Įpučiamo oro srautas varikliuose su turbokompresoriais.

Šiuo metu pagrindinė automobilių projektuotojų ir konstruktorių užduotis – efektyvumo didinimas. Užduoties pagrindinis tikslas – kuro sąnaudų sumažinimas ir, tuo pačiu, išmetamų dujų kiekio mažinimas. Pagrindinės kryptys, siekiant šio tikslo: automobilio svorio mažinimas, kėbulo oro pasipriešinimo mažinimas bei ratų riedėjimo pasipriešinimo mažinimas. Be to, konstruktoriai numato potencialias galimybes efektyvumui didinti optimizuojant alyvų savybes bei variklių ir perdavimo mechanizmų konstrukcijas. Bet esminė vidaus degimo variklio efektyvumo padidinimo galimybė – tai turbo – įpūtimo laipsnio padidinimas. Kaip pavyzdį galima pateikti MAHLE suprojektuotą 3 cilindrų variklio prototipą su turbo – įpūtimu, paremtą efektyvumo didinimo principu. Naudojant turbo – įpūtimą, t.y. padidinant įpučiamo oro kiekį, galima nustatyti norimą variklio galingumą, kuris užtikrins optimalias kuro sąnaudas.

Oro kanalas. Nuo oro filtro iki įpučiamo oro aušintuvo

Vidaus degimo varikliai darbo metu reikalauja nuolatinio gryno oro tiekimo. Oras, įsiurbiamas iš išorės, praeina pro oro filtrą, todėl pageidaujama, kad oras, patenkantis į filtrą, būtų kuo švaresnis. Dėl šios priežasties, konstruojant oro filtrų korpusus, būtina atsižvelgti į tai, kad oro įsiurbimo anga būtų optimalioje vietoje. Būtina parinkti oro įsiurbimo angos vietą taip, kad į sistemą patenkantis oras nebūtų užterštas dulkėmis iš kelio dangos, dulksnos bei lietaus lašeliais arba sniego dalelėmis. Oro filtro korpuse oras nukreipiamas tokiu būdu, jog oro srautas praeitų per visą filtravimo įdėklų paviršių kuo mažesniu greičiu. Tai galime užtikrinti pasirinkdami tinkamą korpuso konstrukciją, o taip pat naudodami skirstytuvus – porėtos medžiagos antdėklus, esančius ant filtravimo įdėklų. Pritaikius šias priemones, oro filtro įdėklas patikimai valo įsiurbiamą orą ir perduoda jį į variklį visą filtro eksploatavimo laikotarpį.

Žemo slėgio kanalas

Prie oro filtro korpuso išėjimo pritvirtintas oro srauto matuoklis. Jo paskirtis – išmatuoti, kiek išvalyto oro turi būti perduodama į sistemą. Daviklis, elektrinio signalo pavidalu, perduoda informaciją į variklio valdymo bloką. Oro žarna su elastiniu elementu išvalytas oras patenka į turbokompresorių. Dar vienas iššūkis konstruktoriams: oro filtro korpusas nejudamai tvirtinamas prie automobilio kėbulo, o variklis tvirtinamas pagalvių pagalba, t.y. judamu sujungimu. Dėl šios priežasties, žemo slėgio oro žarna turi būti atspari atsirandančių santykinių judesių poveikiui. Kompresoriaus sparnuotė, varoma degimo turbinos, įsiurbia ir suslegia išvalytą gryną orą. Turbokompresoriai padidina grynojo oro slėgį, suslėgdami jį. Dėl to padidėja oro temperatūra variklio degimo kamerose, o ypač įpučiamo karšto oro kanale, kuris yra po turbokompresoriumi. Pavyzdžiui, dyzeliniuose varikliuose, atkarpoje, esančioje tarp turbokompresoriaus ir tarpinio aušintuvo, darbo metu temperatūra siekia 200°C ir daugiau.

Tarpinis oro aušintuvas

Kadangi spaudžiamas oras šyla – jo tankis mažėja. Tai trukdo kompresoriui ,,pripumpuoti‘‘ į cilindrus tiek šviežio ,,užtaiso‘‘, kiek jis teoriškai galėtų. Dujų apykaitos kokybė ir variklio NVK ęsti ne tokie aukšti, kokie galėtų būti. Šiam ,,nesusipratimui‘‘ išvengti, po kompresoriumi oras praleidžiamas per specialų radiatorių (paprastai aliuminį), pagal konstrukciją analogišką esančiam variklio aušinimo sistemoje. Kai oras yra aušinamas, padidėja jo tankis, tai reiškia, kad tam tikrame oro tūryje bus daugiau deguonies atomų. Tai leidžia pagerinti efektyvumą ir optimizuoti degimo procesą. Kai kada, siekiant sumažinti įpučiamo oro temperatūrą, naudojamas aušinimo skystis, o kartais oro srovė, plūstanti judant mašinai. Tarpinis aušintuvas, angliškai „intercooler“, ne tik padidina variklio galingumą, bet ir sumažina šilumos apkrovas, azoto oksidų kiekį išmetamose dujose ir kuro sąnaudas.

Tarpinis oro aušinimas – tiesioginis ar netiesioginis

Tiesioginio oro aušinimo atveju, turbokompresoriuje suspaustas oras nukreipiamas tiesiogiai į tarpinį oro aušintuvą. Automobiliuose šio tipo aušintuvai montuojami priekyje, prieš aušinimo skysčio radiatorių. Išimtį sudaro autobusai, kuriuose aušintuvai montuojami šone, užpakalinėje transporto priemonės dalyje. Netiesioginio oro aušinimo atveju, aušinimui naudojamas papildomas žemos temperatūros aušinimo skysčio kontūras. Šio metodo pagrindinis privalumas – priklausomai nuo poreikio, galima optimaliai pasirinkti tarpinio oro aušintuvo montavimo vietą. Papildomas žemos temperatūros aušintuvas, kuris montuojamas automobilio priekyje, sumažina oro temperatūrą žemiau variklio aušinimo skysčio temperatūros. Vėliau suslėgtas ir atvėsintas oras patenka į įsiurbimo kolektorių ir nukreipiamas tiesiogiai į cilindrus.