Интеркулер, что это? Установка и работа. Интеркулер на "Ниссан" и "Мерседес"

Дизельные двигатели в большинстве своём оснащаются системой турбонаддува. Такая доработка позволяет добиться высоких показателей мотора и значительно повысить эксплуатационные характеристики. Тем не менее, такая модернизация дизельного двигателя требует пересмотра традиционной системы его охлаждения.

Дело в том, что нагнетаемый в цилиндры воздух в значительной степени повышает температуру двигателя. А повышенный нагрев неизбежно приведёт к выходу из строя его основных узлов и деталей. Конструкция современных дизельных двигателей, оснащенных турбиной, лишена подобных недостатков во многом благодаря использованию теплообменника, более известного под названием «интеркулер» или «промежуточный охладитель».

Обмен теплом должен проходить правильно

Главное назначение интеркулера – это извлечение тепла из воздушного потока, который в процессе сжатия в компрессоре нагревается. То есть чем лучше удаляется это тепло, тем качественнее работает теплообменник. Чтобы турбосистема с промежуточным охлаждением была правильно собрана, очень важно по максимуму использовать полезные свойства описываемого прибора. Кроме того, грамотная установка интеркулера станет залогом того, что в процессе эксплуатации автомобиля не будет возникать проблем. Создавая этот агрегат, нужно учитывать несколько критериев, главные из которых следующие:

максимальное отведение тепла;
минимальные потери давления турбонаддува;
увеличение инерции воздушного потока.

ПЛОЩАДЬ

Разница в площади теплообмена интеркулеров может быть следствием конструктивных нюансов. Например, к ее сокращению ведет уменьшение числа каналов и увеличение их сечений при сохранении объема тепло-обменника. Подобная конструкция приведет к снижению сопротивления, что отразится на меньшем падении давления, но эффективность охлаждения снизится. Такие конструкции предпочтительнее включать в системы малого давления.

И наоборот, чем выше предполагаемое давление наддува, тем более плотную структуру с высоким значением площади тепло-обмена следует выбирать. Если же уменьшение площади теплообмена происходит вследствие уменьшения объема интеркулера (меньше длина или количество каналов), то в первую очередь это отражается на падении давления вследствие как увеличения скорости потока, так и из-за ухудшения охлаждения. Но турбо-яма становится менее заметной.

Как работает охладитель потока воздуха?

За то, чтобы из системы тепло отводилось грамотно и своевременно, отвечают пластины и оболочки в теплообменнике. Они же составляют площадь теплообменника, от которой зависит эффективность работы интеркулера. Правда, не стоит думать, что если площадь будет в два раза больше, то и КПД агрегата увеличится вдвое. А вот если сделать площадь теплообменника больше на десять процентов, то ровно на столько же станет выше КПД. Чтобы понять, как работает интеркулер, что это за прибор, важно знать особенности его устройства.

Так, через него проходит воздух, и если делать это ему сложно, то и тепла будет теряться немало. С другой стороны, важно избегать больших потерь давления наддува. Для компенсации затрудненного протекания воздуха через наше устройство нужно позаботиться о том, чтобы внутреннее проходное сечение было большим: это позволит задержать воздух в интеркулере и снизить воздушный поток. Соответственно, давление будет теряться на приемлемом уровне. Таким образом, выбирая этот агрегат, стоит заботиться о низких внутренних потерях давления.

Площадь теплообмена интеркулера

Площадь теплообмена — сумма площадей пластин, ребер и трубок в конструкции корпуса теплообменника, которые ответственны за отвод температуры из системы. Определение оптимальной площади может опираться на ее зависимость от расхода воздуха в турбо-системе, полученную экспериментально-статистическим путем. Это наиболее простой способ, хотя и он и предоставляет довольно большой разброс искомых величин, более определенные цифры дает вычисление площади теплообмена. исходя из количества передаваемой тепловой энергии от наддувного воздуха к внешнему:

Q=ψStΔTIm или St=Q/ψTIm, где
Q — количество переданной тепловой энергии;
ψ — коэффициент теплопроводности;

Численная характеристика теплопроводности материала равна количеству теплоты, проходящей через материал толщиной 1 фут (ft) и площадью 1 квадратный фут (ft2) за час, при разности температур на двух противоположных поверхностях в 1 °F. В выбранной системе единиц ψ для воздуха равен 0,015 ВТU/(ft hr°F). Погрешность результатов вычислений из-за отсутствия в уравнении теплопроводности материала, из которого изготовлен теплообменник, критична при проектировании нового узла. При подборе же готовой продукции ею можно пренебречь;

St — площадь теплообмена (ft2);
ΔTIm — средняя разница температур воздуха, проходящего через теплообменник снаружи и внутри. В приведенной формуле, правда, тоже присутствует величина, определяемая по графикам, составленным на основе опытно-статистических данных. но разброс результатов здесь меньше.
ΔTIm= (ΔT1-ΔT2)F/In(ΔT1/ΔT2) , где ΔT1- разница температур наддувного воз- духа на входе е интеркулер и выходящего из интеркулера внешнего потока:
ΔТ2 — разница температур наддувного воз-духа на выходе из интеркулера и набегающе-го потока;
In(х) — натуральный логарифм, значения которого можно определить по таблицам брадиса;
F — фактор коррекции, учитывающий не-равномерность прогрева воздуха, прошедшего через интеркулер.

F определяется по графику (рис) на основе расчетов двух величин:

N=(Т1-Т2)/(Т1-Та1) и R=(Та2-Та1)/(Т1-Т2), где
Т1 — температура наддувного воздуха на входе в интеркулер;
Т2 — температура наддувного воздуха на вы-ходе из интеркулера; Та1- температура окружающего воздуха перед интеркулером;
Та2 — температура прошедшего через интеркулер окружающего воздуха. Округленно можно представить площадь теплообмена как сумму площади стенок каналов интеркулера;
St=LIxLwxLn, где LI- длина каналов;
Lw — периметр сечения каналов;
Ln — количество каналов.

Основываясь на опыте производителей теплообменников для турбосистем. можно утверждать, что оптимальный размер фронтального габарита интеркулера должен быть на 45% больше его площади теплопередачи для внутреннего потока.

Важен внутренний объем

Работа интеркулера будет стабильной, если он правильно выбран. Итак, объем внутри этого прибора должен заполняться воздухом полностью, причем до того, как во впускном коллекторе возникнет давление. Именно объем является одним из параметров, которые должны быть оптимизированы при создании грамотной системы промежуточного охлаждения. Этот показатель можно рассчитать следующим образом:

внутренний объем интеркулера делится на объем воздушного потока;
умножаем полученную сумму на два (это число взято приблизительно: то есть получается, что воздушный поток на пути к ускорению удваивается).

При проектировании интеркулера важно учесть максимальные возможности системы отвести теплоту от надувочного воздуха, чтобы при этом не снизить давление наддува и не мешать давлению воздуха нарастать.

Audi A4 1.9TDI st3 200 › Бортжурнал › Зачем нужен интеркулер и плюсы фронтального!

Говорю сразу, текст был скопирован в какой-то группе в ВК и сохранил в блокнот в телефоне, что за группа не помню, копировал для людей которые спрашивают зачем я поставил фронтальник и тд, но решил скинуть сюда что бы просто кидать сыль, ну и может кому то ещё интересно… Если найдутся авторы этого текста с радостью добавлю ссылку на первоисточник или удалю запись… Японский или немецкий, хоть наш автопрома, у интеркулере в любом случае одна задача!

Все японские турбовые автомобили с завода комплектуются интеркулерами (охладителями воздуха), но они, как правило, находятся либо под капотом, либо в крыле, то есть, не являются фронтальными (находящимися в переднем бампере автомобиля для лучшего обдува). Исключениями, пожалуй, являются GTR и Evo. У Тойот с этим дела обстоят похуже. В этой статье мы постараемся осветить плюсы и минусы установки фронтального интеркулера (FMIC — front mount intercooler).

Не секрет, что турбина сжимает воздух, создавая давление и тем самым она его нагревает до определенной степени, зависящей от атмосферного давления, температуры воздуха и т.д. Чем жарче температура за окном, тем больше ваша турбина нагревает воздух, поступающий во впускной коллектор. Чем больше воздух нагревается, тем меньше его плотность и наличие молекул кислорода, тем меньше поступает бензина в смесь, тем меньше мощность.

Стандартные подкапотные или «крылатые» интеркулеры имеют сравнительно небольшую площадь и плохо обдуваются, особенно подкапотные, так как они, кроме всего прочего, еще и нагреваются от двигателя. Все это усугубляется в жаркие летние месяцы — основное время для гонок. Поэтому, если машина используется для драйва, гонок и минимизация потерь мощности жизненно важна, то установка фронтального интеркуллера становится необходимостью.

Интеркулеры выбираются под определенную мощность, соответствующую вашему автомобилю. Но, как правило, лучше это делать с запасом в 100-200 л.с. На лаг это никак не влияет, зато вам уж точно удастся избежать ненужных потерь. Например, на авто 300 л.с. имеет смысл ставить интеркулер годный до 500 л.с. и т.д. Трубы и патрубки подбираются обычно соответствующие диаметру дроссельной заслонки впускного коллектора или же входному отверстию впускного коллектора в случае если дроссельных заслонок несколько. Схема подключения в идеале должна быть таковой, чтобы длина патрубков была как можно короче. Диаметр труб должен утолщаться по мере удаления от турбины и вход в интеркулер желательно ровняться диаметру дроссельной заслонки, также как соответственно и выход.

Очень желательно, чтобы трубы, идущие под капотом в зонах потенциального нагрева (от турбин или двигателя) изолировались теплонепроводящими материалами.

Сам интеркулер лучше всего размещать в переднем бампере спереди от радиатора кондиционера или основного радиатора двигателя. Часто приходится подрезать бампер для того, чтобы как можно большая площадь интеркулера обдувалась встречным потоком воздуха. Перед интеркулером также желательно ставить мелкую сетку, чтобы его не побили камни и прочие предметы, часто попадающие в автомобиль на наших «прекрасных» дорогах.

Грамотно установленный фронтальный интеркулер сразу же повлияет на мощность вашего автомобиля. Плотность воздуха возрастет, количество кислорода в нем увеличится, станет более богатой смесь и соответственно повысится мощность. На разных автомобилях и конфигурациях процент прибавки различен, но даже на стандартной Супре, к примеру, можно ожидать как минимум 30 л.с., а то и все 50. Если автомобиль подвергается бустапу, то фронтальный интеркулер — вещь просто необходимая

Мощность и эффективность — главные показатели

Система охлаждения в автомобиле должна работать слаженно. Для этого нужно знать, сколько мощности теряется при потере давления интеркулера. Соотносим показатель абсолютного давления с прибором и без него. Стоит также помнить, что вовсе не обязательно восстанавливать потерянную мощность, поскольку в этом случае станет выше давление во выпускном коллекторе, что приведет к повышению реверса выхлопных газов в камеру сгорания и увеличению температуры в ней.

Для расчета эффективности интеркулера нужно провести сравнение повышения температуры воздуха, которое вызывает работа турбины, и понижения температуры, которое вызывает охладитель. Сегодня можно купить два типа этого устройства: «воздух-воздух» или «воздух-вода». Более простой конструкцией является первый вариант, при этом он же отличается более высоким КПД на высокой скорости. Кроме того, у него выше надежность, да и обслуживать такой прибор значительно проще. Интеркулер типа «воздух-вода» показывает хороший КПД при низкой скорости, при этом имеет сложную конструкцию и стоит дороже. Но в то же время патрубок интеркулера «воздух-воздух» подводится сложнее, агрегату нужно больше пространства, поэтому такой прибор подойдет не для каждого автомобиля.

Что такое интеркулер в автомобиле

Надо отметить, что конструктивно интеркулер может быть выполнен горизонтальным и вертикальным. Какой лучше использовать, а также какой радиатор интеркулера устанавливать на автомобиль, зависит от места в подкапотном пространстве. Устройство, работающее по принципу «воздух-воздух», отличается большими габаритами, а к его месту установки предъявляются высокие требования.

Кроме того, необходимо учитывать, что подобные изделия критичны к состоянию охлаждающей поверхности. Если она загрязнена, есть ее локальные повреждения, то эффективность работы всего устройства снижается.

Наилучшим вариантом считается, когда такие изделия установлены перед радиатором охлаждения. Надо отметить, что ошибка с выбором места установки может привести к нарушению всей работы интеркулера. Не будет выполняться главный принцип работы – вместо того, чтобы отдавать температуру, воздух может нагреваться из-за ее высокого значения в подкапотном пространстве, вследствие чего дизель станет работать только хуже.

Поэтому гораздо удобней интеркулер, работающий с использованием воды. Кроме того, что ему требуется для установки меньше места, применение воды повышает его эффективность в несколько раз. Однако подобное устройство для своей работы требует задействовать дополнительные элементы.

Простое техническое решение, в основе которого лежит принцип принудительного охлаждения сжатого воздуха, подаваемого в дизель, позволяет повысить мощность мотора за счет обеспечения условий для оптимального сгорания топлива. Дополнительным преимуществом будет улучшение экологических показателей работы двигателя.

Что еще стоит почитать

Как работает турбонаддув

Устройство омывателя фар

Система охлаждения дизельного двигателя

Промывка системы охлаждения двигателя

Дмрв

Сбалансированный интеркулер: какой он?

Чтобы охладитель был оптимально сбалансированным, важно, чтобы он отвечал некоторым требованиям:

1. Внутреннее проходное сечение должно быть хорошим. Именно сечение ядра теплообменника сказывается на том, сколько будет теряться давления при прохождении воздуха. Вычислить правильное сечение практически невозможно, но можно хотя бы предугадать, каким оно должно быть. Например, можно использовать турбулизаторы, которые не дают воздуху прижаться к стенкам агрегата и передать ему тепловую энергию. От плотности турбулизаторов зависит и улучшенный теплообмен, и низкие потери потока.

2. Большую роль играют размеры ядра. Чем короче каналы, по которым проходит воздух, тем ниже будет проходное сечение.

3. Лобовая площадь, отражающая количество окружающего воздуха, способствует охлаждению надувного воздуха. Соответственно, чем больше окружающий воздух по массе, тем выше будет охлаждающая способность интеркулера.

4. Обтекаемость формы ядра. От этого параметра зависит свободное перемещение воздуха по прибору, при этом чем легче воздух, тем больший его объем пройдет через интеркулер (что это напрямую отразится на охлаждающем эффекте, сомнений нет).

5. Характеристики охладителя можно улучшить за счет каналов, которые будут подводить охлаждающий воздух. Специалисты считают, что, используя хороший канал, можно достичь увеличения КПД теплообменника примерно на 20%.

6. Количество и скорость воздушного потока зависят и от того, какого размеры и формы трубы.

7. Влияют на стабильность работы интеркулера такие показатели, как изгибы и переходы секций, а также наличие патрубков. Кстати, любой изгиб в системе – это потенциальная возможность потери потока. А если патрубки соединены негерметично, то будет теряться давление наддува.

Теплопередача интеркуллера

При сегодняшнем развитии технологий способ изготовления теплообменника в первую очередь влияет на его цену, срок службы и ремонтопригодность, главными же показателя-определяющими эффективное снижение температуры надувного воздуха, являются размеры интеркулера. Точнее, его площадь теплообмена.

С крайне малыми допущениями можно утверждать, что площадь теплообмена для внутреннего и внешнего потоков воздуха одинакова. Определить необходимую ее величину можно, исходя из количества тепла, передаваемого от горячего воздуха к холод-ному, уравнение, описывающее теплопередачу, для каждого потока для внутреннего ( либо для внутреннего, либо для внешнего ). выглядит так:

Q=GmCpΔT. где Q — количество переданной тепловой энергии (BTU, 1 BTU=1,0550559 кДж);
Gm — массовый расход воздуха (Ib/мин);
Cp — теплоемкость среды, равная 0,25 для воздуха;
ΔT — разность температур воздуха на входе о выходе теплоо6менника (°F).

При подсчете параметров внешнего потока необходимо учитывать, что воздух, покидающий интеркулер в направлении моторного отсека, нагревается неравномерно. Та его часть, что обдувает сторону, которая 6лиже к турбине, горячее, а с ближней к дросселю стороны — холоднее, уравнении же фигурирует средне арифметическое значение этих температур. Связь между объемным и массовым показателями расхода воздуха описывается уравнением идеального газа:

Gm=P Gv/RT или Gv=Gm RT/P, где
Gm- массовый расход воздуха (Ib/мин);
Gv- объемный расход воздуха (cf/мин);
Р — абсолютное давление (∼14,7 psi) для окружающей среды);
R=0,37 — газовая константа для этих размерностей:
Т — температура в градусах Ранкина (°R). Т(°R)=460+Т(°F).

Поскольку большинство фирм, выпускающих продукцию для турбосистем, представляют характеристики своей продукции в системе единиц, используемой США и Великобритании, то. как и в расчетах при подборе турбочарджера, переводить все в метрическую систему не имеет смысла.

Для вычисления отдаваемой тепловой энергии надувным воздухом известны все параметры. Основываясь на уровне ожидаемой мощности, при выборе характеристик турбочарджера были определены необходимые для ее получения величины расхода, давления и температуры во впускном коллекторе.

Была также определена и температура на выходе из турбокомпрессора по формуле:

Т1 =Та1+Та1(-1+Р, 0.263)/Ес, где Т1- температура на выходе из компрессора (°R);
Та1-температура окружающей среды (°R);
Рr — степень повышения давления;
Ес — эффективность компрессора.

Где размещается радиатор интеркулера?

Обычно этот агрегат находится в свободном пространстве, где много места. Главное –не устанавливать его в моторный отсек или позади радиатора охлаждения, поскольку давление наддува будет низким, воздух не будет прогреваться. В таких случаях охладитель выступает как своеобразный промежуточный нагреватель. Стоит помнить, что нагрев интеркулера от тепла под капотом может привести к серьезным проблемам. Поэтому нужно изолировать этот агрегат и продуманно размещать все трубы. Как правило, интеркулер воздушного типа устанавливается в свободном месте, например, за передним бампером по центру, над двигателем под капотом или в боковой части крыльев (с любой стороны).

Что такое Интеркулер на дизеле: принцип работы и причины поломки устройства

Зачем в автомобиле нужен интеркулер

Практически любой современный дизельный двигатель оснащается интеркулером. Несмотря на всевозможные разновидности подобных устройств, основное их назначение остаётся неизменным – понижение температуры нагнетаемого воздуха. Как правило, промежуточный охладитель устанавливается непосредственно после турбины. Воздух, проходя через трубки представленного устройства отдаёт большую часть тепла и, будучи охлажденным, поступает в камеру сгорания двигателя.

Охлажденная воздушная смесь обладает большей плотностью. Такая консистенция наиболее оптимальна с точки зрения эффективной работы любого двигателя. Чем больше плотность воздушной смеси, тем значительнее объём поступившего в камеру сгорания воздуха. Такая смесь будет способствовать более высокому давлению внутри цилиндров, что существенно повысит КПД дизельного двигателя.

Сама конструкция интеркулера выполнена таким образом, чтобы проходящий через него воздух не встречал на своём пути каких-либо препятствий. В противном случае, это бы повлекло за собой снижения давления, нагнетаемого турбиной воздуха, что неблагоприятно отразилось бы на эффективной работе мотора.

Принципиальное расположение теплообменника может варьироваться, в зависимости от особенностей подкапотного пространства конкретного автомобиля. В большинстве случаев его монтируют перед основным радиатором системы охлаждения, либо в боковой части у крыла.

Полезная площадь охлаждающих элементов теплообменника рассчитывается индивидуально, для каждого отдельно взятого типа дизельного двигателя, с учетом его технических характеристик и условий эксплуатации.

Каждому автомобилю – свой интеркулер

Сегодня очень распространено создание охладителя под конкретный двигатель. Например, интеркулер «Ниссан» для каждой модели этой марки подходит разный. Поэтому, выбирая охладитель, нужно учитывать множество деталей: фронтальную площадь теплообменника и его толщину, направление потока, внутреннее проходное сечение и многое другое. В то же время новые автомобили «Ниссан» оснащаются «чистыми» двигателями, на которые не ставится ни интеркулер, ни турбонаддув.

Интеркулер «Мерседес» представляет собой теплообменник, который снижает температуру проходящего сквозь него воздуха. В большинстве моделей данной марки теплообменник располагается в передней части отсека для двигателя и обдувается естественным образом во время движения транспортного средства.

Интеркулер, для чего он нужен?

Повышение мощности ДВС решается довольно-таки просто – необходимо обеспечить в цилиндрах двигателя оптимальные условия для сгорания топлива. Однако подобная задача только на первый взгляд кажется простой. Для подачи дополнительного кислорода в мотор используется специальное устройство – турбина, которая сжимает атмосферный воздух, и в таком виде он поступает в ДВС. Чаще всего подобными изделиями оснащается дизель.

Следствием того, что атмосферный воздух сжимается, происходит увеличение его плотности, что обеспечит поступление в мотор большего количество кислорода. Однако по законам физики, при сжатии газа происходит повышение температуры, а подача в дизель горячего воздуха – один из возможных вариантов быстрого его разрушения. Поэтому для снижения температуры сжатого воздуха используется такое устройство, как интеркулер.

Зачем нужен интеркулер?

Что это, спросят многие – очередной наворот в машину или действительно необходимая вещь? И стоит ли его устанавливать? Большинство специалистов сходятся во мнении, что для двигателей с турбонаддувом он необходим. К тому же сегодня можно выбрать самые разные конфигурации этого устройства, которые, правда, никоим образом не влияют на эффективность его работы. То есть любые эстетические изыски, скажем, какая-то оригинальная форма или дизайн ресиверов интеркулеров, роль играют больше декоративную, нежели функциональную.

Специалисты также советуют выбирать агрегаты, изготовленные из тонкого листового металла, поскольку он будет способствовать максимальному сохранению тепла. Выбирать тип интеркулера следует в зависимости от того, каковы специфические особенности имеющейся турбины.

Размер диаметра впускного тракта интеркулера

С ростом скорости надувного воздуха в подводящем и отводящем патрубках впускной системы растет и сопротивление его движению, и развиваются резонансные процессы. При чрезмерно больших диаметрах кардинально возрастает инерционность турбосистемы. так как прибавляют объем общей системе. Существует некий скоростной оптимум, равный примерно 0.25-0,28 от скорости звука, или 450 ft/сек, при котором негативные явления не переходят критический уровень. Исходя из этих значений, теперь можно вычислить подходящий диаметр впускного тракта.

s=π(d/2)2=ηА/VB, где
VB — скорость потока во впускном тракте (275-308 ft/сек);
По — расход воздуха, проходящего через мотор на режиме максимальной мощности cf/мин);
s — площадь сечения выпускного трубопровода (in2);
d — диаметр трубопровода (in)
η — коэффициент приведения равный 2.4 (мин/сек)/(ft2/in2).