Охлаждение надувочного воздуха (интеркулляция)

Воздух, сжатый турбо­компрессором, как и другие газы, нагревается и расширяется. Горячий воздух обладает меньшей плотностью и содержит значительно меньше ки­слорода, чем холодный. Плотность холодного воздуха увеличивается приблизительно на 10 — 15 %.  Большее количество кислорода означает большее количество сгорев­шего топлива, т.е. двигатель развивает большую мощность. Второй, но не менее важный эффект – это положительное влияние снижения температуры воздушного заряда на процесс сгорания, вследствие снижения детонации. Подача в двигатель более холодного воздуха заметно снижает температурную нагрузку, что благоприятно влияет на его надежность и долговечность. По этим причинам перед подачей воздуха  в цилиндры, для повышения мощности двигателя его следует охлаждать.

Интеркуллер  – это радиатор или, более правильно, охладитель, помещенный между компрессором и впускным коллектором.

Рис. Охлаждение воздуха при наддуве:
1 – приводное колесо; 2 – поток отработавших газов; 3 – камера сгорания; 4 – поток сжатого охлажденного воздуха; 5 – охладитель; 6 – нагнетательное колесо

Наиболее часто применяются охладители типа воздух/воздух и системы, которые используют охлаждающую жидкость для охлаждения воздуха (охла­ждающая жидкость/воздух. Интеркуллеры типа воздух/воздух имеют наибольшее распространение в силу своей простоты и надежности, так как они не имеют никаких движущихся частей. Такой интеркуллер состоит из трубы и радиатора и изготавливается преимущественно из алюминия. Эффективность работы  интеркуллера зависит от его объема, а значит от наличия свободного пространства для установки. Теплопередающая способность достаточна, но потери давления могут быть высокими, особенно при малых размерах. Данная потеря давления на интеркуллере обнаруживается как увеличение более чем вдвое давления в выпускном коллекторе – одного из главных врагов турбонаддува.

Интеркуллер воздух-вода сложнее. Он состоит из двух радиаторов, один между турбиной и двигателем, другой перед стандартным радиатором системы охлаждения. Вода циркулирует при помощи электрического насоса. Выбор использования типа интеркуллера основывается на  факторах свободного пространства, возможностью обдува воздухом интеркуллера, используемыми датчиками расхода воздуха. Например, для 6 цилиндрового BMW  используется интеркуллер на основе воды, так как для интеркуллера воздух/воздух соответствующих размеров, нет места. Кроме этого  отсутствует поток воздуха с высокой скоростью в местах, где можно было бы разместить интеркуллер. С другой стороны, в Ford Mustang GT ситуация идеальная, для установки интеркуллера воздух/воздух. Пространства достаточно для действительно огромного интеркуллера и он в зоне мощного воздушного потока.

Кроме систем воздух/воздух и жидкость/воздух ведутся разработки по применению распыленной воды в систему впуска. Теплота, поглощенная при испарении воды имеет сильный эффект охлаждения горячего сжатого воздуха, выходящего из турбины. Понижение в температуры наддувного воздуха снижает тенденцию к детонации.

Существуют также специальные конструкции, в которых охлаждение воздуха происходит до температуры ниже окружающей среды, за счет использования льда.