Интеркулер: зачем охлаждать воздух после турбины

Почему после компрессора воздух горячее

Компрессор повышает давление воздуха, одновременно повышая его температуру. Часть выигрыша в плотности, ради которого и нужен наддув, теряется из-за нагрева. Интеркулер помогает вернуть этот выигрыш: тепло уходит во внешнюю среду, а охлаждённый поток продолжает путь во впускной коллектор.

Давление наддува само по себе не описывает наполнение цилиндров: при одинаковом давлении горячий воздух менее плотный. После охлаждения в том же объёме помещается больше воздуха и кислорода. В бензиновом двигателе снижение температуры заряда также помогает уменьшить склонность к детонации. Прибавка мощности зависит от того, как система управления использует этот запас по температуре и наполнению.

Интеркулер встречается и с механическим нагнетателем. Для теплообменника существенен сам факт сжатия и нагрева потока, а источник вращения компрессора может быть разным. На атмосферном двигателе такого участка наддувочного тракта обычно нет.

Два способа отвести тепло

В системе «воздух–воздух» горячий поток движется внутри каналов, а наружный воздух обдувает поверхность теплообменника. Эти потоки не должны смешиваться. Тепло проходит через стенки и оребрение. Хороший доступ внешнего воздуха нужен вместе с выходом для него после сердцевины.

В системе «воздух–жидкость» между наддувочным воздухом и окружающей средой появляется промежуточный теплоноситель. Жидкость забирает тепло в охладителе заряда и отдаёт его через отдельный радиатор. Обычно для этого служит низкотемпературный контур: более горячая жидкость основного контура двигателя ограничивала бы охлаждение воздуха.

Такую схему INFINITI выбрала для трёхлитрового V6 семейства VR, дебютировавшего на Q50 2016 модельного года. В описании двигателя компания связывает жидкостные интеркулеры с компактной компоновкой и сокращением воздушного пути. Охладитель можно поставить ближе к двигателю, а тепло отвести к наружному радиатору по жидкостным магистралям.

В контуре охлаждения наддува у версии на 300 hp используется один насос, у варианта на 400 hp — два. INFINITI связывает дополнительный насос с отводом тепла при большей нагрузке; устройство контура также описано в техническом руководстве EcuTek по VR30. Это наглядная разница внутри одного семейства: название «жидкостный интеркулер» ещё не описывает производительность системы. Воздушный тракт стал компактнее, зато к самому охладителю добавились требования к циркуляции жидкости и её охлаждению в радиаторе.

Зачем Subaru нужен воздухозаборник на капоте

Воздушный интеркулер можно поставить спереди автомобиля или над двигателем. В обоих случаях наружный воздух должен пройти через сердцевину и выйти из неё. При верхнем расположении этот путь организуют воздухозаборник капота и направляющие: одно отверстие над мотором ещё не обеспечивает нужного обдува.

У североамериканской Impreza WRX STi 2004 модельного года увеличенный воздухозаборник подавал наружный воздух на верхний интеркулер. Предусмотрен и ручной водяной распылитель: он смачивает теплообменник снаружи и помогает отводить тепло, в том числе за счёт испарения воды. При этом наддувочный воздух по-прежнему охлаждается в воздушном интеркулере; закрытого жидкостного контура распылитель не создаёт.

У MR2 SW20 двигатель находится за салоном; японская турбоверсия GT 1989 года получила воздушный интеркулер. Здесь внешний воздух приходится подводить к теплообменнику рядом с моторным отсеком. Этот пример отличается от переднемоторной Impreza WRX STI GD: место радиатора определяется компоновкой, а его работа — тем, как через него организован поток.

Цена охлаждения: сопротивление тракта

Проходя через каналы и повороты, поток теряет часть давления. Поэтому интеркулер оценивают сразу по двум результатам: насколько он снижает температуру и какое сопротивление создаёт при нужном расходе. Холодный выходной воздух не оправдывает любую потерю давления.

Garrett отдельно подчёркивает форму боковых бачков: они должны распределять поток по сердцевине равномерно. Если воздух использует лишь часть каналов, большой внешний размер не гарантирует эффективного теплообмена. Важны и переходы между патрубками, а также свободное сечение тракта.

Длина и объём труб также влияют на переходные режимы. Слишком узкий тракт повышает сопротивление; чрезмерное увеличение диаметра способно замедлить отклик. Диаметр труб подбирают с учётом расхода воздуха, длины тракта и места установки охладителя.

Один разгон и повторная нагрузка дают разную картину

Сердцевина и окружающие детали накапливают тепло. Если оно поступает быстрее, чем отводится, температура на выходе растёт от повторных нагрузок. Это называют тепловым насыщением, или heat soak. После короткого охлаждения система может показать иной результат, хотя её размеры не изменились.

При сравнении нужны одинаковые температура наружного воздуха, нагрузка и обдув. Температуру заряда измеряют после интеркулера; для оценки падения давления нужны точки до и после него. Горячий корпус после остановки не заменяет этих измерений: он показывает температуру детали, а не воздуха, который поступает в цилиндры под нагрузкой.

Оценивать состояние начинают с соответствия штатной схеме, целостности соединений, чистоты наружных каналов и сохранности воздуховодов. При потере тяги специалист сопоставляет температуру и давление с данными управления двигателем. Один горячий патрубок ещё не доказывает неисправность: он мог находиться как раз перед охладителем.

Откуда берётся масло в интеркулере

В воздушных каналах интеркулера нет штатного масляного контура. Масло приходит туда с потоком со стороны впуска. Возможная причина — утечка из компрессорной части турбокомпрессора. Она бывает связана не только с повреждением агрегата: Garrett указывает также затруднённый слив масла, повышенное давление в картере и нарушения его вентиляции.

Масляный след в патрубке сам по себе не устанавливает причину. Проверяют, откуда поступает масло и сопровождается ли это его расходом, дымом или потерей наддува. После разрушения турбокомпрессора в охладителе могут остаться нагар и металлические частицы, забивающие каналы; на этот риск отдельно указывает Nissens. Очистка наружных рёбер такую внутреннюю проблему не решает.