Функции и особенности работы интеркулера

Интеркулер - это важнейший элемент в системе турбонаддува.

Представляет собой теплообменник, находящийся между компрессором и впускным ресивером. Его задача извлекать тепло из нагретого при сжатии в компрессоре воздуха. Чем качественней интеркулер – тем больше тепла он «отсеивает». При создании турбо-системы с промежуточным охлаждением необходим подбор интеркулера с максимумом теплозабора и минимумом его негативных последствий.

При создании устройства разработчики уделяют внимание нескольким его свойствам. Выделим основные из них.

Площадь теплообменника

Площадь теплообменника – это суммарная величина оболочек и пластин теплообменника, непосредственно «забирающих» тепло в системе. С ее увеличением возрастает и эффективность интеркулера. Тем не менее, пропорциональности здесь нет: если площадь увеличивается на 10%, то интеркулер работает эффективнее на эти 10 процентов. Однако при дальнейшем ее увеличении КПД интеркулера будет расти намного медленнее. К примеру, интеркулер имеет эффективность 80%, увеличив площадь на 20%, КПД увеличится на 20%, от недостающих 20%, а не от 80%. В итоге КПД будет 84%.

Внутреннее проходное сечение

Воздух охлаждается быстрее, если его прохождение через кулер максимально затруднено. В то же самое время данное обстоятельство порождает уменьшение давления надува. Дабы компенсировать затрудненное прохождение воздушного потока через интеркулер, следует увеличить проходное сечение. Таким образом, происходит задержка воздуха в устройстве, что компенсирует потерю давления. Поэтому необходим интеркулер с максимально низкой внутренней потерей давления.

Внутренний объем интеркулера

Внутренний объем интеркулера заполняется воздухом, при этом давление внутри него должно возникнуть раньше, чем в ресивере. Это один из немаловажных пунктов при создании оптимальной системы предварительного охлаждения. Объем рассчитывается по следующей схеме: внутренний объем интеркулера делим на проходящий воздушный поток при приоткрытой дроссельной заслонки и умноженной на два (при переходе от спокойного режима к ускоренному, проходящий воздушный поток удваивается, именно этим обусловлен коэффициент два).

Если ДМРВ находится далеко от дроссельной заслонки, может быть увеличено и времени реакции на нажатие педали газа. При открытии дроссельной заслонки создается импульс разряжения, идущий к расходометру. Прежде чем импульс достигнет его и заставит среагировать пройдет определенное время – отсюда увеличивается время реакции на момент нажатия газа. Величина задержки напрямую зависит от расстояния: между дроссельной заслонкой и расходометра (ДМРВ). Чтобы не терять время реакции на педаль газа, и избавиться от проблем размещения ДМРВ, устанавливается ДТВ (датчик температуры воздуха ) и ДАД (датчик абсолютного давления) вместо ДМРВ. В этом случае длина впускного тракта может быть любой без уменьшения времени реакции на педаль газа. Отсюда главная задача при проектировании интеркулера – максимально увеличить теплоотвод системы от наддувочного воздуха, стабилизировать давление наддува и не мешать его нарастанию. К примеру если интеркулер даёт прибавку в 20%мощности, то это значит в камере сгорания будет на 20% больше смеси. Однако по факту такой прибавки мощности получить нельзя, так как будет потеря давления. Рассчитать потерю мощности связанную с потерей давления можно: абсолютное давление с интеркулером деленое на давление без него и минус 100%.

Проектирование интеркулера с нулевыми потерями невозможно. Расчет его эффективности производится посредством сравнения температуры вызванного турбиной воздуха и понижаемой температурой интеркулера. При сжатии воздуха компрессом, температура увеличивается и рассчитывается как температура воздуха на выходе компрессора(Tco) минус температура окружающей среды(Ta). Отсюда:
Temperature rise = Tco – Ta
То тепло, которое убирает интеркулер, рассчитывается как (Tco) минус температура на выходе интеркулера. Отсюда:
Temperature removed = Tco – Tw

КПД интеркулера – это величина, сниженная температура интеркулером поделённая на температуру повышенная компрессором. Сегодня интеркулеры подразделяют на 2 типа: воздух/вода и воздух/воздух. Последний имеет большее КПД при высоких скоростях, отличается надежностью и простотой обслуживания. Интеркулер воздух/вода обладает большим КПД на низких скоростях, но более сложен и более дорогой.

Более подробно про интеркулер воздух/воздух мы расскажем в следующей статье про интеркулеры.