Turbodúchadlá sú v automobiloch veľmi rozšírené a v posledných desaťročiach prešli mnohými zmenami, aby boli účinnejšie a výkonnejšie. S rastúcimi požiadavkami na výkon je však čoraz dôležitejšie dostať z turbodúchadla do sacieho potrubia čo najviac vzduchu za danú časovú jednotku – tu prichádza na pomoc medzichladič (intercooler).

K čemu slouží intercooler?

Dodatečné přeplňování, ať už ve formě turbodmychadla, kompresoru, Rootsova dmychadla nebo jiného zařízení, má vždy stejný účel: přivádět do motoru více vzduchu. V případě motoru s přirozeným sáním určité specifikace závisí dosahovaný výkon do značné míry na tom, kolik vzduchu může motor při dané rychlosti sání nasát. Zde může vyvstat otázka, proč je to důležité?

Ke spalování samozřejmě potřebujeme kyslík, který nelze získat odjinud než ze vzduchu. To je důležité, protože množství paliva můžeme zvýšit pouze za předpokladu, že máme k dispozici dostatek kyslíku. Problémem je, že v naftových i benzinových motorech se příliš obohacená směs nezapálí – taková směs by pouze zhoršila účinnost motoru a zbytečně by plýtvala palivem.

V tomto ohledu existují rozdíly mezi Ottovým a vznětovým motorem, protože vznětový motor využívá pouze přebytečný vzduch, zatímco zážehový motor nikoli, nicméně vliv přeplňování na výkon je v obou případech do značné míry podobný. Smyslem je dostat do prostoru válce během daného zdvihu co nejvíce vzduchu, aby se ve válci mohlo spálit více paliva, protože tím se úměrně zvyšuje výkon motoru.

Atmosférický motor vytváří podtlak otevřením sacího ventilu a pohybem pístu směrem dolů. Motor nasává potřebný vzduch pomocí podtlaku. Navýšení tohoto objemu je bez dodatečného zvýšení tlaku obtížné. Existují řešení, jak zvýšit výkon takového motoru o několik procent, ale k výrazné změně je nutná úprava samotného agregátu (např. výměna vačkové hřídele).

S dodatečným palivem můžeme relativně snadno přivádět i větší množství vzduchu, takže lze dosáhnout násobků původního výkonu motoru. Jiným problémem je, že ke zdvojnásobení výkonu obvykle potřebujeme také konstrukční úpravy (např. zesílené ojnice).

Přeplňování znamená, že naměřená hodnota v sacím potrubí před otevřením sacího ventilu je vyšší než atmosférický tlak, protože přeplňování stlačuje vzduch o určitý objem. Dochází k jevu, který paradoxně zhoršuje výkon. Čím vyššího tlaku se snažíme dosáhnout, tím více se vzduch zahřívá. Z toho vyplývá, že čím vyšší je teplota vzduchu, tím menší objem vzduchu použijeme k dosažení maximálního tlaku v turbodmychadle, a tím méně vzduchu můžeme nakonec dodat. V automobilové technice se tomu říká objemová účinnost. Jedná se o kontraproduktivní jev. Může se dokonce stát, že turbodmychadlo pracující s vyšším tlakem poskytuje ve stejném automobilu nižší účinnost systému.

Jak intercooler zvyšuje výkon motoru?

Zde přichází na řadu intercooler. Před vstupem do válce prochází stlačený vzduch výměníkem tepla, který udržuje jeho tlak a zároveň snižuje jeho teplotu, takže se zvyšuje množství vzduchu na jednotku objemu. Tím se může zvýšit i množství dodávaného paliva, a tím se zvedá výkon. Je tedy patrné, že čím vyšší je přeplňování motoru, tím více je mezichladič potřeba. Teplo pohlcené vysokotlakým vzduchem se vždy vrací do okolí. Mezichladič vypadá jako jednoduchá součástka, ale ve skutečnosti existuje mnoho verzí v závislosti na způsobu chlazení, velikosti a montážní poloze.

Mezichladič vzduch-vzduch

Jedná se o klasickou formu automobilového mezichladiče. Vzduch chladíme vzduchem – to znamená, že využíváme proudění vzduchu kolem výměníku tepla, které absorbuje teplo stlačeného vzduchu ze sacího potrubí. Velkou výhodou tohoto systému je, že je lehký, skládá se pouze z několika dílů, a proto jsou poruchy velmi vzácné. Systém je téměř bezúdržbový, pouze občas musíme očistit povrch chladiče.

Mezichladič vzduch-voda

Množství tepla může být tak velké, že již nedokážeme vytvořit dostatečně velkou chladicí plochu, která by odvedla veškeré teplo pouze proudem vzduchu. V takovém případě máme možnost použít “vodní” mezichladič. Ten je mnohem účinnější než mezichladič “vzduch-vzduch”, protože stlačený vzduch předává teplo chladicí kapalině, která jej rovněž odvádí potrubím do okolí.

Systém “vzduch-voda” je považován za účinnější a lze s ním dosáhnout mnohem vyššího tepelného výkonu. Současně má některé nevýhody: je těžší a dražší kvůli kapalnému chladivu, čerpadlu a potrubnímu systému. Kromě toho jsou zde také vyšší náklady na servis. Zvyšuje se riziko poruchy a údržba je také náročnější.

Turbomotor bez intercooleru

Občas se můžete setkat s vozem, který má sice přeplňovaný motor, ale nemá mezichladič. U turbomotorů s nízkým výkonem je to zcela normální, protože při nižších plnicích tlacích nedochází k tak velkým objemovým ztrátám, aby se výrobci vyplatilo instalovat do vozidla mezichladič. Při vyšších plnicích tlacích je jeho použití nevyhnutelné, a to tím spíše, čím vyšší jsou naše požadavky na výkon.