Охлаждение наддувочного воздуха

Возрастание температуры воздуха или заряда в компрессоре зависит от степени повышения давления, КПД компрессора и теплообмена со стенками, т. е. от конструкции компрессора. Повышение температуры на впуске в двигатель имеет следующие отрицательные стороны.

Для наполнения цилиндра определяющей является плотность заряда. Однако при определённых условиях степень повышения плотности заряда от р1 на входе в компрессор до р2 на его выходе при его сжатии от давления р1 до давления р2 может быть ниже, чем степень повышения давления. В случае изоэнтропийного сжатия при n=1 степень повышения плотности заряда (отношение плотностей) равна степени повышения давления (отношению давлений). Иначе говоря, увеличение температуры заряда при сжатии его в компрессоре ведёт к потере возможного повышения его плотности, а следовательно, массового наполнения цилиндра.

Кроме того, с повышением температуры заряда возрастает термическая напряжённость двигателя.

Приблизительно можно сказать, что применение наддува в 0,5 бар над уровнем окружающей среды приводит к росту температуры на впуске в двигатель на 30°. А при наддуве 0,7 — 1 бар (избыточных) — уже на 120°.

На двигателях с наддувом охлаждение наддувочного воздуха, предложенное ещё Рудольфом Дизелем, является важнейшим и простейшим средством повышения мощности, причём, оно тем эффективнее, чем выше степень повышения давления в компрессоре. Предварительное охлаждение заряда снижает суммарные потери теплоты в двигателе, повышает механический КПД благодаря более высокой мощности без повышения давлений, а также снижает удельный расход топлива.

Применение охлаждения заряда целесообразно уже от степени повышения давления порядка 1,5:1,0, а при степени повышения давления выше 2:1, учитывая термическую напряжённость двигателя и связанную с ней эксплуатационную надёжность, применение промежуточного охлаждения (промохлаждения) необходимо.

Охлаждение воздуха может осуществляться водой или воздухом. При применении воды температура воздуха после охладителя лишь на несколько градусов превышает температуру воды на входе. При применении в качестве охладителя воздуха температура заряда после охлаждения примерно на 15° превышает температуру окружающей среды. При использовании новых технологий обработки лёгких металлов автомобильные системы охлаждения типа «воздух/воздух» получают преимущества по сравнению с системами «вода/воздух».

Ориентировочно можно сказать, что при равном давлении наддува и понижении температуры наддувочного воздуха на 10° увеличение плотности воздуха составляет около 3%. Следовательно, при одинаковом коэффициенте избытка воздуха и одинаковом удельном расходе топлива повышение мощности составит 3%. Кроме того, при снижении температуры заряда на 10° примерно на 0,5% возрастает экономичность.

Следовательно, повышение мощности может составить 3,5%. Если же говорить об ограничении мощности по предельной температуре поршня, то на 10° снижения температуры наддувочного воздуха можно повысить мощность на 5% (при равной температуре поршня). Связано это с тем, что отвод теплоты через стенки цилиндра можно уменьшать на величину, примерно равную отводу теплоты от наддувочного воздуха. Следует добавить, что охлаждение наддувочного воздуха приводит также к снижению содержания вредных компонентов в отработавших газах.