Промежуточные охладители наддувочного воздуха (7 видео)

Мощность двигателя определяется количеством топлива, которое можно сжечь в его цилиндрах. В свою очередь, это количество зависит от массы окислителя — воздуха в баллонах. Поэтому для увеличения мощности двигателя на фиксированную величину необходимо увеличить подачу воздуха (или готовой топливовоздушной смеси) в двигатель. Это хорошо понимали создатели первых двигателей внутреннего сгорания, например Г. Даймлер и Р. Дизель.

Как известно, для увеличения плотности заряда, подаваемого в баллон, используется наддув, при котором давление свежего заряда тем или иным образом повышается. В первой половине двадцатого века наддув нашел применение в поршневых двигателях самолетов. Широкое распространение в автомобилях нагнетатель получил благодаря швейцарскому инженеру Альфреду Бучи, который в 1952 году впервые использовал энергию выхлопных газов для привода нагнетателя, что позволило увеличить мощность двигателя на 40%.

Однако, как известно, быстрое сжатие газа всегда сопровождается увеличением его внутренней энергии, что проявляется в повышении температуры. Связь давления и температуры в политропе n −1

n процесс определяется выражением

Видео:Какие бывают интеркулеры? Объясняем подробно.Скачать

dex «с» соответствует окончанию, а «начало» — исходным параметрам сжатого газа. В этом случае температура увеличивается тем сильнее, чем ниже КПД компрессора.

Можно подсчитать, что при увеличении начального давления в полтора раза температура увеличивается примерно на 45 ° C, при двукратном повышении давления повышение температуры составляет примерно 80 ° C. Считается, что сжатый температура воздуха повышается на 70 …

180 ° С. Однако с повышением температуры плотность заряда

уменьшается, а потому эффект от повышения давления несколько нивелируется. Так, например, при уменьшении плотности заряда примерно на 25%! Кроме того, в случае использования наддува на двигателе с принудительным зажиганием повышение температуры свежего заряда приводит к детонации при значительно меньших углах опережения зажигания. Это обстоятельство негативно сказывается на экономических показателях двигателя.

Чтобы снизить вредное влияние повышения температуры на плотность заряда, используются специальные теплообменники — интеркулеры наддувочного воздуха.

Можно утверждать, что снижение температуры наддувочного воздуха на каждые 10 ° приводит к увеличению его плотности примерно на 3%, что дает примерно такой же прирост мощности. Таким образом, охлаждение воздуха на 30 ° C дает почти

Видео:охладитель воздухаСкачать

увеличение мощности двигателя на 10.

Рис. 2.1. Схема системы наддува с интеркулером

Доохладители устанавливаются перед радиатором перпендикулярно набегающему воздушному потоку или горизонтально над двигателем. В последнем случае в вытяжке делается специальный воздухозаборник для подачи охлаждающего воздуха в теплообменник.

Примеры установки интеркулеров показаны на рис. 2.2.

В настоящее время наиболее широко используются системы наддува, в которых энергия выхлопных газов используется для повышения давления наддувочного воздуха. Схема двигателя с турбонаддувом представлена на рис. 2.1.

Поскольку детонация представляет собой нарушение сгорания, присущее только двигателям с принудительным зажиганием, использование промежуточных охладителей в дизельных двигателях считается оправданным только при наличии как минимум двух ступеней наддува.

Видео:Интеркулер в системе турбонаддува двигателяСкачать

При загрузке двигателей внутреннего сгорания используются два основных типа теплообменников. В одних сжатый воздух в компрессоре охлаждается поступающим потоком воздуха (воздухо-воздушные теплообменники), в других — хладагентом (воздух-вода). Его также можно использовать для понижения температуры сжатого воздуха, подавая воду в его поток на входе в компрессор, на испарение которой расходуется часть внутренней энергии, которая увеличивается во время сжатия. В любом случае гидравлическое сопротивление должно быть минимальным, так как высокое сопротивление сжатому воздуху, проходящему через чиллер, снижает его давление и, как следствие, его плотность.

а) б)

Рис. 2.2. Установка интеркулера перед радиатором (а)

и в крыле (б)

Из-за простоты конструкции и надежности воздухоохладители получили наибольшее распространение. Они представляют собой алюминиевые пластинчатые радиаторы, в которых воздух проходит через тонкие трубки, соединенные друг с другом вверху. Пример такого теплообменника показан на рис. 2.3. Для интенсификации теплоотдачи как внутри труб, так и между ними ставят небольшие перегородки.

Рис. 2.3. Воздухоохладитель

от DENSO

Поскольку охлаждаемой и охлаждающей средой является воздух, тепловые сопротивления теплопередачи велики, а общая эффективность таких охлаждающих устройств низкая. Чтобы значительно снизить температуру в таком теплообменнике, он должен быть достаточно большим, что не всегда возможно, особенно в ограниченном пространстве моторного отсека автомобилей.

Видео:Нагреватели и охладители воздуха в системах вентиляции и кондиционированияСкачать

Поскольку теплоемкость воды более чем в 4 раза превышает изобарную теплоемкость воздуха, можно добиться значительного уменьшения размеров промежуточных охладителей за счет использования теплообменников типа «вода-воздух». Воздухо-водяной теплообменник обычно располагается рядом с компрессором, а тепло отводится в окружающую среду через отдельный радиатор, через который жидкость прогоняется специальным насосом. КПД таких теплообменников несколько снижается из-за необходимости добавления в воду антифриза. Количество охлаждающей жидкости в системе промежуточного охладителя должно быть достаточным для снижения температуры сжатого воздуха при пиковой нагрузке даже до того, как насос подаст в теплообменник еще одну порцию охлажденной воды (обычно 2… 3 литра). Такие чиллеры имеют преимущество перед чиллерами воздух-воздух из-за высокой теплоемкости и емкости хранения жидкости.

Впускной патрубок к впуску компрессора обычно

80 и на выходе — 50 мм. Трубы должны быть гибкими и как можно более короткими. Труба, идущая от интеркулера, покрыта теплоизоляцией.

Циркуляция воды в контуре промежуточного охладителя обеспечивается насосом с электрическим приводом. По мере увеличения нагрузки производительность насоса обычно увеличивается. В некоторых системах насос включается только тогда, когда дроссельная заслонка открывается на определенный угол, а затем, после фиксированной временной задержки, снова выключается.

Насос обычно располагается на выходе из радиатора, чтобы жидкость втягивалась в него при относительно невысокой температуре. Режим работы, а также включение и выключение насоса контролируются блоком управления. В качестве управляющего сигнала можно использовать значение температуры или давления сжатого воздуха, а также угол открытия дроссельной заслонки.

К недостаткам интеркулеров типа «вода-воздух» можно отнести то, что после длительной поездки на большой скорости и последующей остановки вода в теплообменнике нагревается, что снижает эффективность работы системы после следующий Старт.

Видео:Как это устроено? Ступенчатый наддув на BMW B47D20. @EnginesViewСкачать