Интеркулер: конструкция, принцип работы и виды
Интеркулер конструктивно монтируют между впускным коллектором и компрессором. Устройство представляет собой теплообменник, который состоит из сложной системы трубок и пластин, изготовленных из алюминия или меди, которые имеют большую теплопроводность и теплоотдачу. Трубки имеют витиеватую структуру, это увеличивает общую длину, по которой проходит воздух. Пластины увеличивают площадь поверхности и обеспечивают лучшую теплоотдачу. Чтобы воздух лучше распределялся в трубках, применяют конечные резервуары. Они приварены по краям.
На фотографии интеркулер установленный над двигателем Subaru
Интеркулер с воздушным охлаждением, как правило, устанавливают под капотом автомобиля в таких местах:
- за передним бампером. В бампере вырезают воздухозаборник (самый популярный и эффективный способ);
- над двигателем (воздухозаборники тогда в капоте);
- по бокам крыльев (воздухозаборники делают там же).
Кроме этого, существуют интеркулеры с жидкостным (как правило, водяным) охлаждением. Хотя есть и уникальные конструкции с охлаждением жидким азотом или льдом. В сравнении с воздушным он имеет более сложную конструкцию. Кроме водяного теплообменника, тут имеются такие элементы: водяной насос, управляющий модуль, воздушный радиатор и система патрубков.
При этом интеркулер водяного типа имеет ряд существенных преимуществ: во-первых, он более компактный (можно устанавливать где угодно под капотом, не требуются воздухозаборники), во-вторых, процессы охлаждения эффективнее и быстрее, чем при воздушном охлаждении. Правда, когда охлаждающая жидкость нагревается, эффективность падает. Вместе с системой охлаждения двигателя водяной интеркулер образует двухконтурную систему охлаждения.
Для каждого конкретного двигателя, по сути, необходим уникальный интеркулер с особой конструкцией. При его проектировании нужно определить множество конструктивных параметров:
площадь теплообменника. Чем больше общая площадь всех трубок и пластин, тем больше эффективность интеркулера. При этом для каждого двигателя есть определенное оптимальное значение площади, после которого любое её увеличение приводит к незначительному росту КПД;
внутреннее сечение. Потери давления воздуха в интеркулере должны быть минимальными
Для этого важно определиться с оптимальным сечением;
толщина теплообменника. Очень толстые стенки — не самый лучший вариант, всему своя мера;
фронтальная площадь
Чем больше эта площадь, тем больше воздуха пройдет через интеркулер, а значит, выше будет охлаждающая способность;
форма труб. В изгибах и переходах труб происходят потери потока. Для переходов лучше всего использовать сегменты конической формы, для изгибов — максимальные радиусы;
соединительные патрубки. Негерметичные соединения патрубков однозначно вызывают потери давления при наддуве, поэтому важно иметь надежные соединения. Кроме того, материал патрубков должен быть устойчив к агрессивному воздействию бензина и масла, высокой температуры;
направление потока в теплообменнике.
Что это такое
Все вы знаете, что такое турбированные моторы. Их схема не обязательно должна присутствовать перед вами. Суть в том, что при работе мотора всасываемый турбонаддувом воздух сильно сжимается. Это способствует увеличению плотности воздуха, а также росту температуры примерно до 200 градусов Цельсия.
Дополнительно нагрев происходит из-за турбокомпрессора, поскольку здесь подогрев осуществляется за счет отработанных газов. Есть определенная проблема в том, что при нагреве воздуха падает плотность, влияющая на падение давления наддува. Какой делаем вывод? Верно. Во всем виновата высокая температура. Потому нужно сделать так, чтобы давление и температура находились на адекватном уровне. Для этого и разработали интеркулер. По своей сути это дополнительный элемент системы охлаждения, имеющий порой довольно скромные размеры.
Интеркулер при нормальной работе может держать температуру на уровне 50-60 градусов Цельсия. Если это так, тогда турбо мотор эффективнее наполняет цилиндры воздухом, тем самым повышает мощность двигателя.
Как показали испытания, при снижении температуры воздуха даже на 10%, прирост мощности ДВС может составить 3%. Топливная смесь сгорает эффективнее, рационально расходуется горючее и падает уровень вредных выбросов. За счет технологии интеркулеров удается поднять мощность на 20% от номинальной.
Хотя интеркулер имеет и свои недостатки. К примеру, при охлаждении воздуха создается определенное препятствие для наддувочного воздуха. Потому давление в наддуве падает.
Виды
Прежде чем говорить про неисправности турбины, обусловленные выходом из строя интеркулера, нужно разобраться, каким он бывает.
Всего различают два вида охлаждения в интеркуллере. Отсюда и деление на 2 категории:
- воздушные;
- водяные (или жидкостные).
Многие предпочитают купить воздушный тип системы. Это связано не только с тем, что цена на них ниже. Они более распространенные из-за упрощенной конструкции. Интеркулер воздушного типа ставят между впускными коллекторами и турбокомпрессорами на разных автомобилях. Это могут быть:
- КАМАЗ;
- Форд;
- Фольксваген;
- Хонда;
- Мерседес;
- Рено;
- Ниссан;
- Ауди;
- Вольво;
- Митсубиси Паджеро и пр.
А вот тот же Туарег, если там предусмотрен двигатель TSI, воздушную систему использовать не может. Но об этом чуть позже.
Конструкция девайса воздушного типа предусматривает наличие специального теплообменника. Это система и трубок, а между ними располагаются специальные пластины. Трубки способны менять направление по длине, тем самым увеличивая путь прохождения воздуха. Это и способствует охлаждению.
Но при изменении направления создается дополнительная преграда для воздуха, из-за чего наблюдаются потери давления наддува. Пластинки между трубками увеличивают общую площадь охлаждающей поверхности, потому теплопередача становится эффективнее. В большинстве случаев при изготовлении пластин и трубок используют алюминий. Но на некоторых авто применяют медь.
Интеркулер также имеет специальный датчик, который контролирует и корректирует параметры своей работы через ЭБУ. Размещают воздушные охладители под капотом. В основном в 3 местах:
Каждый шланг, датчик и патрубок имеет свои параметры исходя из конкретного автомобиля, куда он устанавливается. Потому конструктивное интеркулеры для разных машин могут существенно отличаться.
Водяные системы охлаждения (интеркулеры) более компактные. Вода способна активнее отводить тепло, тем самым повышается эффективность работы устройства. Но после нагрева воде приходится тратить больше время, чтобы остыть. За преимущества приходится расплачиваться более сложной, а потому и дорогой конструкцией. Потому далеко не все применяют водяные интеркулеры. Делают это там, где невозможно использовать воздушную систему. Это как раз случай с двигателями TSI от Volkswagen.
Интеркулер — что это такое? Описание и принцип работы
В турбированных двигателях всасываемый турбонаддувом воздух сжимается. Сжатие воздуха приводит к тому что увеличивается его плотность, а сжатие это приводит к его нагреву примерно до 200 градусов. Также нагреву способствует и всасывающий воздух турбокомпрессор, так как он нагревается отработанными газами. Также проблема в том, что когда воздух нагревается его плотность снижается, а это приводит к падению давления наддува.
Поэтому для того чтобы снизить температуру воздуха применяют интеркулер. Интеркулер охлаждает воздух до 50-60 градусов, это способствует лучшему наполнению цилиндров воздухом, а значит обеспечивается больший прирост мощности.
Исследования говорят что если снизить температуру воздуха на 10 градусов, то в среднем увеличение мощности (прирост) составляет 3%. Сгорание топлива происходит более эффективно, повышается экономия топлива и снижается количество вредных выбросов. В целом применение интеркулера может обеспечить прирост мощности до 20%.Но применение интеркулера имеет и свои недостатки. Когда интеркулер охлаждает воздух, то он тем самым создаёт препятствие для надувочного воздуха, а это снижает давление наддува.
Интеркулеры, или как их ещё называют охладители, можно разделить на 2 типа:1. Воздушного охлаждения2. Жидкостного (водяного) охлаждения
Промежуточные воздушные охладители получили большее распространение благодаря тому, что у них простая конструкция. Располагается интеркулер между турбокомпрессором и впускным коллектором. Конструкция интеркулера состоит из теплообменника, представляющего собой конструкцию из трубок, между которыми находятся пластины.
Охлаждение воздуха происходит благодаря тому, что трубки изменяют своё направление по длине, это увеличивает путь проходимый воздухом и воздух благодаря этому охлаждается. Но когда трубки изменяют направление, они создают дополнительное препятствие для воздуха, а это приводит к потерям давления наддува. Находящиеся между трубками увеличивают площадь поверхности охладителя, а это обеспечивает более лучшую теплоотдачу. Трубки и пластины обычно изготавливаются из алюминия, иногда применяется медь.
Интеркулер может устанавливаться под капотом в следующих местах:1. По центру за передним бампером, в бампере вырезаются специальные воздухозаборники.2. Над двигателем, воздухозаборники вырезаются в капоте.3. В боковых частях крыльев, в крыльях вырезаются воздухозаборники.
При разработке интеркулера для каждого конкретного двигателя учитывается множество параметров, таких как: внутреннее проходное сечение, объём теплообменника, толщина и другие.
По сравнению с воздушным интеркулером, интеркулер водяного типа имеет свои преимущества. Так как он более компактный, это значит что он может быть установлен в любом свободном месте под капотом. Вода которая охлаждает воздух отводит тепло интенсивней, а значит эффективность интеркулера больше. Но когда вода нагреется, то она требует больше времени для остывания.
Но за все эти преимущества мы расплачиваемся сложностью конструкции. В добавок к водяному теплообменнику в состав интеркулера также входит: воздушный радиатор, система патрубков, водяной насос, блок управления. Это всё образует вместе с системой охлаждения двигателя образует систему охлаждения двухконтурного типа.
Из-за своей сложности интеркулеры водяного типа применяются редко, т.е. только в тех случаях когда не представляется возможности применять воздушный интеркулер, пример этому некоторые двигатели TSI.
Много иной полезной информации вы можете найти на сайте Рено.бай — очень полезный ресурс про автомобили Рено. Здесь Вы можете прочитать не только про интеркуллер, турбину и другие элементы автомобиля, но про эксплуатацию Renault Duster, Megane, Sandero и др.
- < Назад
- Вперёд >
Возможность замены
При повреждении радиатора потребуется выполнить следующие действия:
- Отсоединить воздушные шланги, а затем снять теплообменник для оценки возможности восстановления. Рекомендуется помечать снятые элементы или записывать на видео процесс разборки. При последующих монтажных работах владельцу не потребуется выяснять, зачем нужна та или иная деталь.
- Удалить следы масла и грязи с внутренней и внешней поверхности теплообменника. От качества очистки зависит дальнейшая работоспособность радиатора. Загрязнения удаляются органическими растворителями (например, бензином или дизельным топливом) и водой с химическими реагентами. Использовать мойку под давлением запрещено, поскольку струя воды деформирует соты и трубки.
- Запаять обнаруженные трещины в металлических элементах. При выборе материалов для пайки учитывается тип металла, использованного заводом при изготовлении теплообменника.
- Проверить отремонтированный радиатор путем подачи воздуха под рабочим давлением, деталь опускается в резервуар с водой. Если на поверхности жидкости появляются пузырьки газа, то требуется дополнительный ремонт теплообменника.
- Установить детали на автомобиль и совершить пробный запуск двигателя. При работе силового агрегата не допускается свист сжатого воздуха, выходящего через отверстия в шлангах или радиаторе.
Виды
Устройство и конструкция интеркулера для дизельного и бензинового двигателя могут несколько отличаться. Причём дело не в типе используемого топлива, а конструктивных особенностях и используемых рабочих сред самого элемента для дополнительного охлаждения.
Учитывая эти характеристики, все автомобильные интеркулеры делятся на 2 категории:
- водяные;
- воздушные.
Исходя из названия, уже становится понятно, в чём основное отличие между двумя конструкциями. Но их следует рассмотреть более детально.
Воздушные устройства
Именно воздушные интеркулеры конструктивно считаются самыми простыми. Это ряд из трубок, которые соединяются между собой специальными пластинами, установленными в ряд.
Задачей такого элемента является пропуск по трубам воздуха, который поступает из внешней среды. Функция пластин также предельно понятная. Они увеличивают параметры площади теплоотдачи. Это позволяет воздуху успевать достаточно охладиться перед выходом на турбокомпрессор.
Воздушный интеркулер для автомобиля
Автомобильные интеркулеры воздушного типа способны снижать температурные показатели примерно на 40-50 градусов Цельсия, подавая затем охлаждённый воздух на турбину. Конструктивные особенности и принцип работы позволяют повысить эффективность мотора примерно на 10-15%. Такой прирост мощности можно хорошо ощутить, разогнавшись хотя бы до 60-90 километров в час. При движении в трафике на скорости около 30-40 километров в час изменения незаметные водителю.
Такие устройства часто называют воздух-воздух. Для их установки обычно используется 3 зоны:
- боковое пространство около крыльев автомобиля;
- непосредственно за передним бампером;
- в подкапотном пространстве над мотором.
Монтаж за бампер и около крыльев считается более оптимальным для такого типа интеркулеров. Это объясняется тем, что такое расположение гарантирует интенсивный обдув.
Воздушные конструкции предпочитают устанавливать на грузовые автомобили и внедорожники. Среди основных недостатков выделяют крупные размеры и солидный вес оборудования.
Водные
По показателям эффективности водные или водяные интеркулеры объективно опережают воздух воздушных конкурентов. Это объясняется простым внедрением в систему воды, которая сама по себе выступает как качественный охладитель. Интенсивность поглощения тепла у воды выше, чем у воздуха. Во много гениальное решение своего времени.
Но применение воды в охлаждении не является единственным отличием между интеркулерами. Разработчики сумели значительно уменьшить размеры конструкции, что позволило занимать минимум пространства под капотом автомобиля без потери эффективности. Но справедливости ради следует добавить, что дополнительно придётся искать, куда поставить температурный датчик и насос.
Эффективность действительно возросла, причём в несколько раз. Средний показатель снижения температуры составляет 60-70 градусов Цельсия. Именно на столько интеркулер способен изменить температуру воздуха перед его попаданием на турбонагнетатель.
Но есть ещё более совершенные модели, чем просто водные ИК. Это устройства, где охладителем выступает специальный хладагент. Для этого задействуют антифризы, тосолы и даже жидкий азот. Свойства самих охлаждающих жидкостей позволяют им примерно в 2 раза увеличить теплоотдачу, если сравнивать с классическими водными устройствами.
Создать полноценный образ идеального интеркулера из водного элемента охлаждения не получится. Это обусловлено наличием определённых недостатков. Такие детали конструктивно сложнее, за функционирование ИК отвечают температурные датчики, насосы и блоки управления. Именно они регулируют и контролируют все процессы. Из-за этого цена на ремонт оказывается более внушительной. Да и сами поломки порой сложно устранить. Если систематически не следить и не контролировать температуру охлаждающей жидкости, можно столкнуться с серьёзными и внезапными неприятностями.
Водный интеркулер на Субару
Такая ситуация привела к тому, что на машины среднего ценового сегмента устанавливают более дешёвые интеркулеры воздушного типа.
Это не предел, поскольку существуют особые охладители, устанавливаемые на спортивные машины. В основном это спецпроекты, предназначенные для гонок. Их специальные интеркулеры называют кастомными. Разница между стандартными моделями в том, что процесс охлаждения осуществляется за счёт применения специальных жидкостей и льда.
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.
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:
- 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.
- 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.
Особенности эксплуатации и основные причины поломки
Современные модели интеркулеров длительное время не требуют особенного ухода. Однако периодический осмотр и своевременная диагностика выхода из строя необходимы. В детали могут обнаружиться следующие поломки:
- Разрыв патрубка или теплообменника из-за чрезмерного давления. Об этой поломке говорит резкое падение мощности авто и увеличившийся расход топлива. Разорванные патрубки ремонтировать не имеет смысла, так как под давлением воздуха они сразу же вновь выйдут из строя. В этом случае восстановить работоспособность поможет только замена патрубка.
- Попадание масла во внутреннее пространство. В норме небольшое количество масла попадает в интеркулер во время работы турбины. Допустимые показатели – 0.7-1 литр на 10000 км. Если показатели выше, стоит задуматься о ремонте детали.
- Трещины на трубках и пластинах. Интеркулер, установленный в крыльях или под передним бампером, подвержен повышенному механическому воздействию.
- Засорение трубок. Особенно интенсивно происходит это в зимнее время. поэтому зимой очистку детали от химикатов и песка необходимо проводить как можно чаще.
Как эксплуатировать авто с интеркулером
Дизельный двигатель, конструкция которого отличается наличием турбокомпрессора с интеркулером, требует от водителя определенных навыков и умений.
Помимо всего прочего, при эксплуатации подобных моторов, следует придерживаться некоторых правил:
В первую очередь, необходимо принять к сведенью тот факт, что все турбодизеля, крайне чувствительны к качеству масла и топливу
Очень важно применять только те ГСМ, которые рекомендованы заводом-изготовителем; Не следует эксплуатировать авто в режиме холостого хода длительное время. При низких оборотах двигателя не будет обеспечено его полноценное охлаждение, что негативно отразится на износостойкости его узлов; Не следует впадать в панику при виде частиц масла на поверхности воздушного фильтра. Такое явление вовсе не говорит о том, что турбина требует замены, как утверждают многие «эксперты»; По завершении каждой поездки следует оставить двигатель поработать некоторое время на холостом ходу, не более 1-2 минут; Во время эксплуатации не следует использовать двигатель, что называется вполсилы
Время от времени ему нужна своего рода «встряска», конечно же, в пределах разумного
Такое явление вовсе не говорит о том, что турбина требует замены, как утверждают многие «эксперты»; По завершении каждой поездки следует оставить двигатель поработать некоторое время на холостом ходу, не более 1-2 минут; Во время эксплуатации не следует использовать двигатель, что называется вполсилы. Время от времени ему нужна своего рода «встряска», конечно же, в пределах разумного.
