BĄDŹ NA BIEŻĄCO!

Ukazujący się co dwa tygodnie bezpłatny biuletyn HELLA zawiera informacje o nowościach z HELLA TECH WORLD

Aktualności!
Pokaż pozostałe informacje o naszym biuletynie Ukryj pozostałe informacje o naszym biuletynie
 

Ukazujący się co dwa tygodnie bezpłatny biuletyn HELLA zawiera informacje o nowościach z HELLA TECH WORLD – na przykład:

  • Nowe wskazówki dotyczące napraw konkretnych pojazdów
  • Informacje techniczne – od wiedzy podstawowej aż po porady diagnostyczne
  • Nowe produkty
  • Ważne dla warsztatów akcje marketingowe i loterie

Wystarczy tylko podać swój adres e-mail. Jeżeli chcesz zrezygnować z abonowania biuletynu informacyjnego, kliknij tutaj.

Chłodzenie powietrza doładowującego

Tutaj znajdziesz przydatną wiedzę ogólną i cenne wskazówki na temat chłodzenia powietrza doładowującego w pojazdach.

Turbosprężarki zapewniają co prawda lepsze napełnienie cylindrów powietrzem do spalania. Jednak podczas sprężania powietrze nagrzewa się, co nie jest korzystne. Dlatego silniki z doładowaniem są dzisiaj wyposażone w chłodzenie powietrza doładowującego. Na tej stronie dowiesz się, jak działa ten układ i jakie rozwiązania stosują konstruktorzy w celu sprostania aktualnym i przyszłym wymaganiom w zakresie chłodzenia powietrza doładowującego. Tutaj znajdziesz również praktyczne wskazówki dotyczące wymiany chłodnicy powietrza doładowującego.

Ważna zasada bezpieczeństwa
Poniższe informacje i praktyczne porady zostały przygotowane przez firmę HELLA w celu zapewnienia profesjonalnego wsparcia dla warsztatów samochodowych. Informacje udostępnione na tej stronie internetowej powinny być wykorzystywane tylko przez odpowiednio wykwalifikowany personel.

 

UKŁAD CHŁODZENIA POWIETRZA DOŁADOWUJĄCEGO: PODSTAWY

Tendencja do zwiększania mocy silników oraz do downsizingu prowadzi do coraz większego udziału silników z turbodoładowaniem w samochodach osobowych, przy czym powietrze doładowujące jest z reguły chłodzone. Uzyskana w ten sposób większa gęstość powietrza doładowującego powoduje wzrost mocy i sprawności silnika. Rośnie jednak nie tylko popularność silników z doładowaniem. Ze względu na dążenie do obniżenia zużycia paliwa i poziomu emisji zwiększają się także wymagania w zakresie wydajności układów chłodzenia powietrza doładowującego. Mogą one być spełnione przez chłodzenie powietrza doładowującego płynem chłodzącym zamiast powietrzem. 

 

Jednak ze względu na koszty technologia ta była wcześniej stosowana tylko w segmencie droższych samochodów osobowych. Nowe rozwiązania pozwalają również regulować chłodzenie powietrza doładowującego. Dzięki temu jest możliwe obniżenie emisji związków NOx oraz HC, przy równoczesnej poprawie skuteczności oczyszczania spalin. 

 

Oprócz zwiększenia wydajności chłodzenia, w  zakresie chłodzenia powietrza doładowującego dochodzi dodatkowe wymaganie: ustalenie temperatury powietrza zasilającego silnik poprzez regulację chłodzenia powietrza doładowującego. 

 

Ustalanie temperatury staje się konieczne ze względu na wciąż rosnące wymagania związane z oczyszczaniem spalin. Temperatura powietrza doładowującego odgrywa przy tym ważną rolę. Chłodzenie powietrza doładowującego płynem chłodzącym przynosi istotne korzyści również w pojazdach użytkowych.

 

Rodzaje:
Chłodzenie powietrzem i płynem, bezpośrednio i pośrednio.

 

Zadanie:
Zwiększenie mocy silnika przez zwiększenie gęstości powietrza doładowującego (więcej powietrza do spalania, wyższa zawartość tlenu).

 

Właściwości:

  • większa dynamiczna wydajność chłodzenia
  • wyższa sprawność silnika dzięki zwiększeniu gęstości powietrza doładowującego
  • niższa temperatura spalania, zapewniająca lepsze wartości emisji spalin
  • zmniejszenie zawartości tlenków azotu w zakresie od -40 °C do 160 °C
  • Ciśnienie kontrolne = 20 bar przy ciśnieniu rozrywającym 50 bar

TURBOSPRĘŻARKA: PODSTAWY

Moc silnika spalinowego zależy od ilości spalanego paliwa. W silniku z zapłonem iskrowym do całkowitego spalenia 1 kg paliwa potrzeba 14,7 kg powietrza. Jest to tak zwany stosunek stechiometryczny. Skutecznym sposobem na zwiększenie mocy jest doładowanie silników spalinowych.

Turbodoładowanie silnika
FILM ZWIĄZANY Z TEMATEM

Wymiana chłodnicy powietrza doładowującego po uszkodzeniu turbosprężarki

Wymiana chłodnicy powietrza doładowującego po uszkodzeniu turbosprężarki.

 

00:57 min

BEZPOŚREDNIE I POŚREDNIE CHŁODZENIE POWIETRZA DOŁADOWUJĄCEGO: DZIAŁANIE

Dążenie do wzrostu wydajności chłodzenia w samochodach osobowych napotyka na coraz większe ograniczenia przestrzeni montażowej w przedniej części pojazdu. Obecnie najczęściej stosowanym rozwiązaniem są nadal kompaktowe chłodnice powietrza doładowującego. Rozwiązaniem problemu niewielkiej przestrzeni dostępnej do montażu jest zwiększenie rozmiaru kompaktowej chłodnicy powietrza doładowującego poprzez zmianę jej kształtu na płaski. Płaską chłodnicę można zamontować przed chłodnicą płynu chłodzącego, jak ma to standardowo miejsce w ciężkich pojazdach użytkowych.  Rozwiązanie to cieszy się rosnącą popularnością. W wielu pojazdach jego zastosowanie nie jest jednak możliwe, ponieważ miejsce wymagane na zamontowanie jest już zajęte, lub też nie pozwalają na to inne wymagania, na przykład dotyczące ochrony pieszych. Konflikt wynikający z ograniczonej ilości miejsca przy jednoczesnym dążeniu do większej wydajności chłodzenia można rozwiązać wykorzystując dwa nowe systemy: wstępnego i pośredniego chłodzenia powietrza doładowującego.

Bezpośrednie chłodzenie powietrza doładowującego

Dzięki zastosowaniu nowej chłodnicy wstępnej powietrza doładowującego, zasilanej płynem chłodzącym z obiegu silnika, część ciepła oddawanego z chłodnicy powietrza doładowującego jest przenoszona do chłodnicy płynu chłodzącego. Ponieważ dodatkowe, oddawane ciepło powietrza doładowującego, emitowane w  wyniku zwiększenia mocy, zostaje odprowadzone przez chodnicę wstępną, możliwe jest zachowanie koncepcji blokowego kształtu chłodnicy powietrza doładowującego. Chłodnica wstępna powietrza doładowującego, będąca również chłodnicą kompaktową, jest montowana między turbosprężarką a chłodnicą powietrza doładowującego typu powietrze-powietrze. Wstępne schłodzenie powietrza doładowującego pozwala znacznie zwiększyć wydajność istniejącej koncepcji. Wymagana wielkość zabudowy chłodnicy typu powietrze-płyn chłodzący wynosi 40 - 60 % wielkości zabudowy chłodnicy typu powietrze-powietrze.

Drugą możliwością rozwiązania konfliktu pomiędzy ograniczoną przestrzenią na montaż a zapotrzebowaniem wydajności układu jest zastosowanie pośredniego chłodzenia powietrza doładowującego.

Pośrednie chłodzenie powietrza doładowania

W samochodach osobowych taki układ chłodzenia składa się z kompletnego obiegu płynu chłodzącego, niezależnego od układu chłodzenia silnika. W tym obwodzie znajduje się niskotemperaturowa chłodnica płynu chłodzącego oraz chłodzona płynem chłodnica powietrza doładowującego. Ciepło z powietrza doładowującego jest przenoszone najpierw na płyn chłodzący, a następnie odprowadzane w niskotemperaturowej chłodnicy płynu chłodzącego do otoczenia. Chłodnica ta jest umieszczona w przedniej części pojazdu, gdzie w przypadku konwencjonalnego układu znajduje się chłodnica powietrza doładowującego typu powietrze-powietrze.

Ponieważ chłodnica niskotemperaturowa zajmuje znacznie mniej miejsca niż porównywalna chłodnica typu powietrze-powietrze, z przodu pojazdu pojawia się wolne miejsce. Ponadto spod maski znikają też grube przewody powietrza doładowującego prowadzące z przedniej części pojazdu do silnika. Znacznie uproszczony sposób rozmieszczenia elementów w przedniej części pojazdu pozwala poprawić przepływ powietrza chłodzącego przez komorę silnika.

 

W porównaniu ze wstępnym, bezpośrednim schładzaniem powietrza doładowującego, system chłodzenia pośredniego zapewnia następujące korzyści:

  • znaczna redukcja spadku ciśnienia powietrza doładowującego
  • lepsza dynamika silnika dzięki mniejszej objętości powietrza doładowującego
  • większa dynamiczna wydajność chłodzenia
  • wyższa sprawność silnika dzięki zwiększeniu gęstości powietrza doładowującego

USTALANIE TEMPERATURY POWIETRZA DLA PROCESU SPALANIA W  SILNIKU

Po uruchomieniu zimnego silnika oraz podczas jazdy przy skrajnie niskich temperaturach zewnętrznych, należałoby wyłączyć chłodzenie powietrza doładowującego. Silnik i katalizator szybciej osiągają wówczas optymalną temperaturę pracy, co obniża emisję substancji towarzyszących rozruchowi zimnego silnika, w szczególności węglowodorów (HC). W chłodnicy powietrza doładowującego typu powietrze-powietrze jest to możliwe tylko poprzez zastosowanie obejścia w obwodzie powietrza doładowującego, co jest kłopotliwe. Z kolei w przypadku pośredniego chłodzenia powietrza doładowującego, dzięki prostemu układowi regulacji przepływu płynu chłodzącego, można nie tylko wyłączyć chłodzenie powietrza doładowania, lecz również regulować jego temperaturę. Dzięki połączeniu obiegu płynu chłodzącego powietrze doładowujące z układem chłodzenia silnika oraz dzięki inteligentnej regulacji przepływu płynu chłodzącego, możliwe jest poszerzenie funkcji pośredniego chłodzenia powietrza doładowania o system ustalania temperatury tego powietrza. Przez chłodnicę powietrza doładowującego może przy tym przepływać gorący płyn chłodzący z obiegu silnika lub zimny z obiegu niskotemperaturowego.

 

Regulacja temperatury powietrza doładowującego ma również znaczenie przy oczyszczaniu spalin z użyciem filtrów cząstek stałych i katalizatorów. W obu przypadkach, do optymalnej pracy wymagana jest określona minimalna temperatura spalin. W przypadku katalizatora, temperatura minimalna odpowiada temperaturze jego aktywacji, a w przypadku filtra cząstek stałych temperaturze regeneracji, niezbędnej do spalenia nagromadzonej sadzy. Przy częściowym obciążeniu pojazdu (jazda w mieście, korki) nie zawsze są osiągane takie wartości temperatury spalin. Również w tych przypadkach istnieje możliwość obniżenia poziomu emisji przez wyłączenie chłodzenia, a nawet podgrzanie powietrza doładowania, co pozwala na zwiększenie temperatury spalin. Obie opcje najprościej jest zrealizować przez zastosowanie pośredniego chłodzenia powietrza doładowującego.

WYMIANA CHŁODNICY POWIETRZA DOŁADOWUJĄCEGO: FILM

Wymiana chłodnicy powietrza doładowującego

Wymiana chłodnicy powietrza doładowującego włącznie z operacjami demontażu i montażu.

 

01:27 min

NOWOCZESNE KONSTRUKCJE NA MIARĘ WYSOKICH WYMAGAŃ: WARTO WIEDZIEĆ

Porównanie wydajności nowych koncepcji

Wzrost wydajności uzyskany dzięki zastosowaniu nowej koncepcji wstępnego i pośredniego chłodzenia powietrza doładowującego jest widoczny w porównaniu z dominującymi obecnie kompaktowymi oraz wydajniejszymi płaskimi chłodnicami powietrza doładowującego:

  • Chłodzenie powietrza doładowującego jest znacznie lepsze;
  • a  przy pośrednim chłodzeniu powietrza doładowującego znacznie zmniejsza się spadek ciśnienia powietrza doładowującego.

Chłodnice powietrza doładowującego do podwyższonych wymagań w zakresie wytrzymałości

Rosnące obciążenia ciśnieniowe i termiczne chłodnic powietrza doładowującego wymagają stosowania nowych konstrukcji i nowych materiałów kraty chłodnicy oraz skrzynek powietrznych.  W samochodach osobowych powietrze doładowujące na wlocie chłodnicy ma obecnie temperaturę sięgającą nawet 150 °C i ciśnienie 2,2 bar. W przyszłości wartości temperatury i ciśnienia wzrosną do 200 °C i nawet 3 bar. Aby sprostać temu wyzwaniu, skrzynki powietrzne są produkowane z tworzyw sztucznych o dużej wytrzymałości termicznej.  Alternatywnie produkowane są chłodnice powietrza doładowującego wraz ze skrzynkami powietrznymi, wykonane w całości z aluminium.

 

W przypadku pojazdów użytkowych przewidywane obciążenia są jeszcze większe. W stosunku do obecnych wartości 200 °C i  3 bar, w wyniku niższych wartości granicznych emisji wg normy EURO-5, przewiduje się odpowiednio wzrost temperatury nawet do 260 °C i ciśnienia do 4 bar. W następstwie zmian konstrukcyjnych chłodnic powietrza doładowującego, poziom naprężeń występujących przy obciążeniu ciśnieniowym zostaje obniżony na tyle, że bez problemu możliwe jest uzyskanie wytrzymałości na zwiększone obciążenia. Dzięki swej kompaktowej konstrukcji, chłodnica powietrza doładowującego z płynem chłodzącym oferuje dodatkowe możliwości zwiększenia wytrzymałości.