Функции и принцип работы интеркулера в составе двигателя

Непонятным иностранным словом «интеркулер» называют оборудование двигателя, отвечающее за предварительное охлаждение воздуха, поступающее от наддува турбиной к двигателю. Также данное устройство могут называть промежуточным охлаждением воздуха, так как физически оборудование размещено на потоке нагнетаемого воздуха между турбиной и двигателем.

Интеркулер
Интеркулер в составе системы питания двигателя автомобиля

В данном материале подробно описывается назначение интеркулера, принцип и роль его работы в системе питания турбированного бензинового и дизельного двигателя.

Функция интеркулера

Если проследить за историей совершенствования двигателей внутреннего сгорания, то для увеличения мощности, динамических характеристик и в целом КПД конструкторы, вместе с незначительными изменениями конструкции основного механизма силового поршневого агрегата, усилия в доработке сосредоточили на улучшении условий для воспламенения и сгорания горючей смеси.

Так, установкой турбонаддува воздуха во всасывающие коллекторы двигателей добиваются роста выдаваемой мощности от 25 до 50%, если не брать во внимание характеристики спортивных суперкаров, где рост мощности надувом доводят трёх-четырёх кратного значения, что для обычной техники не имеет смысла в виду быстрой потерей моторесурса силового агрегата.

Работа интеркулера
Охлаждение воздуха интеркулером

Интеркулер же является устройством, установленным в цепочке подачи воздуха в двигатель между турбиной и двигателем, задачей которого есть охлаждение нагнетаемого в цилиндры воздуха. Данное устройство повышает эффективность работы турбонаддува.

Принцип работы интеркулера

Если обратится к знаниям школьного курса физики и химии, то функция промежуточного охлаждения воздуха двигателя объясняется следующими мотивами.

Подача воздуха центростремительной турбиной с приводом от отработанных газов характеризуется его нагревом в результате передачи тепла от выхлопа и повышением давления. Вместе с нагревом в результате теплового расширения меняется химический состав воздуха в единице объёма.

Воздух
Состав воздуха

Напомним, воздух — это смесь газов, который в основном состоит из Азота 78% и Кислорода 21%.

Так вот, с нагревом, при действии расширения, массовая доля кислорода на единицу объёма уменьшается, что влечёт к ухудшению процесса горения топливной смеси в цилиндрах, снижает выделение энергии и приводит к падению развиваемой мощности. Для нивелирования такого явления и нужен интеркулер, обеспечивающий охлаждение воздуха, идущего от турбины, и повышающего уровень плотности массовой доли кислорода в поступающем объёме для активного горения смеси.

Таким образом в целом в результате работы тандема турбина — интеркулер повышается мощность и снижается удельный расход топлива на единицу выданной мощности в час, повышая КПД двигателя. В целом, включение интеркулера в цепочку подачи воздуха к двигателю даёт рост мощности от 15 – 20%.

 Устройство интеркулеров

Процесс охлаждения воздуха простым интеркулером заключается в прогоне потока через полости теплообменника, где входной патрубок радиатора соединён с турбиной, а выходной – непосредственно со всасывающим коллектором двигателя. Конструктивно теплообменник размещают во фронтальной части моторного отсека, спереди основного радиатора двигателя, обдуваемых встречным потоком воздуха при движении машины и работой вентилятора системы охлаждения.

Работа интеркулера
Схема работы интеркулера с воздушным охлаждением

Такой интеркулер может обеспечивать снижение нагнетаемого воздуха на 50°С., что в среднем даёт увеличение мощности до 15%.

Кроме этого в некоторые системы промежуточного охлаждения воздуха усилены дополнительной локальным жидкостным контуром, обеспечивающим высокую эффективность снижения температуры поступающего от турбины воздуха. Работа устройства заключается в прохождение потока через отдельный радиатор с охлаждающей жидкостью, размещённый в отдельной камере, объединённой с всасывающим коллектором двигателя. Затем нагретая жидкость потоком воздуха от турбины из теплообменника в коллекторе поступает во второй наружный радиатор, где тепло передается в окружающую среду. Для ускорения процесса теплообмена в локальную систему охлаждения жидкости интеркулера встроен насос принудительной циркуляции жидкости. Конструктивно второй теплообменник также стараются разместить во фронтальной части моторного отсека, обеспечивая максимальный обдув встречным потоком воздуха.

Работа интеркулера
Схема интеркулера с комбинированным охлаждением воздуха

Жидкостное промежуточное охлаждение дает снижение температуры в среднем на 70°С, что обеспечивает рост мощности выше 20%.

Также существуют более сложные конструкции интеркуллеров, где используются каскадные комбинированные системы охлаждения нагнетаемого воздуха с использованием теплообменников с охлаждающими жидкостями и хладагентами. Такое оборудование отличается высокой производительностью и скоростью охлаждения и устанавливается в составе мощных высокооборотистых двигателей.

Неисправности интеркулера

Основные неполадки в интеркулере связаны с потерей герметичности в системе, которое выражается потерей развития мощности двигателем. Порывы патрубков, ослабление хомутов на стыках, разгерметизация теплообменника — все эти причины ведут к падению давления, нивелируя наддув и работу промежуточного охлаждения.

Вторая часто встречающаяся неполадка проявляется появлением масла в системе. Причиной является выработка термостойкой втулки вращения оси турбины, которая смазывается и охлаждается давлением системы смазки двигателя. Работая в жёстких термодинамических условиях данная часть турбины наиболее подвержена износу и её техническое состояние отвечает в целом за работу всего узла, где частота вращения может достигать до 240 тысяч об в мин. в температурном режиме до 850 °С.

Неполадки интеркулера
Масло в радиаторе интеркулера
Турбокомпрессор
Ось вращения турбокомпрессора

При прорыве масла через подшипниковый узел турбины смазка попадает во всасывающий коллектор и через него в камеру сгорания, что нарушает состав горючей смеси и ведёт к потере мощности сопровождающимся синим выхлопом. Естественно часть масла может скапливаться в патрубках и теплообменнике интеркулера, также снижая проходимость и эффективность его работы.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector