Охлаждение наддувочного воздуха

В результате сжатия в турбокомпрессоре наддувочного воздуха его температура может достигнуть 200ºС. Плотность горячего воздуха значительно меньше холодного. В результате чего в цилиндры поступает меньше воздуха и соответственно меньше кислорода. А это приводит к не полному сгоранию топлива и увеличению вредных выбросов.

Чтобы в цилиндры поступало больше воздуха, а значит, и кислорода, его надо охладить. Уменьшение температуры воздуха на каждые 10º увеличивает на 2–2.5% поступление воздуха в цилиндры, приводит к полному сгоранию топлива и примерно настолько же увеличивается мощность двигателя. Более того, это приводит к уменьшению тепловой напряжённости в деталях камеры сгорания двигателя.

Для этого применяют различные конструкции охладителей наддувочного воздуха.

Системы охлаждения впускного воздуха

Предлагаем рассмотреть один из вариантов промежуточного охлаждения надувочного воздуха.

В данном варианте атмосферный воздух засасывается газовой турбиной, сжимается и часть его направляется на охладитель воздуха, а вторая часть поступает в трубу Ранка.

Труба Ранка – это такой эффект, при котором происходит закручивание потока воздуха и при этом он разделяется на 2 фракции. Наружный поток будет с большей температурой, а внутренний с меньшей. При этом потоки будут направлены в противоположные стороны.

Из трубы Ранка холодный воздух поступает на охладитель впускного воздуха. А оттуда воздух поступает непосредственно в двигатель.

Для охлаждения всасывающего воздуха применяются 2 типа холодильников:

• прямое охлаждение;
• непрямое охлаждение;

Схема прямого охлаждения надувочного воздуха

При прямом охлаждении набегающий поток воздуха непосредственно охлаждает воздушный холодильник, который устанавливается перед радиатором охлаждающей жидкости или рядом с ним.

Горячий воздух из турбокомпрессора поступает по трубе в охладитель, где он охлаждается встречным потоком воздуха. После этого охлаждённый воздух поступает во всасывающий коллектор двигателя.

Достоинством такой схемы является то, что в ней полностью исключается отбор полезной мощности от двигателя на привод вентилятора.

Недостатком является то, что охладитель приходиться устанавливать далеко от двигателя и приходится прокладывать трубопроводы, а это приводит к громоздкости установки.

Схема непрямого охлаждения наддувочного воздуха

Принцип непрямого охлаждения впускного воздуха заключается в том, что его температура понижается при помощи охлаждающей жидкости двигателя.

В этом случае горячий воздух от турбокомпрессора направляется к водяному охладителю воздуха, который находится в низкотемпературном отсеке радиатора системы охлаждения двигателя. После чего охлаждённый воздух поступает во впускной коллектор двигателя.

На охладитель наддувочного воздуха жидкость поступает из низкотемпературного отсека радиатора охлаждения. Охладив воздух, она опять возвращается в низкотемпературную секцию радиатора.

Преимуществом такой схемы является то, что она более компактна и не занимает много места. Ведь охладитель воздуха можно установить в любом удобном месте.

Снижая температуру впускного, воздуха мы повышаем КПД двигателя.

Практически доказано, что снижение температуры впускного воздуха ведёт к увеличению мощности двигателя, поскольку охлаждённый воздух имеет большую плотность, то и в цилиндры его поступает больше, а это означает, что и кислорода поступит больше. В таком случае будет более полное сгорание топлива.

Охлаждение воздуха перед двигателем ведёт к снижению расходуемого топлива и уменьшению токсичных выбросов. А это, в свою очередь, позволяет соблюдать нормы выбросов по стандартам Евро-6.

Снижение температуры поступающего в цилиндры воздуха ведёт к уменьшению термической нагрузки на детали двигателя. С уменьшением температуры воздуха устанавливается более равномерный температурный режим работающего двигателя.

Это можно отнести как к дизельным двигателям, так и к бензиновым.

В последнее время всё чаще стали устанавливать промежуточные охладители воздуха после газовой турбины, как на грузовых, так и на легковых автомобилях.

На бензиновых двигателях горячий воздух, поступающий в цилиндры, может вызвать детонацию топлива, а в отработанных газах выявляют большое количество вредных оксидов.

На грузовых и легковых автомобилях интеркулеры, так называют промежуточные охладители воздуха, понижают температуру впускного воздуха до уровня 50– 60ºС. И в целом эффективность от применения интеркулера составляет до 20% мощности двигателя.

Но следует сказать, что устанавливая интеркулер, вы создаёте препятствие прохождению воздуха и этим снижаете давление наддува. Так что приходится находить золотую середину.

Некоторые конструктивные особенности

Ранее ОНВ (охладители наддувочного воздуха) изготавливались из медного листа. Отдельные детали соединялись при помощи низкотемпературных припоев. Такая технология зачастую не выдерживала вибрации. Появлялись трещины. Такие дефекты ремонту не подлежали. Приходилось менять интеркулер.

В настоящее время ОНВ стали делать из алюминия. Охладитель представляет собой конструкцию, детали которой полностью сварены в среде аргонодуговой сваркой. Сердцевина ОНВ собрана из отдельных ребристых элементов. Все элементы охладителя, включая патрубки подвода и отвода воздуха, собирались при помощи аргонодуговой сварки. По требованию заказчиков в нижней части охладителя стали устанавливать пробки для спуска конденсата.

Все эти конструктивные и технологические новинки позволяют достичь требований по охлаждению наддувочного воздуха до стандартов Евро-4.