Как интеркулерът повишава мощността и ефективността на двигателя

Тези компоненти изглеждат страхотно монтирани отпред на JDM или Wasabi 9000, но всъщност те изпълняват важна роля за повишаване на мощността и укрепване на здравето на двигателя. Нека да видим как действат интеркулерите...

Поддържането на ниски температури в двигателния отсек изглежда като прост процес от гледна точка на механиката – просто добавяте радиатор, малко тръби и ги пълните с охлаждаща течност. При условие, че температурните датчици отчитат ниски температури, то всичко е наред. Но голяма част от термодинамиката остава скрита за водача, който трябва да е сигурен, че температурния праг не е преминат в никоя важна част на автомобила. Поставен на правилното място, охладителят може значително да повиши ефективността на двигателя. Интеркулерите правят точно това, като те могат да имат различно разположение за извличане на максималната мощност.

Преди да задълбаем в предимствата и недостатъците на интеркулера, нека да обясним какво точно представлява той.

Интеркулерът е топлообменник който отнема топлина от въздуха при движение на охлаждащата течност в направление 90 градуса спрямо него. Взаимодействието става с помощта на тръби и перки в интеркулера. Кухите тръби обхващат топлоомбенника по цялата му дължина и служат като канали за топлите флуиди за да си проправят път от входа, през интеркулера до изхода, и по този начин чувствително охлаждайки въздуха в края на процеса.

Истинското охлаждане става с помощта на перките покриващи повърхностната площ на интекулера. Те са поставени в положение осигуряващо максимална контактна площ за топлообмен с цел топлината да се разсее максимално ефективно и бързо. По-просто казано, интеркулерът взема горещия въздух и го охлажда. Правилата на термодинамиката гласят, че колкото по-голяма е температурната разлика между влизащия въздух през колектора и температурата на горене в цилиндрите, толкова по-голямо количество енергия се получава в процеса на изгаряне. Или, колкото по-студен е въздуха, толкова по-голяма ще е разликата, съответно мощността.

Най-ефективното приложение на интеркулерите е когато те са инсталирани на автомобил с турбо. При него влизащия в двигателя въздух би бил твърде горещ заради турбогенератора. Друг принцип на термодинамиката гласи, че ако налягането на флуид се увеличи, температурата му също нараства. Следователно, повишеното налягане от турбогенератора ще доведе до едновременно повишение на налягането на въздуха и неговата температура. Ако той не се охлади, ефективността на двигателя ще намалее.

За справяне с този проблем, интеркулерът се поставя между турбокомпресора и входящия колектор на двигателя, така че въздухът да бъде максимално охладен при влизане в цилиндрите и взаимодействие с постъпващото гориво. Без интеркулер охлаждащ въздуха от турбото, се създава опасност от ранно възпламеняване. Това означава, че въздушно-горивната смес ще се възпламени твърде рано в цикъла на двигателя, намалявайки неговата ефективност и реална мощност. Да не споменаваме и възможните повреди за двигателя...

Съществуват два главни вида интеркулери:

Този тип е по-простия от двата вида интеркулери. Основава се на простото охлаждане на въздушния поток от турбогенератора преди влизането му в цилиндрите и смесването му с горивото. Въздушния поток постъпващ отвън се сблъсква с въздушния поток от турбото и го охлажда. Охлаждащия въздух взаимодейства с перките на интеркулера, които съдействат за по-бързото и ефективно извеждане на топлината навън.

Тези интеркулери съществено повишават плътността на въздуха постъпващ в цилиндрите, което води до по-висока мощност на двигателя тъй като в него има повече въздушни молекули. По подобен начин, мощността е малко по-висока при ниски температури на околната среда – интеркулерът симулира тази по-студена околна среда чрез охлаждане на постъпващия въздух, но запазвайки високото налягане получено в резултат на форсираната индукция.

Въздушните интеркулери не се нуждаят от помпи и следователно не изискват никаква енергия за да работят. Недостатъците им са свързани с липсата на контрол върху представянето. Те работят ефективно единствено ако въздушния поток към перките и тръбите е студен и константен. В противен случай неговите термодинамични способности значително се нарушават. Това означава, че поставянето на интекулер само по себе си е съществена манипулация, която може да причини много главоболия свързани с правилното разполагане на тръбите. За постигане на максимална безопасност и ефективност, често въздушните интекулери са с много големи размери за да могат да осигурят максимална контактна площ за охлаждане.

Тези системи са малко по-сложни, но следват същите главни принципи. Топлоомбенника се поставя в предната част на всмукателния колектор, а топлият въздух се охлажда с помощта на циркулираща в тръбите на интеркулера вода. Топлопроводимостта на водата е много по-висока отколкото на въздуха, което означава че топлината се предава много по-ефективно. Горещата вода от интеркулера са охлажда с помощта на по-малък паралелен охладител чрез въздуха – подобно на обикновен радиатор.

Водните интеркулери могат да се поставят на всякъде в двигателния отсек, но повечето производители ги слагат близо до всмукателния колектор с цел охладения въздух да не може да се загрее отново докато постъпи в цилиндрите. Единствената дилема при поставянето на интеркулера е свързана с това дали охладителя за вода ще е изложен на максимално добър въздушен поток. За жалост, това означава и, че интеркулерът се нуждае от водна помпа, резервоар и подходящи тръби за циркулация на водата в системата.

Повечето интеркулери трябва да се монтират там където въздушния поток е студен и силен. Не е добра идея да се слагат навътре в двигателния отсек, където температурата е по-висока, а въздушните потоци недостатъчни. Ето защо най-често интеркулерите се монтират отпред.

Слагат се или пред радиатора или в странична решетка в предната част, с цел излагането им на възможно най-студен въздух и по-голяма температурна разлика между горещия и студения въздушен поток. Производителите често проектират големи въздушни джобове в капаците на автомобилите, така че интеркулерите да могат да се монтират до двигателя и да получават достатъчно добър приток на студен въздух.

Въпреки че внедряването на интеркулер е доста трудна манипулация, тя се счита за ключова за постигане на оптимална мощност при мотори с турбокомпресори. Интеркулер с подходящ размер и вид ще отключи максималната мощност от двигателя. С тенденцията да виждаме все по-малки, но оборудвани с турбо двигатели, очакваме много скоро повече коли да имат и интеркулери. 

Източник: Car Throttle