Intercooler (ψυγείο αέρα υπερπλήρωσης)

Το intercooler είναι ένας εναλλάκτης θερμότητας που τοποθετείται σε κινητήρες με υπερτροφοδότηση για να ψύχει το φορτίο του αέρα αφού αυτό έχει συμπιεστεί από έναν στροβιλοσυμπιεστή ή υπερσυμπιεστή, αλλά πριν φτάσει στους κυλίνδρους. Υπάρχει επειδή η συμπίεση θερμαίνει αναπόφευκτα τον αέρα: το στρίμωγμά του σε μικρότερο όγκο αυξάνει σημαντικά τη θερμοκρασία του, και αυτός ο καυτός, διεσταλμένος αέρας ακυρώνει εν μέρει το ίδιο το όφελος που υποτίθεται ότι προσφέρει η υπερτροφοδότηση. Το intercooler αποκαθιστά την πυκνότητα του φορτίου και προστατεύει τον κινητήρα από τις παρενέργειες των υψηλών θερμοκρασιών εισαγωγής.

Η φυσική του είναι απλή. Ο σκοπός ενός τούρμπο ή ενός υπερσυμπιεστή είναι να στριμώξει περισσότερο αέρα σε κάθε κύλινδρο ώστε να καεί περισσότερο καύσιμο και να παραχθεί περισσότερη ισχύς. Η πυκνότητα του αέρα μειώνεται καθώς ανεβαίνει η θερμοκρασία, οπότε ο πολύ καυτός αέρας που βγαίνει από έναν συμπιεστή — που μπορεί να ξεπεράσει αρκετά τους εκατό βαθμούς Κελσίου — περιέχει λιγότερα μόρια οξυγόνου ανά λίτρο απ' ό,τι θα υποδείκνυε η πίεσή του από μόνη της. Περνώντας αυτόν τον αέρα μέσα από το intercooler πριν εισέλθει στον κινητήρα, η θερμοκρασία του πέφτει απότομα, ο αέρας συστέλλεται και γίνεται πυκνότερος, και μεγαλύτερη μάζα οξυγόνου παραδίδεται σε κάθε καύση για την ίδια πίεση υπερπλήρωσης.

Αυτό έχει σημασία για δύο διακριτούς λόγους. Ο πρώτος είναι η ισχύς: ο πυκνότερος αέρας εισαγωγής επιτρέπει να καεί καθαρά περισσότερο καύσιμο, οπότε ένα καλά ταιριασμένο intercooler αυξάνει άμεσα την απόδοση και βελτιώνει την απόκριση του γκαζιού. Ο δεύτερος, και ίσως σημαντικότερος, είναι η αξιοπιστία. Ο ψυχρότερος αέρας εισαγωγής χαμηλώνει τις μέγιστες θερμοκρασίες καύσης, κάτι που μειώνει απότομα την τάση του καυσίμου να αναφλεγεί πρόωρα — η καταστροφική προανάφλεξη γνωστή ως πειράκι ή κρουστική καύση. Καταστέλλοντας το πειράκι, το intercooler επιτρέπει στον κινητήρα να λειτουργεί με πιο επιθετικό χρονισμό ανάφλεξης και υψηλότερη υπερπλήρωση χωρίς ζημιά, και μειώνει τη θερμική καταπόνηση σε έμβολα και βαλβίδες.

Τα intercooler κατασκευάζονται σε δύο βασικές αρχιτεκτονικές. Ο τύπος αέρα-προς-αέρα είναι ο πιο συνηθισμένος: ένας πυρήνας από αλουμίνιο με πτερύγια, που θυμίζει μικρό ψυγείο, τοποθετείται στη ροή του αέρα στο εμπρός μέρος του αυτοκινήτου και αποβάλλει τη θερμότητα απευθείας στο ρεύμα του ανέμου. Ο τύπος αέρα-προς-νερό, ή υγρόψυκτος, περνά το φορτίο πάνω από έναν πυρήνα μέσα στον οποίο κυκλοφορεί ψυκτικό υγρό, μεταφέροντας τη θερμότητά του σε ένα ξεχωριστό ψυγείο χαμηλής θερμοκρασίας. Οι υγρόψυκτες μονάδες είναι πιο συμπαγείς, αποκρίνονται σταθερά ανεξάρτητα από την ταχύτητα του αυτοκινήτου και προτιμώνται όπου ο χώρος είναι περιορισμένος ή όπου η θερμοκρασία του φορτίου πρέπει να ελέγχεται αυστηρά, με κόστος την πρόσθετη πολυπλοκότητα. Σε υπερσυμπιεσμένους κινητήρες μια συμπαγής υγρόψυκτη μονάδα συχνά ενσωματώνεται στην ίδια την πολλαπλή εισαγωγής.

Από τον σχεδιασμό προκύπτουν μερικά πρακτικά ζητήματα. Το intercooler εισάγει μια μικρή πτώση πίεσης και ένα μήκος σωληνώσεων, οπότε μια υπερμεγέθης ή κακώς δρομολογημένη μονάδα μπορεί να προσθέσει λίγη υστέρηση και να μειώσει την υπερπλήρωση· η διαστασιολόγηση είναι επομένως ένας συμβιβασμός ανάμεσα στην ικανότητα ψύξης και στην απόκριση. Η αποτελεσματικότητά του εξαρτάται επίσης από επαρκή ροή αέρα, οπότε ένας εμπρός πυρήνας φραγμένος από ακαθαρσίες ή χωρίς ροή αέρα χάνει σε απόδοση. Σήμερα το intercooler είναι πρακτικά στάνταρ εξοπλισμός σε κάθε σύγχρονο κινητήρα με τούρμπο ή υπερσυμπιεστή, ενώ ένας ατμοσφαιρικός κινητήρας, που αναρροφά αέρα σε ατμοσφαιρική πίεση και θερμοκρασία, δεν χρειάζεται τέτοιο.