Turbosprężarki są wszechobecne w motoryzacji, choć w ostatnich dekadach przeszły wiele zmian, dzięki którym stały się bardziej wydajne i sprawne. Jednak wraz ze wzrostem zapotrzebowania na moc coraz bardziej krytyczne staje się doprowadzenie jak największej ilości powietrza z turbosprężarki do kanału dolotowego w danej jednostce czasu – tu z pomocą przychodzi właśnie intercooler.

Po co jest intercooler?

Dodatkowe doładowanie, czy to w formie turbosprężarki, kompresora, dmuchawy Rootsa czy jakiegokolwiek innego urządzenia, zawsze służy temu samemu celowi: wprowadzeniu dodatkowego powietrza do cylindra silnika.
W przypadku silnika wolnossącego o określonych parametrach, dostarczana moc w dużej mierze zależy od tego, ile powietrza może pobrać głowica cylindra przy danej prędkości zasysania. Może pojawić się pytanie, dlaczego jest to ważne?
Do spalania potrzebujemy oczywiście tlenu, którego nie da się pozyskać skądinąd jak tylko z powietrza. Jest to ważne, ponieważ ilość paliwa możemy zwiększyć pod warunkiem większej ilości tlenu.
Problemem jest to, że zarówno w silniku Diesla, jak i benzynowym nie dojdzie do zapłonu nadmiernie wzbogaconej mieszanki – mieszanka taka pogarszałaby tylko sprawność silnika, marnując niepotrzebnie paliwo.
Pod tym względem istnieją różnice między silnikiem Otto a wysokoprężnym, ponieważ silnik wysokoprężny wykorzystuje właśnie nadmiar powietrza, natomiast silnik benzynowy nie, ale wpływ doładowania na osiągi jest w obu przypadkach w dużej mierze podobny.
Chodzi o to, aby w czasie danego suwu do przestrzeni cylindra dostało się jak najwięcej powietrza, żeby można było spalić w nim więcej paliwa, bo to proporcjonalnie zwiększa osiągi silnika.
Silnik wolno ssący wytwarza podciśnienie przez otwarcie zaworu ssącego i ruch tłoka w dół. Silnik za sprawą podciśnienia zasysa niezbędne powietrze. Zwiększenie tego poboru jest trudne bez dodatkowego doładowania. Istnieją rozwiązania, dzięki którym można zwiększyć osiągi o kilka procent (np. bezpośredni filtr powietrza), ale aby dokonać znaczącej zmiany, konieczna jest modyfikacja samego urządzenia (np. wymiana wałka rozrządu).
Przy dodatkowym paliwie możemy stosunkowo łatwo wprowadzić dodatkowe powietrze, dzięki czemu możliwe jest osiągnięcie wielokrotności początkowej mocy silnika. Inną kwestią jest to, że aby podwoić osiągi, zazwyczaj potrzebujemy również modyfikacji konstrukcyjnej (np. wzmocnionych korbowodów).
Dodatkowe doładowanie oznacza, że w kanale dolotowym przed otwarciem zaworu dolotowego mierzona wartość jest wyższa niż ciśnienie atmosferyczne, dlatego że doładowanie spręża powietrze o określonej objętości. Następuje zjawisko, które paradoksalnie pogarsza osiągi. Im większe ciśnienie staramy się uzyskać, tym bardziej powietrze się nagrzewa. Z tego wynika, że im wyższa temperatura powietrza, tym mniejsza objętość powietrza jest wykorzystywana do osiągnięcia maksymalnej wartości ciśnienia w turbosprężarce, a tym samym mniej powietrza możemy ostatecznie dostarczyć. W technice motoryzacyjnej nazywa się to sprawnością objętościową. Jest to zjawisko odwrotne do zamierzonego. Może się nawet zdarzyć, że turbosprężarka pracująca na wyższym ciśnieniu daje mniejszą wydajność układu w tym samym samochodzie.

W jaki sposób intercooler podnosi moc silnika?

W tym miejscu do akcji wkracza intercooler. Przed trafieniem do cylindra sprężone powietrze przechodzi przez wymiennik ciepła, który utrzymuje jego ciśnienie, obniżając jednocześnie temperaturę, dzięki czemu ilość powietrza w jednostce objętości zwiększa się. Ilość paliwa, które może być dostarczone, również może się zwiększyć, a to daje wyższą moc wyjściową.
Widać zatem, że im większe doładowanie w silniku, tym bardziej potrzebny jest intercooler.
Ciepło pochłonięte przez powietrze pod wysokim ciśnieniem jest zawsze oddawane do otoczenia. Intercooler wygląda na prosty element, ale w rzeczywistości na rynku dostępnych jest wiele wersji w zależności od sposobu chłodzenia, rozmiaru i pozycji montażowej.

Intercooler powietrze-powietrze

Jest to klasyczna forma intercoolera samochodowego. Chłodzimy powietrze powietrzem – oznacza to, że wykorzystujemy przepływ powietrza wytworzony przez podmuch w wymienniku ciepła do absorpcji ciepła sprężonego powietrza z rury dolotowej. Ogromną zaletą tego układu jest to, że jest lekki, składa się z niewielu części i w związku z tym awarie zdarzają się bardzo rzadko. System jest prawie bezobsługowy, musimy jedynie czyścić powierzchnię chłodnicy.

Ponieważ chcemy tutaj wykorzystać przepływ masowy powietrza, ważnym aspektem jest umiejscowienie chłodnicy intercoolera. Zazwyczaj jest on montowany na przedniej stronie przedniego zderzaka za osłoną chłodnicy, jednak są producenci, którzy wybierają inną lokalizację.
Np. Subaru tradycyjnie umieszcza intercooler na środku nad silnikiem, aby uzyskać odpowiedni przepływ powietrza z góry.

Intercooler powietrze-woda

Ilość ciepła może być tak duża, że nie będziemy już w stanie utworzyć wystarczająco dużej powierzchni chłodzącej, aby odprowadzić całe wytworzone ciepło samym tylko podmuchem powietrza. W takim przypadku mamy możliwość zastosowania intercoolera „wodnego”. Jest on daleko bardziej wydajny niż intercooler typu „powietrze-powietrze”, ponieważ ciepło powstałe z ciśnienia wstecznego jest przekazywane przez sprężone powietrze do ciekłego czynnika chłodzącego, który również odprowadza je do otoczenia poprzez system rur.

System „powietrze-woda” jest uważany za bardziej wydajny i można dzięki niemu uzyskać znacznie większą pojemność cieplną. Jednocześnie ma pewne wady: jest cięższy i droższy ze względu na ciekły czynnik chłodniczy, pompę i system rur. Do tego ostatniego dochodzi również koszt serwisu: ryzyko awarii jest większe, a konserwacja jest również bardziej wymagająca.

Silnik turbo bez intercoolera

Można czasami spotkać samochód, który choć ma doładowany silnik, nie posiada intercoolera. Jest to zupełnie normalne w przypadku silników turbo o małej mocy, ponieważ przy odpowiednio niskim ciśnieniu doładowania nie występują takie straty objętościowe, aby producentowi opłacała się instalacja intercoolera w pojeździe.
Przy wyższych ciśnieniach ładowania jego użycie jest nieuniknione – tym bardziej, im większe są nasze wymagania dotyczące wydajności.