Töltőlevegő-hűtő (intercooler)

A töltőlevegő-hűtő, közismert nevén intercooler, olyan hőcserélő, amelyet a feltöltött motorokra szerelnek, hogy lehűtse a levegőtöltetet, miután azt a turbófeltöltő vagy a kompresszor összesűrítette, de még mielőtt az a hengerekbe érne. Léte abból fakad, hogy a sűrítés óhatatlanul felmelegíti a levegőt: ha kisebb térfogatba préseljük, a hőmérséklete jelentősen megemelkedik, a forró, kitágult levegő pedig részben éppen azt az előnyt rontja le, amelyért a feltöltést alkalmazzuk. A töltőlevegő-hűtő visszaállítja a töltet sűrűségét, és megóvja a motort a magas szívócső-hőmérséklet mellékhatásaitól.

A fizika egyszerű. A turbófeltöltő vagy a kompresszor lényege, hogy több levegőt préseljen minden hengerbe, így több üzemanyag éghet el, és nagyobb teljesítmény keletkezhet. A levegő sűrűsége a hőmérséklet emelkedésével csökken, ezért a kompresszort elhagyó nagyon forró levegő, amely jóval száz Celsius-fok fölé hevülhet, literenként kevesebb oxigénmolekulát tartalmaz, mint amennyit a nyomása alapján gondolnánk. Ha ezt a levegőt a motorba jutás előtt a töltőlevegő-hűtőn vezetjük át, hőmérséklete meredeken csökken, összehúzódik és sűrűbbé válik, így azonos töltőnyomás mellett több oxigén jut minden egyes égési folyamathoz.

Ez két különböző okból fontos. Az első a teljesítmény: a sűrűbb szívótöltet több üzemanyag tiszta elégetését teszi lehetővé, így egy jól méretezett töltőlevegő-hűtő közvetlenül növeli a leadott teljesítményt, és javítja a gázreakciót. A második, talán fontosabb ok a megbízhatóság. A hűvösebb szívólevegő mérsékli a csúcsos égéshőmérsékletet, ami erősen csökkenti az üzemanyag idő előtti, romboló öngyulladásra, kopogásra való hajlamát. A kopogás visszaszorításával a töltőlevegő-hűtő lehetővé teszi, hogy a motor agresszívabb gyújtásidőzítéssel és magasabb töltőnyomással járjon károsodás nélkül, és csökkenti a dugattyúk és a szelepek hőterhelését.

A töltőlevegő-hűtőknek két fő felépítése van. A leggyakoribb a levegő-levegő típus: egy bordázott alumínium hűtőblokk, amely kis hűtőre emlékeztet, a kocsi elején a levegőáramba épül be, és hőjét közvetlenül a mellette elhaladó levegőnek adja le. A levegő-víz, azaz folyadékhűtéses típus a töltetet olyan magon vezeti át, amelyben hűtőfolyadék kering, és ez egy külön alacsony hőmérsékletű hűtőnek adja le a hőt. A folyadékhűtéses egységek kompaktabbak, sebességtől függetlenül egyenletesen reagálnak, és ott előnyösek, ahol szűk a beépítési hely, vagy ahol a töltet hőmérsékletét szorosan kell kézben tartani, cserébe nagyobb bonyolultságért. Kompresszoros motoroknál gyakran egy kompakt vízhűtéses egységet építenek be magába a szívócsonkba.

A kialakításból néhány gyakorlati tanulság fakad. A töltőlevegő-hűtő kis nyomásesést és egy szakasznyi csővezetéket visz a rendszerbe, így a túlméretezett vagy rosszul vezetett egység némi késést okozhat és csökkentheti a töltőnyomást; a méretezés ezért mindig kompromisszum a hűtőkapacitás és a gyors reakció között. Hatékonysága a megfelelő átáramló levegőtől is függ, így egy elöl elhelyezett, törmelékkel eltömődött vagy levegőtől elzárt hűtőblokk veszít a teljesítményből. Mára a töltőlevegő-hűtő gyakorlatilag alaptartozék minden korszerű turbófeltöltős vagy kompresszoros motoron, míg egy szívómotornak, amely környezeti nyomáson és hőmérsékleten szívja a levegőt, nincs rá szüksége.