Воздух, сжатый турбокомпрессором, как и другие газы, нагревается и расширяется. Горячий воздух обладает меньшей плотностью и содержит значительно меньше кислорода, чем холодный. Плотность холодного воздуха увеличивается приблизительно на 10 — 15 %. Большее количество кислорода означает большее количество сгоревшего топлива, т.е. двигатель развивает большую мощность. Второй, но не менее важный эффект – это положительное влияние снижения температуры воздушного заряда на процесс сгорания, вследствие снижения детонации. Подача в двигатель более холодного воздуха заметно снижает температурную нагрузку, что благоприятно влияет на его надежность и долговечность. По этим причинам перед подачей воздуха в цилиндры, для повышения мощности двигателя его следует охлаждать.
Интеркуллер – это радиатор или, более правильно, охладитель, помещенный между компрессором и впускным коллектором (рис. 7.15).
Наиболее часто применяются охладители типа воздух/воздух и системы, которые используют охлаждающую жидкость для охлаждения воздуха (охлаждающая жидкость/воздух. Интеркуллеры типа воздух/воздух имеют наибольшее распространение в силу своей простоты и надежности, так как они не имеют никаких движущихся частей. Такой интеркуллер состоит из трубы и радиатора и изготавливается преимущественно из алюминия. Эффективность работы интеркуллера зависит от его объема, а значит от наличия свободного пространства для установки. Теплопередающая способность достаточна, но потери давления могут быть высокими, особенно при малых размерах. Данная потеря давления на интеркуллере обнаруживается как увеличение более чем вдвое давления в выпускном коллекторе – одного из главных врагов турбонаддува.
Интеркуллер воздух/охлаждающая жидкость сложнее. Например, в двигателе Audi V6 TFSI с объёмом 3,0 л для охлаждения воздуха, используется дополнительный радиатор 1 охлаждения наддувочного воздуха (рис. 7.16).
Контур охлаждения наддувочного воздуха работает независимо от главного контура охлаждения. Оба контура охлаждения соединены между собой и имеют общий расширительный бачок. Как правило, температура в контуре охлаждения наддувочного воздуха ниже температуры в главном контуре охлаждения. Циркуляция охлаждающей жидкости осуществляется электрическим насосом охлаждения наддувочного воздуха. Насос подаёт подогретую охлаждающую жидкость от расположенных в модуле наддува охладителей 2 наддувочного воздуха к радиатору 1.
Жидкостной охладитель наддувочного воздуха может устанавливаться и во впускном коллекторе (рис. 7.17).
Сжатый и, следовательно, нагретый воздух проходит через жидкостной охладитель, где большая часть тепла передаётся в охладитель и во впускные каналы. Циркуляция охлаждающей жидкости в охладителе наддувочного воздуха обеспечивается насосом. Нагретая охлаждающая жидкость снова поступает в дополнительный жидкостной охладитель, чтобы после этого обеспечивать охлаждение надувочного воздуха на входе во впускной коллектор. Система охлаждения наддувочного воздуха представляет собой независимый контур охлаждения, в который также включен турбонагнетатель.
Управление температурой охлаждающей жидкости (частота вращения вала насоса) осуществляется по сигналам ЭБУ на основании температуры и давления наддувочного воздуха после охладителя.
Кроме систем воздух/воздух и жидкость/воздух ведутся разработки по применению распыленной воды в систему впуска. Теплота, поглощенная при испарении воды, имеет сильный эффект охлаждения горячего сжатого воздуха, выходящего из турбины. Понижение температуры наддувного воздуха снижает тенденцию к детонации.
Существуют также специальные конструкции, в которых охлаждение воздуха происходит до температуры ниже окружающей среды, за счет использования льда.