Интеркулер: что это такое в автомобиле

Суть проблемы

Из школьного курса физики вы помните, что при нагревании плотность воздуха падает. Соль в том, что компрессор должен подавать в двигатель сжатый воздух, то есть воздух высокой плотности. А так как сам компрессор нагревается, да и воздух при повышении давления тоже не становится холоднее, то в итоге в камеру сгорания подаётся горячий воздух. Из-за этого падает давление турбонаддува, а значит, и его эффективность. Решать эту проблему призвана система охлаждения, которая, пропуская через себя всасываемый компрессором воздух, снижает его температуру до расчётных 50 градусов. Это, для чего и нужен интеркулер, можно сделать несколькими путями: воздушное охлаждение, водяное, различная компоновка деталей и расположение их под капотом. Суть от этого не меняется, интеркулер работает, как охладитель. Собственно, иногда его именно так и называют.

Конечно, не бывает абсолютно верных решений. У конкретно этого тоже есть оборотная сторона: при охлаждении создаётся препятствие для непрерывной подачи воздуха, что влияет на эффективность работы, понижая давление. Но в то же время охлаждённый воздух в итоге даёт больший прирост мощности. Баланс потерь и выгод остаётся на откуп инженерам-проектировщикам системы турбонаддува. Собственно, теоретически такую систему можно сделать своими руками, однако мы не рекомендуем делать это неопытным водителям, так как малейшая неточность в расчётах приведёт к дополнительным нагрузкам на двигатель, что сильно ускорит его износ и уменьшит ресурс работы.

Если подробнее рассматривать вопрос воздушного охлаждения, то такой интеркулер универсален. Его можно использовать практически на любом турбированном двигателе, так как он не требует особых разъёмов или входов для подключения. Его располагают, как правило, под капотом автомобиля, хотя возможны и варианты. Главное, чтобы он был расположен между компрессором и впускным коллектором, чтобы воздух проходил через него и охлаждался перед попаданием в камеру сгорания. Если вам доводилось видеть машины, особенно старые мускул-кары, с прорезями в крышке капота, то это явный признак, что такой интеркулер в автомобиле и установлен.

Воздушный интеркулер представляет из себя радиатор. Обычно он алюминиевый или медный, в связи с теплопроводными свойствами этих металлов. Комплект продольно расположенных металлических трубок с пластинками между ними, по которым из компрессора через герметичный патрубок поступает нагнетаемый воздух, задерживает движение воздуха. Но во время прохождения через эту систему воздух при контакте с трубками отдаёт часть тепловой энергии, приобретённой в процессе работы компрессора, и через патрубок поступает во впускной коллектор. Таков, в общем, принцип работы интеркулера. Интеркулер на дизель конструктивно не отличается от интеркулера для бензинового двигателя. Отличны только создаваемые и обрабатываемые им температуры, ведь температура воспламенения дизельного топлива выше, чем бензинового. Если же говорить о фронтальном интеркулере, который устанавливается обычно в передний бампер, то для него специально вырезаются воздухозаборники с непрямой геометрией профиля, чтобы объём поступающего воздуха был выше. Патрубок от него отходит к компрессору вглубь подкапотного пространства, а выходной — обычно с другой стороны — подводится к двигателю. Конструктивно они идентичны, но в такой схеме воздух проходит большее расстояние. Таким образом, он охлаждается сильнее, но и падение мощности больше из-за лага в подаче воздуха в камеру сгорания.

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.

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. Что говорят относительно этого вопроса специалисты?

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). Но ничего страшного не случится, говорят специалисты, если проигнорировать эту рекомендацию.

Ремонт интеркулера своими руками

Ремонт детали начинается с её демонтажа. Конкретные действия по снятию описывать нецелесообразно, поскольку всё зависит от места и способа установки детали в автомобиле. К примеру, если деталь установлена над мотором, её просто «сдёргивают» ослабив хомуты. Когда интеркулер установлен одним блоком с радиаторами (основным, АКПП, кондиционера), придётся приложить некоторые усилия.

Для полноценного ремонта необходимо провести демонтаж детали

После снятия детали предпринимают следующие шаги:

1. Очистка. По времени эта процедура может длиться около 2-3 часов. Особенно трудно избавиться от масляных подтёков. Но удалить все загрязнения необходимо: от качества выполненной работы будет зависеть работа интеркулера в дальнейшем. Для чистки снимают все детали и отсоединяют патрубки. Внешнюю поверхность и каналы тщательно промывают специальной автохимией, а для лучшего удаления масла замачивают на несколько часов. Применять бензин и другие растворители масла нельзя: они могут повредить материал, из которого изготовлена деталь.
2. Заделывание трещин. Треснувший элемент снимают с корпуса детали, зачищают место повреждения напильником и напаивают на него платину-заплатку. Материал вставки должен совпадать с материалом снятой трубки.
3. Опрессовка в водяной ванне или проверка дымогенератором. Перед установкой отремонтированной детали на место не лишней будет проверка качества ремонта. Это избавит автомобилиста от необходимости повторного снятия в случае некачественно выполненной работы. Настоящая проверка детали – это поездка на достаточной скорости. Если мотор работает с былой мощью, и во время «перегазовок» не раздаётся посторонний свист, значит, работоспособность детали восстановлена.

Справиться с мелким ремонтом и техническим обслуживанием интеркулера вполне под силу любому владельцу автомобиля. В случае серьёзной поломки или при необходимости замены модели на более совершенную, стоит обратиться к специалистам авторемонтной мастерской.

Главная →

Обслуживание и Ремонт →

Разновидности конструкций

В настоящее время интеркулер используется повсеместно, на различных видах автомобилей. Его можно встретить, как на бензиновых, так и на дизельных машинах.

Первый и наиболее распространённый вид интеркулера относится к воздушному типу теплообменников. Он представляет собой некого рода батарею, состоящую из трубок, соединённых между собой пластинами. И те, и другие выполняют функцию теплоотводящих элементов.

В среднем, такой тип промежуточного охладителя способствует тому, что, проходящая через него воздушная смесь, охлаждается до 45-50 градусов. Его наличие позволяет увеличить мощность мотора на 15-20%. Наибольший положительный эффект от работы теплообменника прослеживается при движении со скоростью не менее 40 км/ч.

Несмотря на все достоинства представленного устройства, есть у него и один достаточно существенный недостаток. В силу своих функциональных особенностей, интеркулер «воздух-воздух» очень громоздкий.

В заводских условиях, решить эту проблему удаётся без особых затруднений. Куда сложнее смонтировать данное устройство, есть возникла необходимость оснастить свой автомобиль турбокомпрессором в гаражных условиях. В данном случае, нередко возникает необходимость внесения изменений в конструкцию кузова авто, что влечет за собой массу неудобств.

Следующий вид теплообменников принято называть водным. Рабочей средой в данном случае является вода или хладагент. Внешне, такой типов интеркулера разительно отличается от представленного ранее вида.

• Во-первых, он более компактный, чем его воздушный аналог. Стоит отметить, что вода, в отличие от воздуха, обладает куда большей теплоёмкостью. Этим и объясняется хорошая теплоотдача данного устройства.
• Второе, не менее существенное преимущество – высокая эффективность.

Сопоставительный анализ двух систем показал, что водный теплообменник в разы превосходит воздушный по основным рабочим показателям.

Всем хорош водный интеркулер, но всё же есть у него один минус. Кроется он в конструктивных особенностях устройства. Дело в том, что для обеспечения полноценной работы интеркулера, он оснащается датчиком температуры, блоком управления и водяным насосом. Каждый из представленных компонентов системы требует систематической диагностики и своевременного обслуживания.

Помимо этого, в случае поломки одного из этих узлов, владелец авто будет вынужден заплатить достаточно большие деньги. Именно поэтому, с целью удешевления, на большинстве бюджетных авто монтируется именно воздушный аналог данного устройства.

Виды интеркулеров

Мы разобрались, что такое дополнительный радиатор, а теперь остановимся на том, какие виды интеркулеров ставят на машины. Отметим, что именно от конструкционных особенностей устройства имеют прямую зависимость его рабочие параметры и продуктивность в работе.

Воздушные радиаторы

Воздушные радиаторы пользуются большой популярностью у автомобилистов, их ставят на дизель при тюнинге машины для увеличения его производительности.

Схема дополнительного радиатора

Это радиатор, который состоит из трубок и пластинок. Из названия понятно, что процесс охлаждения осуществляется посредством воздуха, а, следовательно, его продуктивность зависит от габаритов интеркулера. В целях наибольшей рабочей эффективности (охлаждения), конструкторами использовалась модель, основанная на изменении длины трубок. Из-за этой конструктивной особенности возрастает площадь элемента, но, со своей стороны, значительное число изгибов является препятствием для воздушных масс, что сильно понижает давление.

Действие воздушного радиатора предполагает прохождение воздуха через трубки и пластины радиатора. В тонких трубках часто расположены маленькие перегородки. Ими создается турбулентность и повышается теплообмен. Такой радиатор делают, главным образом, из алюминия, но иногда применяется медь. Радиатор «воздух/воздух» может быть установлен в разных местах, но обычно это:

• пространство за бампером — монтаж в центре с изначальным врезом в бампер;
• над силовым агрегатом — на капоте создается отдельный заборник воздуха;
• пространство у одного из крыльев автомобиля.

Принцип работы радиатора

Водный интеркулер

Как действует воздушное охлаждающее устройство, мы рассказали, далее остановимся на интеркулере «воздух-вода». Данный тип устройства применяют гораздо реже, но из-за наличия некоторых особенностей в конструкции водный интеркулер обычно используют в условиях с ограниченным пространством, т. е. в таких случаях, когда для обычного устройства нет места под капотом автомобиля. Ключевыми составными частями водного устройства являются:

• электронный блок, управляющий процессом;
• радиатор;
• элемент, обеспечивающий теплообмен;
• помпа;
• трубки.

Конструкция водного интеркулера предусматривает наличие теплообменника, располагающегося вблизи от компрессора. Жидкости охлаждения, насыщаясь теплом, выводят его посредством радиатора, который располагается спереди, в окружающую среду. Заметим, что отвод тепловой энергии жидкостью осуществляется гораздо продуктивнее, в сравнении с воздухом. Но для обеспечения продуктивного поглощения температурного роста внутри теплообменника всегда должен присутствовать ее оптимальный объем.

Перед началом работы помпы, подающей охлажденную жидкость, теплообменник понижает температуру воздушной массы, которая подается в коллектор. Однако при нагреве воды ей необходимо время для остывания. Впрочем, кроме явных достоинств водного радиатора, он имеет существенные недостатки, например, усложненная конструкция теплообменника. Поскольку для корректной работы элемента необходимо подсоединение «лишних» патрубков, помпы, радиатора и центрального БУ. Это называется двухконтурной моделью охлаждения, и она создает некоторые трудности в процессе работы и ремонта. Эти причины способствуют невысокой популярности интеркулеров такого вида. Хотя при невозможности по тем или иным причинам установки воздушного устройства, водный интеркулер буквально спасает, и его положительные характеристики становятся очевидными, к примеру, в силовом агрегате TSI.

Особенности установки

Идеальный интеркулер

Сбалансированность дополнительного радиатора обеспечивается следующими показателями:

1. Оптимальность внутреннего проходного диаметра. Именно диаметр ядра в теплообменнике отражается на том, какое объем давления утрачивается в процессе прохождения воздушных потоков. Рассчитать с точностью оптимальный диаметр нельзя, но можно предположить, каким он должен быть. Допустим, установка турбулизатора не позволит воздушным массам прижиматься к стенкам устройства и передавать ему тепло. Плотность турбулизатора влияет на улучшение теплообмена и снижение потерь потока.
2. Большое значение имеют габариты ядра. Чем короче каналы, по которым идут воздушные потоки, тем меньше будет проходной диаметр.
3. Площадка, окружающая воздушные массы, способствует снижению температур воздуха из наддува. Следовательно, чем меньше вес окружающих воздушных масс, тем ниже будут охлаждающие потенциалы устройства.
4. Обтекаемость формы ядра влияет на беспрепятственное перемещение воздуха по устройству, причем чем он тяжелее, тем меньшее его количество будет проходить сквозь радиатор, что отражается на эффективности охлаждения.
5. Параметры интеркулера улучшаются с помощью каналов, проводящих охлаждающие воздушные массы. По мнению специалистов, использование оптимального канала увеличивает КПД в теплообменнике на 15-20%.
6. Объем и скорость передвижения воздушного потока зависят от размеров и вида трубки.
7. Влияние на стабильную работу устройства оказывают секционные изгибы (переходы) и присутствие патрубков. К слову, каждый изгиб устройства – это увеличение вероятности потерь. А герметичность соединения патрубков нарушена, то потери давления при наддуве увеличиваются.

Дополнительный радиатор

Зачем он нужен

Сначала нужно определить, что такое интеркулер и зачем это устройство в автомобиле. Элемент не является необходимым, но определённую пользу приносить может.

Если говорить о том, для чего конкретно нужен интеркулер, то ответом будет охлаждение. Деталь устанавливают на автомобиль таким образом, чтобы он оказался промежуточным компонентом между цилиндрами и системой подачи воздуха.

Важно заметить, что такое устройство как интеркулер можно устанавливать на дизель и бензиновые моторы. Главным условием является наличие турбины

Только на турбированном двигателе интеркулер способен проявить свои сильные качества. Поскольку мы уже сказали, для чего нужен этот элемент, следует внести определённые пояснения.

Единственное, для чего служит автомобильный интеркулер, это охлаждение. Элемент понижает температуру поступающего в цилиндры воздуха, используя принцип повышения плотности. Это позволяет поднять давление в цилиндрах и сделать топливовоздушную смесь более обогащённой.

В среднем при оснащении силового агрегата таким компонентом, удаётся поднять исходную мощность мотора на 10-15%. При высокой изначальной мощности двигателя, такой прирост становится хорошо заметным и ощутимым. Вот зачем машинам нужны интеркулеры.

По своим внешним характеристикам ИК напоминает обычный автомобильный радиатор, конструкция которого состоит из патрубков и специальных пластин. Чтобы устройство могло дополнительно охлаждать поступающий воздух, на трубках приварены пластины, изготовленные из алюминия или меди.

Непосредственно в подкапотном пространстве ИК следует размещать между компрессором автотурбины и впускным коллектором. Обычно элементы монтируют впереди двигателя немного ниже основного радиатора, либо непосредственно над силовой установкой. Есть и такие модели автомобилей, где ИК ставят на крылья.

1 Что такое интеркулер

Интеркулер – это неотъемлемая часть системы двигателя, оснащенного турбонаддувом. Интеркулер является охладителем потока воздуха, проходящего через наддув, и выступает в качестве системы теплообмена. То есть интеркулер высасывает теплый воздух из воздушного потока, который идет от сжатия.

Сейчас существует несколько видов интеркулеров для дизельных двигателей, которые обладают различными характеристиками теплообмена. Однако при производстве интеркулеров главными критериями выступают показатели максимального теплоотвода, увеличенная инерция воздушного потока, а также минимальные потери давления самой турбины.

Говоря простыми словами, интеркулер в двигателе автомобиля работает по принципу обычного радиатора, который играет роль «посредника» между впускным коллектором и турбиной.

Соответственно, качественный интеркулер – это то устройство, которое способно максимально эффективно удалять тепло, происходящее при нагреве в турбокомпрессоре. Потенциал, как и размеры системы интеркулера, как правило, разнятся в зависимости от типа двигателя и мощности, которая варьируется в пределах от 300 до 750-ти лошадиных сил.

Как правило, увеличение площади пластин, составляющих интеркулер, ведет к увеличению возможностей этой системы, однако на практике все обстоит не так пропорционально. Например, увеличенная на 10 процентов площадь пластин способна придать интеркулеру прибавку в 10 процентов эффективности, при этом увеличение площади, скажем, на 30–40 % не гарантирует аналогичного прироста эффективности.

За счет того, что интеркулер представляет собой простую и достаточно надежную систему, его применение получило широкое распространение в процессе тюнинга и увеличения производительности двигателей на автомобилях. Наиболее распространенными считаются интеркулеры воздушного типа, которые состоят из специальных патрубков и радиатора с охлаждающими пластинами.

Различают также интеркулеры жидкостного типа, однако они распространены меньше и применяются в основном в автомобильном спорте, ввиду более сложного устройства и принципа работы. Кроме того, дополнительное жидкостное охлаждение обходится намного дороже.

Понятие и действие интеркулера в машине

Перед автомобильными производителями стоят многие задачи для создания мощного, экономичного и безопасного автомобиля. И тут стоит большая дилемма между увеличением мощности двигателя внутреннего сгорания и высокими экологическими требованиями. Можно ли объединить эти две важные задачи? Да можно, для этого необходим термодинамический процесс полного сгорания топлива. Для решения этой задачи и устанавливают специальное устройство – интеркулер.

Вроде бы все кажется просто и понятно — создаем необходимые условия для процессов сгорания топлива и на этом достигаем полученный результат. Но эти задачи решают с тех пор, когда был создан первый двигатель. Но со временем возникали новые требования перед конструкторским персоналом. Так возникла турбина двигателя — устройство для подачи (нагнетанию) сильно сжатого воздуха в камеру сгорания цилиндра двигателя.  В последнее время мы часто встречаем современные автомобили с дизельными двигателями с установленными турбинами.

Турбина обеспечивает мощное сжатие воздуха и в определённом объеме подает его в цилиндр дизельного двигателя. Тем самым обеспечивая объем кислорода для более полного сгорания топлива, увеличивая его мощность и уменьшая вредные выбросы. Но при достаточно сильном сжатии воздуха, повышается его температура. И горячий воздух (газ) может способствовать более быстрому износу двигателя и его разрушению. Задача интеркулера подать в двигатель охлажденный воздух под давлением.

Конструктивно он напоминает систему охлаждения двигателя, аналогичные процессы теплообмена. Горячий воздух отдает тепло холодному воздуху или охлажденной жидкости. Рассмотрим более подробно оба варианта охлаждения сжатого воздуха:

1. Двигатель оснащают специальным дополнительным радиатором интеркулера. Теплообмен происходит по схеме « воздух- воздух». Нагретый воздух омывается более холодным и отдает тепло атмосфере. Эта конструкция довольно часто применяется в современном автомобилестроении. Она отработана, более проста и дешевле.
2. Для более качественного охлаждения воздуха используют схему «воздух — вода». Сразу после сжатия горячий воздух по трубопроводу проходит через радиатор с охлажденной жидкостью и далее в камеру сгорания цилиндров. Конструкция более сложная и дорогая (дополнительно необходим радиатор, насос и система управления).

В упрощенном понимании, интеркулер представляет собой дополнительную систему охлаждения сжатого горячего воздуха, поступающего от турбины.

Следующая важная задача – это как конструктивно правильно разместить интеркулер в подкапотном пространстве двигателя.

В автомобилях интеркулер устанавливают в вертикальном и горизонтальном виде. Расположение будет завесить от конструктивной особенности автомобиля и установки двигателя. Интеркулер, работающий по схеме «воздух-воздух» требует радиатора значительных размеров и размещение его важная и непростая задача. Если поток воздуха будет недостаточно омывать радиатор, то охлаждение горячего воздуха будет некачественным

Также важно следить за чистотой охлаждающих пластин радиатора, для обеспечения нормального теплообмена

Один из лучших вариантов установки радиатора интеркулера, это установка пред радиатором охлаждения двигателя. В этом случае достигается максимально эффективная работа интеркулера и двигателя в целом. Если технические условия монтажа нарушены или выполнены некачественно, может происходить процесс нагрева сжатого воздуха вместо охлаждения. В этом случае дизельный двигатель будет работать с потерей мощности и со временем может выйти из строя.

Вторая схема работы интеркулера « воздух-вода» более удобна, так как не требует большого места под капотом, не зависит от воздушного потока и дает более лучший эффект охлаждения сжатого воздуха. Дополнительные устройства не занимают много места все можно установить компактно.

Для того чтобы добиться оптимальной работы двигателя автомобиля, нужно обеспечить горючую смесь значительным объемом воздуха. Так вот интеркулер обеспечивает не только охлаждение сжатого воздуха, но и необходимую плотность и массу. Что увеличивает КПД двигателя до 30%. Простая и надежная конструкция интеркулера в России находиться в следующем ценовом диапазоне от пяти тысяч до трехсот тысяч рублей.