принцип, по которому работает интеркулер, такой же, как у системы охлаждения двигателя – теплообмен или охлаждение нагретого вещества холодным. Прежде, чем дальше рассматривать вопрос – зачем нужен интеркулер, необходимо отметить, что он может быть двух типов:

  1. Воздух-воздух. При таком подходе используется специальный радиатор интеркулера, в котором сжатый нагретый воздух отдает свое тепло в атмосферу. Это наиболее распространенный вариант построения системы охлаждения подобного типа, благодаря простоте конструкции.
  2. Воздух-вода. После компрессора воздух проходит через радиатор интеркулера, омываемый водой. Отличается компактными размерами и высокой эффективностью работы. Однако для этого необходимы дополнительный радиатор охлаждения жидкости, насос для обеспечения ее циркуляции и блок управления.

Независимо от того, каким образом построена система, принцип, лежащий в основе работы интеркулера, одинаковый – температура сжатого компрессором воздуха уменьшается, для чего он поступает в радиатор интеркулера.
Так что, по сути дела, интеркулер является радиатором охлаждения, представляющим собой набор трубок, обладающих хорошей теплопроводностью, вследствие чего излишек тепла отводится наружу и снижается температура воздуха, поступающего в дизель.

Что такое интеркулер в автомобиле

Надо отметить, что конструктивно интеркулер может быть выполнен горизонтальным и вертикальным. Какой лучше использовать, а также какой радиатор интеркулера устанавливать на автомобиль, зависит от места в подкапотном пространстве. Устройство, работающее по принципу «воздух-воздух», отличается большими габаритами, а к его месту установки предъявляются высокие требования.

Кроме того, необходимо учитывать, что подобные изделия критичны к состоянию охлаждающей поверхности. Если она загрязнена, есть ее локальные повреждения, то эффективность работы всего устройства снижается.

Наилучшим вариантом считается, когда такие изделия установлены перед радиатором охлаждения. Надо отметить, что ошибка с выбором места установки может привести к нарушению всей работы интеркулера. Не будет выполняться главный принцип работы – вместо того, чтобы отдавать температуру, воздух может нагреваться из-за ее высокого значения в подкапотном пространстве, вследствие чего дизель станет работать только хуже.

Поэтому гораздо удобней интеркулер, работающий с использованием воды. Кроме того, что ему требуется для установки меньше места, применение воды повышает его эффективность в несколько раз. Однако подобное устройство для своей работы требует задействовать дополнительные элементы.

Простое техническое решение, в основе которого лежит принцип принудительного охлаждения сжатого воздуха, подаваемого в дизель, позволяет повысить мощность мотора за счет обеспечения условий для оптимального сгорания топлива. Дополнительным преимуществом будет улучшение экологических показателей работы двигателя.
» alt=»»>

Сообщества › Diesel Power (Дизельные ДВС) › Блог › Разрушители легенд. Турбонаддув дизеля. Часть №2. Интеркулер.

Для чего нужен интеркулер?

Для того чтобы ПОЛНОСТЬЮ сжечь 1кг горючего(любого углеводородного) нужно около 3,5 кг кислорода. Такое количество кислорода содержится в 15кг воздуха.

Двигатель для приготовления горючей смеси не взвешивает ни топливо, ни окислитель. И то и другое в цилиндры поступает отмеренное ОБЪЁМАМИ. На примитивных двигателях никто и не пытался измерять сколько реально входит воздуха в цилиндры или впрыскивается топлива. По большому счёту на дизелях это и сегодня нафиг не нужно. Но ужесточение экологических норм с одной стороны и желание производителя заявить как можно бОльшую мощность двигателя с другой стороны — заставляют таки обвешивать дизель кучей датчиков. Что же делают эти датчики? Эти датчики позволяют понять сколько у нас на каждом такте поступает в камеру сгорания воздуха в ГРАММАХ и сколько поступает топлива в ГРАММАХ. И очень прецизионно ограничить подачу топлива в двигатель — буквально на грани от разрешённого законодательством.

Плотность и вязкость углеводородного топлива очень сильно зависит от температуры:

Плотность воздуха ещё сильнее зависит от температуры:

Потому для прецезионного смесеобразования нужно знать и температуру топлива и температуру воздуха. Но цель данной статьи не смесеобразование(этот вопрос мы уже разобрали в предыдущих статьях), а вполне прикладная задача — как напихать в цилиндры двигателя максимальное количество МОЛЕКУЛ воздуха.

Для сжатия воздуха обычно используется турбокомпрессор. Именно он позволяет удвоить, а то и утроить ДАВЛЕНИЕ воздуха во впускном коллекторе двигателя — соответственно удвоить, а то и утроить количество поступающего в цилиндры воздуха, а значит — позволит спалить и топлива больше и получить в итоге повышенную мощность с неизменного объёма двигателя.

Ну а при чём же здесь интеркулер?

При быстром(адиабатическом) сжатии воздуха его температура пропорционально растёт.
При сжатии воздуха до давления в 0.5атм избытка воздух нагреется на 45С просто в результате сжатия. Если сжимать воздух до давления 1атм избытка — то он нагреется уже на 85С. В современных высокофорсированных дизелях воздух сжимается до 2-3 атмосфер и его температура увеличивается до 200 градусов. Понятно, что за счёт теплопередачи от раскалённых лопаток, корпуса турбины и стенок впускного коллектора воздух будет нагрет ещё заметно сильнее.

Но с ростом температуры снижается ПЛОТНОСТЬ воздуха.

Если проанализировать грубо — то получается приблизительно такая зависимость при сжатии воздуха температурой +20С:

наддув 0,5атм — повышение темп воздуха на 45С — падение плотности воздуха на 15%
наддув 0,7атм — повышение темп воздуха на 65С — падение плотности воздуха на 23%
наддув 1атм — повышение темп воздуха на 85С — падение плотности воздуха на 30%
наддув 1,5атм — повышение темп воздуха на 100С — падение плотности воздуха на 34%
наддув 2атм — повышение темп воздуха на 125С — падение плотности воздуха на 42%
наддув 3атм — повышение темп воздуха на 160С — падение плотности воздуха на 55%

Считаем на пальцах:
Если турбина у нас качает 1атм избытка — то мы надеемся на удвоение количества(массы) воздуха, загоняемого в цилиндры. Но без эффективного интеркулера из-за снижения плотности воздуха при сжатии мы получим не удвоение МАССЫ воздуха, а лишь: Х*2100*70=1,4Х
Увы и ах!

Именно поэтому старые безинтеркулерные дизеля с примитивными турбинами(с давлением в прыжке до 0,7атм) и не блещут приростом мощности. Ибо — Х*1,7100*77=1,31Х
30% прироста МАКСИМУМ даже теоритически.
Практически всё обычно намного хуже из-за организации топливоподачи на этих дизелях.

Интеркулер позволяет заметно снизить температуру сжатого воздуха и таким образом повысить его плотность. Понятно, что охладить воздух после турбины обратно до температуры забортного воздуха практически не реально, но стремится к этому стОит. Правда на серийных автомобилях производитель этим вопросом редко заморачивается — потому мы и наблюдаем интеркулеры смешных размеров, нахлобученные поверх двигателей не в самом удачном с точки зрения охлаждения месте — сбить пиковую температуру(и вписаться в эконормы) хватает и таких. Именно из-за понижения выбросов азотистых соединений интеркулер и стал стандартным узлом любого турбодизеля — до такой степени стандартным(как и сам ТУРБОдизель), что надписи типа «2.8 intercooler turbo» давно исчезли с кузовов автомобилей.

Существует ещё один интересный момент.
В отличие от турбонагнетателя, где на «утрамбовку» воздуха затрачивается довольно существенная мощность(не верьте утверждениям, что турбина утилизирует «дармовую» энергию выхлопных газов — ничего дармового в этом мире не бывает), на «утрамбовку» воздуха интеркулером таких колоссальных затрат энергии обычно не требуется. Потому на режимах частичной мощности эффективный интеркулер позволяет значительно «разгружать» турбонагнетатель — ведь давление на впуске в двигатель можно снизить пропорционально росту плотности воздушного заряда.

Опять считаем на пальцах:
Пусть турбина давит 0.7атм избытка. Воздух нагревается на 65С. Плотность воздуха при этом падает на 23%.
Если установить интеркулер, который обеспечит снижение температуры сжатого турбиной воздуха хотя бы на 40-45С — то плотность воздуха после интеркулера возрастёт на 15%. Можно снизить давление турбины на эти 15% — до 0,45атм избытка. Мощность двигателя останется прежней — воздуха в граммах поступает одинаковое количество, а вот расход топлива заметно снизится — ведь сжимать воздух приходится до существенно меньших значений.

Читайте также  Мини погрузчик бобкэт технические характеристики

На допотопных турбинах с вестгейтом эффект экономии топлива за счёт этого эффекта выражен слабо — ведь энергия выхлопных газов за счёт установки интеркулера снижается незначительно и турбина давит ровно столько, сколько может. На турбинах с управляемой геометрией, регулируемой механическим клапаном(или примитивным электронным контроллером), тоже выигрыш не велик — все эти системы стремятся обеспечить максимально возможное давление(то самое при котором начинает открываться клапан сброса) невзирая на то, нужно ли на данном режиме работы настолько высокое давление или нет. Давайте ещё раз вспомним — ТУРБИНА на распространённых ТУРБОдизелях обеспечивает от 20 до 35% тяги. Другими словами — при нажатии на газульку до 23 её хода нам давление турбины НЕ НУЖНО ВООБЩЕ!
Поэтому на частичных нагрузках из-за ненужного наддува заметно страдает общий КПД двигателя. А вот при управлении геометрией турбины компьютером поумнее — можно получить значительную экономию топлива за счёт точного дозирования наддува. Речь идёт о реальных 10-15% расхода — именно столько получали владельцы ZD30 просто крутя регулировку штока геометрии турбины в сторону снижения давления. Но тупое снижение давления турбины вызывает и снижение максимальной мощности двигла.

По фуншую же нужно ВСЕГДА поддерживать давление на впуске всего лишь ЧУТЬ ВЫШЕ необходимого для полного сжигания топлива(количество потребного топлива определяется газулькой) — тогда будет доступна и ВСЯ ВОЗМОЖНАЯ(турбина ZD30 качает без вреда для себя до 1,7атм избытка — что даёт момент до 620Нм долговременно при наличии эффективного интеркулера) мощность двигателя и экономия топлива на режимах частичной мощности. Турбина с изменяемой геометрией как раз позволяет ХУДО-БЕДНО вытворять такие вещи.

Почему худо-бедно?
Об этом читайте в следующих статьях.

Интеркулер: что это такое и зачем он нужен

Тюнинг любого автомобиля, помимо изменения тормозной системы, выхлопа и настройки двигателя подразумевает настройку системы охлаждения. Рассказываем про одну из ее ключевых деталей.

    19.12.2019
  • / Полезное , Как это устроено
  • / Яков Фрудгарт

Желание производителей «выжимать» из ресурсов автомобиля максимум привело к изобретению турбокомпрессора, который сегодня является главной деталью как спортивных, так и некоторых гражданских автомобилей. Принцип его работы достаточно простой: турбина гонит воздух во впускной коллектор под давлением, а значит, он в большем количестве попадает в камеру сгорания. При соблюдении стехиометрической пропорции достигается максимальная отдача мощности от сгораемого топлива, так что, чем больше воздуха зайдет в цилиндр, тем больше топлива можно подать, и тем больше будет мощность мотора.

Однако не всё так просто, ведь воздух при сжатии нагревается и становится более плотным. Горячий воздух не позволяет сгорать топливу качественно, выхлопные газы приобретают детонацию, а это нельзя назвать положительным явлением. Для охлаждения этого самого воздуха на пути из турбины в двигатель применяется именно он, интеркулер.

Минутка истории

Промежуточные охладители воздуха применялись в конструкции авиационных, локомотивных и корабельных двигателей ещё в прошлом веке, и имели они достаточно большие габариты. Габариты крыльчаток были весьма ощутимыми, а их инерционность была чрезмерно великой. Для раскручивания вала крыльчатки требовалось очень много времени, из-за этого использовать турбонагнетатели на автомобильных двигателях с постоянно меняющимися во время работы оборотами было невозможно — турбина просто не успевала реагировать на изменения условий.

Чуть позже мир узнал про лёгкие крыльчатки из керамики, которые могли быстро раскручиваться, и проблема инерции ушла на второй план. Турбины начали плотно проникать в массы в 70-х годах, после того как стали активно использоваться в «Формуле-1». Кстати, именно с тех пор практически все производители стараются иметь в модельной гамме хотя бы одну турбированную машину.

Конструкция

По сути, интеркулер — это радиатор охлаждения, который работает с воздухом, однако в его конструкции есть противоречия не решённые до сих пор. Воздух выходит из турбины нагретым от сжатия и тепла выпуска, после этого он заполняет радиатор интеркулера и по факту заполнения, под нужным давлением, он проходит дальше. Это самое время прохождения негативно сказывается на турболаге, времени реакции турбины на педаль газа, и чем больше сам «кулёк», тем дольше турболаг. Однако и уменьшать объём — не рационально.

Кроме того, трубки, по которым проходит воздух, должны иметь оптимальную форму и площадь сечения, чтобы соблюсти баланс между эффективным охлаждением (радиатор работает лучше, когда трубки плоские и воздушный поток турбулентный) и минимальными потерями давления (а они меньше, когда трубки круглые в сечении и поток ламинарный). Здесь также высчитывается оптимальное значение между потерями давления и качеством охлаждения.

Но и подобная конструкция сама по себе требует небольшого тюнинга. Некоторые производители устанавливали систему орошения интеркулера (к примеру, Impreza WRX STI от Subaru на всех мировых рынках имели кнопку для подачи водички на соты «кулька» и дополнительный бак на 12 литров воды).

Работает этот самый кулер как обычный радиатор. От турбины сжатый (и горячий) воздух поступает в радиатор интеркулера, где охлаждается встречным воздушным потоком. Инженеры подсчитали, что охлаждение поступающего в мотор воздуха на 10 градусов дает прирост мощности в 3%. Хороший интеркулер понижает температуру на 50-60 градусов, а это уже добавляет мотору до 20% мощности. Особенности конструкции определяют эффективность охлаждения: толщина и форма воздушных каналов, количество изгибов (чем больше поворотов делает воздух, тем лучше он охлаждается и тем выше потеря давления), материал и расположение сот для дополнительного охлаждения, расположение входных и выходных патрубков и распределение воздушных потоков в бачках.

Рабочая часть интеркулера (ядро) рассчитана таким образом, чтобы пропускать вдоль трубок максимальный поток встречного воздуха. Сами трубки имеют внутри пластины-турбулизаторы, практически дублирующие по своей структуре сотовые ячейки между трубками. Такая система способствует завихрениям воздушных потоков внутри трубок и максимальной их теплоотдаче. Расположение сот может быть туннельного типа (улучшает прохождение воздуха, но уменьшает качество охлаждения) или со смещением рядов (лучше охлаждение, но больше сопротивление воздушному потоку). Сами трубки, вернее их форма, играет значительную роль в прохождении воздушных потоков, ведь закруглённые трубки уменьшают сопротивление потоку и улучшают обдув.

Кроме этого, на работу влияет ещё и распределение воздушных потоков внутри самого радиатора. В идеале, воздух равномерно расходится по всем патрубкам, а на выходе собирается в выходной патрубок.

Бывает несколько видов интеркулеров: «воздух/воздух» и «воздух/вода». Существуют и специальные виды интеркулеров, которые могут охладить поступающий воздух до температуры ниже температуры окружающей среды. Такая высокая эффективность достигается благодаря применению льда или нитроса (закиси азота).

    Интеркулеры «воздух/воздух» Тип интеркулеров «воздух/воздух» отличается надежностью и довольно простой конструкцией, в которую входит труба и пластинчатый радиатор. Как понятно из названия, для охлаждения подобный интеркулер использует воздух, поэтому его эффективность, которая напрямую зависит от размера устройства, не особенно высока.

Принцип работы интеркулера «воздух/воздух» состоит в том, что через трубчатые пластины радиатора проходит воздушный поток. Внутри тонких труб обычно имеются небольшие перегородки, создающие турбулентность и повышающие обмен тепла.

Как правило, интеркулеры производятся из алюминия. Воздух, который попадает при передвижении авто вперед, отвечает за понижение температуры внутри радиатора, унося избыток тепла в атмосферу.

Интеркулеры «вода/воздух» Интеркулеры такого типа используются реже, чем интеркулеры «воздух/воздух», но, благодаря наличию некоторых достоинств, их часто применяют в тех случаях, когда под капотом мало места для установки интеркулера «воздух/воздух».

Интеркулеры «вода/воздух» подразумевают использование специального теплообменника, расположенного под капотом возле компрессора. Вода или специальная жидкость получает тепло, которое через размещенный спереди небольшой радиатор выходит наружу. Интеркулер «вода/воздух» состоит из блока управления, радиатора, теплообменника, насоса и труб.

Преимущество водно-воздушного интеркулера состоит в том, что вода проводит тепло интенсивнее воздуха. Для того, чтобы поглощался рост температуры, в теплообменнике должно быть достаточно воды. Еще до того, как начнет работать насос, подающий холодную воду, теплообменник снижает температуру воздуха, который поступает в коллектор. Данная система работает достаточно эффективно, но если вода нагреется, потребуется время для того, чтобы она остыла.

И где его искать?

Если вы обладатель машины с турбодвигателем, найти интеркулер будет достаточно просто. Скорее всего, он установлен фронтально, перед радиаторной решёткой. Он устанавливается перед радиатором охлаждения и кондиционера, принимая на себя основной воздушный поток. Либо же интеркулер ставится под радиатором, и в этом случае система охлаждения работает более эффективно. Иногда его могут устанавливать над двигателем, а капот получает специальный воздухозаборник для охлаждения. Ну и для дополнительного забора грязи, соответственно, такое расположение будет требовать чуть больше внимания к чистоте подкапотного пространства.

Вместо заключения

Использование интеркулера имеет и свои недостатки. Сам теплообменник и патрубки занимают много места в подкапотном пространстве. Интеркулер, особенно в случае установки в носовой части автомобиля, становится мишенью для мелких камней и часто выходит из строя, что повышает стоимость обслуживания автомобиля. Даже при легком ДТП интеркулер, установленный в носовой части, разрушается. Поэтому обязательно следите за техническим состоянием своего автомобиля и будьте аккуратны!