Промежуточный охладитель наддувочного воздуха: Как работает турбонаддув с промежуточным охлаждением воздуха?

Содержание

Как работает турбонаддув с промежуточным охлаждением воздуха?

На чтение 4 мин. Просмотров 614

Современные двигатели обладают продвинутыми системами турбонаддува, они помогают сохранять экономичность при высокой степени форсировки. Благодаря нагнетанию воздуха существенно растет кпд двигателя.

Когда речь идет о возможных вариантах увеличения мощностных характеристик двигателя, невозможно обойти стороной турбонаддув. На сегодняшний день это самый распространенный путь повышения КПД мотора при одновременном снижении потребления топлива. Благодаря увеличению количества подаваемого в цилиндры воздуха за единицу времени достигается желаемый эффект. В последнее время более 50% всех производимых автомобилей оснащаются разнообразными системами турбонаддува. Теория гласит: «мощность двигателя прямо пропорциональна количеству сжигаемого топлива за один рабочий цикл». Соответственно, чем больше топлива сжигается, тем более высокую мощность получаем! Если вспомнить картину приготовления рабочей смеси, то она варьируется от 1:13 до 1:16 частей (топливо к воздуху).

Подать в цилиндры больше топлива гораздо проще, чем подать в них большее количество воздуха в атмосферный двигатель. Тут-то и приходит на помощь турбонаддув.

Система турбонаддува

Нагнетание воздуха в цилиндры может происходить несколькими способами: с помощью механического нагнетателя (компрессора) или посредством турбины, приводящейся в действие благодаря энергии отработавших газов. В турбокомпрессорах применяют центробежные насосы и в целом они получили большую популярность в отличие от механических нагнетателей. Благодаря вращению крыльчатки образуются центробежные силы, которые отбрасывают воздух к основанию колеса, а в центре происходит разрежение, что приводит к всасыванию воздуха. Следовательно, чем выше частота вращения крыльчатки турбины, тем большее количество воздуха она способна подать в цилиндры.

В противовес двигателям больших объемов с низкой эффективностью, конструкторы ломали головы не один десяток лет, чтобы придумать как увеличить объем подаваемого воздуха в двигатель. Инженеров не устраивали прожорливые, габаритные моторы, потребляющие слишком много топлива.

Первым в этом вопросе преуспел Вильгельм Даймлер (да-да, это его фамилия упоминается в названии гиганта автоиндустрии «Даймлер»). Этот человек предложил элементарную конструкцию компрессора, закачивающего дополнительную массу воздуха вентилятором. Механизм приводился в действие коленвалом двигателя. Немного позже, в 1905 году, швейцарский изобретатель Альфред Бюхи смог запатентовать устройство нагнетания, которое приводилось в действие от выхлопных газов. Нынче механизм именуется турбонаддув.

По аналогии с ветром в поле, который вращает крылья ветряка, отработавшие газы вращают колесо с множеством лопастей. Это колесико очень маленькое, оно посажено на одну ось  с колесом компрессора и именуется ротором. С одной стороны находится часть механизма, приводящаяся в работу движением выхлопных газов, а с другой – компрессор, который нагнетает дополнительный воздух в ДВС. Через выпускной коллектор отработанные газы «встречает» корпус турбины (т. н. горячая улитка). Давление и энергия выхлопных газов вращают горячую крыльчатку турбины, которая преобразует вращение на колесо компрессора (холодная крыльчатка).

Охлаждение потока воздуха

Охлаждение системы турбонаддува

Благодаря вращению колеса компрессора воздух из атмосферы всасывается через воздушный фильтр. В холодной части турбокомпрессора воздушный поток сжимается и попадает во впускной коллектор. Из-за того, что на выходе из компрессора воздух дополнительно нагревается, теряя свою плотность, на большинстве двигателей применяют так называемое промежуточное охлаждение воздуха или интеркулер. Механизм турбонаддува, оснащенный интеркулером эффективно борется с извлечением тепла воздушного потока, нагревающегося в компрессоре при нагнетании. Нагретый компрессором воздух, проходя через интеркулер отдает тепло окружающей среде и охлаждаясь, воздух становится плотнее, соответственно большее количество попадает в цилиндры. Основные критерии, при разработке интеркулера – высокий отвод тепла при минимальных потерях давления наддува и увеличение инерционных свойств потока проходящего через него воздуха.

Наиболее популярный тип интеркулера «воздух-воздух» состоит из патрубков интеркулера и его пластинчатого радиатора. Турбонаддув с таким радиатором встречается на всех  спортивных автомобилях, выпускаемых последние 10-15 лет. Промежуточный охладитель можно увидеть в разных местах, но чаще всего его устанавливают возле основного радиатора или горизонтально над двигателем (спортивные модели Subaru).

Далее работает схема «выше обороты мотора – больше выхлопных газов – больше воздуха»… Но здесь нужен разумный максимум: чем производительнее турбина, чем больше она способна «вдуть» воздуха в цилиндры, тем большее количество выхлопных газов нужно задействовать для входа её на рабочий режим оборотов (часто обороты крыльчатки превышают 250 – 300 тыс./мин). В отличие от механического компрессора, на свою работу турбокомпрессор затрачивает не более 2% энергии мотора. Потому что ротор турбины преобразует энергию выхлопных газов за счет их охлаждения на пути к цилиндрам, но не за счет их замедления.

Турбонаддув позволяет получать большую мощность с меньшего объема. Плюсы очевидны – меньше трения, меньший вес узлов и автомобиля, большая экономичность.

В зависимости от поставленных задач на автомобиле могут применяться разные варианты системы турбонаддува:

  • турбина с изменяемой геометрией
  • система параллельного или последовательного наддува
  • комбинированная система наддува

Корки Белл - Maximum Boost Турбонаддув(Промежуточное охлаждение) Глава 5

 

Общая схема системы турбонаддува с промежуточным охлаждением.

Промежуточный охладитель это радиатор или, используя более правильную терминологию, теплообменник, расположенный между турбонагнетателем и впускным коллектором. Основная его задача состоит в том, чтобы забрать ненужную теплоту из нагнетаемого воздуха, которую туда добавил турбонагнетатель в процессе сжатия. Очевидно, что качество промежуточного охладителя должно оцениваться его способностью по переносу этой теплоты. К сожалению, это только верхушка айсберга, поскольку простое по сути добавление промежуточного охладителя создает множество разнообразных проблем. Извлечение большей пользы от установки промежуточного охладителя при уменьшении проблем, которые он может принести - техническая задача, которая должна быть решена прежде, чем можно будет создавать систему турбонаддува с промежуточным охлаждением воздуха.

Будет ошибкой думать, что "любой интеркулер лучше, чем отсутствие интеркулера ".

Отвод теплоты от нагнетаемого воздуха имеет два огромных достоинства. Во-первых, понижение температуры увеличивает плотность воздуха. Увеличение плотности пропорционально изменению температуры (измеренное по абсолютной шкале). Более плотный воздушный заряд производит больше энергии. Вторым, но не менее важным эффектом является потрясающий выигрыш в процессе сгорания, вызванный уменьшением вероятности возникновения детонации вследствие пониженных температур воздушного заряда. Эти два достоинства являются причиной того, что правильно выбранный промежуточный охладитель может увеличить мощность и/или запас прочности двигателя с турбонагнетателем. Чтобы уточнить, какие испытания проводятся при оценке системы промежуточного охлаждения, обратитесь, пожалуйста, к главе "Испытания системы".

Фронтальный интеркулер

Оптимальная конструкция интеркулера

Факторов, определяющих оптимальность конструкции при создании промежуточного охладителя много, и они различны по своей природе. Эти факторы определяют направления приложения инженерной мысли для постройки промежуточного охладителя, который максимизирует отвод тепла и минимизирует потери давления наддува и любые негативные проявления инерционности.

Жидкостное охлаждение на Toyota Celica

Площадь теплопередачи.

Площадь теплопередачи - сумма площадей всех пластин и оболочек в ядре теплообменника, которые отвечают за передачу теплоты из системы. Легко заметить, что чем больше площадь теплопередачи, тем более эффективен промежуточный охладитель. Не ждите, однако, что вдвое большая площадь удваивает эффективность. Увеличение ядра на 10% даст вам уменьшение приблизительно на 10% «неполноты эффективности». То есть, увеличение на каждые 10% станет все менее и менее весомым. Например, если существующее ядро промежуточного охладителя имеет эффективность 70%, увеличение ядра на 10% должно дать  приблизительно 10% от отсутствующих 30%, другими словами, эффективность увеличенного ядра составит 73%.

 Два наиболее популярных варианта ядра промежуточного охладителя - "пластинчатый" (сверху) и «трубчатый» (снизу). Пластинчатый промежуточный охладителъ обеспечивает меньшее сопротивления потоку, в то время как трубчатыйнромежуточный охладитель имеет тенденцию быть более эффективным с точки зрения теплообмена. " Трубы " обычно делаются 1/4 11 толщиной и 1 1/2-3 " шириной.

Внутреннее проходное сечение.

Конструкция с прямым потоком воздуха через ядро плоха с точки зрения эффективности. Чем более извилист путь воздуха сквозь ядро, тем более вероятно, что он отдаст свою теплоту, а это и есть наша главная задача. Обратной стороной медали является то, что плохая обтекаемость внутри ядра может создавать большие потери давления наддува. Для компенсации плохой обтекаемости внутреннее проходное сечение должно быть сделано достаточно большим, чтобы замедлить скорость движения воздуха внутри ядра промежуточного охладителя и свести потери давления к приемлемому уровню.

Сейчас практически все after-market производители предлагают комплекты для установки интеркулеров. Комплект интеркулера воздух-воздух от Greddy.

Наиболее важный аспект конструкции промежуточного охладителя - низкие внутренние потери давления.

Внутренний объем.

Сначала весь внутренний объем системы промежуточного охлаждения должен наполниться воздухом под давлением, и лишь тогда какое-то давление будет создано во впускном коллекторе. Хотя этот объем вносит не самый существенный вклад в задержку (лаг), однако и этот аспект конструкции неплохо бы оптимизировать в процессе создания хорошей системы промежуточного охлаждения. Весьма полезно в процессе конструирования представлять себе объем системы и постоянно пытаться убрать излишек. Чтобы количественно представить взаимосвязь между объемом и задержкой, предлагается разделить внутренний объем на расход воздуха через систему на определенных оборотах двигателя и умножить результат на 2. (Коэффициент 2 - результат приблизительного удвоения расхода воздуха через систему при переходе от простой езды к работе двигателя с наддувом). Приблизительное время задержки в этом случае равно

Пример: Пусть объем системы впуска 8,2 литра. Расход воздуха - 8,415 м3/мин на режиме приблизительно 5000 оборотов в минуту. Тогда

Совершенно точно можно сказать, что приемистость будет плохой, если двигатель оборудован датчиком расхода воздуха, размещенным слишком далеко от корпуса дроссельной заслонки. Открытие дроссельной заслонки формирует импульс низкого давления, перемещающийся к датчику расхода воздуха. Как правило, этот импульс должен пройти расстояние от корпуса дроссельной заслонки до промежуточного охладителя, сквозь промежуточный охладитель, назад к турбонагнетателю, потом на расходомер, чтобы тот зарегистрировал изменение.

Только когда расходомер получит этот импульс, отношение воздух/топливо может измениться топливным контроллером с учетом новых условий нагрузки на двигатель. Надо заметить, что в этой схеме возможны усложнения, связанные с наличием датчика положения дроссельной заслонки, которым может быть оборудован двигатель. И всё-таки, как правило, чем дальше дроссельная заслонка отдатчика расхода воздуха, тем хуже приемистость. Таким образом, длине этой траектории необходимо также уделить некоторое внимание на этапе проектирования.

Серьезный подход к промежуточному охлаждению.

Когда двигатель оборудован системой впрыска, оснащённой датчиком давления во впускном коллекторе, и при этом не используется датчик расхода воздуха, либо же речь идёт о двигателе с карбюратором, установленным после турбонагнетателя, длина впускного тракта может быть достаточно длинной без отрицательных последствий, поскольку приемистость при этом не пострадает.

Таким образом, основная задача при проектировании системы промежуточного охлаждения состоит в том, чтобы максимизировать способность системы по отводу теплоты от сжатого воздуха и при этом снизить такие неблагоприятные воздействия, как потеря давления наддува, потеря приемистости или любая задержка при повышении давления наддува.

Расчёт параметров промежуточного охладителя

Изменение плотности впускного воздуха может быть вычислено относительно изменения температуры, вызванного промежуточным охладителем. Например, предположите, что турбонагнетатель имеет компрессор, повышающий температуру на 90°С выше температуры атмосферного воздуха, то есть до 383° абсолютной температуры при нормальной температуре 20°С (нуль градусов Цельсия соответствует 273° по абсолютной шкале температуры; прибавьте 20°С, получим 293°, 90° С выше этой температуры - 383° абсолютной температуры). Если мы используем в системе промежуточный охладитель с эффективностью 60 %, мы понизили бы температуру воздуха на 0,6 х 90"С = 54()С, уменьшив повышение температуры до 36°С в отличие от первоначальных 90°С или абсолютную температуру 293° + 36° = 329°. Изменение плотности в этом случае может быть вычислено из отношения первоначальной абсолютной температуры к конечной абсолютной температуре:

Вычисление эффективности промежуточного охладителя.

Поэтому, этот промежуточный охладитель даст увеличение плотности воздушного заряда приблизительно 16 %. Это означает, что на 16 % большее количество воздушных молекул окажется в камере сгорания, нежели при отсутствии интеркулера. При неизменных прочих условиях можно было бы ожидать пропорциональное увеличение мощности. Этого, к сожалению, не происходит вследствие потерь давления, вызванных аэродинамическим сопротивлением внутри промежуточного охладителя. Соответствующее уменьшение мощности, вызванное потерей давления, может быть оценено посредством вычисления отношения абсолютного давления с использованием промежуточного охладителя к давлению без промежуточного охладителя и вычитанием результата из 100%.

Пример: Если из 0,68 бар, созданного компрессором давления, 0,14 потеряны из-за сопротивления промежуточного охладителя:

Этот расчёт показывает, что потери при прохождении воздушного потока сквозь промежуточный охладитель составляют 8 %. Мысль о том, что потерянное давление наддува может легко быть восстановлено путем регулирования вестгейта, является не совсем правильной, несмотря на всю свою притягательность. Конечно, если давление наддува будет увеличено, мощность увеличится, но последствием этого будет то, что давление на входе в турбину увеличится, поскольку Вы попытаетесь заставить турбину работать при большей нагрузке. Большее давление на входе в турбину создает большее обратное давление, которое увеличивает количество теплоты в камере сгорания, которая понижает плотность воздуха на впуске и так далее, и так далее. Таким образом, можно видеть, что идея восстановления потерянной, из-за наличия интеркулера, мощности, путем повышения давления наддува - это, в некотором роде, попытка ухватить собственный хвост. Слишком бесполезной затеей будет попытка разработать и изготовить мифический промежуточный охладитель с нулевыми потерями.

Промежуточные охладители воздух /воздух, установленный на GTR35.

Вычисление КПД промежуточного охладителя.

Идея состоит в том, чтобы сравнить увеличение температуры воздуха, вызванного турбонагнетателем, с понижением температуры при прохождении воздуха через промежуточный охладитель. Увеличение температуры после компрессора - это разность температуры воздуха на выходе из компрессора (Тсо) и температуры окружающей среды (Тa).

Увеличение температуры = Тсо- Тa;

Количество тепла, отведенного промежуточным охладителем характеризуется разностью температуры воздуха, выходящего из компрессора (Тсо) и температуры воздуха, выходящего из промежуточного охладителя (Т).

Уменьшение температуры = Тсо- Т;

Эффективность промежуточного охладителя (Еj) определяется как отношение понижения температуры к увеличению температуры:

Пример: Пусть Т= 20° С, Тсо= 120° С, иТ= 400 С. Тогда:

 

Выбор типа промежуточного охладителя

В настоящее время имеются два типа промежуточных охладителей, подходящих для использования: воздух/ воздух и воздух/жидкость. Каждый имеет свои особенности. Решение, о том, какой из них является наиболее подходящим для конкретного приложения, должно основываться на достоинствах и недостатках каждого из типов применительно к конфигурации транспортного средства.

Агрегат воздух/воздух будет проще, имеет большую тепловую эффективность на высоких скоростях, большую надежность, более простое обслуживание, и, наконец, низкую стоимость. Агрегат воздух/жидкость будет иметь лучший термический к.п.д. на низких скоростях, обеспечивает лучшую приемистость в случаях, когда система впрыска оборудована измерителем массового расхода, меньшую потерю давления и снижает вероятность работы компрессора на неустойчивых режимах. Габаритные ограничения или сложности прокладки воздуховодов могут диктовать невозможность использования агрегатов воздух/воздух. В подобных случаях выбор осуществляется сам собой.

Ядро промежуточного охладителя трубчатого и "plate & bar" вида обеспечивает хороший теплообмен за счет развитых турбулизаторов, но меньшую внутреннюю площадь проходного сечения.

Промежуточный охладитель воздух/воздух

При конфигурировании промежуточного охладителя воздух/воздух необходимо в равной степени уделять адекватное внимание самым разнообразным факторам. Хорошо сбалансированная и оптимизированная конструкция может получиться только вследствие кропотливой работы над деталями, пока все нюансы конструкции не будут соответствовать техническим требованиям, перечисленным в следующих параграфах.

Внутреннее проходное сечение.

В первую очередь потери давления при прохождении воздуха сквозь промежуточный охладитель зависят от внутреннего проходного сечения ядра теплообменника. Не существует никакой волшебной формулы для вычисления правильного проходного сечения при заданном расходе воздуха, но опыт показал, что следование рекомендациям, отражённым на рисунке, приносит удовлетворительные результаты. Если бы не завихрители, которые будто палка о двух концах, мы могли обойтись намного меньшими проходными сечениями, но тогда теплопередача была бы значительно меньшей. Задача завихрителей состоит в том, чтобы внутри ядра не существовало никакого ламинарного течения. Если эта задача выполнена, каждая молекула впускного воздуха получит шанс достигнуть стенки ядра и передать ей часть своей энергии в виде теплоты. При частом расположении завихрителей теплообмен лучше, но и потери давления выше. Если имеется пространство для размещения большого ядра, вполне можно выбрать ядро с частыми завихрителями и найти компромисс между высоким сопротивлением завихрителей и большим внутренним проходным сечением. В противном случае: там, где пространство строго ограничено, должно быть выбрано ядро с низкой плотностью завихрителей.

Компоненты ядра промежуточного охладителя. Воздух из турбонагнетателя подается в каналы для нагнетаемого воздуха. Сторона окружающего воздуха размещается так, чтобы набегающий воздух охлаждал ядро. Крайние пластины, паянные к внешней поверхности, обеспечивают зазор и жесткость. Завихрители способствуют передаче тепла от труб к разделительным пластинам и оттуда к окружающему воздуху сквозь каналы охлаждающего воздуха.

Измерение проходного сечен и я ядра.

Выбор размера ядра.

Как только внутреннее проходное сечение будет рассчитано, могут быть определены габаритные размеры ядра и его форма. У большинства ядер воздух может пройти через примерно 45% площади стороны для нагнетаемого воздуха. Чтобы найти заданную площадь стороны для нагнетаемого воздуха, разделите внутреннее проходное сечение на это число 45 %. Ядра обычно имеют толщину 50 и 75 мм, длину (высоту) каналов 150, 200, 250, и 300 мм, и ширину 225, 450, и 600 мм (которая может быть уменьшена до конкретного точного размера). Существуют ядра с более длинными каналами, но они имеют свойство ухудшать внутреннее проходное сечениею.

Пусть расход воздуха составляет 14 м3 Рисунок  показывает, что типичный промежуточный охладитель требовал бы внутреннего проходного сечения приблизительно 170 см2.

Поэтому, для ядра толщиной 75 мм. - Ширина =170 см2/7,5см = 22,7см

              для ядра толщиной 50мм. - Ширина =170 см2/5см = 34см

Если имеется пространство для ядра толщиной 50 мм, эффективность окажется немного больше, поскольку увеличится ширина и, следовательно, возрастёт лобовая площадь. Хотя более тонкое ядро является лучшим выбором, тем не менее, толстое ядро также полностью работоспособно. Длина воздушных каналов каналов (высота), умноженная на ширину ядра - фактическая лобовая площадь.

Оценка требуемого внутреннего проходного сечения ядра.

Фронтальная площадь

Фронтальная площадь интеркулера влияет на количество окружающего воздуха, проходящего через ядро и охлаждающего надувочный воздух. Чем больше количество окружающего воздуха проходит через ядро, тем выше охлаждающие возможности интеркулера. Расход воздуха определяется как произведение скорости движения и фронтальной площади ядра.

Расход воздуха = V*S Пример: Пусть V = 90 километров в час и S =355 см2 ЛГ = 53 мин

Таким образом, видно, что из двух ядер с фактически равным внутренним проходным сечением, ядро с большей лобовой площадью будет лучше.

Оценка количества охлаждающего воздуха, проходящего через п ромежуточный охладитель

Коэффициент лобового сопротивления интеркулера

Коэффициент лобового сопротивления определяет легкость, с которой окружающий воздух проходит через ядро. Конечно, чем легче воздуху проходить сквозь ядро, тем больше будет расход окружающего воздуха и, следовательно, выше охлаждающий эффект. Например, если трубы, по которым проходит впускной воздух, в ядре имеют скругленные края, расход поступающего окружающего воздуха, вероятно, будет несколько большим. В большинстве выпускаемых интеркуллеров, коэффициент лобового сопротивления для окружающего воздуха - упущенная деталь конструкции.

Поток окружающего воздуха сквозь ядро пропорционален коэффицценту лобового сопротивления ядра.

Экструдированное ядро с закругленными краями обеспечит прохождение большего колличества охлаждающего воздуха.

 

Воздухозаборники

Форма воздухозаборников также определяет количество проходящего через интеркулер воздуха. Они заставляют молекулы воздуха проходить сквозь ядро. Не недооценивайте способность воздухозаборников улучшить эффективность промежуточного охладителя. Можно предложить, что при хорошем подходе можно достичь увеличения эффективности на 20 %. При изготовлении воздухозаборников стоит приложить дополнительные усилия, чтобы быть уверенным, что молекулы воздуха не имеют никакого другого пути, кроме как через ядро интеркулера. То есть герметизируйте все ребра, углы, и соединения.

Минимальная площадь входного канала не должна быть меньше одной четверти площади ядра.

Правильная система подвода воздуха направит большее количество охлаждающего воздуха сквозь промежуточный охладитель

 Нет необходимости в том, чтобы входной канал был столь же большим как лобовая площадь ядра интеркулера. Практическое правило состоит в том, чтобы входной канал был по крайней мере размером в четвертую часть площади ядра. Это довольно странное правило вызвано тем фактом, что меньше чем четверть количества воздуха прошла бы через ядро без влияния трубок интеркуллера.

Толщина Ядра

Выбор толщины ядра промежуточного охладителя немного похож на жонглирование. Это вызвано тем фактом, что вторая половина любого ядра делает только четвертую часть работы по охлаждению. Добавление толщины ядра действительно улучшит эффективность, но увеличение будет все меньше и меньше. Другой отрицательный эффект, играющий роль, при увеличении толщины: увеличивающийся коэффициент лобового сопротивления интеркулера. Разумный способ установки ядра, когда лобовая площадь недостаточна и имеется избыточная глубина - интеркулер с разделенным ядром, обсуждаемый позже.

При выборе промежуточного охладителя, расценивайте интеркулер с толстым ядром как необдуманное решение.

 

Увеличение толщины ядра не увеличивает пропорционально возможности теплопередачи. Каждое следующее увеличение толщины ядра получит более горячий охлаждающий воздух.

Направление потока в ядре интеркулера

Когда имеется достаточно пространства для размещения большого интеркулера необходимо определить ориентацию ядра интеркулера. Если какие-либо причины не диктуют особенных требований, ядро всегда должно быть ориентировано для обеспечения самого большого возможного внутреннего проходного сечения. Направление потока не так важно. Например, интеркулеры на рисунке ниже занимают одинаковое пространство, но агрегат с вертикальным потоком имеет большую внутреннюю площадь и, следовательно, дает создает меньшее сопротивление потоку воздуха.

 

Верхнее и нижнее ядра имеют одинаковую особую площадь, площадь теплопередачи, и эффективность, но нижнее ядро, имеет намного большое внутреннее проходное сечение, из-за большего числу каналов для воздуха и, поэтому, более низкие потери давления.

Конструкция концевых резурвуаров промежуточного охладителя

Несколько деталей в проекте концевых резервуаров, присоединяемым к ядру интеркулера, могут улучшить термический к.п.д. и уменьшить потери давления. Это конечно не лучшая идея думать, что все молекулы воздуха легко и просто найдут свой путь «в» и «из» промежуточного охладителя. Думайте о них как о пасущихся овцах. Дайте им направление и сделайте перемещение легким для них.

Правильное внутреннее экранирование может обеспечишь рвномерное распределение воздушного потока внутри ядра и, таким образом, больший отвод тепла. Добавьте перегородку, направляющую одну половин впускного воздуха в одну половину ядра, а оставшуюся часть во вторую половину ядра.

Конструкция входного резервуара

Совершенно ясно, что термический КПД увеличится, если мы можем получить равномерное распределение воздушного потока сквозь трубы ядра. Необходимые усилия для выполнения этого могут быть сделаны путем установки соответствующих перегородок во входном резервуаре.

Положению входа во входной резервуар необходимо уделить внимание в нескольких областях. Всегда помните о требованиях равномерного распределения воздуха и легком входе потока в резервуар.

Конструкция выходного резервуара

После того, как работа по распределению сделана во входном резервуаре, теперь необходимо в выходном резервуаре собраться все молекулы и направить их в двигатель. При этом нужно уделить внимание, как спрямлению потока, так и к сведению потерь давления к минимуму. Заострите внимание на направлении выхода, и не заставляйте поток внезапно менять направление.

Удачные и не очень варианты выходного резервуара интеркулера.

Размеры и форма труб

Вероятно есть магическая скорость, которую не должна превышать скорость воздушного потока в трубе, из-за быстро увеличивающегося сопротивления и последующей потери давления. Значение этой критической скорости около 0,4 М или приблизительно 140 м/с, поскольку после достижения этой скорости сопротивление, а за ним и потери давления, значительно увеличиваются. Можно легко выбрать нужный диаметр трубы, вычислив максимальный расход воздуха и разделив его на площадь сечения трубы. Приближенное значение максимального расхода воздуха можно узнать, умножив желаемую мощность в л.с. на 0,05.

Пример: Допустим максимальный расход воздуха равен приблизительно 8,415 м'/мин, и диаметр воздуховода = 50 мм. Тогда 

Скорость звука - приблизительно 340 м/с. Поэтому

Таким образом, трубы диаметром 50 мм будет достаточно для подачи 8,5 м3/мин без значительного возрастания сопротивления. Не поддайтесь искушению, чтобы использовать трубы большего диаметра, чем необходимо, так как в гладких трубах с плавными изгибами обеспечивается небольшое сопротивление. Большие трубы только увеличат объем системы промежуточного охлаждения, и поэтому не стоит делать этого.

Толстая труба не обязателъно лучше, чем тонкая труба.

Изгибы и изменения сечения

Любой изгиб трубы или внезапное изменение поперечного сечения должны рассматриваться как потенциальные места потери расхода или источники увеличенного сопротивления. Необходимо заметить, что каждый раз при повороте потока воздуха на 90° происходит потеря 1 % расхода. Три 30” изгиба составят в целом 90°. Всегда используйте самый большой возможный радиус для любого изменения направления.

Конечно изгиб 90° с малым радиусом будет давать большие потери, чем изгиб с большим радиусом. Изменение от одного размера трубы к другому, часто необходимо для подсоединения к корпусу дроссельной заслонки, выходу из турбонагнетателя, входу и выходу из промежуточного охладителя. Эти изменения сечения нарушают плавность потока и создают потери. Плавные изменения сечения лучше всего могут быть выполнены в виде конических сегментов. Нужно следовать практическому правилу для определения угла конуса - одно изменение диаметра на длине в четыре диаметра.

Шланги и соединения

Все шланги и соединения являются местами потенциальных неисправностей. В начале проектирования системы турбонаддува рассматривайте все шланги и соединения как слабые места системы впуска. Неисправность соединения шлангов конечно означает потерю давления наддува. Однако, в случае если система управления двигателем использует датчик массового расхода воздуха, двигатель не будет работать должным образом. Когда шланг поврежден, воздух может поступать двигатель минуя расходомер, и поэтому датчик массового расхода воздуха будет вырабатывать сигнал, не соответствующий реальному расходу воздуха. Без правильного сигнала, двигатель будет работать плохо или вообще не будет работать. Проблема с соединениями шлангов и трубопроводов состоит в том, что к каждому соединению приложена нагрузка, стремящаяся разорвать его. Эта нагрузка равна площади поперечного сечения трубы умноженному на давление наддува.

В соединениях труб могут возникать различные препятствия для потока воздуха.

Угол раствора конуса большее 15" может вызвать отрыв пограничного слоя воздушного потока и увеличение сопротивления. 

Если в системе воздух под давлением 1,4 бара подается в трубопровод диаметром 50 мм, его соединения будут подвергаться нагрузке около 30 килограмм, стремящейся разъединить их. Эта нагрузка будет стягивать шланг с трубы, если на трубе отсутствуют какие либо препятствия от стягивания шланга, или нагрузка не направлена по другому пути. Во многих случаях шланг может быть закреплен на трубе настолько ужасно, что это может вызвать разъединение соединения. Легкое решение этой проблемы - соединительная тяга между трубами для передачи нагрузки минуя шланг. При этом обеспечить требуемый ресурс шланга гораздо проще.

Соединительные тяги на трубах промежуточного охладителя разгружают соединение от растягивающих нагрузок.

Несчастный шланг пытается вынести эти нагрузки при высокой температуре, в среде с насыщенной парами углеводородов. Необходимо найти материал для шланга непроницаемый для углеводородных топлив и имеющий незначительное ухудшение свойств при высоких температурах. Такие шланги обычно изготавливаются из кремний-органических материалов, как правило - из фтор-силиконовых каучуков.

Размещение промежуточного охладителя

Поиск места для размещения промежуточного охладителя часто сводится к поиску доступного пространства для достаточно большого агрегата. Для этого не требуется научных знаний. Однако, необходимо соблюсти несколько правил. Недопустимо размещение промежуточного охладителя воздух/воздух в двигательном отсеке. Размещение его за радиатором системы охлаждения также не годится.

Помните, что воздух, прошедший через радиатор системы охлаждения имеет температуру около 50°С или более, он горячей окружающего воздуха и поэтому не способен охладить что-нибудь. Действительно, турбонагнетатель при низких давлениях наддува, не может нагреть впускной воздух до температуры подкапотного воздуха, который якобы должен охладить интеркулер. Когда это происходит, промежуточный охладитель становится «промежуточным нагревателем», а не нужной частью системы турбонаддува. Когда наддув повышается и температура впускного воздуха превышает температуру подкапотного пространства, промежуточный охладитель, начнет немного охлаждать, но будет всегда страдать от серьезной потери своей эффективности. А это не то, что мы хотим получить. Так же нежелательным является излучение тепла под капотом от нагретых деталей двигателя. Термоизоляция и правильно проложенные трубы могут помочь решить эти задачи, но, совершенно очевидно, что моторный отсек неподходящее место для промежуточного охладителя.

Интеркулер должен стоять первым на пути охлаждающего воздуха.

Всегда будьте в поисках злодея называемого " промежуточный нагреватель”

Промежуточный охладитель с разделенным ядром

В ситуации, когда фронтальное пространство для интеркулера ограничено, но имеется избыточная глубина, необходимо рассмотреть интеркулер с разделенным ядром. Вообще интеркулер с разделенным ядром - простой интеркулер с более толстым ядром с перемещенной назад одной половиной. Некоторое количество свежего воздуха подводится к нему, в то время как отработанный воздух от переднего ядра проходит вокруг второго ядра. Компактный, с высоким расходом интеркулер может быть смонтирован при помощи компоновки с разделенным ядром. Эффективность может быгь достаточно высока, потому что задняя половина интеркулера делает свою часть работы.

Промежуточный охладитель воздух/жидкость

Когда пространство или сложности прокладки трубопроводов исключают использование агрегатов воздух/воздух, жидкостная система промежуточного охлаждения становится хорошей альтернативой. Большинство требований к конструкции для интеркулера воздух/воздух также применимо к жидкостному интеркулеру. Хотя имеются различия, вызванные подачей жидкости. В то же время сложная система жидкост- ного охлаждения имеет одно потрясающее преимущество - гораздо больший коэффициент теплопередачи между жидкостью и металлом в отличии от теплопередачи между воздухом и металлом.

Интеркулер на спортивном автомобиле Ferrari 126. На спортивных автомобилях всегда будут установлены интеркулеры воздух/воздух.

Эта большая разница будет играть свою роль, только если все барьеры теплопередачи будут оптимизированы, таким образом можно получить значительное увеличение эффективности промежуточного охладителя. Это путь к системе промежуточного охлаждения, которая имеет термический КПД более 100 %. В настоящее время это не имеет практического применения кроме автомобилей для дрэг рэйсинга, машин для максимальной скорости, или для морского применения. Решение этой задачи требует услуг гениального изобретателя. Без любых изобретательных решений, жидкостные системы промежуточного охлаждения перевращаются в агрегаты воздух/воздух, в которых теплоту впускного воздуха, для передачи в атмосферу, переносит жидкость, в отличие от использования для этого непосредственно воздуха. Основные проблемы при использовании жидкости в значительной степени сосредоточены вокруг расхода жидкости, ее количества в системе, и последующем ее охлаждении.

Общая схема жидкостной системы промежуточного охлаждения 

Теплообменник впускного воздуха.

Внутри жидкостного интеркулера легко можно получить большое внутреннее проходное сечение, так как наиболее подходящие для этой цели ядра часто являются воздушными агрегатами, в которые воздух подается с другой стороны.

При использовании типичного ядра воздух/воздух в качестве жидкостного теплообменника, полностью измените направление воздушного потока, чтобы получить большее проходное сечение.

Типичное ядро теплообменника воздух-воздух Охлаждающая жидкость Типичное ядро теплообменника воздух-жидкость Хотя алюминий гораздо более удобный материал для использования в любых интеркулерах, медные элементы ядра, когда условия позволяют их использовать, могут обеспечивать больший коэффициент теплопередачи. Большие проходные сечения, обычно связанные с водяными интеркулерами, позволяют увеличить толщину ядра настолько, насколько позволяет пространство.

Можно предполагать, что жидкость найдет равный доступ ко всем трубам ядра, но распределению воздуха в верхних частях ядра нужно уделить внимание. Простые каналы для воздуха могут предотвращать воздушные ямы. Лучшее решение состоит в том, что жидкость необходимо подводить в самой холодной точке и отводить ее в самой горячей точке.

Небольшие утечки воздуха в интеркулере воздух/воздух некритичны, но любая протечка жидкости в основном ядре теплообменника может быть бедствием. Таким образом интеркулер должен быть обязательно отпрессован и проверен на утечки перед использованием. Давление в 0,5 - 0,7 бара, при наполненном водой ядре, будет подходящим для этого. Не сильно удивляйтесь, когда увидите воздушные пузыри, выходящие через алюминиевые стенки.

Вариант жидкостного промежуточного охладителя, интегрированного во впускной коллектор на двигателе 3S-GTE

Насосы

Наиболее полезные насосы - 12-вольтовые морские трюмные насосы. Они могут быть соединены последовательно или параллельно, в зависимости от давления и расхода жидкости через них. Нельзя упустить тот факт, что чем больше прокачка воды, тем выше эффективность интеркулера. Рассматривайте расход воды 40 л в минуту как минимальный. Необходимо найти компромиссное решение относительно ресурса насоса с одной стороны и эффективностью интеркулера с другой, если требуются, чтобы насосы работали постоянно. Имея в виду важность характеристик, ответ должен быть - насосы должны работать непрерывно. Если насосы работают непрерывно, происходит интересная вещь - когда нет давления наддува, впускной воздух будет охлаждать воду в интеркулере.

Подключение насосов к 12-вольтовому источнику питания обеспечит полную проверку их работоспособности при включении зажигания. Насосы должны быть установлены как низшие точки системы промежуточного охлаждения, так, чтобы они всегда были заполнены водой и таким образом, исключалась возможность их работы всухую.

Теплоноситель

Вода самая лучшая охлаждающая среда. Гликоль и другие незамерзающие вещества ухудшают способность воды переносить теплоту и должны использоваться только в количествах, требуемых для предотвращения замерзания теплоносителя и коррозии элементов системы.

Используйте то же самое соотношение воды и антифриза в интеркулере, которое используется в системе охлаждения двигателя. Использование современного антифриза улучшит антикоррозионные свойства и предотвратит коррозию алюминия. Дистиллированная или деминерализованная вода обеспечит содержание системы в чистоте.

Резервуары

Размер резервуара имеет важное значение в эффективности жидкостного интеркулера. Имейте ввиду, что большинство применений наддува продолжается всего несколько секунд - скажем, 15 в среднем. Тогда разумно убедиться, что в этом промежутке времени любая данная часть воды не должна дважды попасть в интеркулер. Насос с производительностью 40 л в минуту будет перемещать 10 л за 15 секунд: таким образом, здесь подходящий размер резервуара - 10 л. Такой объем может показаться большим, но мы сделали вывод, что чем больше резервуар, тем больше время потребуется воде, чтобы повторно пройти через интеркулер. Не трудно заметить, что поскольку используется большой резервуар, уменьшается потребность в передних радиаторах. Имейте ввиду, что чем больше масса воды, тем больше тепловая инерция.

Передний радиатор

Передний радиатор - наименее важная часть системы промежуточного охлаждения, поскольку он выполняет свою работу, когда наддува нет. В начале работы под наддувом, вся система будет иметь приблизительно температуру окружающей среды. Когда давление начнет расти, нагревая жидкость в основном ядре интеркулера, нагретая жидкость должна попасть в радиатор прежде, чем возникнет перепад температур, чтобы вытеснить теплоту. Она попадет в радиатор, может быть через 7 или 8 секунд, в зависимости от размера резервуара. Этот интервал времени типичен для работы под наддувом. Теперь ясно, что передний радиатор будет выполнять большинство своей работы после работы под давлением. Так как перепад температур между водой и передним радиатором мал по сравнению с перепадом температур между нагнетаемым воздухом и водой, время, требуемое для охлаждения воды намного больше, чем время, требуемое для ее нагрева. Это еще одна причина для того, чтобы водяные насосы работали постоянно. Передний радиатор не должен быть столь большим, как это может казаться на первый взгляд, потому что при установке двух радиаторов друг за другом, через передний радиатор будет проходить гораздо больше воздуха, чем через задний. Например, при скорости около 90 километров в час сквозь охладитель площадью 0,1 квадратный метр потенциально может пройти 150 м3/мин охлаждающего воздуха. Конечно это тот случай, когда больше значит лучше, но не настолько лучше, чтобы бежать за огромным передним радиатором.

Распыление воды на промежуточный охладитель

Распыление воды на ядро интеркулера воздух/воздух, является методом повышения его термического КПД. Предварительное испытание такого механизма показало небольшое увеличение на 5 -10 %. Конструкцию и использование любой системы охлаждения, основанной на расходе жидкости, лучшие рассматривать только для специальных мероприятий.

Впрыск воды

Распылитель воды - не очень интересное устройство. Оно не имеет места в хорошо спроектированной системе турбонаддува. В двух обстоятельствах это устройство жизнеспособно: турбонагнетатель домашнего изготовления с протяжкой воздуха через карбюратор, или нагнетатель Рутса, установленный между огромным двигателем и двумя еще более огромными карбюраторами. Увеличение запаса прочности двигателя с турбонагнетателем при помощи, по существу, ненадежного устройства - это идея, чье время давно прошло. Пусть покоится с миром.

В этой карбюраторной системе турбонаддува, смонтированной на двигателе Pontiac V8, установлен впрыск воды.

Вода подается по белой трубке к форсунке и распыляется на входе в карбюратор. Это вынужденная мера, так как в системе отсутствует интеркулер.

Впрыск воды на автомобиле с турбонагнетателем - неоправданная «скорая помощь» для неправильно выполненой на первых этапах работы.

Одноразовый промежуточный охладитель

Специализированные события, такие как дрэг-рейсинг или разгон на максимальную скорость, представляют особый интерес для использования одноразового суперэффективного промежуточного охладителя. В то время как он является непрактичным для повседневного использования, промежуточный охладитель, хорошо работающий с эффективностью более 100 %, легко может быть создан и использован при короткой продолжительности работы с высоким давлением наддува. Принцип действия промежуточного охладителя с эффективностью более 100 % состоит в том, чтобы обеспечить охлаждающую среду для ядра теплообменника, которая имеет температуру или ниже температуры окружающей среды или может поглощать огромные количества теплоты в процессе испарения при контакте с ядром. Примером такой охлаждающей среды является омываемый водой теплообменник, наполненный льдом, или теплообменник с распылением жидкого азота. Независимо от используемой охлаждающей среды, она должна постоянно двигаться, чтобы избежать формирования пограничного слоя. Стационарный пограничный слой удерживает тепло и сильно снижает теплообмен между ядром и средой охлаждения. Не поддавайтесь восторженным мыслям о том, насколько хорош промежуточный охладитель с эффективностью более 100 % и не упустите не менее важную сторону конструкции интеркулера - потери давления в ядре.

Итоги главы

Что такое промежуточный охладитель, и почему on настолько важен?

Промежуточный охладитель это теплообменник (радиатор), помещенный на выходе компрессора турбонагнетателя. Его цель - понизить температуру сжатого воздуха, выходящего из турбонагнетателя, увеличить плотность воздуха и следовательно - обеспечить более высокое давление наддува.

Понижение температуры воздуха имеет два основных плюса: оно увеличивает мощность, и предотвращает детонацию на значительно более высоких давлениях наддува. Охлаждение нагнетаемого воздуха делает его более плотным - т.е., большее количество молекул в кубическом сантиметре. Увеличение плотности составляет около 10 - 15 %, в зависимости от уровня наддува и эффективности охладителя. Мощность увеличивается пропорционально плотности. Это, конечно, полезное увеличение мощности, но это не все, что мы имеем. Увеличение зоны, безопасной от детонации, настолько велико, из-за понижения температуры, что часть этой увеличенной зоны может использоваться, чтобы повысить уровень наддува. При использовании хорошего промежуточного охладителя граница детонации может быть отодвинута на 0,25 - 0,3 бара наддува (конечно при обеспечении правильного соотношения воздух/топливо). Давление наддува может и должно тогда быть поднято на 0,2 - 0,25 бара. Улучшение характеристик в результате этих дополнительных 0,2 - 0,25 интеркуллерных бара приблизительно то же самое как характеристика, обеспечиваемая первыми 0,35 - 0,4 бара наддува.

Однако, здесь могут быть ловушки. Во-первых, теперь модно предлагать интеркуллер как замену правильному соотношению воздух/топливо. Он не может заменить его. Правильное соотношение воздух/топливо обязательно. Если вы выбираете одно или другое, Вы должны выбрать правильное соотношение воздух/топливо. И то и другое - гораздо лучше.

Во-вторых, слишком большие потери давления в промежуточном охладителе могут увеличить давление в выпускном коллекторе на- столько, что фактически могут свести на нет все увеличение мощности, обеспечиваемое промежуточным охладителем. Промежуточный охладитель с нулевым сопротивлением идеален, подберитесь к нему так близко, насколько это возможно. Знайте то, что Вы покупаете. Узнайте падение давления при расходе воздуха в 1,5 раза больше, чем у вашего двигателя. Оно должно быть менее 0,15 бара. Немногие будут удовлетворять этому требованию, включая и штатные интеркулеры.

Какого типа бывают промежуточные охладители ?

Имеются два основных типа промежуточных охладителей: "воздух/ воздух" и "воздух/жидкость". Каждый из них имеет преимущества, и каждый имеет свои недостатки. Интеркулер "воздух/воздух" является самым простым. Он не имеет никаких подвижных частей и столь же прост как кирпич.

Его способность охлаждать нагнетаемый воздух вполне удовлетворительна, но потери давления могут быть высоки, особенно с, обычно используемыми, небольшими ядрами. Данная потеря давления в промежуточном охладителе обнаружится как увеличение вдвое противодавления в выхлопном коллекторе - извечного врага турбокомпрессора. В целом, хороший узел выбирается для адекватного отвода тепла и минимальной потери давления.

Система VMaunt, с расположением интеркулера под углом

Агрегаты "воздух/жидкость" немного сложнее, но прекрасно выполняют свою работу. Такая система состоит из двух радиаторов, один между турбонагнетателем и двигателем и меньший перед стандартным радиатором системы охлаждения. Жидкость прокачивается электрическим насосом.

Решения, на основе которых выбирается тот или иной вариант должны быть основаны на двигателе, доступном пространстве, датчиках расхода воздуха системы впрыска топлива и разнообразных других факторах. Пример каждого выбора: очевидный выбор для 6-цилиндро-вого BMW - жидкостный интеркулер, так как отсутствует пространство для соответствующего ядра воздух/воздух. Дальнейшая сложность в установке интеркулера воздух/воздух в BMW - полное отсутствие высокоскоростного потока воздуха в единственном месте, где можно уста- новить только небольшое ядро. С другой стороны, Форд Mustang GT предлагает во всех отношениях идеальное место для интеркулера воздух/ воздух. Существует пространство для достаточно большого интеркулера воздух/воздух (целых три ядра), и к нему легко можно подать огромное количество охлаждающего воздуха.

Что такое впрыск воды, и когда он необходим ?

Впрыск воды - распыление потока Н2О в систему впуска. Теплота, поглощенная при парообразовании воды дает сильный эффект охлаждения для горячего сжатого воздуха, выходящего из турбонагнетателя. Понижение температуры воздуха на впуске снижает тенденцию к детонации. Не будьте слишком поспешны, чтобы создать защиту от детонации, основанную на таком устройстве. Впрыск воды лучше использовать, когда желателен уровень наддува более 0,4 бара, но в системе отсутствует промежуточный охладитель. Не допускайте использования впрыска воды как оправдания за несоответствующее соотношение воздух/топливо. Рассмотрев все вышесказанное, Вы должны быть далеки от идеи использовать впрыск воды.

 

ROMEZHUTOCHNOE OKHLAZHDENIE

Корки Белл - Maximum Boost Турбонаддув(Промежуточное охлаждение) Глава 5

 

Общая схема системы турбонаддува с промежуточным охлаждением.

Промежуточный охладитель это радиатор или, используя более правильную терминологию, теплообменник, расположенный между турбонагнетателем и впускным коллектором. Основная его задача состоит в том, чтобы забрать ненужную теплоту из нагнетаемого воздуха, которую туда добавил турбонагнетатель в процессе сжатия. Очевидно, что качество промежуточного охладителя должно оцениваться его способностью по переносу этой теплоты. К сожалению, это только верхушка айсберга, поскольку простое по сути добавление промежуточного охладителя создает множество разнообразных проблем. Извлечение большей пользы от установки промежуточного охладителя при уменьшении проблем, которые он может принести - техническая задача, которая должна быть решена прежде, чем можно будет создавать систему турбонаддува с промежуточным охлаждением воздуха.

Будет ошибкой думать, что "любой интеркулер лучше, чем отсутствие интеркулера ".

Отвод теплоты от нагнетаемого воздуха имеет два огромных достоинства. Во-первых, понижение температуры увеличивает плотность воздуха. Увеличение плотности пропорционально изменению температуры (измеренное по абсолютной шкале). Более плотный воздушный заряд производит больше энергии. Вторым, но не менее важным эффектом является потрясающий выигрыш в процессе сгорания, вызванный уменьшением вероятности возникновения детонации вследствие пониженных температур воздушного заряда. Эти два достоинства являются причиной того, что правильно выбранный промежуточный охладитель может увеличить мощность и/или запас прочности двигателя с турбонагнетателем. Чтобы уточнить, какие испытания проводятся при оценке системы промежуточного охлаждения, обратитесь, пожалуйста, к главе "Испытания системы".

Фронтальный интеркулер

Оптимальная конструкция интеркулера

Факторов, определяющих оптимальность конструкции при создании промежуточного охладителя много, и они различны по своей природе. Эти факторы определяют направления приложения инженерной мысли для постройки промежуточного охладителя, который максимизирует отвод тепла и минимизирует потери давления наддува и любые негативные проявления инерционности.

Жидкостное охлаждение на Toyota Celica

Площадь теплопередачи.

Площадь теплопередачи - сумма площадей всех пластин и оболочек в ядре теплообменника, которые отвечают за передачу теплоты из системы. Легко заметить, что чем больше площадь теплопередачи, тем более эффективен промежуточный охладитель. Не ждите, однако, что вдвое большая площадь удваивает эффективность. Увеличение ядра на 10% даст вам уменьшение приблизительно на 10% «неполноты эффективности». То есть, увеличение на каждые 10% станет все менее и менее весомым. Например, если существующее ядро промежуточного охладителя имеет эффективность 70%, увеличение ядра на 10% должно дать  приблизительно 10% от отсутствующих 30%, другими словами, эффективность увеличенного ядра составит 73%.

 Два наиболее популярных варианта ядра промежуточного охладителя - "пластинчатый" (сверху) и «трубчатый» (снизу). Пластинчатый промежуточный охладителъ обеспечивает меньшее сопротивления потоку, в то время как трубчатыйнромежуточный охладитель имеет тенденцию быть более эффективным с точки зрения теплообмена. " Трубы " обычно делаются 1/4 11 толщиной и 1 1/2-3 " шириной.

Внутреннее проходное сечение.

Конструкция с прямым потоком воздуха через ядро плоха с точки зрения эффективности. Чем более извилист путь воздуха сквозь ядро, тем более вероятно, что он отдаст свою теплоту, а это и есть наша главная задача. Обратной стороной медали является то, что плохая обтекаемость внутри ядра может создавать большие потери давления наддува. Для компенсации плохой обтекаемости внутреннее проходное сечение должно быть сделано достаточно большим, чтобы замедлить скорость движения воздуха внутри ядра промежуточного охладителя и свести потери давления к приемлемому уровню.

Сейчас практически все after-market производители предлагают комплекты для установки интеркулеров. Комплект интеркулера воздух-воздух от Greddy.

Наиболее важный аспект конструкции промежуточного охладителя - низкие внутренние потери давления.

Внутренний объем.

Сначала весь внутренний объем системы промежуточного охлаждения должен наполниться воздухом под давлением, и лишь тогда какое-то давление будет создано во впускном коллекторе. Хотя этот объем вносит не самый существенный вклад в задержку (лаг), однако и этот аспект конструкции неплохо бы оптимизировать в процессе создания хорошей системы промежуточного охлаждения. Весьма полезно в процессе конструирования представлять себе объем системы и постоянно пытаться убрать излишек. Чтобы количественно представить взаимосвязь между объемом и задержкой, предлагается разделить внутренний объем на расход воздуха через систему на определенных оборотах двигателя и умножить результат на 2. (Коэффициент 2 - результат приблизительного удвоения расхода воздуха через систему при переходе от простой езды к работе двигателя с наддувом). Приблизительное время задержки в этом случае равно

Пример: Пусть объем системы впуска 8,2 литра. Расход воздуха - 8,415 м3/мин на режиме приблизительно 5000 оборотов в минуту. Тогда

Совершенно точно можно сказать, что приемистость будет плохой, если двигатель оборудован датчиком расхода воздуха, размещенным слишком далеко от корпуса дроссельной заслонки. Открытие дроссельной заслонки формирует импульс низкого давления, перемещающийся к датчику расхода воздуха. Как правило, этот импульс должен пройти расстояние от корпуса дроссельной заслонки до промежуточного охладителя, сквозь промежуточный охладитель, назад к турбонагнетателю, потом на расходомер, чтобы тот зарегистрировал изменение. Только когда расходомер получит этот импульс, отношение воздух/топливо может измениться топливным контроллером с учетом новых условий нагрузки на двигатель. Надо заметить, что в этой схеме возможны усложнения, связанные с наличием датчика положения дроссельной заслонки, которым может быть оборудован двигатель. И всё-таки, как правило, чем дальше дроссельная заслонка отдатчика расхода воздуха, тем хуже приемистость. Таким образом, длине этой траектории необходимо также уделить некоторое внимание на этапе проектирования.

Серьезный подход к промежуточному охлаждению.

Когда двигатель оборудован системой впрыска, оснащённой датчиком давления во впускном коллекторе, и при этом не используется датчик расхода воздуха, либо же речь идёт о двигателе с карбюратором, установленным после турбонагнетателя, длина впускного тракта может быть достаточно длинной без отрицательных последствий, поскольку приемистость при этом не пострадает.

Таким образом, основная задача при проектировании системы промежуточного охлаждения состоит в том, чтобы максимизировать способность системы по отводу теплоты от сжатого воздуха и при этом снизить такие неблагоприятные воздействия, как потеря давления наддува, потеря приемистости или любая задержка при повышении давления наддува.

Расчёт параметров промежуточного охладителя

Изменение плотности впускного воздуха может быть вычислено относительно изменения температуры, вызванного промежуточным охладителем. Например, предположите, что турбонагнетатель имеет компрессор, повышающий температуру на 90°С выше температуры атмосферного воздуха, то есть до 383° абсолютной температуры при нормальной температуре 20°С (нуль градусов Цельсия соответствует 273° по абсолютной шкале температуры; прибавьте 20°С, получим 293°, 90° С выше этой температуры - 383° абсолютной температуры). Если мы используем в системе промежуточный охладитель с эффективностью 60 %, мы понизили бы температуру воздуха на 0,6 х 90"С = 54()С, уменьшив повышение температуры до 36°С в отличие от первоначальных 90°С или абсолютную температуру 293° + 36° = 329°. Изменение плотности в этом случае может быть вычислено из отношения первоначальной абсолютной температуры к конечной абсолютной температуре:

Вычисление эффективности промежуточного охладителя.

Поэтому, этот промежуточный охладитель даст увеличение плотности воздушного заряда приблизительно 16 %. Это означает, что на 16 % большее количество воздушных молекул окажется в камере сгорания, нежели при отсутствии интеркулера. При неизменных прочих условиях можно было бы ожидать пропорциональное увеличение мощности. Этого, к сожалению, не происходит вследствие потерь давления, вызванных аэродинамическим сопротивлением внутри промежуточного охладителя. Соответствующее уменьшение мощности, вызванное потерей давления, может быть оценено посредством вычисления отношения абсолютного давления с использованием промежуточного охладителя к давлению без промежуточного охладителя и вычитанием результата из 100%.

Пример: Если из 0,68 бар, созданного компрессором давления, 0,14 потеряны из-за сопротивления промежуточного охладителя:

Этот расчёт показывает, что потери при прохождении воздушного потока сквозь промежуточный охладитель составляют 8 %. Мысль о том, что потерянное давление наддува может легко быть восстановлено путем регулирования вестгейта, является не совсем правильной, несмотря на всю свою притягательность. Конечно, если давление наддува будет увеличено, мощность увеличится, но последствием этого будет то, что давление на входе в турбину увеличится, поскольку Вы попытаетесь заставить турбину работать при большей нагрузке. Большее давление на входе в турбину создает большее обратное давление, которое увеличивает количество теплоты в камере сгорания, которая понижает плотность воздуха на впуске и так далее, и так далее. Таким образом, можно видеть, что идея восстановления потерянной, из-за наличия интеркулера, мощности, путем повышения давления наддува - это, в некотором роде, попытка ухватить собственный хвост. Слишком бесполезной затеей будет попытка разработать и изготовить мифический промежуточный охладитель с нулевыми потерями.

Промежуточные охладители воздух /воздух, установленный на GTR35.

Вычисление КПД промежуточного охладителя.

Идея состоит в том, чтобы сравнить увеличение температуры воздуха, вызванного турбонагнетателем, с понижением температуры при прохождении воздуха через промежуточный охладитель. Увеличение температуры после компрессора - это разность температуры воздуха на выходе из компрессора (Тсо) и температуры окружающей среды (Тa).

Увеличение температуры = Тсо- Тa;

Количество тепла, отведенного промежуточным охладителем характеризуется разностью температуры воздуха, выходящего из компрессора (Тсо) и температуры воздуха, выходящего из промежуточного охладителя (Т).

Уменьшение температуры = Тсо- Т;

Эффективность промежуточного охладителя (Еj) определяется как отношение понижения температуры к увеличению температуры:

Пример: Пусть Т= 20° С, Тсо= 120° С, иТ= 400 С. Тогда:

 

Выбор типа промежуточного охладителя

В настоящее время имеются два типа промежуточных охладителей, подходящих для использования: воздух/ воздух и воздух/жидкость. Каждый имеет свои особенности. Решение, о том, какой из них является наиболее подходящим для конкретного приложения, должно основываться на достоинствах и недостатках каждого из типов применительно к конфигурации транспортного средства.

Агрегат воздух/воздух будет проще, имеет большую тепловую эффективность на высоких скоростях, большую надежность, более простое обслуживание, и, наконец, низкую стоимость. Агрегат воздух/жидкость будет иметь лучший термический к.п.д. на низких скоростях, обеспечивает лучшую приемистость в случаях, когда система впрыска оборудована измерителем массового расхода, меньшую потерю давления и снижает вероятность работы компрессора на неустойчивых режимах. Габаритные ограничения или сложности прокладки воздуховодов могут диктовать невозможность использования агрегатов воздух/воздух. В подобных случаях выбор осуществляется сам собой.

Ядро промежуточного охладителя трубчатого и "plate & bar" вида обеспечивает хороший теплообмен за счет развитых турбулизаторов, но меньшую внутреннюю площадь проходного сечения.

Промежуточный охладитель воздух/воздух

При конфигурировании промежуточного охладителя воздух/воздух необходимо в равной степени уделять адекватное внимание самым разнообразным факторам. Хорошо сбалансированная и оптимизированная конструкция может получиться только вследствие кропотливой работы над деталями, пока все нюансы конструкции не будут соответствовать техническим требованиям, перечисленным в следующих параграфах.

Внутреннее проходное сечение.

В первую очередь потери давления при прохождении воздуха сквозь промежуточный охладитель зависят от внутреннего проходного сечения ядра теплообменника. Не существует никакой волшебной формулы для вычисления правильного проходного сечения при заданном расходе воздуха, но опыт показал, что следование рекомендациям, отражённым на рисунке, приносит удовлетворительные результаты. Если бы не завихрители, которые будто палка о двух концах, мы могли обойтись намного меньшими проходными сечениями, но тогда теплопередача была бы значительно меньшей. Задача завихрителей состоит в том, чтобы внутри ядра не существовало никакого ламинарного течения. Если эта задача выполнена, каждая молекула впускного воздуха получит шанс достигнуть стенки ядра и передать ей часть своей энергии в виде теплоты. При частом расположении завихрителей теплообмен лучше, но и потери давления выше. Если имеется пространство для размещения большого ядра, вполне можно выбрать ядро с частыми завихрителями и найти компромисс между высоким сопротивлением завихрителей и большим внутренним проходным сечением. В противном случае: там, где пространство строго ограничено, должно быть выбрано ядро с низкой плотностью завихрителей.

Компоненты ядра промежуточного охладителя. Воздух из турбонагнетателя подается в каналы для нагнетаемого воздуха. Сторона окружающего воздуха размещается так, чтобы набегающий воздух охлаждал ядро. Крайние пластины, паянные к внешней поверхности, обеспечивают зазор и жесткость. Завихрители способствуют передаче тепла от труб к разделительным пластинам и оттуда к окружающему воздуху сквозь каналы охлаждающего воздуха.

Измерение проходного сечен и я ядра.

Выбор размера ядра.

Как только внутреннее проходное сечение будет рассчитано, могут быть определены габаритные размеры ядра и его форма. У большинства ядер воздух может пройти через примерно 45% площади стороны для нагнетаемого воздуха. Чтобы найти заданную площадь стороны для нагнетаемого воздуха, разделите внутреннее проходное сечение на это число 45 %. Ядра обычно имеют толщину 50 и 75 мм, длину (высоту) каналов 150, 200, 250, и 300 мм, и ширину 225, 450, и 600 мм (которая может быть уменьшена до конкретного точного размера). Существуют ядра с более длинными каналами, но они имеют свойство ухудшать внутреннее проходное сечениею.

Пусть расход воздуха составляет 14 м3 Рисунок  показывает, что типичный промежуточный охладитель требовал бы внутреннего проходного сечения приблизительно 170 см2.

Поэтому, для ядра толщиной 75 мм. - Ширина =170 см2/7,5см = 22,7см

              для ядра толщиной 50мм. - Ширина =170 см2/5см = 34см

Если имеется пространство для ядра толщиной 50 мм, эффективность окажется немного больше, поскольку увеличится ширина и, следовательно, возрастёт лобовая площадь. Хотя более тонкое ядро является лучшим выбором, тем не менее, толстое ядро также полностью работоспособно. Длина воздушных каналов каналов (высота), умноженная на ширину ядра - фактическая лобовая площадь.

Оценка требуемого внутреннего проходного сечения ядра.

Фронтальная площадь

Фронтальная площадь интеркулера влияет на количество окружающего воздуха, проходящего через ядро и охлаждающего надувочный воздух. Чем больше количество окружающего воздуха проходит через ядро, тем выше охлаждающие возможности интеркулера. Расход воздуха определяется как произведение скорости движения и фронтальной площади ядра.

Расход воздуха = V*S Пример: Пусть V = 90 километров в час и S =355 см2 ЛГ = 53 мин

Таким образом, видно, что из двух ядер с фактически равным внутренним проходным сечением, ядро с большей лобовой площадью будет лучше.

Оценка количества охлаждающего воздуха, проходящего через п ромежуточный охладитель

Коэффициент лобового сопротивления интеркулера

Коэффициент лобового сопротивления определяет легкость, с которой окружающий воздух проходит через ядро. Конечно, чем легче воздуху проходить сквозь ядро, тем больше будет расход окружающего воздуха и, следовательно, выше охлаждающий эффект. Например, если трубы, по которым проходит впускной воздух, в ядре имеют скругленные края, расход поступающего окружающего воздуха, вероятно, будет несколько большим. В большинстве выпускаемых интеркуллеров, коэффициент лобового сопротивления для окружающего воздуха - упущенная деталь конструкции.

Поток окружающего воздуха сквозь ядро пропорционален коэффицценту лобового сопротивления ядра.

Экструдированное ядро с закругленными краями обеспечит прохождение большего колличества охлаждающего воздуха.

 

Воздухозаборники

Форма воздухозаборников также определяет количество проходящего через интеркулер воздуха. Они заставляют молекулы воздуха проходить сквозь ядро. Не недооценивайте способность воздухозаборников улучшить эффективность промежуточного охладителя. Можно предложить, что при хорошем подходе можно достичь увеличения эффективности на 20 %. При изготовлении воздухозаборников стоит приложить дополнительные усилия, чтобы быть уверенным, что молекулы воздуха не имеют никакого другого пути, кроме как через ядро интеркулера. То есть герметизируйте все ребра, углы, и соединения.

Минимальная площадь входного канала не должна быть меньше одной четверти площади ядра.

Правильная система подвода воздуха направит большее количество охлаждающего воздуха сквозь промежуточный охладитель

 Нет необходимости в том, чтобы входной канал был столь же большим как лобовая площадь ядра интеркулера. Практическое правило состоит в том, чтобы входной канал был по крайней мере размером в четвертую часть площади ядра. Это довольно странное правило вызвано тем фактом, что меньше чем четверть количества воздуха прошла бы через ядро без влияния трубок интеркуллера.

Толщина Ядра

Выбор толщины ядра промежуточного охладителя немного похож на жонглирование. Это вызвано тем фактом, что вторая половина любого ядра делает только четвертую часть работы по охлаждению. Добавление толщины ядра действительно улучшит эффективность, но увеличение будет все меньше и меньше. Другой отрицательный эффект, играющий роль, при увеличении толщины: увеличивающийся коэффициент лобового сопротивления интеркулера. Разумный способ установки ядра, когда лобовая площадь недостаточна и имеется избыточная глубина - интеркулер с разделенным ядром, обсуждаемый позже.

При выборе промежуточного охладителя, расценивайте интеркулер с толстым ядром как необдуманное решение.

 

Увеличение толщины ядра не увеличивает пропорционально возможности теплопередачи. Каждое следующее увеличение толщины ядра получит более горячий охлаждающий воздух.

Направление потока в ядре интеркулера

Когда имеется достаточно пространства для размещения большого интеркулера необходимо определить ориентацию ядра интеркулера. Если какие-либо причины не диктуют особенных требований, ядро всегда должно быть ориентировано для обеспечения самого большого возможного внутреннего проходного сечения. Направление потока не так важно. Например, интеркулеры на рисунке ниже занимают одинаковое пространство, но агрегат с вертикальным потоком имеет большую внутреннюю площадь и, следовательно, дает создает меньшее сопротивление потоку воздуха.

 

Верхнее и нижнее ядра имеют одинаковую особую площадь, площадь теплопередачи, и эффективность, но нижнее ядро, имеет намного большое внутреннее проходное сечение, из-за большего числу каналов для воздуха и, поэтому, более низкие потери давления.

Конструкция концевых резурвуаров промежуточного охладителя

Несколько деталей в проекте концевых резервуаров, присоединяемым к ядру интеркулера, могут улучшить термический к.п.д. и уменьшить потери давления. Это конечно не лучшая идея думать, что все молекулы воздуха легко и просто найдут свой путь «в» и «из» промежуточного охладителя. Думайте о них как о пасущихся овцах. Дайте им направление и сделайте перемещение легким для них.

Правильное внутреннее экранирование может обеспечишь рвномерное распределение воздушного потока внутри ядра и, таким образом, больший отвод тепла. Добавьте перегородку, направляющую одну половин впускного воздуха в одну половину ядра, а оставшуюся часть во вторую половину ядра.

Конструкция входного резервуара

Совершенно ясно, что термический КПД увеличится, если мы можем получить равномерное распределение воздушного потока сквозь трубы ядра. Необходимые усилия для выполнения этого могут быть сделаны путем установки соответствующих перегородок во входном резервуаре.

Положению входа во входной резервуар необходимо уделить внимание в нескольких областях. Всегда помните о требованиях равномерного распределения воздуха и легком входе потока в резервуар.

Конструкция выходного резервуара

После того, как работа по распределению сделана во входном резервуаре, теперь необходимо в выходном резервуаре собраться все молекулы и направить их в двигатель. При этом нужно уделить внимание, как спрямлению потока, так и к сведению потерь давления к минимуму. Заострите внимание на направлении выхода, и не заставляйте поток внезапно менять направление.

Удачные и не очень варианты выходного резервуара интеркулера.

Размеры и форма труб

Вероятно есть магическая скорость, которую не должна превышать скорость воздушного потока в трубе, из-за быстро увеличивающегося сопротивления и последующей потери давления. Значение этой критической скорости около 0,4 М или приблизительно 140 м/с, поскольку после достижения этой скорости сопротивление, а за ним и потери давления, значительно увеличиваются. Можно легко выбрать нужный диаметр трубы, вычислив максимальный расход воздуха и разделив его на площадь сечения трубы. Приближенное значение максимального расхода воздуха можно узнать, умножив желаемую мощность в л.с. на 0,05.

Пример: Допустим максимальный расход воздуха равен приблизительно 8,415 м'/мин, и диаметр воздуховода = 50 мм. Тогда 

Скорость звука - приблизительно 340 м/с. Поэтому

Таким образом, трубы диаметром 50 мм будет достаточно для подачи 8,5 м3/мин без значительного возрастания сопротивления. Не поддайтесь искушению, чтобы использовать трубы большего диаметра, чем необходимо, так как в гладких трубах с плавными изгибами обеспечивается небольшое сопротивление. Большие трубы только увеличат объем системы промежуточного охлаждения, и поэтому не стоит делать этого.

Толстая труба не обязателъно лучше, чем тонкая труба.

Изгибы и изменения сечения

Любой изгиб трубы или внезапное изменение поперечного сечения должны рассматриваться как потенциальные места потери расхода или источники увеличенного сопротивления. Необходимо заметить, что каждый раз при повороте потока воздуха на 90° происходит потеря 1 % расхода. Три 30” изгиба составят в целом 90°. Всегда используйте самый большой возможный радиус для любого изменения направления.

Конечно изгиб 90° с малым радиусом будет давать большие потери, чем изгиб с большим радиусом. Изменение от одного размера трубы к другому, часто необходимо для подсоединения к корпусу дроссельной заслонки, выходу из турбонагнетателя, входу и выходу из промежуточного охладителя. Эти изменения сечения нарушают плавность потока и создают потери. Плавные изменения сечения лучше всего могут быть выполнены в виде конических сегментов. Нужно следовать практическому правилу для определения угла конуса - одно изменение диаметра на длине в четыре диаметра.

Шланги и соединения

Все шланги и соединения являются местами потенциальных неисправностей. В начале проектирования системы турбонаддува рассматривайте все шланги и соединения как слабые места системы впуска. Неисправность соединения шлангов конечно означает потерю давления наддува. Однако, в случае если система управления двигателем использует датчик массового расхода воздуха, двигатель не будет работать должным образом. Когда шланг поврежден, воздух может поступать двигатель минуя расходомер, и поэтому датчик массового расхода воздуха будет вырабатывать сигнал, не соответствующий реальному расходу воздуха. Без правильного сигнала, двигатель будет работать плохо или вообще не будет работать. Проблема с соединениями шлангов и трубопроводов состоит в том, что к каждому соединению приложена нагрузка, стремящаяся разорвать его. Эта нагрузка равна площади поперечного сечения трубы умноженному на давление наддува.

В соединениях труб могут возникать различные препятствия для потока воздуха.

Угол раствора конуса большее 15" может вызвать отрыв пограничного слоя воздушного потока и увеличение сопротивления. 

Если в системе воздух под давлением 1,4 бара подается в трубопровод диаметром 50 мм, его соединения будут подвергаться нагрузке около 30 килограмм, стремящейся разъединить их. Эта нагрузка будет стягивать шланг с трубы, если на трубе отсутствуют какие либо препятствия от стягивания шланга, или нагрузка не направлена по другому пути. Во многих случаях шланг может быть закреплен на трубе настолько ужасно, что это может вызвать разъединение соединения. Легкое решение этой проблемы - соединительная тяга между трубами для передачи нагрузки минуя шланг. При этом обеспечить требуемый ресурс шланга гораздо проще.

Соединительные тяги на трубах промежуточного охладителя разгружают соединение от растягивающих нагрузок.

Несчастный шланг пытается вынести эти нагрузки при высокой температуре, в среде с насыщенной парами углеводородов. Необходимо найти материал для шланга непроницаемый для углеводородных топлив и имеющий незначительное ухудшение свойств при высоких температурах. Такие шланги обычно изготавливаются из кремний-органических материалов, как правило - из фтор-силиконовых каучуков.

Размещение промежуточного охладителя

Поиск места для размещения промежуточного охладителя часто сводится к поиску доступного пространства для достаточно большого агрегата. Для этого не требуется научных знаний. Однако, необходимо соблюсти несколько правил. Недопустимо размещение промежуточного охладителя воздух/воздух в двигательном отсеке. Размещение его за радиатором системы охлаждения также не годится.

Помните, что воздух, прошедший через радиатор системы охлаждения имеет температуру около 50°С или более, он горячей окружающего воздуха и поэтому не способен охладить что-нибудь. Действительно, турбонагнетатель при низких давлениях наддува, не может нагреть впускной воздух до температуры подкапотного воздуха, который якобы должен охладить интеркулер. Когда это происходит, промежуточный охладитель становится «промежуточным нагревателем», а не нужной частью системы турбонаддува. Когда наддув повышается и температура впускного воздуха превышает температуру подкапотного пространства, промежуточный охладитель, начнет немного охлаждать, но будет всегда страдать от серьезной потери своей эффективности. А это не то, что мы хотим получить. Так же нежелательным является излучение тепла под капотом от нагретых деталей двигателя. Термоизоляция и правильно проложенные трубы могут помочь решить эти задачи, но, совершенно очевидно, что моторный отсек неподходящее место для промежуточного охладителя.

Интеркулер должен стоять первым на пути охлаждающего воздуха.

Всегда будьте в поисках злодея называемого " промежуточный нагреватель”

Промежуточный охладитель с разделенным ядром

В ситуации, когда фронтальное пространство для интеркулера ограничено, но имеется избыточная глубина, необходимо рассмотреть интеркулер с разделенным ядром. Вообще интеркулер с разделенным ядром - простой интеркулер с более толстым ядром с перемещенной назад одной половиной. Некоторое количество свежего воздуха подводится к нему, в то время как отработанный воздух от переднего ядра проходит вокруг второго ядра. Компактный, с высоким расходом интеркулер может быть смонтирован при помощи компоновки с разделенным ядром. Эффективность может быгь достаточно высока, потому что задняя половина интеркулера делает свою часть работы.

Промежуточный охладитель воздух/жидкость

Когда пространство или сложности прокладки трубопроводов исключают использование агрегатов воздух/воздух, жидкостная система промежуточного охлаждения становится хорошей альтернативой. Большинство требований к конструкции для интеркулера воздух/воздух также применимо к жидкостному интеркулеру. Хотя имеются различия, вызванные подачей жидкости. В то же время сложная система жидкост- ного охлаждения имеет одно потрясающее преимущество - гораздо больший коэффициент теплопередачи между жидкостью и металлом в отличии от теплопередачи между воздухом и металлом.

Интеркулер на спортивном автомобиле Ferrari 126. На спортивных автомобилях всегда будут установлены интеркулеры воздух/воздух.

Эта большая разница будет играть свою роль, только если все барьеры теплопередачи будут оптимизированы, таким образом можно получить значительное увеличение эффективности промежуточного охладителя. Это путь к системе промежуточного охлаждения, которая имеет термический КПД более 100 %. В настоящее время это не имеет практического применения кроме автомобилей для дрэг рэйсинга, машин для максимальной скорости, или для морского применения. Решение этой задачи требует услуг гениального изобретателя. Без любых изобретательных решений, жидкостные системы промежуточного охлаждения перевращаются в агрегаты воздух/воздух, в которых теплоту впускного воздуха, для передачи в атмосферу, переносит жидкость, в отличие от использования для этого непосредственно воздуха. Основные проблемы при использовании жидкости в значительной степени сосредоточены вокруг расхода жидкости, ее количества в системе, и последующем ее охлаждении.

Общая схема жидкостной системы промежуточного охлаждения 

Теплообменник впускного воздуха.

Внутри жидкостного интеркулера легко можно получить большое внутреннее проходное сечение, так как наиболее подходящие для этой цели ядра часто являются воздушными агрегатами, в которые воздух подается с другой стороны.

При использовании типичного ядра воздух/воздух в качестве жидкостного теплообменника, полностью измените направление воздушного потока, чтобы получить большее проходное сечение.

Типичное ядро теплообменника воздух-воздух Охлаждающая жидкость Типичное ядро теплообменника воздух-жидкость Хотя алюминий гораздо более удобный материал для использования в любых интеркулерах, медные элементы ядра, когда условия позволяют их использовать, могут обеспечивать больший коэффициент теплопередачи. Большие проходные сечения, обычно связанные с водяными интеркулерами, позволяют увеличить толщину ядра настолько, насколько позволяет пространство.

Можно предполагать, что жидкость найдет равный доступ ко всем трубам ядра, но распределению воздуха в верхних частях ядра нужно уделить внимание. Простые каналы для воздуха могут предотвращать воздушные ямы. Лучшее решение состоит в том, что жидкость необходимо подводить в самой холодной точке и отводить ее в самой горячей точке.

Небольшие утечки воздуха в интеркулере воздух/воздух некритичны, но любая протечка жидкости в основном ядре теплообменника может быть бедствием. Таким образом интеркулер должен быть обязательно отпрессован и проверен на утечки перед использованием. Давление в 0,5 - 0,7 бара, при наполненном водой ядре, будет подходящим для этого. Не сильно удивляйтесь, когда увидите воздушные пузыри, выходящие через алюминиевые стенки.

Вариант жидкостного промежуточного охладителя, интегрированного во впускной коллектор на двигателе 3S-GTE

Насосы

Наиболее полезные насосы - 12-вольтовые морские трюмные насосы. Они могут быть соединены последовательно или параллельно, в зависимости от давления и расхода жидкости через них. Нельзя упустить тот факт, что чем больше прокачка воды, тем выше эффективность интеркулера. Рассматривайте расход воды 40 л в минуту как минимальный. Необходимо найти компромиссное решение относительно ресурса насоса с одной стороны и эффективностью интеркулера с другой, если требуются, чтобы насосы работали постоянно. Имея в виду важность характеристик, ответ должен быть - насосы должны работать непрерывно. Если насосы работают непрерывно, происходит интересная вещь - когда нет давления наддува, впускной воздух будет охлаждать воду в интеркулере.

Подключение насосов к 12-вольтовому источнику питания обеспечит полную проверку их работоспособности при включении зажигания. Насосы должны быть установлены как низшие точки системы промежуточного охлаждения, так, чтобы они всегда были заполнены водой и таким образом, исключалась возможность их работы всухую.

Теплоноситель

Вода самая лучшая охлаждающая среда. Гликоль и другие незамерзающие вещества ухудшают способность воды переносить теплоту и должны использоваться только в количествах, требуемых для предотвращения замерзания теплоносителя и коррозии элементов системы.

Используйте то же самое соотношение воды и антифриза в интеркулере, которое используется в системе охлаждения двигателя. Использование современного антифриза улучшит антикоррозионные свойства и предотвратит коррозию алюминия. Дистиллированная или деминерализованная вода обеспечит содержание системы в чистоте.

Резервуары

Размер резервуара имеет важное значение в эффективности жидкостного интеркулера. Имейте ввиду, что большинство применений наддува продолжается всего несколько секунд - скажем, 15 в среднем. Тогда разумно убедиться, что в этом промежутке времени любая данная часть воды не должна дважды попасть в интеркулер. Насос с производительностью 40 л в минуту будет перемещать 10 л за 15 секунд: таким образом, здесь подходящий размер резервуара - 10 л. Такой объем может показаться большим, но мы сделали вывод, что чем больше резервуар, тем больше время потребуется воде, чтобы повторно пройти через интеркулер. Не трудно заметить, что поскольку используется большой резервуар, уменьшается потребность в передних радиаторах. Имейте ввиду, что чем больше масса воды, тем больше тепловая инерция.

Передний радиатор

Передний радиатор - наименее важная часть системы промежуточного охлаждения, поскольку он выполняет свою работу, когда наддува нет. В начале работы под наддувом, вся система будет иметь приблизительно температуру окружающей среды. Когда давление начнет расти, нагревая жидкость в основном ядре интеркулера, нагретая жидкость должна попасть в радиатор прежде, чем возникнет перепад температур, чтобы вытеснить теплоту. Она попадет в радиатор, может быть через 7 или 8 секунд, в зависимости от размера резервуара. Этот интервал времени типичен для работы под наддувом. Теперь ясно, что передний радиатор будет выполнять большинство своей работы после работы под давлением. Так как перепад температур между водой и передним радиатором мал по сравнению с перепадом температур между нагнетаемым воздухом и водой, время, требуемое для охлаждения воды намного больше, чем время, требуемое для ее нагрева. Это еще одна причина для того, чтобы водяные насосы работали постоянно. Передний радиатор не должен быть столь большим, как это может казаться на первый взгляд, потому что при установке двух радиаторов друг за другом, через передний радиатор будет проходить гораздо больше воздуха, чем через задний. Например, при скорости около 90 километров в час сквозь охладитель площадью 0,1 квадратный метр потенциально может пройти 150 м3/мин охлаждающего воздуха. Конечно это тот случай, когда больше значит лучше, но не настолько лучше, чтобы бежать за огромным передним радиатором.

Распыление воды на промежуточный охладитель

Распыление воды на ядро интеркулера воздух/воздух, является методом повышения его термического КПД. Предварительное испытание такого механизма показало небольшое увеличение на 5 -10 %. Конструкцию и использование любой системы охлаждения, основанной на расходе жидкости, лучшие рассматривать только для специальных мероприятий.

Впрыск воды

Распылитель воды - не очень интересное устройство. Оно не имеет места в хорошо спроектированной системе турбонаддува. В двух обстоятельствах это устройство жизнеспособно: турбонагнетатель домашнего изготовления с протяжкой воздуха через карбюратор, или нагнетатель Рутса, установленный между огромным двигателем и двумя еще более огромными карбюраторами. Увеличение запаса прочности двигателя с турбонагнетателем при помощи, по существу, ненадежного устройства - это идея, чье время давно прошло. Пусть покоится с миром.

В этой карбюраторной системе турбонаддува, смонтированной на двигателе Pontiac V8, установлен впрыск воды.

Вода подается по белой трубке к форсунке и распыляется на входе в карбюратор. Это вынужденная мера, так как в системе отсутствует интеркулер.

Впрыск воды на автомобиле с турбонагнетателем - неоправданная «скорая помощь» для неправильно выполненой на первых этапах работы.

Одноразовый промежуточный охладитель

Специализированные события, такие как дрэг-рейсинг или разгон на максимальную скорость, представляют особый интерес для использования одноразового суперэффективного промежуточного охладителя. В то время как он является непрактичным для повседневного использования, промежуточный охладитель, хорошо работающий с эффективностью более 100 %, легко может быть создан и использован при короткой продолжительности работы с высоким давлением наддува. Принцип действия промежуточного охладителя с эффективностью более 100 % состоит в том, чтобы обеспечить охлаждающую среду для ядра теплообменника, которая имеет температуру или ниже температуры окружающей среды или может поглощать огромные количества теплоты в процессе испарения при контакте с ядром. Примером такой охлаждающей среды является омываемый водой теплообменник, наполненный льдом, или теплообменник с распылением жидкого азота. Независимо от используемой охлаждающей среды, она должна постоянно двигаться, чтобы избежать формирования пограничного слоя. Стационарный пограничный слой удерживает тепло и сильно снижает теплообмен между ядром и средой охлаждения. Не поддавайтесь восторженным мыслям о том, насколько хорош промежуточный охладитель с эффективностью более 100 % и не упустите не менее важную сторону конструкции интеркулера - потери давления в ядре.

Итоги главы

Что такое промежуточный охладитель, и почему on настолько важен?

Промежуточный охладитель это теплообменник (радиатор), помещенный на выходе компрессора турбонагнетателя. Его цель - понизить температуру сжатого воздуха, выходящего из турбонагнетателя, увеличить плотность воздуха и следовательно - обеспечить более высокое давление наддува.

Понижение температуры воздуха имеет два основных плюса: оно увеличивает мощность, и предотвращает детонацию на значительно более высоких давлениях наддува. Охлаждение нагнетаемого воздуха делает его более плотным - т.е., большее количество молекул в кубическом сантиметре. Увеличение плотности составляет около 10 - 15 %, в зависимости от уровня наддува и эффективности охладителя. Мощность увеличивается пропорционально плотности. Это, конечно, полезное увеличение мощности, но это не все, что мы имеем. Увеличение зоны, безопасной от детонации, настолько велико, из-за понижения температуры, что часть этой увеличенной зоны может использоваться, чтобы повысить уровень наддува. При использовании хорошего промежуточного охладителя граница детонации может быть отодвинута на 0,25 - 0,3 бара наддува (конечно при обеспечении правильного соотношения воздух/топливо). Давление наддува может и должно тогда быть поднято на 0,2 - 0,25 бара. Улучшение характеристик в результате этих дополнительных 0,2 - 0,25 интеркуллерных бара приблизительно то же самое как характеристика, обеспечиваемая первыми 0,35 - 0,4 бара наддува.

Однако, здесь могут быть ловушки. Во-первых, теперь модно предлагать интеркуллер как замену правильному соотношению воздух/топливо. Он не может заменить его. Правильное соотношение воздух/топливо обязательно. Если вы выбираете одно или другое, Вы должны выбрать правильное соотношение воздух/топливо. И то и другое - гораздо лучше.

Во-вторых, слишком большие потери давления в промежуточном охладителе могут увеличить давление в выпускном коллекторе на- столько, что фактически могут свести на нет все увеличение мощности, обеспечиваемое промежуточным охладителем. Промежуточный охладитель с нулевым сопротивлением идеален, подберитесь к нему так близко, насколько это возможно. Знайте то, что Вы покупаете. Узнайте падение давления при расходе воздуха в 1,5 раза больше, чем у вашего двигателя. Оно должно быть менее 0,15 бара. Немногие будут удовлетворять этому требованию, включая и штатные интеркулеры.

Какого типа бывают промежуточные охладители ?

Имеются два основных типа промежуточных охладителей: "воздух/ воздух" и "воздух/жидкость". Каждый из них имеет преимущества, и каждый имеет свои недостатки. Интеркулер "воздух/воздух" является самым простым. Он не имеет никаких подвижных частей и столь же прост как кирпич.

Его способность охлаждать нагнетаемый воздух вполне удовлетворительна, но потери давления могут быть высоки, особенно с, обычно используемыми, небольшими ядрами. Данная потеря давления в промежуточном охладителе обнаружится как увеличение вдвое противодавления в выхлопном коллекторе - извечного врага турбокомпрессора. В целом, хороший узел выбирается для адекватного отвода тепла и минимальной потери давления.

Система VMaunt, с расположением интеркулера под углом

Агрегаты "воздух/жидкость" немного сложнее, но прекрасно выполняют свою работу. Такая система состоит из двух радиаторов, один между турбонагнетателем и двигателем и меньший перед стандартным радиатором системы охлаждения. Жидкость прокачивается электрическим насосом.

Решения, на основе которых выбирается тот или иной вариант должны быть основаны на двигателе, доступном пространстве, датчиках расхода воздуха системы впрыска топлива и разнообразных других факторах. Пример каждого выбора: очевидный выбор для 6-цилиндро-вого BMW - жидкостный интеркулер, так как отсутствует пространство для соответствующего ядра воздух/воздух. Дальнейшая сложность в установке интеркулера воздух/воздух в BMW - полное отсутствие высокоскоростного потока воздуха в единственном месте, где можно уста- новить только небольшое ядро. С другой стороны, Форд Mustang GT предлагает во всех отношениях идеальное место для интеркулера воздух/ воздух. Существует пространство для достаточно большого интеркулера воздух/воздух (целых три ядра), и к нему легко можно подать огромное количество охлаждающего воздуха.

Что такое впрыск воды, и когда он необходим ?

Впрыск воды - распыление потока Н2О в систему впуска. Теплота, поглощенная при парообразовании воды дает сильный эффект охлаждения для горячего сжатого воздуха, выходящего из турбонагнетателя. Понижение температуры воздуха на впуске снижает тенденцию к детонации. Не будьте слишком поспешны, чтобы создать защиту от детонации, основанную на таком устройстве. Впрыск воды лучше использовать, когда желателен уровень наддува более 0,4 бара, но в системе отсутствует промежуточный охладитель. Не допускайте использования впрыска воды как оправдания за несоответствующее соотношение воздух/топливо. Рассмотрев все вышесказанное, Вы должны быть далеки от идеи использовать впрыск воды.

 

ROMEZHUTOCHNOE OKHLAZHDENIE

Корки Белл - Maximum Boost Турбонаддув(Промежуточное охлаждение) Глава 5

 

Общая схема системы турбонаддува с промежуточным охлаждением.

Промежуточный охладитель это радиатор или, используя более правильную терминологию, теплообменник, расположенный между турбонагнетателем и впускным коллектором. Основная его задача состоит в том, чтобы забрать ненужную теплоту из нагнетаемого воздуха, которую туда добавил турбонагнетатель в процессе сжатия. Очевидно, что качество промежуточного охладителя должно оцениваться его способностью по переносу этой теплоты. К сожалению, это только верхушка айсберга, поскольку простое по сути добавление промежуточного охладителя создает множество разнообразных проблем. Извлечение большей пользы от установки промежуточного охладителя при уменьшении проблем, которые он может принести - техническая задача, которая должна быть решена прежде, чем можно будет создавать систему турбонаддува с промежуточным охлаждением воздуха.

Будет ошибкой думать, что "любой интеркулер лучше, чем отсутствие интеркулера ".

Отвод теплоты от нагнетаемого воздуха имеет два огромных достоинства. Во-первых, понижение температуры увеличивает плотность воздуха. Увеличение плотности пропорционально изменению температуры (измеренное по абсолютной шкале). Более плотный воздушный заряд производит больше энергии. Вторым, но не менее важным эффектом является потрясающий выигрыш в процессе сгорания, вызванный уменьшением вероятности возникновения детонации вследствие пониженных температур воздушного заряда. Эти два достоинства являются причиной того, что правильно выбранный промежуточный охладитель может увеличить мощность и/или запас прочности двигателя с турбонагнетателем. Чтобы уточнить, какие испытания проводятся при оценке системы промежуточного охлаждения, обратитесь, пожалуйста, к главе "Испытания системы".

Фронтальный интеркулер

Оптимальная конструкция интеркулера

Факторов, определяющих оптимальность конструкции при создании промежуточного охладителя много, и они различны по своей природе. Эти факторы определяют направления приложения инженерной мысли для постройки промежуточного охладителя, который максимизирует отвод тепла и минимизирует потери давления наддува и любые негативные проявления инерционности.

Жидкостное охлаждение на Toyota Celica

Площадь теплопередачи.

Площадь теплопередачи - сумма площадей всех пластин и оболочек в ядре теплообменника, которые отвечают за передачу теплоты из системы. Легко заметить, что чем больше площадь теплопередачи, тем более эффективен промежуточный охладитель. Не ждите, однако, что вдвое большая площадь удваивает эффективность. Увеличение ядра на 10% даст вам уменьшение приблизительно на 10% «неполноты эффективности». То есть, увеличение на каждые 10% станет все менее и менее весомым. Например, если существующее ядро промежуточного охладителя имеет эффективность 70%, увеличение ядра на 10% должно дать  приблизительно 10% от отсутствующих 30%, другими словами, эффективность увеличенного ядра составит 73%.

 Два наиболее популярных варианта ядра промежуточного охладителя - "пластинчатый" (сверху) и «трубчатый» (снизу). Пластинчатый промежуточный охладителъ обеспечивает меньшее сопротивления потоку, в то время как трубчатыйнромежуточный охладитель имеет тенденцию быть более эффективным с точки зрения теплообмена. " Трубы " обычно делаются 1/4 11 толщиной и 1 1/2-3 " шириной.

Внутреннее проходное сечение.

Конструкция с прямым потоком воздуха через ядро плоха с точки зрения эффективности. Чем более извилист путь воздуха сквозь ядро, тем более вероятно, что он отдаст свою теплоту, а это и есть наша главная задача. Обратной стороной медали является то, что плохая обтекаемость внутри ядра может создавать большие потери давления наддува. Для компенсации плохой обтекаемости внутреннее проходное сечение должно быть сделано достаточно большим, чтобы замедлить скорость движения воздуха внутри ядра промежуточного охладителя и свести потери давления к приемлемому уровню.

Сейчас практически все after-market производители предлагают комплекты для установки интеркулеров. Комплект интеркулера воздух-воздух от Greddy.

Наиболее важный аспект конструкции промежуточного охладителя - низкие внутренние потери давления.

Внутренний объем.

Сначала весь внутренний объем системы промежуточного охлаждения должен наполниться воздухом под давлением, и лишь тогда какое-то давление будет создано во впускном коллекторе. Хотя этот объем вносит не самый существенный вклад в задержку (лаг), однако и этот аспект конструкции неплохо бы оптимизировать в процессе создания хорошей системы промежуточного охлаждения. Весьма полезно в процессе конструирования представлять себе объем системы и постоянно пытаться убрать излишек. Чтобы количественно представить взаимосвязь между объемом и задержкой, предлагается разделить внутренний объем на расход воздуха через систему на определенных оборотах двигателя и умножить результат на 2. (Коэффициент 2 - результат приблизительного удвоения расхода воздуха через систему при переходе от простой езды к работе двигателя с наддувом). Приблизительное время задержки в этом случае равно

Пример: Пусть объем системы впуска 8,2 литра. Расход воздуха - 8,415 м3/мин на режиме приблизительно 5000 оборотов в минуту. Тогда

Совершенно точно можно сказать, что приемистость будет плохой, если двигатель оборудован датчиком расхода воздуха, размещенным слишком далеко от корпуса дроссельной заслонки. Открытие дроссельной заслонки формирует импульс низкого давления, перемещающийся к датчику расхода воздуха. Как правило, этот импульс должен пройти расстояние от корпуса дроссельной заслонки до промежуточного охладителя, сквозь промежуточный охладитель, назад к турбонагнетателю, потом на расходомер, чтобы тот зарегистрировал изменение. Только когда расходомер получит этот импульс, отношение воздух/топливо может измениться топливным контроллером с учетом новых условий нагрузки на двигатель. Надо заметить, что в этой схеме возможны усложнения, связанные с наличием датчика положения дроссельной заслонки, которым может быть оборудован двигатель. И всё-таки, как правило, чем дальше дроссельная заслонка отдатчика расхода воздуха, тем хуже приемистость. Таким образом, длине этой траектории необходимо также уделить некоторое внимание на этапе проектирования.

Серьезный подход к промежуточному охлаждению.

Когда двигатель оборудован системой впрыска, оснащённой датчиком давления во впускном коллекторе, и при этом не используется датчик расхода воздуха, либо же речь идёт о двигателе с карбюратором, установленным после турбонагнетателя, длина впускного тракта может быть достаточно длинной без отрицательных последствий, поскольку приемистость при этом не пострадает.

Таким образом, основная задача при проектировании системы промежуточного охлаждения состоит в том, чтобы максимизировать способность системы по отводу теплоты от сжатого воздуха и при этом снизить такие неблагоприятные воздействия, как потеря давления наддува, потеря приемистости или любая задержка при повышении давления наддува.

Расчёт параметров промежуточного охладителя

Изменение плотности впускного воздуха может быть вычислено относительно изменения температуры, вызванного промежуточным охладителем. Например, предположите, что турбонагнетатель имеет компрессор, повышающий температуру на 90°С выше температуры атмосферного воздуха, то есть до 383° абсолютной температуры при нормальной температуре 20°С (нуль градусов Цельсия соответствует 273° по абсолютной шкале температуры; прибавьте 20°С, получим 293°, 90° С выше этой температуры - 383° абсолютной температуры). Если мы используем в системе промежуточный охладитель с эффективностью 60 %, мы понизили бы температуру воздуха на 0,6 х 90"С = 54()С, уменьшив повышение температуры до 36°С в отличие от первоначальных 90°С или абсолютную температуру 293° + 36° = 329°. Изменение плотности в этом случае может быть вычислено из отношения первоначальной абсолютной температуры к конечной абсолютной температуре:

Вычисление эффективности промежуточного охладителя.

Поэтому, этот промежуточный охладитель даст увеличение плотности воздушного заряда приблизительно 16 %. Это означает, что на 16 % большее количество воздушных молекул окажется в камере сгорания, нежели при отсутствии интеркулера. При неизменных прочих условиях можно было бы ожидать пропорциональное увеличение мощности. Этого, к сожалению, не происходит вследствие потерь давления, вызванных аэродинамическим сопротивлением внутри промежуточного охладителя. Соответствующее уменьшение мощности, вызванное потерей давления, может быть оценено посредством вычисления отношения абсолютного давления с использованием промежуточного охладителя к давлению без промежуточного охладителя и вычитанием результата из 100%.

Пример: Если из 0,68 бар, созданного компрессором давления, 0,14 потеряны из-за сопротивления промежуточного охладителя:

Этот расчёт показывает, что потери при прохождении воздушного потока сквозь промежуточный охладитель составляют 8 %. Мысль о том, что потерянное давление наддува может легко быть восстановлено путем регулирования вестгейта, является не совсем правильной, несмотря на всю свою притягательность. Конечно, если давление наддува будет увеличено, мощность увеличится, но последствием этого будет то, что давление на входе в турбину увеличится, поскольку Вы попытаетесь заставить турбину работать при большей нагрузке. Большее давление на входе в турбину создает большее обратное давление, которое увеличивает количество теплоты в камере сгорания, которая понижает плотность воздуха на впуске и так далее, и так далее. Таким образом, можно видеть, что идея восстановления потерянной, из-за наличия интеркулера, мощности, путем повышения давления наддува - это, в некотором роде, попытка ухватить собственный хвост. Слишком бесполезной затеей будет попытка разработать и изготовить мифический промежуточный охладитель с нулевыми потерями.

Промежуточные охладители воздух /воздух, установленный на GTR35.

Вычисление КПД промежуточного охладителя.

Идея состоит в том, чтобы сравнить увеличение температуры воздуха, вызванного турбонагнетателем, с понижением температуры при прохождении воздуха через промежуточный охладитель. Увеличение температуры после компрессора - это разность температуры воздуха на выходе из компрессора (Тсо) и температуры окружающей среды (Тa).

Увеличение температуры = Тсо- Тa;

Количество тепла, отведенного промежуточным охладителем характеризуется разностью температуры воздуха, выходящего из компрессора (Тсо) и температуры воздуха, выходящего из промежуточного охладителя (Т).

Уменьшение температуры = Тсо- Т;

Эффективность промежуточного охладителя (Еj) определяется как отношение понижения температуры к увеличению температуры:

Пример: Пусть Т= 20° С, Тсо= 120° С, иТ= 400 С. Тогда:

 

Выбор типа промежуточного охладителя

В настоящее время имеются два типа промежуточных охладителей, подходящих для использования: воздух/ воздух и воздух/жидкость. Каждый имеет свои особенности. Решение, о том, какой из них является наиболее подходящим для конкретного приложения, должно основываться на достоинствах и недостатках каждого из типов применительно к конфигурации транспортного средства.

Агрегат воздух/воздух будет проще, имеет большую тепловую эффективность на высоких скоростях, большую надежность, более простое обслуживание, и, наконец, низкую стоимость. Агрегат воздух/жидкость будет иметь лучший термический к.п.д. на низких скоростях, обеспечивает лучшую приемистость в случаях, когда система впрыска оборудована измерителем массового расхода, меньшую потерю давления и снижает вероятность работы компрессора на неустойчивых режимах. Габаритные ограничения или сложности прокладки воздуховодов могут диктовать невозможность использования агрегатов воздух/воздух. В подобных случаях выбор осуществляется сам собой.

Ядро промежуточного охладителя трубчатого и "plate & bar" вида обеспечивает хороший теплообмен за счет развитых турбулизаторов, но меньшую внутреннюю площадь проходного сечения.

Промежуточный охладитель воздух/воздух

При конфигурировании промежуточного охладителя воздух/воздух необходимо в равной степени уделять адекватное внимание самым разнообразным факторам. Хорошо сбалансированная и оптимизированная конструкция может получиться только вследствие кропотливой работы над деталями, пока все нюансы конструкции не будут соответствовать техническим требованиям, перечисленным в следующих параграфах.

Внутреннее проходное сечение.

В первую очередь потери давления при прохождении воздуха сквозь промежуточный охладитель зависят от внутреннего проходного сечения ядра теплообменника. Не существует никакой волшебной формулы для вычисления правильного проходного сечения при заданном расходе воздуха, но опыт показал, что следование рекомендациям, отражённым на рисунке, приносит удовлетворительные результаты. Если бы не завихрители, которые будто палка о двух концах, мы могли обойтись намного меньшими проходными сечениями, но тогда теплопередача была бы значительно меньшей. Задача завихрителей состоит в том, чтобы внутри ядра не существовало никакого ламинарного течения. Если эта задача выполнена, каждая молекула впускного воздуха получит шанс достигнуть стенки ядра и передать ей часть своей энергии в виде теплоты. При частом расположении завихрителей теплообмен лучше, но и потери давления выше. Если имеется пространство для размещения большого ядра, вполне можно выбрать ядро с частыми завихрителями и найти компромисс между высоким сопротивлением завихрителей и большим внутренним проходным сечением. В противном случае: там, где пространство строго ограничено, должно быть выбрано ядро с низкой плотностью завихрителей.

Компоненты ядра промежуточного охладителя. Воздух из турбонагнетателя подается в каналы для нагнетаемого воздуха. Сторона окружающего воздуха размещается так, чтобы набегающий воздух охлаждал ядро. Крайние пластины, паянные к внешней поверхности, обеспечивают зазор и жесткость. Завихрители способствуют передаче тепла от труб к разделительным пластинам и оттуда к окружающему воздуху сквозь каналы охлаждающего воздуха.

Измерение проходного сечен и я ядра.

Выбор размера ядра.

Как только внутреннее проходное сечение будет рассчитано, могут быть определены габаритные размеры ядра и его форма. У большинства ядер воздух может пройти через примерно 45% площади стороны для нагнетаемого воздуха. Чтобы найти заданную площадь стороны для нагнетаемого воздуха, разделите внутреннее проходное сечение на это число 45 %. Ядра обычно имеют толщину 50 и 75 мм, длину (высоту) каналов 150, 200, 250, и 300 мм, и ширину 225, 450, и 600 мм (которая может быть уменьшена до конкретного точного размера). Существуют ядра с более длинными каналами, но они имеют свойство ухудшать внутреннее проходное сечениею.

Пусть расход воздуха составляет 14 м3 Рисунок  показывает, что типичный промежуточный охладитель требовал бы внутреннего проходного сечения приблизительно 170 см2.

Поэтому, для ядра толщиной 75 мм. - Ширина =170 см2/7,5см = 22,7см

              для ядра толщиной 50мм. - Ширина =170 см2/5см = 34см

Если имеется пространство для ядра толщиной 50 мм, эффективность окажется немного больше, поскольку увеличится ширина и, следовательно, возрастёт лобовая площадь. Хотя более тонкое ядро является лучшим выбором, тем не менее, толстое ядро также полностью работоспособно. Длина воздушных каналов каналов (высота), умноженная на ширину ядра - фактическая лобовая площадь.

Оценка требуемого внутреннего проходного сечения ядра.

Фронтальная площадь

Фронтальная площадь интеркулера влияет на количество окружающего воздуха, проходящего через ядро и охлаждающего надувочный воздух. Чем больше количество окружающего воздуха проходит через ядро, тем выше охлаждающие возможности интеркулера. Расход воздуха определяется как произведение скорости движения и фронтальной площади ядра.

Расход воздуха = V*S Пример: Пусть V = 90 километров в час и S =355 см2 ЛГ = 53 мин

Таким образом, видно, что из двух ядер с фактически равным внутренним проходным сечением, ядро с большей лобовой площадью будет лучше.

Оценка количества охлаждающего воздуха, проходящего через п ромежуточный охладитель

Коэффициент лобового сопротивления интеркулера

Коэффициент лобового сопротивления определяет легкость, с которой окружающий воздух проходит через ядро. Конечно, чем легче воздуху проходить сквозь ядро, тем больше будет расход окружающего воздуха и, следовательно, выше охлаждающий эффект. Например, если трубы, по которым проходит впускной воздух, в ядре имеют скругленные края, расход поступающего окружающего воздуха, вероятно, будет несколько большим. В большинстве выпускаемых интеркуллеров, коэффициент лобового сопротивления для окружающего воздуха - упущенная деталь конструкции.

Поток окружающего воздуха сквозь ядро пропорционален коэффицценту лобового сопротивления ядра.

Экструдированное ядро с закругленными краями обеспечит прохождение большего колличества охлаждающего воздуха.

 

Воздухозаборники

Форма воздухозаборников также определяет количество проходящего через интеркулер воздуха. Они заставляют молекулы воздуха проходить сквозь ядро. Не недооценивайте способность воздухозаборников улучшить эффективность промежуточного охладителя. Можно предложить, что при хорошем подходе можно достичь увеличения эффективности на 20 %. При изготовлении воздухозаборников стоит приложить дополнительные усилия, чтобы быть уверенным, что молекулы воздуха не имеют никакого другого пути, кроме как через ядро интеркулера. То есть герметизируйте все ребра, углы, и соединения.

Минимальная площадь входного канала не должна быть меньше одной четверти площади ядра.

Правильная система подвода воздуха направит большее количество охлаждающего воздуха сквозь промежуточный охладитель

 Нет необходимости в том, чтобы входной канал был столь же большим как лобовая площадь ядра интеркулера. Практическое правило состоит в том, чтобы входной канал был по крайней мере размером в четвертую часть площади ядра. Это довольно странное правило вызвано тем фактом, что меньше чем четверть количества воздуха прошла бы через ядро без влияния трубок интеркуллера.

Толщина Ядра

Выбор толщины ядра промежуточного охладителя немного похож на жонглирование. Это вызвано тем фактом, что вторая половина любого ядра делает только четвертую часть работы по охлаждению. Добавление толщины ядра действительно улучшит эффективность, но увеличение будет все меньше и меньше. Другой отрицательный эффект, играющий роль, при увеличении толщины: увеличивающийся коэффициент лобового сопротивления интеркулера. Разумный способ установки ядра, когда лобовая площадь недостаточна и имеется избыточная глубина - интеркулер с разделенным ядром, обсуждаемый позже.

При выборе промежуточного охладителя, расценивайте интеркулер с толстым ядром как необдуманное решение.

 

Увеличение толщины ядра не увеличивает пропорционально возможности теплопередачи. Каждое следующее увеличение толщины ядра получит более горячий охлаждающий воздух.

Направление потока в ядре интеркулера

Когда имеется достаточно пространства для размещения большого интеркулера необходимо определить ориентацию ядра интеркулера. Если какие-либо причины не диктуют особенных требований, ядро всегда должно быть ориентировано для обеспечения самого большого возможного внутреннего проходного сечения. Направление потока не так важно. Например, интеркулеры на рисунке ниже занимают одинаковое пространство, но агрегат с вертикальным потоком имеет большую внутреннюю площадь и, следовательно, дает создает меньшее сопротивление потоку воздуха.

 

Верхнее и нижнее ядра имеют одинаковую особую площадь, площадь теплопередачи, и эффективность, но нижнее ядро, имеет намного большое внутреннее проходное сечение, из-за большего числу каналов для воздуха и, поэтому, более низкие потери давления.

Конструкция концевых резурвуаров промежуточного охладителя

Несколько деталей в проекте концевых резервуаров, присоединяемым к ядру интеркулера, могут улучшить термический к.п.д. и уменьшить потери давления. Это конечно не лучшая идея думать, что все молекулы воздуха легко и просто найдут свой путь «в» и «из» промежуточного охладителя. Думайте о них как о пасущихся овцах. Дайте им направление и сделайте перемещение легким для них.

Правильное внутреннее экранирование может обеспечишь рвномерное распределение воздушного потока внутри ядра и, таким образом, больший отвод тепла. Добавьте перегородку, направляющую одну половин впускного воздуха в одну половину ядра, а оставшуюся часть во вторую половину ядра.

Конструкция входного резервуара

Совершенно ясно, что термический КПД увеличится, если мы можем получить равномерное распределение воздушного потока сквозь трубы ядра. Необходимые усилия для выполнения этого могут быть сделаны путем установки соответствующих перегородок во входном резервуаре.

Положению входа во входной резервуар необходимо уделить внимание в нескольких областях. Всегда помните о требованиях равномерного распределения воздуха и легком входе потока в резервуар.

Конструкция выходного резервуара

После того, как работа по распределению сделана во входном резервуаре, теперь необходимо в выходном резервуаре собраться все молекулы и направить их в двигатель. При этом нужно уделить внимание, как спрямлению потока, так и к сведению потерь давления к минимуму. Заострите внимание на направлении выхода, и не заставляйте поток внезапно менять направление.

Удачные и не очень варианты выходного резервуара интеркулера.

Размеры и форма труб

Вероятно есть магическая скорость, которую не должна превышать скорость воздушного потока в трубе, из-за быстро увеличивающегося сопротивления и последующей потери давления. Значение этой критической скорости около 0,4 М или приблизительно 140 м/с, поскольку после достижения этой скорости сопротивление, а за ним и потери давления, значительно увеличиваются. Можно легко выбрать нужный диаметр трубы, вычислив максимальный расход воздуха и разделив его на площадь сечения трубы. Приближенное значение максимального расхода воздуха можно узнать, умножив желаемую мощность в л.с. на 0,05.

Пример: Допустим максимальный расход воздуха равен приблизительно 8,415 м'/мин, и диаметр воздуховода = 50 мм. Тогда 

Скорость звука - приблизительно 340 м/с. Поэтому

Таким образом, трубы диаметром 50 мм будет достаточно для подачи 8,5 м3/мин без значительного возрастания сопротивления. Не поддайтесь искушению, чтобы использовать трубы большего диаметра, чем необходимо, так как в гладких трубах с плавными изгибами обеспечивается небольшое сопротивление. Большие трубы только увеличат объем системы промежуточного охлаждения, и поэтому не стоит делать этого.

Толстая труба не обязателъно лучше, чем тонкая труба.

Изгибы и изменения сечения

Любой изгиб трубы или внезапное изменение поперечного сечения должны рассматриваться как потенциальные места потери расхода или источники увеличенного сопротивления. Необходимо заметить, что каждый раз при повороте потока воздуха на 90° происходит потеря 1 % расхода. Три 30” изгиба составят в целом 90°. Всегда используйте самый большой возможный радиус для любого изменения направления.

Конечно изгиб 90° с малым радиусом будет давать большие потери, чем изгиб с большим радиусом. Изменение от одного размера трубы к другому, часто необходимо для подсоединения к корпусу дроссельной заслонки, выходу из турбонагнетателя, входу и выходу из промежуточного охладителя. Эти изменения сечения нарушают плавность потока и создают потери. Плавные изменения сечения лучше всего могут быть выполнены в виде конических сегментов. Нужно следовать практическому правилу для определения угла конуса - одно изменение диаметра на длине в четыре диаметра.

Шланги и соединения

Все шланги и соединения являются местами потенциальных неисправностей. В начале проектирования системы турбонаддува рассматривайте все шланги и соединения как слабые места системы впуска. Неисправность соединения шлангов конечно означает потерю давления наддува. Однако, в случае если система управления двигателем использует датчик массового расхода воздуха, двигатель не будет работать должным образом. Когда шланг поврежден, воздух может поступать двигатель минуя расходомер, и поэтому датчик массового расхода воздуха будет вырабатывать сигнал, не соответствующий реальному расходу воздуха. Без правильного сигнала, двигатель будет работать плохо или вообще не будет работать. Проблема с соединениями шлангов и трубопроводов состоит в том, что к каждому соединению приложена нагрузка, стремящаяся разорвать его. Эта нагрузка равна площади поперечного сечения трубы умноженному на давление наддува.

В соединениях труб могут возникать различные препятствия для потока воздуха.

Угол раствора конуса большее 15" может вызвать отрыв пограничного слоя воздушного потока и увеличение сопротивления. 

Если в системе воздух под давлением 1,4 бара подается в трубопровод диаметром 50 мм, его соединения будут подвергаться нагрузке около 30 килограмм, стремящейся разъединить их. Эта нагрузка будет стягивать шланг с трубы, если на трубе отсутствуют какие либо препятствия от стягивания шланга, или нагрузка не направлена по другому пути. Во многих случаях шланг может быть закреплен на трубе настолько ужасно, что это может вызвать разъединение соединения. Легкое решение этой проблемы - соединительная тяга между трубами для передачи нагрузки минуя шланг. При этом обеспечить требуемый ресурс шланга гораздо проще.

Соединительные тяги на трубах промежуточного охладителя разгружают соединение от растягивающих нагрузок.

Несчастный шланг пытается вынести эти нагрузки при высокой температуре, в среде с насыщенной парами углеводородов. Необходимо найти материал для шланга непроницаемый для углеводородных топлив и имеющий незначительное ухудшение свойств при высоких температурах. Такие шланги обычно изготавливаются из кремний-органических материалов, как правило - из фтор-силиконовых каучуков.

Размещение промежуточного охладителя

Поиск места для размещения промежуточного охладителя часто сводится к поиску доступного пространства для достаточно большого агрегата. Для этого не требуется научных знаний. Однако, необходимо соблюсти несколько правил. Недопустимо размещение промежуточного охладителя воздух/воздух в двигательном отсеке. Размещение его за радиатором системы охлаждения также не годится.

Помните, что воздух, прошедший через радиатор системы охлаждения имеет температуру около 50°С или более, он горячей окружающего воздуха и поэтому не способен охладить что-нибудь. Действительно, турбонагнетатель при низких давлениях наддува, не может нагреть впускной воздух до температуры подкапотного воздуха, который якобы должен охладить интеркулер. Когда это происходит, промежуточный охладитель становится «промежуточным нагревателем», а не нужной частью системы турбонаддува. Когда наддув повышается и температура впускного воздуха превышает температуру подкапотного пространства, промежуточный охладитель, начнет немного охлаждать, но будет всегда страдать от серьезной потери своей эффективности. А это не то, что мы хотим получить. Так же нежелательным является излучение тепла под капотом от нагретых деталей двигателя. Термоизоляция и правильно проложенные трубы могут помочь решить эти задачи, но, совершенно очевидно, что моторный отсек неподходящее место для промежуточного охладителя.

Интеркулер должен стоять первым на пути охлаждающего воздуха.

Всегда будьте в поисках злодея называемого " промежуточный нагреватель”

Промежуточный охладитель с разделенным ядром

В ситуации, когда фронтальное пространство для интеркулера ограничено, но имеется избыточная глубина, необходимо рассмотреть интеркулер с разделенным ядром. Вообще интеркулер с разделенным ядром - простой интеркулер с более толстым ядром с перемещенной назад одной половиной. Некоторое количество свежего воздуха подводится к нему, в то время как отработанный воздух от переднего ядра проходит вокруг второго ядра. Компактный, с высоким расходом интеркулер может быть смонтирован при помощи компоновки с разделенным ядром. Эффективность может быгь достаточно высока, потому что задняя половина интеркулера делает свою часть работы.

Промежуточный охладитель воздух/жидкость

Когда пространство или сложности прокладки трубопроводов исключают использование агрегатов воздух/воздух, жидкостная система промежуточного охлаждения становится хорошей альтернативой. Большинство требований к конструкции для интеркулера воздух/воздух также применимо к жидкостному интеркулеру. Хотя имеются различия, вызванные подачей жидкости. В то же время сложная система жидкост- ного охлаждения имеет одно потрясающее преимущество - гораздо больший коэффициент теплопередачи между жидкостью и металлом в отличии от теплопередачи между воздухом и металлом.

Интеркулер на спортивном автомобиле Ferrari 126. На спортивных автомобилях всегда будут установлены интеркулеры воздух/воздух.

Эта большая разница будет играть свою роль, только если все барьеры теплопередачи будут оптимизированы, таким образом можно получить значительное увеличение эффективности промежуточного охладителя. Это путь к системе промежуточного охлаждения, которая имеет термический КПД более 100 %. В настоящее время это не имеет практического применения кроме автомобилей для дрэг рэйсинга, машин для максимальной скорости, или для морского применения. Решение этой задачи требует услуг гениального изобретателя. Без любых изобретательных решений, жидкостные системы промежуточного охлаждения перевращаются в агрегаты воздух/воздух, в которых теплоту впускного воздуха, для передачи в атмосферу, переносит жидкость, в отличие от использования для этого непосредственно воздуха. Основные проблемы при использовании жидкости в значительной степени сосредоточены вокруг расхода жидкости, ее количества в системе, и последующем ее охлаждении.

Общая схема жидкостной системы промежуточного охлаждения 

Теплообменник впускного воздуха.

Внутри жидкостного интеркулера легко можно получить большое внутреннее проходное сечение, так как наиболее подходящие для этой цели ядра часто являются воздушными агрегатами, в которые воздух подается с другой стороны.

При использовании типичного ядра воздух/воздух в качестве жидкостного теплообменника, полностью измените направление воздушного потока, чтобы получить большее проходное сечение.

Типичное ядро теплообменника воздух-воздух Охлаждающая жидкость Типичное ядро теплообменника воздух-жидкость Хотя алюминий гораздо более удобный материал для использования в любых интеркулерах, медные элементы ядра, когда условия позволяют их использовать, могут обеспечивать больший коэффициент теплопередачи. Большие проходные сечения, обычно связанные с водяными интеркулерами, позволяют увеличить толщину ядра настолько, насколько позволяет пространство.

Можно предполагать, что жидкость найдет равный доступ ко всем трубам ядра, но распределению воздуха в верхних частях ядра нужно уделить внимание. Простые каналы для воздуха могут предотвращать воздушные ямы. Лучшее решение состоит в том, что жидкость необходимо подводить в самой холодной точке и отводить ее в самой горячей точке.

Небольшие утечки воздуха в интеркулере воздух/воздух некритичны, но любая протечка жидкости в основном ядре теплообменника может быть бедствием. Таким образом интеркулер должен быть обязательно отпрессован и проверен на утечки перед использованием. Давление в 0,5 - 0,7 бара, при наполненном водой ядре, будет подходящим для этого. Не сильно удивляйтесь, когда увидите воздушные пузыри, выходящие через алюминиевые стенки.

Вариант жидкостного промежуточного охладителя, интегрированного во впускной коллектор на двигателе 3S-GTE

Насосы

Наиболее полезные насосы - 12-вольтовые морские трюмные насосы. Они могут быть соединены последовательно или параллельно, в зависимости от давления и расхода жидкости через них. Нельзя упустить тот факт, что чем больше прокачка воды, тем выше эффективность интеркулера. Рассматривайте расход воды 40 л в минуту как минимальный. Необходимо найти компромиссное решение относительно ресурса насоса с одной стороны и эффективностью интеркулера с другой, если требуются, чтобы насосы работали постоянно. Имея в виду важность характеристик, ответ должен быть - насосы должны работать непрерывно. Если насосы работают непрерывно, происходит интересная вещь - когда нет давления наддува, впускной воздух будет охлаждать воду в интеркулере.

Подключение насосов к 12-вольтовому источнику питания обеспечит полную проверку их работоспособности при включении зажигания. Насосы должны быть установлены как низшие точки системы промежуточного охлаждения, так, чтобы они всегда были заполнены водой и таким образом, исключалась возможность их работы всухую.

Теплоноситель

Вода самая лучшая охлаждающая среда. Гликоль и другие незамерзающие вещества ухудшают способность воды переносить теплоту и должны использоваться только в количествах, требуемых для предотвращения замерзания теплоносителя и коррозии элементов системы.

Используйте то же самое соотношение воды и антифриза в интеркулере, которое используется в системе охлаждения двигателя. Использование современного антифриза улучшит антикоррозионные свойства и предотвратит коррозию алюминия. Дистиллированная или деминерализованная вода обеспечит содержание системы в чистоте.

Резервуары

Размер резервуара имеет важное значение в эффективности жидкостного интеркулера. Имейте ввиду, что большинство применений наддува продолжается всего несколько секунд - скажем, 15 в среднем. Тогда разумно убедиться, что в этом промежутке времени любая данная часть воды не должна дважды попасть в интеркулер. Насос с производительностью 40 л в минуту будет перемещать 10 л за 15 секунд: таким образом, здесь подходящий размер резервуара - 10 л. Такой объем может показаться большим, но мы сделали вывод, что чем больше резервуар, тем больше время потребуется воде, чтобы повторно пройти через интеркулер. Не трудно заметить, что поскольку используется большой резервуар, уменьшается потребность в передних радиаторах. Имейте ввиду, что чем больше масса воды, тем больше тепловая инерция.

Передний радиатор

Передний радиатор - наименее важная часть системы промежуточного охлаждения, поскольку он выполняет свою работу, когда наддува нет. В начале работы под наддувом, вся система будет иметь приблизительно температуру окружающей среды. Когда давление начнет расти, нагревая жидкость в основном ядре интеркулера, нагретая жидкость должна попасть в радиатор прежде, чем возникнет перепад температур, чтобы вытеснить теплоту. Она попадет в радиатор, может быть через 7 или 8 секунд, в зависимости от размера резервуара. Этот интервал времени типичен для работы под наддувом. Теперь ясно, что передний радиатор будет выполнять большинство своей работы после работы под давлением. Так как перепад температур между водой и передним радиатором мал по сравнению с перепадом температур между нагнетаемым воздухом и водой, время, требуемое для охлаждения воды намного больше, чем время, требуемое для ее нагрева. Это еще одна причина для того, чтобы водяные насосы работали постоянно. Передний радиатор не должен быть столь большим, как это может казаться на первый взгляд, потому что при установке двух радиаторов друг за другом, через передний радиатор будет проходить гораздо больше воздуха, чем через задний. Например, при скорости около 90 километров в час сквозь охладитель площадью 0,1 квадратный метр потенциально может пройти 150 м3/мин охлаждающего воздуха. Конечно это тот случай, когда больше значит лучше, но не настолько лучше, чтобы бежать за огромным передним радиатором.

Распыление воды на промежуточный охладитель

Распыление воды на ядро интеркулера воздух/воздух, является методом повышения его термического КПД. Предварительное испытание такого механизма показало небольшое увеличение на 5 -10 %. Конструкцию и использование любой системы охлаждения, основанной на расходе жидкости, лучшие рассматривать только для специальных мероприятий.

Впрыск воды

Распылитель воды - не очень интересное устройство. Оно не имеет места в хорошо спроектированной системе турбонаддува. В двух обстоятельствах это устройство жизнеспособно: турбонагнетатель домашнего изготовления с протяжкой воздуха через карбюратор, или нагнетатель Рутса, установленный между огромным двигателем и двумя еще более огромными карбюраторами. Увеличение запаса прочности двигателя с турбонагнетателем при помощи, по существу, ненадежного устройства - это идея, чье время давно прошло. Пусть покоится с миром.

В этой карбюраторной системе турбонаддува, смонтированной на двигателе Pontiac V8, установлен впрыск воды.

Вода подается по белой трубке к форсунке и распыляется на входе в карбюратор. Это вынужденная мера, так как в системе отсутствует интеркулер.

Впрыск воды на автомобиле с турбонагнетателем - неоправданная «скорая помощь» для неправильно выполненой на первых этапах работы.

Одноразовый промежуточный охладитель

Специализированные события, такие как дрэг-рейсинг или разгон на максимальную скорость, представляют особый интерес для использования одноразового суперэффективного промежуточного охладителя. В то время как он является непрактичным для повседневного использования, промежуточный охладитель, хорошо работающий с эффективностью более 100 %, легко может быть создан и использован при короткой продолжительности работы с высоким давлением наддува. Принцип действия промежуточного охладителя с эффективностью более 100 % состоит в том, чтобы обеспечить охлаждающую среду для ядра теплообменника, которая имеет температуру или ниже температуры окружающей среды или может поглощать огромные количества теплоты в процессе испарения при контакте с ядром. Примером такой охлаждающей среды является омываемый водой теплообменник, наполненный льдом, или теплообменник с распылением жидкого азота. Независимо от используемой охлаждающей среды, она должна постоянно двигаться, чтобы избежать формирования пограничного слоя. Стационарный пограничный слой удерживает тепло и сильно снижает теплообмен между ядром и средой охлаждения. Не поддавайтесь восторженным мыслям о том, насколько хорош промежуточный охладитель с эффективностью более 100 % и не упустите не менее важную сторону конструкции интеркулера - потери давления в ядре.

Итоги главы

Что такое промежуточный охладитель, и почему on настолько важен?

Промежуточный охладитель это теплообменник (радиатор), помещенный на выходе компрессора турбонагнетателя. Его цель - понизить температуру сжатого воздуха, выходящего из турбонагнетателя, увеличить плотность воздуха и следовательно - обеспечить более высокое давление наддува.

Понижение температуры воздуха имеет два основных плюса: оно увеличивает мощность, и предотвращает детонацию на значительно более высоких давлениях наддува. Охлаждение нагнетаемого воздуха делает его более плотным - т.е., большее количество молекул в кубическом сантиметре. Увеличение плотности составляет около 10 - 15 %, в зависимости от уровня наддува и эффективности охладителя. Мощность увеличивается пропорционально плотности. Это, конечно, полезное увеличение мощности, но это не все, что мы имеем. Увеличение зоны, безопасной от детонации, настолько велико, из-за понижения температуры, что часть этой увеличенной зоны может использоваться, чтобы повысить уровень наддува. При использовании хорошего промежуточного охладителя граница детонации может быть отодвинута на 0,25 - 0,3 бара наддува (конечно при обеспечении правильного соотношения воздух/топливо). Давление наддува может и должно тогда быть поднято на 0,2 - 0,25 бара. Улучшение характеристик в результате этих дополнительных 0,2 - 0,25 интеркуллерных бара приблизительно то же самое как характеристика, обеспечиваемая первыми 0,35 - 0,4 бара наддува.

Однако, здесь могут быть ловушки. Во-первых, теперь модно предлагать интеркуллер как замену правильному соотношению воздух/топливо. Он не может заменить его. Правильное соотношение воздух/топливо обязательно. Если вы выбираете одно или другое, Вы должны выбрать правильное соотношение воздух/топливо. И то и другое - гораздо лучше.

Во-вторых, слишком большие потери давления в промежуточном охладителе могут увеличить давление в выпускном коллекторе на- столько, что фактически могут свести на нет все увеличение мощности, обеспечиваемое промежуточным охладителем. Промежуточный охладитель с нулевым сопротивлением идеален, подберитесь к нему так близко, насколько это возможно. Знайте то, что Вы покупаете. Узнайте падение давления при расходе воздуха в 1,5 раза больше, чем у вашего двигателя. Оно должно быть менее 0,15 бара. Немногие будут удовлетворять этому требованию, включая и штатные интеркулеры.

Какого типа бывают промежуточные охладители ?

Имеются два основных типа промежуточных охладителей: "воздух/ воздух" и "воздух/жидкость". Каждый из них имеет преимущества, и каждый имеет свои недостатки. Интеркулер "воздух/воздух" является самым простым. Он не имеет никаких подвижных частей и столь же прост как кирпич.

Его способность охлаждать нагнетаемый воздух вполне удовлетворительна, но потери давления могут быть высоки, особенно с, обычно используемыми, небольшими ядрами. Данная потеря давления в промежуточном охладителе обнаружится как увеличение вдвое противодавления в выхлопном коллекторе - извечного врага турбокомпрессора. В целом, хороший узел выбирается для адекватного отвода тепла и минимальной потери давления.

Система VMaunt, с расположением интеркулера под углом

Агрегаты "воздух/жидкость" немного сложнее, но прекрасно выполняют свою работу. Такая система состоит из двух радиаторов, один между турбонагнетателем и двигателем и меньший перед стандартным радиатором системы охлаждения. Жидкость прокачивается электрическим насосом.

Решения, на основе которых выбирается тот или иной вариант должны быть основаны на двигателе, доступном пространстве, датчиках расхода воздуха системы впрыска топлива и разнообразных других факторах. Пример каждого выбора: очевидный выбор для 6-цилиндро-вого BMW - жидкостный интеркулер, так как отсутствует пространство для соответствующего ядра воздух/воздух. Дальнейшая сложность в установке интеркулера воздух/воздух в BMW - полное отсутствие высокоскоростного потока воздуха в единственном месте, где можно уста- новить только небольшое ядро. С другой стороны, Форд Mustang GT предлагает во всех отношениях идеальное место для интеркулера воздух/ воздух. Существует пространство для достаточно большого интеркулера воздух/воздух (целых три ядра), и к нему легко можно подать огромное количество охлаждающего воздуха.

Что такое впрыск воды, и когда он необходим ?

Впрыск воды - распыление потока Н2О в систему впуска. Теплота, поглощенная при парообразовании воды дает сильный эффект охлаждения для горячего сжатого воздуха, выходящего из турбонагнетателя. Понижение температуры воздуха на впуске снижает тенденцию к детонации. Не будьте слишком поспешны, чтобы создать защиту от детонации, основанную на таком устройстве. Впрыск воды лучше использовать, когда желателен уровень наддува более 0,4 бара, но в системе отсутствует промежуточный охладитель. Не допускайте использования впрыска воды как оправдания за несоответствующее соотношение воздух/топливо. Рассмотрев все вышесказанное, Вы должны быть далеки от идеи использовать впрыск воды.

 

ROMEZHUTOCHNOE OKHLAZHDENIE

что это и для чего нужен на дизельном двигателе

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.

Содержание статьи:

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».

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.

Читайте также: Как работает турбина авто, её устройство и эксплуатация

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.

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.

Статья по теме: Термостат — принцип работы, проверка и устранение неисправностей

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.

Где расположено устройство в моторе и как оно работает

В зависимости от типа устройства, интеркулер может монтироваться в различных местах. Наиболее оправданное, с практической точки зрения, расположение – передняя часть подкапотного пространства.

Чаще всего, его можно встретить до радиатора системы охлаждения двигателя. Именно здесь он будет работать с наибольшей эффективностью. Потоки встречного воздуха, проходя через «жабры» теплообменника будут способствовать наилучшему охлаждению нагнетаемого турбиной воздуха.

Это интересно: Что такое тахограф и для чего он нужен в автомобиле

В качестве альтернативного варианта, нередко прибегают к так называемой верхней схеме. Суть её сводится к тому, что интеркулер устанавливается над двигателем.

Таким способом монтажа чаще всего пользуются в том случае, когда, в силу особенностей конструкции авто, нет возможности поставить теплообменник внутри так называемого «телевизора». Такая схема требует установки дополнительного воздухозаборника на капоте авто.

Как эксплуатировать авто с интеркулером

Дизельный двигатель, конструкция которого отличается наличием турбокомпрессора с интеркулером, требует от водителя определенных навыков и умений.

Помимо всего прочего, при эксплуатации подобных моторов, следует придерживаться некоторых правил:

  • В первую очередь, необходимо принять к сведенью тот факт, что все турбодизеля, крайне чувствительны к качеству масла и топливу. Очень важно применять только те ГСМ, которые рекомендованы заводом-изготовителем;
  • Не следует эксплуатировать авто в режиме холостого хода длительное время. При низких оборотах двигателя не будет обеспечено его полноценное охлаждение, что негативно отразится на износостойкости его узлов;
  • Не следует впадать в панику при виде частиц масла на поверхности воздушного фильтра. Такое явление вовсе не говорит о том, что турбина требует замены, как утверждают многие «эксперты»;
  • По завершении каждой поездки следует оставить двигатель поработать некоторое время на холостом ходу, не более 1-2 минут;
  • Во время эксплуатации не следует использовать двигатель, что называется вполсилы. Время от времени ему нужна своего рода «встряска», конечно же, в пределах разумного.

Почему теплообменник может сломаться

Как любой другой механический узел автомобиля, интеркулер, в процессе работы может быть подвержен разного рода неисправностям.

Чаще всего они возникают вследствие несвоевременной замены расходных элементов и отсутствия должного уровня обслуживания всех сопутствующих узлов и элементов.

К сведению: Индекс скорости и нагрузки шин: что это значит, расшифровка таблицы

Одна из основных проблем с интеркулером связана с нарушением его герметичности. Проще говоря, его попросту рвёт. Такая проблема может быть вызвана рядом причин.

  1. Одна из них – механическое повреждение, вследствие попадания инородных предметов через решетку радиатора.
  2. Вторая имеет иное происхождение. Нередко, элементы теплообменника выходят из строя из-за высокого давления в системе.

Головную боль владельцам турбодизелей доставляют также и подводные патрубки. Случается, что в ходе длительной эксплуатации или попросту ввиду их низкого качества, они лопаются или теряют эластичность.

Важно помнить, что в данном случае нужно использовать только специальные соединительные и уплотнительные элементы, рассчитанные на заданные параметры. Это позволит добиться бесперебойной эксплуатации авто и избавит вас от лишних трат.

Промежуточные охладители наддувочного воздуха

Мощность двигателя определяется количеством топлива, которое может сгорать в его цилиндрах. В свою очередь, это количество зависит от массы окислителя – воздуха, находящегося в цилиндрах. Таким образом, для увеличения мощности двигателя фиксированной размерности необходимо увеличить подачу в двигатель воздуха (или готовой топливо-воздушной смеси). Это хорошо понимали уже создатели первых двигателей внутреннего сгорания, например – Г.Даймлер и Р.Дизель.

Как известно, для увеличения плотности подаваемого в цилиндр заряда используется наддув, при котором тем или иным способом повышается давление свежего заряда. В первой половине ХХ века наддув нашел применение на авиационных поршневых двигателях. Широкое распространение на автомобилях наддув получил благодаря швейцарскому инженеру Альфреду Бюши, который в 1952 г. впервые использовал для привода компрессора энергию отработавших газов, что позволило поднять мощность двигателя на 40%.

Однако, как известно, быстрое сжатие газа всегда сопровождается увеличением его внутренней энергии, что проявляется в росте температуры. Связь между давлением и температурой в политропn −1

⎛        ⎞

ном процессе определяется выражением

декс «кон» соответствует конечным, а «нач» – начальным параметрам сжимаемого газа. При этом температура возрастает тем существеннее, чем ниже КПД компрессора.

Можно посчитать, что при увеличении начального давления в полтора раза температура возрастает приблизительно на 45оС, при двукратном повышении давления прирост температуры составляет приблизительно 80оС. Считается, что в нагнетателях автотракторных ДВС температура сжимаемого воздуха поднимается на 70 …

180оС.  Однако  с  повышением  температуры  плотность  заряда

уменьшается, а потому эффект от повышения давления в известной степени нивелируется. Так, например, при плотность заряда падает приблизительно на 25%! К тому же, в случае использования наддува на двигателе с искровым зажиганием повышение температуры свежего заряда приводит к возникновению детонации при существенно меньших углах опережения зажигания. Это обстоятельство негативно сказывается на экономических показателях двигателя.

Для уменьшения вредного влияния увеличения температуры на плотность заряда используются специальные теплообменники – промежуточные охладители наддувочного воздуха.

Можно утверждать, что понижение температуры наддувочного воздуха на каждые 10° приводит к увеличению его плотности приблизительно на 3 %, что дает приблизительно такое же увеличение мощности. Таким образом, охлаждение воздуха на 30оС дает почти

10 %-ное увеличение мощности двигателя.

Рис. 2.1. Схема системы турбонаддува с промежуточным охладителем

Промежуточные охладители наддувочного воздуха устанавливаются либо перед радиатором перпендикулярно потоку набегающего воздуха, либо горизонтально над двигателем. В последнем случае в капоте выполняется специальный воздухозаборник для подвода к теплообменнику потока охлаждающего воздуха.

Примеры установки промежуточных охладителей показаны на рис. 2.2.

К настоящему времени наибольшее распространение нашли системы турбонаддува, при котором для повышения давления наддувочного воздуха используется энергия отработавших газов. Схема двигателя с турбонаддувом приведена на рис. 2.1.

Поскольку детонация является нарушением сгорания, присущим исключительно двигателям с искровым зажиганием, использование промежуточных охладителей на дизелях считается оправданным лишь при наличии не менее чем двух ступеней наддува.

При  наддуве  двигателей  внутреннего сгорания  используются два основных типа теплообменников. В одних охлаждение сжатого в компрессоре воздуха производится набегающим потоком воздуха (теплообменники «воздух-воздух»), в других – охлаждающей жидкостью («воздух-вода»). Может использоваться также понижение температуры сжимаемого воздуха путем подачи в его поток на входе в компрессор воды, на испарение которой затрачивается часть повышающейся при сжатии внутренней энергии. В любом случае гидравлическое  сопротивление  должно  быть  минимальным,  поскольку высокие сопротивления протекающему через охладитель сжатому воздуху снижают его давление и, следовательно, его плотность.

 

а)         б)

Рис. 2.2 . Установка промежуточного охладителя перед радиатором (а)

и в крыле (б)

 

В связи с конструктивной простотой и со своей надежностью наибольшее распространение нашли охладители типа «воздухвоздух». Они представляют собой алюминиевый пластинчатый радиатор, в котором воздух проходит через тонкие трубки, соединенные друг с другом в верхней части. Пример выполнения такого теплообменника показан на рис. 2.3. Для интенсификации теплообмена как внутри трубок, так и между ними располагают небольшие перегородки.

Рис. 2.3. Охладитель типа «воздух-воздух»

фирмы DENSO

Поскольку охлаждаемой и охлаждающей средой является воздух, термические сопротивления теплоотдачи оказываются большими и общая эффективность таких охладителей невелика. Для существенного понижения температуры в таком теплообменнике он должен иметь достаточно большие размеры, что не всегда возможно, особенно в условиях ограниченного подкапотного пространства легковых автомобилей.

Поскольку теплоемкость воды более чем в 4 раза превосходит изобарную теплоемкость воздуха, существенного уменьшения габаритов промежуточных охладителей можно добиться использованием теплообменников типа «вода-воздух». Теплообменник «водавоздух» обычно располагается рядом с компрессором, а теплота в окружающую среду отводится с помощью отдельного радиатора, через который жидкость прогоняется специальным насосом. Эффективность подобных теплообменников несколько снижается в связи с необходимостью добавки в воду антифриза. Количество охлаждающей жидкости в системе промежуточного охладителя должно быть достаточным, чтобы на пике нагрузки понизить температуру сжатого воздуха даже до того, как насос подаст в теплообменник очередную порцию охлажденной воды (обычно – 2 … 3 л). Такие охладители выигрывают в сравнении с охладителями типа «воздух-воздух» благодаря высокой теплоемкости и аккумулирующей способности жидкости.

Входной патрубок на входе в компрессор имеет обычно диаметр

80, а на выходе – 50 мм. Трубы должны быть гибкими и по возможности короткими. Ведущая от промежуточного охладителя труба покрывается теплоизоляцией.

Циркуляция воды в контуре промежуточного охладителя обеспечивается насосом с электрическим приводом. При увеличении нагрузки производительность насоса обычно возрастает. В некоторых системах насос включается лишь при открытии дроссельной заслонки на определенный угол, а затем, после фиксированной временной задержки, вновь отключается.

Насос обычно размещается на выходе из радиатора, благодаря чему в него поступает жидкость при сравнительно низкой температуре. Режим работы, а также включение и выключение насоса контролируются блоком управления. В качестве управляющего сигнала может использоваться значение температуры или давления сжатого воздуха, а также угол открытия дроссельной заслонки.

К недостатком промежуточных охладителей типа «вода-воздух» можно отнести то обстоятельство, что после длительной езды с высокой скоростью и последующей остановки вода в теплообменнике нагревается, что снижает эффективность системы после очередного трогания с места.

В любом случае радиатор промежуточного охладителя должен располагаться перед другими теплообменниками, в том числе – и перед конденсатором кондиционера.

Эффективность  промежуточного  охладителя  оценивается  коэффициентом эффективности или рассеивания теплоты Е:

– температура наддувочного воздуха на входе в охладитель,

t1выход – его температура на выходе,

t 2вход

– температура охлаждающего воздуха на выходе.

Для легковых автомобилей коэффициент эффективности обычно составляет 0,4 … 0,77 (большие значения соответствуют охладителям типа «воздух-воздух»).

Материал взят из книги Теплотехнические устройства автомобилей (Л.М. Матюхин)

Охлаждение наддувочного воздуха

Охлаждение наддувочного воздуха

Ханну Яэскеляйнен, Магди К. Хаир

Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием. Для полного доступа требуется подписка DieselNet.
Пожалуйста, войдите в систему , чтобы просмотреть полную версию этого документа.

Abstract : Охлаждение наддувочного воздуха - важная особенность многих современных дизельных двигателей с наддувом, которая может использоваться для снижения выбросов и расхода топлива, а также увеличения удельной мощности.Наддувочный воздух может охлаждаться охлаждающей жидкостью двигателя, окружающим воздухом или отдельным контуром низкотемпературной жидкости.

Введение

В современных двигателях также важно следить за тем, чтобы температура заряда не становилась чрезмерной. В современных форсированных двигателях это реальная возможность. Чрезмерные температуры могут привести к снижению плотности заряда и повышению температуры сгорания, что может повлиять на крутящий момент, мощность и выбросы.

Турбокомпрессоры и нагнетатели увеличивают плотность наддувочного воздуха, они также повышают температуру воздуха во впускном коллекторе.Такая компоновка со сжатием всасываемого воздуха без последующего охлаждения подходила для таких применений, как североамериканские дизельные двигатели большой мощности до 1990-х годов. Поскольку стандарты выбросов становились все более жесткими, требовалось дополнительное увеличение плотности наддувочного воздуха. Хотя это может быть достигнуто за счет сжатия до более высоких давлений, это потребует более дорогостоящего оборудования для сжатия и еще больше повысит температуру цикла. С другой стороны, если бы температуру впускного коллектора можно было снизить, плотность впуска могла бы быть еще больше увеличена, и к двигателю можно было бы подавать больше воздуха без обязательного увеличения давления во впускном коллекторе.Хотя для этого потребуется компрессор, способный к более высокому потоку, его стоимость будет значительно ниже, чем у компрессора, который также может работать с более высоким давлением. Охлаждение воздуха с помощью теплообменника на выходе из компрессора - это распространенный способ охлаждения наддувочного воздуха. Такой теплообменник упоминается как охладитель наддувочного воздуха (CAC), промежуточный охладитель или промежуточный охладитель (Рисунок 1). Эти термины обычно используются как синонимы. Термин промежуточный охладитель относится к тому факту, что этот теплообменник выполняет свою задачу между двумя стадиями сжатия, т.е.е., между сжатием в компрессоре и сжатием в цилиндре двигателя. Термин промежуточный охладитель относится к наддувочному воздуху, охлаждаемому после сжатия в компрессоре. Растущий спрос на улучшение экономии топлива и выбросов выхлопных газов сделал охладитель наддувочного воздуха важным компонентом большинства современных двигателей с турбонаддувом.

Рисунок 1 . Схематическое изображение турбокомпрессора и охладителя наддувочного воздуха

###

Охладители наддувочного воздуха | Прикладная технология охлаждения

Охладитель наддувочного воздуха (или промежуточный охладитель продувочного воздуха) расположен между турбонагнетателем и впускным коллектором продувочного воздуха двигателя.Охладитель наддувочного воздуха предназначен для снижения температуры воздуха на входе, тем самым увеличивая плотность воздуха, тем самым повышая эффективность двигателя. Обычно охладитель наддувочного воздуха охлаждает воздух от 200 ºC до 45 ºC с высокой скоростью воздуха. Очевидно, что важно обеспечить требуемые характеристики, но при высоких скоростях воздуха обязательно, чтобы конструкция имела высокую интегральную прочность. Морская вода и пресная вода обычно используются в качестве охлаждающей среды, и для обеспечения длительного срока службы необходимы высококачественные материалы.Протекающие или поврежденные охладители наддувочного воздуха могут вызвать потерю мощности, увеличение выбросов, повышенный расход топлива и повышенную температуру выхлопных газов, что приведет к чрезмерному износу / повреждению двигателя. Поэтому состояние воздухоохладителя важно для обеспечения эффективной работы любого дизельного двигателя с турбонаддувом.

На сегодняшних рынках судоходства бюджеты сильно стеснены. В ACT мы осознаем трудности, с которыми сталкиваются наши клиенты, и в ответ предложили ряд вариантов для снижения затрат.Мы предлагаем трубные плиты из углеродистой стали вместо Naval Brass там, где это позволяют охладители, ремонт и очистка агрегатов, а также предлагаем скидки на утилизацию старых охладителей для компенсации затрат на замену агрегата.

Благодаря широкому диапазону доступных нам типов ребер, у нас всегда есть вариант с ребрами, который позволит нам построить воздухоохладитель с тепловыми характеристиками, равными или лучше оригинального устройства. Иногда клиенты недовольны исходной производительностью воздухоохладителя, и в этих обстоятельствах мы можем предложить построить новый охладитель с улучшенной эффективностью или меньшим падением давления.Размеры воздухоохладителя можно узнать из нашей обширной базы данных чертежей, обследований на борту или из образцов, отправленных в наши мастерские.

Мы производим воздухоохладители из высококачественных материалов. Мы закупаем эти материалы оптом напрямую у европейских поставщиков. Это позволяет нам лучше контролировать качество материалов. Наша процедура контроля качества включает полную отслеживаемость материалов и изготовления. Воздухоохладитель проверяется на различных этапах производства, обеспечивая качество на всех этапах производства.

На выбросы NOx вашего двигателя влияет состояние охладителя наддувочного воздуха. Теперь судам необходимо доказать, что производитель воздухоохладителей предложил кулер с такими же характеристиками, как и оригинал. Наши типы ребер были протестированы на независимых испытательных центрах, а результаты были использованы в нашем сложном программном обеспечении для теплового расчета. Если нам предоставят исходные тепловые данные, мы можем предложить ТОЧНЫЕ тепловые характеристики нашего кулера, чтобы удовлетворить требованиям по NOx.

Использование переменного тока для подзарядки кулера

Введение

Повышенное охлаждение вышло за рамки промежуточного охладителя?

Dodge сделал это снова - он представил публике автомобиль с безумной мощностью, который буквально называют Демон.Однако, даже если вы хорошо разбираетесь в турбо-технологиях, вам, вероятно, интересно, что же такое «SRT Power Chiller» и как именно он работает. Мы объясним это, а также как и что с интеркулерами в этой статье.

Идея интеркулера состоит в том, что он снижает температуру нагнетаемого воздуха до того, как он достигнет вашего впускного коллектора. Есть два способа сделать это: интеркулеры воздух-воздух или интеркулеры воздух-вода. Имейте в виду, что если вы использовали двигатель с промежуточным охлаждением и турбонаддувом или двигатель с наддувом, вы, вероятно, знаете, что это такое.Во-первых, мы начнем с простейшей конструкции: воздухо-воздушного охладителя.

Воздухо-воздушный интеркулер

Воздух-воздух относится к тому, как промежуточный охладитель охлаждает наддуванный воздух, используя сердечник в качестве радиатора. Заряженный воздух проходит через трубки промежуточного охладителя, тогда как окружающий воздух течет по трубкам, чтобы отводить тепло, передаваемое заряженным воздухом трубкам промежуточного охладителя. Этому также способствуют маленькие ребра или пластины между трубками.

Существует два различных типа сердечников промежуточного охладителя (центральная часть, где происходит охлаждение) - трубчато-ребристые и пластинчатые.Трубка и ребро устроены так же, как охладитель трансмиссии или охладитель моторного масла, где есть выдавленные овальные трубы с ребрами, запрессованными на место. Это может привести к более легкому интеркулеру, поскольку экструдированные трубы будут меньше и прочнее, но они более подвержены повреждениям на дороге. Еще хуже то, что при увеличении давления наддува он начнет терять герметичность. Вы также получите сердцевину меньшего размера, так как из-за уплотнения между трубками на концевых резервуарах будет потеряно пространство.

Пруток-пластина, с другой стороны, намного прочнее и эффективнее при охлаждении наддувочного воздуха.Вы получаете больше площади, потому что паяете или свариваете сердечник, а не полагаетесь на большое металлическое уплотнение, которое уменьшает его фактический размер. Он также сильнее благодаря использованию стержней и пластин поверх трубок для создания ядра интеркулера. Это не только снижает шансы разгона, убивающего дорожный ущерб, но и обычно может выдерживать гораздо более высокое давление наддува, чем трубка с плавником. Однако он тяжелее.

Воздух-вода

Кроме того, есть промежуточный охладитель воздух-вода, и это сверхэффективная конструкция. Вода - гораздо лучший способ отвода тепла от объекта, и вы можете использовать промежуточный охладитель меньшего размера, чем вам потребовался бы над промежуточным охладителем воздух-воздух.Это снижает потери давления наддува, поскольку теперь у вас более короткий путь к впуску и вы можете производить больше мощности.

Не только это, но и некоторые конструкции позволяют использовать небольшой ящик, чтобы заполнить его льдом и позволить воде течь через него, дополнительно охлаждая нагнетаемый воздух. Вы также меньше полагаетесь на то, чтобы ваш автомобиль продолжал движение, поскольку вам не нужно, чтобы воздух проходил через интеркулер для охлаждения. Однако эта система не только тяжелее из-за всех задействованных компонентов (водяной насос, резервуар для воды, резервуар для воды и льда или теплообменник для воды), но и сложнее упаковать ее по схеме "воздух-воздух".Несмотря на это, промежуточные охладители воздух-вода являются предпочтительным методом для производителей оригинального оборудования, которые действительно используют промежуточное охлаждение в своих усилиях с наддувом, включая Dodge и Challenger SRT Demon.

Чиллер SRT Power Chiller

Однако Demon по-другому охлаждает жидкость для встроенного промежуточного охладителя своего нагнетателя. Здесь в игру вступает чиллер SRT Power Chiller. Как известно, Power Chiller использует систему кондиционирования воздуха для охлаждения наддувочного воздуха.Для этого охлаждающая жидкость промежуточного охладителя поступает в охладитель, который снижает температуру охлаждающей жидкости дальше, чем это возможно с обычным теплообменником.

Рави Долвани из CSF Radiators объясняет далее: «Вода проходит через передний теплообменник, который охлаждает наддувочный воздух, прежде чем он попадет в двигатель. Затем вода поступает в блок Power Chiller для дальнейшего охлаждения этой воды, которая очень холодная из-за фреона из блока переменного тока - это еще больше снизит температуру наддувочного воздуха перед его попаданием в блок двигателя.”

Охлажденная охлаждающая жидкость затем направляется в промежуточный охладитель нагнетателя и снижает температуру нагнетаемого воздуха еще на 18 ° F (-7,7 ° C) по сравнению с температурой окружающей среды при использовании обычного теплообменника. Это позволяет Demon развивать давление 14,5 фунтов на квадратный дюйм при степени сжатия 9,5: 1, как у 6,2-литрового Hemi, и развивать мощность до 840 л.с. на 100-октановом топливе (или 808 л.с. на 91-октане).

Это не первый раз, когда OE задумывается об использовании системы HVAC для охлаждения нагнетаемого воздуха; Ford реализовал эту идею дважды для двух концептуальных автомобилей: Mustang Mach 1 Concept 1994 года и концепта F150 Lightning 2003 года.Тем не менее, Dodge - единственный производитель, который реализовал эту идею в Challenger Demon. Также были представлены два разных решения для вторичного рынка от двух компаний под названием RX Performance и Active Interchiller. RX Performance, похоже, больше нет, но Active есть и ориентирован в основном на внутренние автомобили США. Итак, это доступно, если вы используете двигатель LS или систему кондиционирования воздуха GM.

Сделай сам?

Если вы хотите приготовить доморощенный набор, то тут есть довольно большая загвоздка. Это не так просто, как взять систему переменного тока из другой машины и установить фитинги на блок охлаждения охлаждающей жидкости.Я даже не говорю о механической обработке или создании линий для системы переменного тока. К сожалению, это фреон. Большинство магазинов автомобильных запчастей не собираются продавать вам баллоны с фреоном (даже HFC-R134a) без сертификата 608 или 609 EPA здесь, в США. 608 предназначен для стационарных вещей, таких как домашние кондиционеры и холодильники, а 609 - для автомобилей. Те маленькие банки, которые вы видите на полках магазинов, находятся под лимитом EPA, и поэтому вы можете покупать их без какой-либо сертификации.

Так в чем же загвоздка? Зачем вам нужно покупать большое количество фреона, чтобы правильно заполнить систему? Техник заполняет кондиционер фреоном по весу.После того, как техник впрыснул в линии переменного тока масло PAG на стороне низкого давления (сторона с синей крышкой или большими линиями) системы, он или она затем начинает заряжать систему и начинает с размещения резервуара с жидкостью. Фреон на весах и тарирует их (обнуляет шкалу с резервуаром). Затем техник открывает клапан на стороне низкого давления для зарядки системы при работающем двигателе и системе переменного тока, наблюдая за весами, чтобы увидеть, когда они говорят, что рекомендованный производителем вес фреона заполнил систему.Клапан может быть закрыт при повышении давления и снова открыт после его стабилизации, поскольку давление будет препятствовать правильному заполнению системы резервуаром. Вот почему это делается с помощью веса, а не давления.

Заключение

Хотя промежуточный охладитель - это единственный способ охладить нагнетаемый воздух, чтобы сделать его более плотным, способ достижения этой цели так же отличается, как и наддув и турбонагнетатель. Интеркулеры воздух-вода, хотя и сложные и громоздкие, являются наиболее эффективным способом достижения этой цели.Если вы хотите сделать его еще лучше, система HVAC в вашем автомобиле или грузовике может предоставить это решение для оригинальных производителей и вас самих, при условии, что вы сертифицированы для работы с фреоном. В противном случае вам придется либо купить автомобиль или грузовик с их собственным Power Chiller, либо попросить кого-нибудь поставить для вас комплект, если вы его найдете.

По мере того, как производители оригинального оборудования находят все больше уловок для получения большей мощности от двигателя внутреннего сгорания, мы начнем находить больше легковых и грузовых автомобилей, которые могут выставить на заводе невероятные показатели мощности, которых когда-то мог достичь только вторичный рынок.

Джастин Баннер
Instagram: jb27tt
Facebook: racerbanner
Twitter: RacerBanner

Больше статей, связанных с технологиями, на Speedhunters

Охладитель наддувочного воздуха - Spectra Premium

Компоненты: труба и ребро против конструкции стержня и пластины

CAC трубки и ребра очень похожи на радиаторы. В них используются бесшовные или экструдированные трубы с внутренними ребрами, чтобы максимизировать теплопередачу и увеличить прочность трубы. Затем между трубками помещаются внешние ребра, и полученная труба устанавливается в коллектор резервуара как радиатор.Этот тип CAC является стандартной конструкцией для большинства OEM-производств и предназначен для удовлетворения требований производителей к охлаждению.

Однако некоторые приложения более требовательны к блоку CAC и как таковому; Иногда в этой конструкции наблюдались преждевременные отказы при использовании в более тяжелых приложениях. Такие отказы могут включать растрескивание труб в стыках коллектора в результате термической усталости из-за постоянного расширения и втягивания труб.Поэтому для этих более требовательных приложений конструкция стержня и пластины обычно является лучшим вариантом.

Конструкция стержня и пластины состоит из ребер, которые зажаты между алюминиевыми листами и снабжены коллектором и лицевыми стержнями. Этот набор стержней, пластин и ребер затем спаивается вместе, образуя единую прочную деталь, позволяющую приваривать резервуары непосредственно к сердечнику. Такой тип конструкции позволяет получить более прочное решение для более требовательных приложений, поскольку оно может выдерживать более высокие давления и температуры.

Общие признаки неисправности охладителя наддувочного воздуха

  • Потеря мощности двигателя
  • Повышенный расход топлива
  • Неисправность выпускного коллектора
  • Преждевременный отказ поршня, кольца и клапана
  • Повышенная температура охлаждающей жидкости
  • Неисправность турбокомпрессора
  • Повышенное содержание твердых частиц в выбросах

Распространенные причины сбоев

Охладитель наддувочного воздуха подвержен нагрузкам и перегреву, что приводит к отделению верхней плиты от плиты коллектора, деформации трубы или разрушению стенки трубы.Как и в других продуктах системы охлаждения, алюминиевый сердечник может подвергнуться коррозии, и деталь может треснуть после столкновения. Кроме того, отказ турбокомпрессора может привести к последующему отказу охладителя наддувочного воздуха в цепной реакции.

В случае отказа охладителя наддувочного воздуха двигатель не будет получать достаточно холодного плотного воздуха, что приведет к потере полного сгорания и истощению несгоревшего топлива.

Отсутствие замены вышедшего из строя охладителя наддувочного воздуха может напрямую повлиять на мощность, расход топлива и выбросы.

Интеркулеры жидкость-воздух | PWR Performance Products

Промежуточный охладитель жидкость-воздух из цилиндра PWR является первым в мире эксклюзивным по своей конструкции для отрасли. Радикальная цилиндрическая форма была разработана для применения на улицах и улицах, обеспечивая максимальное охлаждение, воздушный поток и эффективность. Насос на 12 В обеспечивает циркуляцию воды по стволу, обеспечивая стабильную температуру на выходе, а уникальная внутренняя система перегородок обеспечивает равномерное охлаждение внутри самого ствола.Система не требует окружающего (внешнего) воздушного потока, что позволяет устанавливать блок как можно ближе к коллектору, уменьшая турбо-задержку и обеспечивая максимальную производительность.

Промежуточные охладители между жидкостью и воздухом PWR доступны в виде отдельного блока или в виде «комплекта» и подходят для машин, производящих мощность от 270 до 1200 л.с. Интеркулер PWR Barrel выпускается (7) семи различных размеров и почти хромирован.

Компания

PWR выпустила бочкообразные охладители диаметром 5 дюймов, чтобы добавить к нашему обширному ассортименту промежуточных охладителей воды и воздуха.5-дюймовые стволы заполнят промежуток между 6-дюймовыми и меньшими 4-дюймовыми стволами. Многие автомобили с турбонаддувом имеют двигатель мощностью от 400 до 550 л.с., а 6-дюймовые бочки обычно слишком велики, чтобы поместиться в моторные отсеки большинства небольших автомобилей.

Диапазон

включает 5 ″ x6 ″ (400 л.с.), 5 ″ x8 ″ (450 л.с.) и 5 ​​″ x10 ″ (550 л.с.). У них есть выходы 2,5 дюйма и 19-миллиметровые хвостовики водяных шлангов или фитинги -12 с наружной резьбой. Позвоните в наш отдел продаж сегодня, чтобы разместить заказ и увидеть желаемый результат.

Преимущества

PWR Промежуточный охладитель жидкости и воздуха в цилиндре

  • Уникальная цилиндрическая форма
  • Более быстрое эффективное охлаждение, чем воздух-воздух
  • Простая установка
  • Позволяет укорочить трубу промежуточного охладителя для уменьшения турбо-лага
  • Улучшает турбо-отклик
  • Доступен в (7) семи различных размерах (универсальный)
  • Поставляется в комплекте
  • Проверенные на гоночных и уличных условиях характеристики
  • Изготовление 10 рабочих дней
  • Сварка TIG мирового класса
  • Испытано под давлением
  • Более стабильная температура на впуске, чем воздух-воздух
  • 100% австралийское производство
  • Более плотное давление воздуха для большего наддува
  • Уточните у торгового персонала PWR, подходит ли показанный продукт для ваших нужд.Показанный продукт может отличаться от того, что вам нужно.

    SUBARU

    FORD

    БОЧКИ - ВЫПУСКНЫЕ РЕЙКИ

    КОМПЛЕКТЫ БОЧКИ

    ТЕПЛООБМЕННИКИ

    ПРИНАДЛЕЖНОСТИ

    НАСОСЫ

    Wikizero - Интеркулер

    Интеркулер - это механическое устройство, используемое для охлаждения газа после сжатия. Сжатие газа увеличивает его внутреннюю энергию, что, в свою очередь, повышает его температуру и плотность.Промежуточный охладитель обычно представляет собой теплообменник, отводящий тепло в газовом компрессоре. [1] Интеркулеры имеют множество применений, и их можно найти, например, в воздушных компрессорах, кондиционерах, холодильном оборудовании, газовых турбинах и автомобильных двигателях. Они широко известны как охладитель воздух-воздух или воздух-жидкость для двигателей внутреннего сгорания с принудительной индукцией (с турбонаддувом или наддувом), используемых для повышения объемного КПД. Это достигается за счет увеличения плотности всасываемого воздуха за счет охлаждения почти постоянного давления.

    Автомобильные интеркулеры были впервые представлены в 1977 году на Porsche 911. [ цитата необходима ]

    Воздушные компрессоры [править]

    Интеркулеры используются для отвода отработанного тепла из первой ступени двухступенчатых воздушных компрессоров. Двухступенчатые воздушные компрессоры производятся из-за присущей им эффективности. Охлаждающее действие промежуточного охладителя в основном отвечает за эту более высокую эффективность, приближая ее к эффективности Карно.Удаление теплоты сжатия из разряда первой ступени приводит к уплотнению заряда воздуха. Это, в свою очередь, позволяет второй ступени производить больше работы с фиксированной степенью сжатия. Добавление интеркулера в установку требует дополнительных вложений.

    Двухступенчатый компрессорный насос, показывающий расположение промежуточного охладителя.

    Двигатели внутреннего сгорания [править]

    Промежуточные охладители повышают эффективность системы впуска за счет уменьшения тепла воздуха на впуске, создаваемого нагнетателем или турбонагнетателем, и способствуя более полному сгоранию.Это удаляет теплоту сжатия (то есть повышение температуры), которая возникает в любом газе, когда его давление повышается (то есть его единица массы на единицу объема - плотность - увеличивается).

    Снижение температуры наддува всасываемого воздуха поддерживает использование более плотного всасываемого заряда в двигатель в результате принудительной индукции. Снижение температуры всасываемого наддувочного воздуха также устраняет опасность преждевременной детонации (детонации) топливно-воздушного заряда перед синхронизированным искровым зажиганием. Это сохраняет преимущества большего сжигания топлива / воздуха за цикл двигателя, увеличивая мощность двигателя.

    Промежуточные охладители также устраняют необходимость использования расточительного метода снижения температуры всасываемого заряда путем впрыска избыточного топлива в камеры впуска воздуха цилиндров для охлаждения всасываемого воздуха перед его потоком в цилиндры. Эта расточительная практика (до использования промежуточных охладителей) почти исключала повышение эффективности двигателя за счет принудительной индукции, но была обусловлена ​​большей необходимостью предотвратить любой ценой повреждение двигателя, которое вызывает детонация двигателя перед детонацией. [3]

    Префикс inter в имени устройства связан с его использованием в качестве охладителя между циклами сжатия. Обычно в автомобилях промежуточный охладитель устанавливается между турбонагнетателем (или нагнетателем) и двигателем (сжатие поршня вызывает следующий цикл сжатия). Более описательным или информативным термином был бы промежуточный охладитель / охладитель заряда, что устраняет любую двусмысленность в том, что автомобили имеют последовательный двухступенчатый турбонаддув. Авиационные двигатели иногда строятся с охладителями наддувочного воздуха, которые устанавливались между несколькими ступенями принудительной индукции, [требуется ссылка ] , таким образом, обозначение inter .В автомобиле, оснащенном двухступенчатым турбонаддувом, можно установить как промежуточный охладитель (между двумя турбокомпрессорами), так и дополнительный охладитель (между турбонаддувом второй ступени и двигателем). Дизельный автомобиль JCB Dieselmax, рекордсмен наземной скорости, является примером такой системы. Обычно промежуточный или дополнительный охладитель называется охладителем наддувочного воздуха.

    Интеркулеры могут значительно различаться по размеру, форме и конструкции, в зависимости от производительности и требований к пространству всей системы нагнетателя.Распространенными пространственными конструкциями являются промежуточные охладители передней установки ( FMIC ), верхние промежуточные охладители ( TMIC ) и гибридные промежуточные охладители (HMIC). Каждый тип может охлаждаться системой воздух-воздух, системой воздух-жидкость или их комбинацией.

    В двигателях с наддувом [править]

    Моторный отсек MINI Cooper S. Установленный сверху интеркулер обведен красным. Внутренний вид промежуточного охладителя «воздух-воздух» крупным планом. Внешний вид того же сердечника промежуточного охладителя.

    Турбокомпрессоры и нагнетатели спроектированы таким образом, чтобы нагнетать больше массы воздуха (и, следовательно, больше молекул кислорода) во впускной коллектор двигателя и камеру сгорания.Промежуточное охлаждение - это метод, используемый для компенсации нагрева, вызванного наддувом, естественным побочным продуктом процесса полуадиабатического сжатия. Повышенное давление воздуха может привести к чрезмерно горячему всасываемому заряду, что значительно снизит прирост производительности наддува из-за уменьшения плотности. Повышенная температура всасываемого заряда также может повысить температуру сгорания цилиндра, вызывая детонацию, чрезмерный износ или тепловое повреждение блока цилиндров или поршней.

    Прохождение сжатого и нагретого всасываемого заряда через промежуточный охладитель снижает его температуру (из-за отвода тепла) и давление (из-за ограничения потока ребер).Если устройство правильно спроектировано, относительное снижение температуры больше, чем относительная потеря давления, что приводит к чистому увеличению плотности. Это увеличивает производительность системы за счет возмещения некоторых потерь неэффективного процесса сжатия за счет отвода тепла в атмосферу. Дополнительное охлаждение может быть обеспечено путем внешнего распыления мелкодисперсного тумана на поверхность промежуточного охладителя или даже на сам всасываемый воздух для дальнейшего снижения температуры всасываемого заряда за счет испарительного охлаждения.

    Интеркулеры, которые обмениваются теплом напрямую с атмосферой, предназначены для установки в помещениях автомобиля с максимальным потоком воздуха. Эти типы в основном устанавливаются в системах с передним креплением (FMIC). Такие автомобили, как Nissan Skyline, Saab, Volvo 200 Series Turbo, Volvo 700 Series (и 900 series) turbo, Dodge SRT-4, Mazda MX-6 1-го поколения, Mitsubishi Lancer Evolution и Chevrolet Cobalt SS, используют передний установленный интеркулер (s ) установлен возле переднего бампера, на одной линии с радиатором автомобиля.

    Многие другие автомобили с турбонаддувом, особенно в тех случаях, когда эстетика автомобиля не должна ухудшаться из-за верхнего крепления, например Toyota Supra (только JZA80), Nissan 300ZX Twin Turbo, Nissan Silvia (S13 / 14 / 14a / 15), Nissan 180sx, Mitsubishi 3000gt, Saab 900, Volkswagen, дизельные двигатели Fiat Turbo, Audi TT и Turbo В Mitsubishi Eclipse используются боковые воздушно-воздушные интеркулеры (SMIC), которые устанавливаются в переднем углу бампера или перед одним из колес. Боковые промежуточные охладители, как правило, меньше по размеру, в основном из-за нехватки места, и иногда два промежуточных охладителя используются для получения производительности более крупного одиночного промежуточного охладителя.В таких автомобилях, как Subaru Impreza WRX, MINI Cooper S, Toyota Celica GT-Four, Nissan Pulsar GTI-R, Acura RDX, Mazdaspeed3, Mazdaspeed6 и турбодизели PSA Peugeot Citroën, используются воздушно-воздушные верхние промежуточные охладители (TMIC ) расположен в верхней части двигателя. Воздух проходит через интеркулер с помощью черпака вытяжки. В случае автомобилей PSA воздух проходит через решетку над передним бампером, а затем через воздуховоды под капотом. Установленные сверху промежуточные охладители иногда страдают от рассеивания тепла из-за близости к двигателю, нагревая их и снижая их общую эффективность.В некоторых автомобилях, участвующих в чемпионате мира по ралли, используется система реверсивной индукции, при которой воздух проходит через каналы в переднем бампере к горизонтально установленному интеркулеру.

    Установка послепродажного переднего промежуточного охладителя на автомобиль с установленным на заводе верхним промежуточным охладителем

    Поскольку системы FMIC требуют открытой конструкции бампера для оптимальной производительности, вся система уязвима для мусора. Некоторые инженеры выбирают другие места крепления из-за этой проблемы надежности. FMIC могут быть расположены перед или за радиатором, в зависимости от потребностей двигателя в отводе тепла.

    Помимо того, что в двигатель поступает большая масса воздуха, промежуточные охладители играют ключевую роль в регулировании внутренней температуры в двигателе с турбонаддувом. При оснащении турбонаддувом (как и любой другой формой наддува) удельная мощность двигателя увеличивается, что приводит к более высоким температурам сгорания и выхлопа. Выхлопные газы, проходящие через турбинную часть турбокомпрессора, обычно имеют температуру около 450 ° C (840 ° F), но могут достигать 1000 ° C (1830 ° F) в экстремальных условиях.Это тепло проходит через турбонагнетатель и способствует нагреву воздуха, сжимаемого в компрессорной секции турбонагнетателя. Если оставить его неохлажденным, этот горячий воздух попадает в двигатель, повышая внутреннюю температуру. Это приводит к накоплению тепла, которое в конечном итоге стабилизируется, но это может происходить при температурах, превышающих проектные ограничения двигателя - «горячие точки» на головке поршня или выпускном клапане могут вызвать коробление или растрескивание этих компонентов. Высокая температура наддувочного воздуха также увеличивает вероятность преждевременного воспламенения или детонации.Детонация вызывает резкие скачки давления в цилиндрах двигателя, которые могут быстро повредить двигатель. Эти эффекты особенно заметны в модифицированных или настроенных двигателях, работающих с очень высокой удельной мощностью. Эффективный промежуточный охладитель удаляет тепло из воздуха в системе впуска, предотвращая циклическое накопление тепла через турбонагнетатель, позволяя достичь более высокой выходной мощности без повреждений.

    Сжатие турбонагнетателем вызывает нагрев всасываемого воздуха и добавление тепла из-за неэффективности компрессора (адиабатический КПД).На самом деле это основная причина повышения температуры воздуха в воздушном заряде. Дополнительная мощность, полученная от принудительной индукции, связана с дополнительным воздухом, доступным для сжигания большего количества топлива в каждом цилиндре. Иногда это требует использования более низкой степени сжатия, чтобы обеспечить более широкое отображение опережения момента зажигания до того, как произойдет детонация (для данного октанового числа топлива). С другой стороны, более низкая степень сжатия обычно снижает эффективность сгорания и снижает затраты на электроэнергию.

    Некоторые высокопроизводительные тюнинговые компании измеряют температуру до и после промежуточного охладителя, чтобы гарантировать, что выходная температура максимально приближена к температуре окружающей среды (без дополнительного охлаждения; комплекты для распыления воды / сжиженного газа).

    Интеркулеры типа "воздух-жидкость" [править]

    Интеркулер "воздух-вода", изготовленный по индивидуальному заказу, который используется в двигателе S55 автомобиля Time Attack в BMW M3 2014 года выпуска; Металлический элемент кубовидной формы представляет собой охладитель наддувочного воздуха, работающий по принципу воздух-жидкость. Морской интеркулер с медно-никелевыми трубками и морской водой из бронзы покрывает

    Интеркулеры воздух-жидкость, также известные как охладители наддувочного воздуха , представляют собой теплообменники, которые передают тепло всасываемого заряда промежуточной жидкости, обычно воде, которая в конечном итоге отводит тепло в воздух.В этих системах радиаторы используются в других местах, как правило, из-за нехватки места, чтобы отводить нежелательное тепло, аналогично автомобильной системе охлаждения радиатора. Интеркулеры типа воздух-жидкость обычно тяжелее своих аналогов воздух-воздух из-за дополнительных компонентов, составляющих систему (насос циркуляции воды, радиатор, жидкость и водопровод). Toyota Celica GT-Four использовала эту систему с 1988 по 1989 год, с 1994 по 1999 год, а также в версии Carlos Sainz Rally Championship с 1990 по 1993 год. Subaru Legacy 1989-1993 годов с 2.Двигатель 0 L DOHC с плоским 4-цилиндровым двигателем также использовал установленный сверху промежуточный охладитель воздух-вода на моделях GT и RS, продаваемых в Японии, Европе и Австралии.

    Большим преимуществом системы воздух-жидкость является более низкая общая длина трубы и промежуточного охладителя, что обеспечивает более быстрый отклик (снижает турбо-задержку) настройки. В некоторых установках есть резервуары, которые могут удерживать лед, обеспечивая при этом температуру на входе ниже, чем у окружающего воздуха, что дает большое преимущество (но, конечно, лед требует постоянной замены).

    Компания Ford приняла эту технологию, когда решила использовать принудительную индукцию (через нагнетатель) на своих платформах грузовиков Mustang Cobra и Ford Lightning. В нем используется промежуточный охладитель на водно-гликолевой смеси внутри впускного коллектора, прямо под нагнетателем, и установлен длинный передний теплообменник, который приводится в действие насосом Bosch, изготовленным для Ford. Ford до сих пор использует эту технологию в своем Shelby GT500. В Chevrolet Cobalt SS Supercharged 2005-2007 годов также используется аналогичная установка.

    Промежуточные охладители воздух-жидкость на сегодняшний день являются наиболее распространенной формой промежуточных охладителей, применяемых в судовых двигателях, учитывая, что имеется неограниченный запас охлаждающей воды, и большинство двигателей расположены в закрытых отсеках, где обеспечивается хороший поток охлаждающего воздуха для самолет воздух-воздух будет затруднен.Морские промежуточные охладители представляют собой трубчатый теплообменник, в котором воздух проходит по ряду труб внутри корпуса охладителя, а охлаждающая вода циркулирует внутри труб. Источник воды для промежуточного охладителя зависит от конкретной системы охлаждения, установленной на двигателе. В большинстве судовых двигателей циркулирует пресная вода, которая проходит через теплообменник, охлаждаемый морской водой. В такой системе промежуточный охладитель будет присоединен к контуру забортной воды и размещен перед собственным теплообменником двигателя, чтобы обеспечить подачу холодной воды.Основные материалы, используемые для этого вида применения, предназначены для защиты от коррозии в морской воде: медно-никелевый сплав для труб и бронза для крышек из морской воды. [4]

    Охладитель наддувочного воздуха [править]

    Охладитель наддувочного воздуха используется для охлаждения воздуха двигателя после его прохождения через турбокомпрессор, но до того, как он попадет в двигатель.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *