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

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

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

Зачем в автомобиле нужен интеркулер

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

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

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

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

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

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.

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.

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.

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.

Турбонаддув грузовых дизельных автомобилей

Определение и виды турбонаддува

Турбонаддувом называется система увеличения мощности двигателя (приблизительно на 30%), которая подает в камеру сгорания дополнительное количество воздуха в сжатом состоянии.

Данный механизм может быть:

• Механический, с турбонагнетателем.
• Пневматический, с турбокомпрессором.

В первом случае, для сжатия воздуха применяется устройство с механическим приводом, который соединен с автомобильным двигателем. Главный недостаток — на вращение крыльчатки расходуется мощность, возрастает расход топлива.

Во втором – компрессор вращается благодаря тому, что соединен с турбиной, которую приводят в действие выхлопные газы.

Систему турбонаддува можно установить, как на бензиновый мотор, так и на дизельный. Однако, на вторых она получила намного большее распространение, чем на первых. Связано это с тем, что у дизелей выше степень сжатия и меньше частота вращения. Тем самым, упрощается техническая реализация. Тогда как большое число оборотов карбюраторных движков повышает вероятность детонации. А повышенная температура выхлопа (до 1000 град С, против 600 град С для ДТ), ухудшает параметры воздуха.

Вследствие этого, турбонаддув с приводом от выхлопных газов более всего распространен на дизельных двигателях грузовых автомобилей и тракторов.

Немного теории

Мощность любого ДВС определяется:

• Суммарным рабочим объемом. Эта характеристика зависит от величины камеры сгорания и количества цилиндров.
• Числом оборотов коленвала.
• Объемом смеси воздуха и топлива, которая подается во время каждого рабочего цикла.
• Эффективностью сгорания этой самой смеси.
• Калорийностью сгорания топлива.

Усовершенствование движков в плане повышения мощности по большинству из указанных направлений осложняется техническими возможностями моторов и некоторыми другими факторами. В то же время, применение турбонаддува позволяет сделать двигатель сильнее, без большого роста потребления топлива, повышения количества оборотов и т.д.

Как известно, бензин или солярка не будут гореть в камере самостоятельно. Для воспламенения им нужен воздух, в определенном количестве. Рабочая смесь поступает в камеру сгорания за счет разрежения, образовавшегося после выхлопа. Количество ее ограничено по той причине, что данным способом физически невозможно «потянуть» больше. Если же поставить турбокомпрессор, который будет нагнетать в цилиндры сжатый воздух, то в камерах сгорания окажется намного больше смеси. Следовательно, во время такта воспламенения, на поршни будет «давить» значительно большая сила, что и приведет к повышению мощности (или – удельной литровой мощности, по числу «лошадок» на каждый литр рабочего объема). Т.о., мотор меньших размеров, без увеличения оборотов коленвала, получится таким же сильным, как и более крупный двигатель. А это уже напрямую влияет на металлоемкость, надежность и другие важные параметры.

Устройство и принцип действия

Основными деталями системы турбонаддува являются:

• Корпус нагнетательного компрессора (улитка).
• Компрессорное рабочее колесо (крыльчатка).
• Вал – общий для компрессора и турбины.
• Корпус турбины (обратная улитка).
• Турбина (колесо с лопастями).
• Интеркулер (охладитель воздуха).

В системе есть подшипники скольжения, в корпусах которых предусмотрены входы для подачи смазки. И герметичные патрубки для воздуха и масла. Также в современных устройствах турбонаддува имеются:

• Wastegate (регулировочный клапан). Поддерживает в системе оптимальное давление. Если надо, сбрасывает газ в приемник.
• Bypass-valve (перепускной клапан). Если надо понизить мощность, отводит нагнетаемый воздух во впускной патрубок, расположенный перед турбиной.
• Blow-off-valve (стравливающий клапан). При закрытом дросселе сбрасывает нагнетаемый воздух в атмосферу.

Выхлопные газы из двигателя поступают в обратную улитку. Там они проходят по суживающемуся каналу, разгоняются и попадают на турбину со специальными «воздухозаборными» лопастями, которая от этого начинает вращаться с огромной скоростью (100-150 тыс. об/мин). После этого, выхлопные газы выбрасываются в атмосферу.

Крыльчатка компрессора, расположенная с турбиной на одном валу, вращается одновременно с ней. Лопасти у нее другой формы, предназначенные для нагнетания. На некоторых моделях грузовиков ставятся турбины с лопатками изменяемой геометрии – в зависимости от режима работы мотора. Воздух подается снаружи, разгоняется и, через расширяющийся канал, под высоким давлением отправляется на интеркулер.

Охлаждение нагнетаемого воздуха в интеркулере требуется по нескольким причинам. Прежде всего, для снижения опасности возникновения детонации. Кроме того, во время сжатия, воздух нагревается, что приводит к падению его плотности – а это, в свою очередь, может значительно понизить эффективность работы системы. Конструктивно интеркулер представляет собой радиатор охлаждения.

После интеркулера, охлажденный сжатый воздух поступает в камеру сгорания дизеля.

Достоинства и недостатки

Преимущества моторов с турбонаддувом, по сравнению с атмосферными двигателями:

• Повышается мощность.
• Увеличивается крутящий момент.
• Меньше расход топлива.
• Снижается металлоемкость агрегата.
• Более тихая работа, т.к. турбокомпрессор является дополнительным глушителем.

Кроме того, появляется возможность оптимизировать и некоторые другие параметры.

Основным недостатком силового агрегата с турбонаддувом является т.н. «турбояма» (turbolag). Обусловлен он инертностью системы. Если водитель резко нажимает на газовую педаль, то должно пройти некоторое время до того, как нагнетающий компрессор выйдет на необходимую мощность. Происходит так потому, что на небольших оборотах турбина, а с ней и компрессор, вращаются относительно медленно. Поэтому давление в камере сгорания – минимальное. Для борьбы с этим явлением ставят два клапана: перепускной из коллектора в компрессор и для отработанных газов.

Основными способами преодоления турбоямы являются:

• VNT-турбина (т.е., с изменяемой геометрией). Поток выхлопных газов оптимизируется изменением площади впускного отверстия, за счет угла наклона лопаток, для регулировки силы потока выхлопных газов (Volkswagen, Opel).
• Установка двух турбокомпрессоров (bi-turbo), работающих параллельно. Обычно используется на V-образных моторах большой мощности (по одному на каждый ряд цилиндров). Эффект получается за счет того, что две небольшие турбинки менее инертны, чем одна крупная. Может быть и последовательное включение. В этом случае, различные крыльчатки работают на разных оборотах. Иногда встречается triple-turbo (BMW), и даже quad-turbo (Bugatti).
• Комбинированный наддув (twincharger). На один и тот же мотор ставится и механический нагнетатель, который работает на низких оборотах, и турбо от выхлопных газов.

В последнем случае, в качестве примера, можно привести патентованную технологию TCI (Volkswagen). В зависимости от нагрузки, различают следующие режимы. До 1000 об/мин – атмосферный, 1000 – 2400 об/мин – работает только механический нагнетатель, 2400 – 3500 – нагнетатель и турбокомпрессор включаются совместно, более 3500 об/мин – применяется только турбокомпрессор.

Еще одним недостатком можно назвать «турбоподхват»: после преодоления турбоямы, в системе наддува подскакивает давление. Также надо сказать, что подобные силовые агрегаты дороже атмосферных. А еще — им требуется специальное моторное масло.

Тем не менее, турбонаддув – это превосходный способ увеличения мощности двигателя. При всех его недостатках, плюсов получается намного больше.

Видео: Настройка турбины УВЕЛИЧЕНИЕ МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ MAN