Охлаждение впускного заряда

Охлаждение впускного заряда

Более правильный с технической точки зрения термин «охлаждение впускного заряда» был заменен общепринятым термином «промежуточное охлаждение», хотя многие могут со мной поспорить, доказывая, что последний термин более правильный. Я все-таки считаю более точным определение «охлаждение впускного заряда», хотя намного чаще использую термин «промежуточное охлаждение». Но независимо от того, какой термин вы используете, цель этого процесса – как можно больше понизить температуру впускного заряда, которая может увеличиться после прохождения воздуха через нагнетатели, во время чего его давление возрастает.

Как мы уже говорили в главе 5, что нам действительно нужно, так это высокая плотность впускного заряда в цилиндрах. Высокая плотность впускного заряда означает, что воздух обогащен кислородом. Когда мы добавляем топливо, чтобы получить соответствующую топливовоздушную смесь, мощность двигателя увеличивается. Следовательно, увеличение плотности впускного заряда на 30% обеспечит увеличение мощности двигателя на 30%.

Все формы наддува предназначены для увеличения плотности воздуха посредством увеличения давления воздуха, попадающего в цилиндры. Ксожалению, при увеличении давления воздуха его температура увеличивается, и чем больше вы сжимаете воздух, тем выше становится его температура. Поэтому, даже если мы будем использовать очень эффективный центробежный компрессор, который устанавливается на турбокомпрессоры и центробежные нагнетатели, обеспечивающий давление наддува 1,014 бар (давление в два раза больше, чем атмосферное на уровне моря), мы не увеличим в два раза плотность впускного заряда в цилиндрах. Без охлаждения реальная плотность заряда увеличится примерно на 53%, и увеличение мощности также составит около 53%.

Именно тут особую важность приобретает промежуточное охлаждение. Если мы значительно понизим температуру, плотность впускного заряда увеличится, что приведет к соответственному увеличению мощности (есть и другие преимущества, о которых мы поговорим позже). К счастью, нам не нужно гадать, насколько возрастет мощность: мы можем узнать точное значение, выполнив простые расчеты.

Расчет плотности впускного заряда при использовании промежуточного охладителя

Этот огромный воздушный промежуточный охладитель с грузовика был заменен по гарантии из-за незначительной трещины, а позже был куплен с целью утилизации вместе с несколькими другими агрегатами. После утилизации он может послужить для создания трех или четырех небольших промежуточных охладителей.

Например, предположим, что наш турбокомпрессор обеспечивает давление наддува 1,014 бар, и затем мы установим промежуточный охладитель сэффективностью 80%. Днем при температуре воздуха 25°С впускной заряд на выходе из компрессора будет иметь температуру 118°С, следовательно, температура поднимется на 93°С (118 – 25 = 93). Промежуточный охладитель понизит температуру на 80%, то есть на 74,4°С (93? 0,8 = 74,4), поэтому температура впускного заряда составит 43,6°С (93 – 74,4 + 25 = 43,6) на выходе из промежуточного охладителя.

Плотность заряда затем можно рассчитать по формуле:

Dc – плотность впускного заряда;

Dt – температура впускного заряда при выходе из компрессора, °С;

It – температура впускного заряда при выходе из промежуточного охладителя, (°С).

Следовательно,

Это означает, что теоретически промежуточный охладитель увеличит плотность впускного заряда на 23%, но из-за потерь реальная мощность двигателя увеличится меньше чем на 23%. В действительности появится сопротивление потока вследствие турбулентности в промежуточном охладителе и связанных с ним воздуховодах. В плохо сконструированных системах с большим количеством изгибов трубопроводов ималоэффективным промежуточным охладителем давление наддува может даже сократиться на 20%. К тому же есть также естественное падение давления при охлаждении впускного заряда. Однако в качественных системах промежуточного охлаждения общие потери не должны превышать 10%. Поэтому, если давление наддува составляло 1,034 бар на выпускном отверстии компрессора, около впускного коллектора оно может составить примерно 0,9 бар. Конечно же, если компрессор может создавать большее давление наддува без потери эффективности, незначительную часть потерь можно компенсировать, отрегулировав перепускной клапан или передаточное число нагнетателя. Однако, конечно же, есть определенные лимиты, поэтому не стоит жадничать и даже не думайте об этом, если компрессор уже работает в диапазоне низкой эффективности графика производительности.

Расчет увеличения мощности при использовании промежуточного охладителя

Установленный в передней части кузова большой промежуточный охладитель значительно увеличивает мощность и надежность двигателя.

Посмотрев на потери давления, мы уже можем точнее определить Расчет увеличения мощности при использовании промежуточного охладителя при использовании промежуточного охладителя. Ниже приведена формула:

HPr – Расчет увеличения мощности при использовании промежуточного охладителя;

Dc – плотность впускного заряда после промежуточного охлаждения;

Ap – температура окружающей среды;

Bm – давление наддува в коллекторе;

Dc – давление наддува на выходе из компрессора.

При условии, что мы находимся на уровне моря и промежуточный охладитель понижает давление наддува с 1,014 до 0,91 бар, Расчет увеличения мощности при использовании промежуточного охладителя будет следующим:

Поэтому, если без промежуточного охладителя эффективность нашего двигателя составляла 306 л.с., в этом примере после установки промежуточного охладителя можно ожидать Расчет увеличения мощности при использовании промежуточного охладителя на 18% или 55 л.с. Однако, прежде чем восхищаться таким значительным увеличением мощности, запомните, что эти расчеты верны при условии, что промежуточный охладитель при внутренних потерях интенсивности потока обеспечивал эффективность 80%. Многие промежуточные охладители не настолько эффективны, если говорить о снижении интенсивности потока и снижении температуры впускного заряда. Но, прежде чем мы рассмотрим пути увеличения мощности по этим двум параметрам, необходимо подробно рассмотреть различные методы снижения температуры впускного заряда.