Какой интеркулер лучше жидкостный или воздушный

Какой интеркулер лучше жидкостный или воздушный

Турбокомпрессор поставляет дополнительный воздух в цилиндры, но при этом растет температура. Проблема состоит в том, что при нагреве снижается плотность воздуха, что влечёт за собой падение давления наддува. То есть, чем прохладнее воздух, всасываемый двигателем, тем эффективнее процесс горения. Тупик? Да. Как этого избежать?

Решение − довольно простое и давно известное: интеркулер. Наиболее популярным является простой алюминиевый теплообменник, охлаждаемый набегающим воздушным потоком во время движения автомобиля. Однако это решение имеет свои недостатки: интеркулер − это удлинение пути поступающего в цилиндры воздуха, что повышает внутреннее сопротивление системы и замедляет реакции двигателя на педаль

Некоторое время назад инженеры Valeo предложили другое решение: интеркулер с водяным охлаждением. Это закономерно: жидкость охлаждает эффективнее, чем воздух. Правда, такой интеркулер невозможно подключить к системе охлаждения двигателя: там слишком высокая температура для данной ситуации − минимум 85. 90�C, а то и выше. По этой причине интеркулер с водяным охлаждением Valeo имеет собственный круг охлаждающей жидкости с энергоэффективным электрическим насосом. Температура этой жидкости не превышает 20�C.

Более низкая температура воздуха на входе в цилиндры − не единственный выигрыш от применения жидкостного интеркулера Valeo. Охлаждение, не зависящее от набегающего потока воздуха, позволяет переместить интеркулер с традиционного места ближе к турбине, что сокращает длину впускных магистралей. Выгода в том, что после нажатия на педаль газа максимальное давление во впускной системе достигается за более короткое время, − всего 150 миллисекунд: как минимум на 14% быстрее, чем при традиционном решении. То есть, двигатель отзывчивее реагирует на нажатие педали газа, а турбояма − меньше.

Еще один плюс − интеркулер с водяным охлаждением меньше, чем традиционный, воздушный, и ему нужно меньше места под капотом. Важным является также снижение давления во впускной системе при прочих равных, что дает гораздо больше возможностей конструкторам двигателей. Двигатели меньшей мощности, если они оснащены жидкостным интеркулером Valeo, меньше нагружают турбину меньше, а в более мощных двигатели можно использовать более высокое давление наддува.

Интеркулер − что воздушный, что жидкостный − может сам стать источником проблем по причине своего повреждения, а может также указывать на проблемы с другими системами. Один из симптомов − масло в интеркулере. Причины могут быть разные. Самый простой случай − если забит воздушный фильтр. В этом случае опять же не поступает достаточное количество воздуха, в турбокомпрессоре создается разрежение, под действием которого высасывается масло, уплотнители разрушаются и масло попадает в интеркулер.

Жидкостный и воздушный интеркулер: сравнение

Интеркулер – это устройство, которым оснащают многие автомобили с турбированным двигателем. В некоторых случаях его устанавливают в заводских условиях. Если он отсутствует изначально, его можно приобрести – например, в нашем интернет-магазине – и поставить на свою машину. Он подходит для автомобилей, работающих как на бензине, так и на дизеле. Главное назначение этого устройства – увеличение мощности мотора. Ее прирост достигается за счет снижения температуры воздуха, который поступает в цилиндры. Кроме того, интеркулер позволяет экономить топливо. Визуально все интеркулеры напоминают обычные радиаторы. Они делятся на два типа и бывают воздушными и жидкостными.

Особенности воздушных интеркулеров

По своей конструкции воздушные интеркулеры достаточно просты. Они представляют собой некоторое количество трубок, соединенных пластинами. Воздух из внешней среды движется по трубкам, а пластины способствуют его максимальному охлаждению. Устройства этого типа могут охлаждать его приблизительно на 40-50 градусов. В результате мощность двигателя увеличивается до 10%-15%. Стоит отметить, что на низких скоростях – до 30-40 км/ч – прирост незаметен. Он начинает ощущаться, как минимум, при 60 км/ч. Воздушные интеркулеры стоят сравнительно недорого. Но у них есть минусы: внушительные габариты и большой вес.

Жидкостные интеркулеры и их свойства

В значительной части жидкостных интеркулеров используется вода. Теплоемкость у нее выше, чем у воздуха. В результате устройства этого типа охлаждают воздух уже на 60-70 градусов. В итоге удается увеличить мощность мотора примерно до 20%. Сегодня существуют также интеркулеры, в которых используется не вода, а специальные хладагенты. В качестве них могут использоваться жидкий азот, тосол и др.

Такие устройства еще эффективнее. Кроме того, у жидкостных интеркулеров меньше вес и габариты, чем у воздушных. Однако их конструкция сложнее, а стоят они дороже. Интеркулер интересующего вас типа вы можете приобрести у нас.

Обращайтесь в нашу компанию, если собираетесь произвести апгрейд или ремонт автомобиля и хотите приобрести корейские запчасти премиального качества на выгодных условиях.

Как выбрать интеркулер

Интеркулер – простое и незамысловатое устройство, являющееся частью системы турбонаддува. Его задача состоит в охлаждении наддувочного воздуха, поступающего в коллектор двигателя.

Поскольку слишком горячий воздух приводит к детонации отработанных газов и ухудшению сгорания топлива, инженерам пришлось доработать систему турбонаддува Так и появился интеркулер – своего рода радиатор, способствующий приросту мощности двигателя.

Основные задачи и особенности конструкции

Как уже писалось, интеркулер необходим для охлаждения воздуха. Работает это так: выходящий из турбины воздух нагрет от теплоты выпускной системы и сжатия, он поступает в радиатор интеркулера, а затем идет дальше по системе автомобиля. Даже если он охлаждается на 10°C, на выходе мы можем получить 10-процентное увеличение мощности . Поскольку радиатор заполняется воздухом полностью, говорят о явлении «турболага», то есть времени, которое нужно турбине для реагирования на нажатие педали газа. В этом состоит первое отличие от радиатора охлаждения двигателя.

Второе отличие кроется в конструкции. Трубки интеркулера имеют особую форму, за счет которой можно оптимизировать охлаждение и потери давления. Как известно, трубки радиаторов охлаждения плоскоовальные, что интенсифицирует охлаждение.

Подробнее об устройстве

Интеркулер должен быстро заполняться воздухом и так же быстро его охлаждать. Опасными являются или малый температурный напор, или слишком большие давления. По этой причине конструкция имеет ряд других особенностей:

1. Большое количество ходов (изгибов). Улучшает охлаждения, однако опасно «играет» с давлением – каждый прямой угол увеличивает сопротивление на 1%, а это нужно как-то скомпенсировать;
2. Наличие дополнительных сот для охлаждения. Могут располагаться со смещением или прямо. Выбранная компоновка может или серьезно улучшить охлаждение, при этом слегка ухудшив прохождение воздуха, или с точностью до наоборот;
3. Размеры. Интеркулер не должен занимать много подкапотного пространства, в связи с чем он достаточно компактный и имеет специфическую форму;
4. Форма трубок. Производитель обычно закругляет торцы, что улучшает обдув;
5. Форма перегородок. Распределение воздуха внутри детали по своей сути очень важно. В идеале он равномерно распределяется по трубкам, после чего собирается перед выходным патрубком;
6. Наличие пластин-турбулизаторов. Такие пластинки способствуют завихрению воздуха в интеркулере, за счет чего тот отдает теплоту быстрее;
7. Материал. В этом плане все обыденно – детали сделаны из алюминия, имеют патрубки и бачки из того же алюминия или пластика.

Так уж получилось, что критериев в термодинамических уравнениях, описывающих интеркулер, очень много. Даже малейшая ошибка может вылиться в падение прироста мощности и уменьшение надежности готовой конструкции. Готовое изделие не в лучшую сторону отличается от того же радиатора охлаждения двигателя в ценовом плане.

Сегодня распространены только 2 компоновки рабочей части (ядра): tube-and-fin (трубки плоскоовальные, со стабилизаторами) и bar-and-plate (воздух проходит по прямоугольным ячейкам, внутри которых располагается гофра).

Почему происходит поломка

Причины поломок могут быть следующие:

• Механические повреждения. Камни с дорог могут повредить хрупкую конструкцию;
• Засорение трубок. Чаще всего такое происходит из-за засорения топливного фильтра, который вынужден справляться с дополнительной нагрузкой;
• Повреждение ядра, патрубков, коррозия. Классическая причина поломки всех радиаторных конструкций;
• Попадание моторного масла в интеркулер. Масло разъедает металл и ухудшает теплоотдачу;
• Избыток давления. Металл в устройстве достаточно тонкий, и при резком повышении давления может произойти разрыв;
• Разрыв патрубка. Причина может крыться или в попадании масла, или в избыточном давлении.

Дабы избежать поломок, следите за состоянием рабочей части. Она должна быть чистой, не иметь трещин и прочих повреждением. Заботливому автомобилисту обязательно нужно очищать поверхность интеркулера от пыли, насекомых, листьев и т.д. Проблемы с патрубками можно решить заочно, если заранее выбрать самые качественные и позаботиться об установке уплотнительных колец.

Основные технические требования

Выбирая интеркулер, нужно помнить об основных технических требованиях к этому устройству. Вот что берут в расчет производители:

• Размеры ядра. В большинстве случаев ядро занимает 45% площади всей секции, имеют толщину 2-3 дюйма. Иногда встречаются ядра, каналы в которых удлинены. Оптимальным выбором будет 2-дюймовое тонкое ядро;
• Форма ядра. Должна быть обтекаемой, что положительно сказывается на объемах проходящих воздушных потоков;
• Лобовая площадь. Лучшим вариантов из двух интеркулеров с одинаковой толщиной будет тот, чья лобовая площадь наибольшая;
• Внутреннее проходное сечение. Учитывает потери давления. При этом находящиеся внутри завихрители не допускают ламинарного потока. Плотное расположение приводит к потере потока, однако улучшают теплообмен. Для компенсации этого недостатка увеличивают проходное сечение. Если подкапотное пространство ограничено, стоит выбирать изделия, в которых плотность завихрителей небольшая;
• Направление потока. Фокус в том, чтобы направление потока могло положительно сказываться на внутреннем проходном сечении.
• Впускная и выпускная крышка. В них монтируются специальные направляющие заслонки, собирающие воздух и препятствующие быстрому изменению его направления.

В очередной раз конструкция интеркулера наводит нас на мысль о том, что выигрывая в одном мы сразу же теряем в другом. Речь идет о давления, сопротивлениях, способности воздуха свободно проходить по внутренней части изделия и т.д. Производители стараются найти золотую середину. Об этом мы и поговорим.

Как выжать максимум из интеркулера

Предположим, у производителя уже на руках есть готовое изделие: прочное, стойкое к перепадам температур и давлений, достаточно компактное. Мы еще затронем критерии, по которым определяется возможность установки выбираемого интеркулера на конкретную модель авто. А пока решим, как же максимизировать пользу от этого элемента.

1. Любители тюнингованных авто зачастую дорабатывают воздухозаборники. Делается это для достижения равномерного распределения воздуха, поступающего на радиатор. Он не должен огибать радиатор, не должен идти под углом (хотя бывают исключения);
2. Использование жидкости. Здесь есть два варианта: поливание водой интеркулера воздух/воздух или полностью жидкостный интеркулер. Первое используется, к примеру, в Subaru Impreza WRX STI. Второе решение не слишком надежное и требует доработки системы охлаждения авто, но отличается просто невероятным КПД;
3. Установка сразу нескольких интеркулеров. Отличное решение для V-образных двигателей – простое, надежное, относительно доступное.

Інтеркулер: вичавити максимум зі свого мотора!

В гонитві за додатковою потужністю автоконструктори прийшли до створення турбокомпресора, який на сьогоднішній день став одним з неодмінних умов спортивного тюнінга. Турбіна жене повітря у впускний колектор під тиском, а значить, його більше потрапляє в камеру згоряння. При дотриманні стехіометричної пропорції досягається максимальна віддача потужності від палива, що спалюється, тож що більше повітря зайде в циліндр – то більше палива можна подати і то більшою буде потужність мотора.

Однак закони фізики не дозволяють просто так отримати приріст потужності. Під час стиснення в турбіні повітря нагрівається, що в свою чергу викликає зменшення його щільності. Що гарячіше повітря, то гірше згоряє паливо і тим вища ймовірність детонації відпрацьованих газів. Для охолодження повітря, що надходить від турбіни в двигун, і використовується теплообмінник – інтеркулер.

Завдання та протиріччя конструкції

На відміну від радіатора охолодження двигуна, інтеркулер вивиконує дещо інші завдання і працює не з рідиною, а з повітрям. Основне протиріччя закладене в самому принципі роботи і поки залишається непереборним для конструкторів.

Повітря, виходячи з турбіни, нагрівається і від стиснення, і від тепла випускної системи. Потім воно проходить в радіатор інтеркулера, і тільки після того, як радіатор повністю заповнений під потрібним тиском, повітря надходить далі. Ця затримка додатково збільшує час турболага – реакції турбіни на натиснення педалі газу. І чим більший об’єм інтеркулера, тим довшим буде турболаг. При цьому робити інтеркулер менше, ніж необхідно для ефективного охолодження повітря, нераціонально.

Друге протиріччя криється у внутрішній конструкції. Трубки, по яких проходить повітря, повинні мати оптимальну форму і площу перетину, щоб дотримати баланс між ефективним охолодженням (а радіатор працює краще, коли трубки плоскі і повітряний потік турбулентний) та мінімальними втратами тиску (а вони менше, коли трубки круглі в перерізі і потік ламінарний). Тут також вираховується оптимальне значення між втратами тиску і якістю охолодження.

Поки що створити інтеркулер зі 100% ефективністю (охолодження повітря до температури навколишнього середовища при збереженні тиску) не вдалося нікому. Найкраще, що пропонують конструктори – компроміс між плюсами і мінусами конструкції, що забезпечує комфортне використання пристрою, при цьому ефективність 70% вважається дуже хорошим показником.

Пристрій і принцип роботи

Конструкція інтеркулера практично така ж, як у інших радіаторів, використовуваних в автомобілі (охолодження двигуна, кондиціонера, печі). Від турбіни стисле (і гаряче) повітря надходить в радіатор інтеркулера, де охолоджується зустрічним повітряним потоком.

Інженери підрахували, що охолодження повітря, що надходить в двигун, на 10°C дає приріст потужності 3%. Хороший інтеркулер знижує температуру на 50-60°C, а це вже додає до 20% потужності до мотору.

Особливості конструкції визначають ефективність охолодження: товщина і форма повітряних каналів, кількість вигинів (що більше поворотів робить повітря, то краще воно охолоджується і то сильніші втрати тиску), матеріал і розташування сот для додаткового охолодження, розташування вхідних і вихідних патрубків і розподіл повітряних потоків в бачках.

Робоча частина інтеркулера (ядро) розрахована таким чином, щоб пропускати вздовж трубок максимальний потік зустрічного повітря. Самі трубки мають всередині пластини-турбулізатори, що практично дублюють за своєю структурою стільникові комірки між трубками. Така система сприяє завихренню повітряних потоків всередині трубок і максимальній їх тепловіддачі. Розташування сот може бути тунельного типу (покращує проходження повітря, але зменшує якість охолодження) або зі зміщенням рядів (краще охолодження, але більший опір повітряному потоку).

Інтеркулер з прямим розташуванням сот

Інтеркулер зі зміщеними сотами

Форма самих трубок теж впливає на проходження повітря. Закруглені торці зменшують опір зустрічному повітрю і покращують обдув.

Ще один фактор, який грає важливу роль при охолодженні, це розподіл повітряних потоків всередині інтеркулера. Для більш рівномірного розподілу конструктори змінюють форму бачків, часто вставляючи всередину розподільні перегородки. Від входу повітря повинне рівномірно розійтися всіма трубками, і на виході воно так само рівномірно має зібратися в вихідний патрубок.

Перегородка всередині бокового бачка (ресівера)
для рівномірного розподілу повітряного потоку

Як правило, розміри інтеркулера визначаються наявністю вільного місця, адже крім самого радіатора необхідно розмістити і товсті патрубки повітроводів. Чим більше фронтальна площа, тим краще охолодження, а ось товщина ядра великого значення не має, оскільки основна маса повітря охолоджується тільки в передній частині. Краще тонкі радіатори, дозволяють розмістити в підкапотному просторі і інтеркулер, і штатний охолоджувач двигуна.

Збалансовані технічні характеристики і визначають вартість інтеркулера. Точно вивірена конструкція, надійність і ефективність роботи вимагають і більш якісних матеріалів, і більш складних технологій виготовлення. А значить, і ціна буде вищою.

Матеріали

Абсолютна більшість интеркулеров робляться з алюмінію (і трубки, і стільники) з пластиковими або алюмінієвими бачками і патрубками. Це оптимальний варіант між вагою і тепловіддачею пристрою. У деяких випадках можна зустріти інтеркулери з міді, але це скоріше виняток з правил. Мідні радіатори використовувалися в перших турбо- автомобілях, і на сьогоднішній момент їх майже повністю замінили алюмінієві моделі.

Недоліком всіх алюмінієвих радіаторів є складний ремонт (не можна запаяти, спрацює тільки зварювання), який додатково ускладнюється дуже тонкими стінками трубок. В результаті поломки інтеркулера практично не ремонтуються.

Розташування

В більшості випадків інтеркулер розташовується фронтально, перед радіаторною решіткою. Він встановлюється перед радіатором охолодження і кондиціонера, приймаючи на себе основний повітряний потік. Або ж інтеркулер встановлюється під радіатором, і в цьому випадку система охолодження працює більш ефективно.

Переднє розміщення інтеркулера

В деяких випадках інтеркулер встановлюється над двигуном, і для обдування в капоті автомобіля передбачений спеціальний повітрозабірник.

Інтеркулер на двигуні

Ще один варіант розміщення – в бічній частині підкапотного простору за крилом, в якому також має бути повітрозабірник для ефективного охолодження радіатора.

Двигун з двома інтеркулерами,
розташованими з боків

Від того, де встановлюють інтеркулер і скільки місця для нього передбачено, залежить його площа і форма. Як правило, конструктори намагаються зробити інтеркулер максимально великим: що більша його площа, тим більше повітря він може охолодити, а значить, тим довше автомобіль може пробути на піку потужності.

Основні причини поломок

Інтеркулер ламається рідко, це досить надійна конструкція. Основними ворогами стають зовнішні пошкодження. З огляду на те, що він розташовується попереду, він часто пошкоджується камінчиками з дороги, а також при ДТП чи наїздах на глибокі вибоїни. Алюмінієва конструкція складно ремонтується, а тонкі трубки лопаються навіть від несильних ударів. Тож найчастіша причина заміни інтеркулера – зовнішні пошкодження.

Для захисту застосовують ті ж методи, що і для радіатора: встановлюється спеціальна сітка за радіаторної гратами, яка приймає на себе удари твердих предметів, а іноді і оберігає від пилу, тополиного пуху і комах (сітку почистити або замінити набагато легше!)

Друга його проблема – засмічення стільникової структури пилом, листям та іншим сміттям. Стільники забиваються і повітря не проходить крізь них. Тут можна обійтися тільки зняттям і очищенням, після чого користуватися далі.

У внутрішню частину радіатора теж потрапляє пил: навіть наявність повітряного фільтра не рятує від проникнення бруду у впускний колектор (часто фільтр пошкоджується через занадто сильного натиску повітря або вологи). Тож при очищенні робиться одночасно і промивка радіатора, при якій видаляються забруднення.

При несправній турбіни в радіатор потрапляє моторна олива (яке використовується для охолодження турбокомпресора). З інтеркулера олива потрапляє у впускний колектор двигуна, а потім і в камеру згоряння, де закоксовуються поршні і свічки запалювання. При перших ознаках оливи в інтеркулері систему потрібно перевіряти і усувати неполадки.

Ну і природне зношення, хоч і повільно, але бере своє. Через вібрації, перепади температур і тиску можуть лопнути патрубки або сам радіатор.

У разі виникнення проблем з інтеркулером двигун недоотримує кисень для повноцінної роботи. Отже, його потужність падатиме, а споживання палива — ростиме.

Цікаві рішення

Інтеркулер не обов’язково повинен бути один. На деяких автомобілях встановлюються два інтеркулера, що доцільно для V-подібних двигунів.

Для поліпшення обдування автолюбителі вдосконалюють конструкцію воздухозаборників. Наприклад, додатково ізолюють їх, щоб повітряний потік не огинав радіатор (шляхом найменшого опору), а був спрямований саме через нього.

В деяких автомобілях (наприклад, в Subaru Imreza WRX STI) для поліпшення охолодження перед інтеркулером встановлюється розпилювач, який поливає радіатор водою. Мокра поверхню остигає набагато швидше!

Рідинний інтеркулер

Порівняно рідко на автомобілі встановлюються інтеркулери з водяним (рідинним) охолодженням, в яких наддувочне повітря віддає тепло не зустрічному потоку повітря, а воді, що циркулює між трубками. Така система має свої плюси: при дуже компактних розмірах ефективність водяного інтеркулера в рази вища, оскільки вода має велику теплопровідність. Водяний інтеркулер встановлюється іноді при тюнінгу, коли немає іншої можливості охолоджувати повітря від турбіни.

Недоліком є ​​необхідність охолоджувати воду (теплоносій), тож потрібна двоконтурна система охолодження. Чим складніше система – тим нижча її надійність, особливо це стосується тюнінгових доробок, не передбачених автовиробником. При цьому для системи використовується загальний розширювальний бачок, але окремі насоси (помпи), кожна з яких включається в міру необхідності. Може використовуватися загальний або окремі радіатори охолодження.

Двоконтурна система охолодження, контур охолодження двигуна.
1. Розширювальний бачок. 2. Зворотний клапан.
3. Радіатор пічки. 4, 5. Термостати.
6. Водяний насос. 7. Оливний радіатор.
8. Радіатор системи охолодження двигуна.

Двоконтурна система охолодження, контур охолодження наддувочного повітря.
1. Розширювальний бачок. 2. Насос охолоджувальної рідини.
3. Інтеркулер. 4. Турбіна.
5. Радіатор системи охолодження інтеркулера.
6. Дросель. 7. Зворотний клапан.

В цілому, водяний інтеркулер встановлюється рідко: доробка системи охолодження вимагає точних розрахунків.

Крім поліпшення динамічних характеристик двигуна і економії палива, інтеркулер ще і продовжує термін служби турбіни, захищаючи від перегріву.

Про те, як правильно вибрати інтеркулер, читайте наш «Гід покупця».