Mire kell az intercooler?

A turbófeltöltő a mai napig megkerülhetetlen az autóiparban, és az elmúlt évtizedekben is rengeteg fejlesztésen esett át, melyek hatékonyabbá, és egyúttal nagyobb teljesítmény-többletet generálóvá tették őket.

Ahogy azonban nő a teljesítményigény, úgy válik egyre kritikusabbá, hogy a turbóból a szívócsatornába a lehető legtöbb levegő kerüljön be egységnyi idő alatt – itt kerül képbe az intercooler.

Elméleti alapok

Az extra feltöltés, legyen szó akár turbóról, akár kompresszorról, akár Roots-fúvóról, vagy bármely más feltöltési módról, mindig ugyanazt a célt szolgálja: extra levegőt juttat be a hengertérbe.

Egy adott paraméterekkel rendelkező szívómotornál javarészt attól függ a leadott teljesítmény, hogy egy adott szívási ütemben mennyi levegőt képes befogadni a hengerfej. Felmerülhetne a kérdés, hogy miért fontos ez, hiszen nem levegővel működnek a belső égésű motorok.

Azt azonban nem tudjuk figyelmen kívül hagyni, hogy az égéshez szükségünk van oxigénre, tehát a levegő bejuttatása nem megkerülhető. A mennyiség pedig azért lényeges, mert a bejuttatott levegő volumenével arányos mértékben növelhetjük a bejuttatott üzemanyag mennyiségét.

Természetesen mind a gázolajos, mind a benzines motorok esetén el lehet térni az ideális keverési aránytól, ám túldúsítás esetén a keverék egyszerűen nem fog meggyulladni, ennélfogva csak rontjuk a motor hatásfokát, és feleslegesen juttatunk be extra üzemanyagot.

Az Otto- és dízelmotor között ilyen tekintetben van némi eltérés, ugyanis a dízelmotor eleve légfelesleggel működik, a benzines viszont nem, ám a feltöltés teljesítményre gyakorolt hatása nagyban hasonló a két esetben.

A cél tehát, hogy minél több levegő kerüljön be egy adott ütem alatt a hengertérbe, hogy több üzemanyagot égethessünk el benne, ez ugyanis ideális esetben arányosan növeli meg a motor teljesítményét.

A szívómotor a szívószelep nyitásával és a dugattyú lefelé mozgásával állítja elő a vákuumot, aminek segítségével a motor önerőből szívja be a szükséges levegőt. Pontosan ebből adódik, hogy ennek a beszívásnak a növelése extra feltöltés nélkül hamar megkerülhetetlen korlátokba ütközik. Vannak olyan megoldások, amelyekkel néhány százaléknyi teljesítmény-növelés elérhető (például direkt levegőszűrő), de érdemleges változáshoz át kell alakítanunk a hardvert (például vezérműtengely cseréje).

Az extra feltöltéssel azonban viszonylag könnyen jelentős levegőtöbbletet tudunk bejuttatni, olyannyira, hogy akár az eredeti motorteljesítmény többszörösét is elérhetjük általa. Más kérdés, hogy a teljesítmény megkettőzéséhez már jellemzően szintén szükségünk van hardveres átalakításra (például megerősített hajtórudak).

Az extra feltöltés azzal jár, hogy a szívócsatornában a légköri nyomástól magasabb értéket mérünk a szívószelep nyitása előtt, tehát a feltöltő komprimálja a levegőt adott térfogaton. Ebből pedig következik egy, a teljesítménynövelésre káros jelenség. Ugyanis minél nagyobb nyomással próbáljuk meg bejuttatni a levegőt, annál inkább felmelegszik. Ebből pedig az következik, hogy minél magasabb lesz a levegő hőmérséklete, annál kevesebb levegőmennyiséggel érjük el a turbó maximális nyomásértékét – tehát annál kevesebb levegőt tudunk végül bejuttatni. Motortechnikai kifejezéssel élve csökken az ún. volumetrikus hatásfok. Ez egy kontraproduktív jelenség, aminek hatására még az is előfordulhat, hogy egy nagyobb nyomással működő turbó kisebb rendszerteljesítményt produkál ugyanabban az autóban.

Az intercooler működése

Itt jön képbe az intercooler. A komprimált levegő, mielőtt bejutna a hengerbe, keresztülhalad egy hőcserélőn, amelynek köszönhetően a megmaradt nyomás ellenére a hőmérséklete lecsökken, így az egységnyi térfogatban ismét nagyobb lesz a levegő mennyisége. Ebből pedig következik, hogy a bejuttatható üzemanyag mennyisége is nőhet, így a leadott teljesítmény is.

Belátható tehát, hogy minél nagyobb mértékű az extra feltöltés a motorban, annál inkább szükség van az intercoolerre.

A nagynyomású levegőtől felvett hő minden esetben a környezetbe távozik.

Gyakorlati megvalósítások

Egyszerű alkatrésznek tűnik, a valóságban azonban sokféle változata került piacra mind hűtőközeg, méret, mind pedig pozíció alapján.

Levegő-levegő intercooler

Ez a klasszikus formája az autós intercoolernek. Levegőt hűtünk levegővel – ez annyit tesz, hogy a menetszél által keltett légáramot használjuk fel a hőcserélőben, hogy felvegye komprimált levegő hőjét a szívócsőből. Ennek a rendszernek nagy előnye, hogy könnyű, kevés alkatrészből áll, és ennek köszönhetően nagyon ritka a meghibásodás. A rendszer szinte gondozásmentes, egyedül a radiátorfelület tisztítására kell ügyelnünk.

Mivel itt a menetszél tömegáramát kívánjuk használni, lényeges szempont az intercooler radiátorának az elhelyezése. Ez a pozíció legtöbbször az első lökhárító eleje szokott lenni a hűtőrács mögött (a motor hűtőjéhez képest alá-fölé pozícionálva), ugyanakkor vannak gyártók, melyek eltérő módon választják meg a helyét. A Subaru például hagyományosan a motor fölé, középre helyezi az intercooler hűtőt, megvágva a motorháztetőt, hogy felülről megkapja a megfelelő légáramot.

Levegő-víz intercooler

Előfordulhat azonban olyan hőfejlődés, hogy már nem tudunk akkora hűtőfelületet képezni, amivel pusztán a menetszéllel el tudjuk vezetni az összes keletkező hőt. Ebben az esetben lehetőségünk van „vizes” intercooler alkalmazására. Ez annyiban több, mint a levegő-levegő intercooler, hogy a torlónyomásból keletkező hőt az összenyomott levegő egy folyékony hűtőközegnek adja át, amely egy vezetékrendszeren keresztül szintén a környezetig juttatja azt.

A két rendszer közül ez számít hatékonyabbnak, és sokkal nagyobb hőkapacitást lehet vele elérni. Ugyanakkor vannak hátrányai is: a rendszer a folyékony hűtőközeg, a szivattyú és a csőrendszer miatt nehezebb, és egyúttal drágább is. Ez utóbbihoz hozzátartozik a szervizköltség is: nagyobb a meghibásodás esélye, és igényesebb a folyamatos karbantartásra is.

Turbós motor intercooler nélkül

Közúton találkozhatunk olyan személygépkocsival, amely bár feltöltött motorral rendelkezik, nem találunk benne intercoolert. Ez a kis teljesítményű turbómotorok esetén teljesen szokványos, ugyanis kelően alacsony töltőnyomásnál nincs akkora volumetrikus veszteség, hogy a gyártónak anyagilag realizálható befektetés legyen egy intercooler beépítés a járműbe.

Nagyobb töltőnyomásnál már elkerülhetetlen a használata – minél nagyobb a teljesítményigényünk, annál inkább.