ターボチャージャー付き車のエンジンとは何ですか？

ターボチャージャー付きエンジン

ターボエンジン。 エンジンの出力とトルクを向上させるという課題は、常に関連しています。 エンジン出力は、シリンダーの排気量とシリンダーに供給される混合気の量に直接関係しています。 つまり、シリンダー内でより多くの燃料が燃焼するほど、パワーユニットによってより多くのパワーが発生します。 ただし、最も簡単な解決策は、エンジン出力を上げることです。 その作業量の増加は、構造の寸法と重量の増加につながります。 供給される作動混合気の量は、クランクシャフトの回転速度を上げることによって増やすことができます。 言い換えれば、単位時間あたりのシリンダーでより多くの作業サイクルを実装することです。 しかし、慣性力の増加とパワーユニットの部品への機械的負荷の急激な増加に関連する深刻な問題が発生し、エンジンの寿命が短くなります。

ターボエンジンの効率

この状況で最も効果的な方法は権力です。 内燃機関の吸気行程を想像してみてください。 エンジンは、ポンプとして機能している間も非常に非効率的です。 エアダクトにはエアフィルター、インテークマニホールドベンドがあり、ガソリンエンジンにはスロットルバルブもあります。 もちろん、これはすべてシリンダーの充填を減らします。 吸気バルブの上流の圧力を上げるために、より多くの空気がシリンダーに入れられます。 給油すると、シリンダー内のフレッシュチャージが改善され、シリンダー内でより多くの燃料を燃焼させて、より多くのエンジン出力を得ることができます。 内燃機関では、XNUMX種類の増幅が使用されています。 吸気マニホールド内の空気ボリュームの運動エネルギーを使用する共振。 この場合、追加の充電/ブーストは必要ありません。 機械式、このバージョンでは、コンプレッサーはモーターベルトによって駆動されます。

ガスタービンまたはターボエンジン

ガスタービンまたはターボチャージャー、タービンは排気ガスの流れによって駆動されます。 それぞれの方法には、アプリケーションの分野を決定する独自の長所と短所があります。 個人用インテークマニホールド。 シリンダーをよりよく充填するには、吸気バルブの前の圧力を上げる必要があります。 一方、圧力を上げる必要は通常ありません。 バルブを閉じるときにバルブを持ち上げて、空気の追加部分をシリンダーにロードするだけで十分です。 短期間の圧力上昇の場合、エンジンの運転中に吸気マニホールドに沿って伝わる圧縮波が理想的です。 パイプライン自体の長さを計算するだけで十分なので、端から数回反射された波が適切なタイミングでバルブに到達します。 理論は単純ですが、その実装には多くの工夫が必要です。 バルブは、異なるクランクシャフト速度では開かないため、共振増幅効果を使用します。

ターボエンジン - ダイナミックパワー

短いインテークマニホールドで、エンジンは高回転でよりよく機能します。 一方、低速では、長い吸引経路の方が効率的です。 可変長のインレットパイプは5つの方法で作成できます。 共鳴室を接続するか、目的の入力チャンネルに切り替えるか接続します。 後者は動的強度とも呼ばれます。 共振および動的圧力は、吸気タワーの流れを加速する可能性があります。 20〜750 mbarの空気流圧力範囲の変動によって引き起こされる増幅効果。 比較すると、ターボチャージャーまたは機械式ブーストを使用すると、1200からXNUMX mbarの範囲の値を取得できます。 画像を完成させるために、慣性増幅器もあることに注意してください。 バルブの上流で過剰な圧力が発生する主な要因は、入口パイプ内の流れの高圧水頭です。

ターボエンジンの出力を上げる

これにより、時速140キロメートルを超える高速で出力がわずかに増加します。 主にオートバイで使用されます。 メカニカルフィラーを使用すると、エンジン出力を大幅に増加させるかなり簡単な方法が可能になります。 コンプレッサーは、エンジンクランクシャフトから直接エンジンを駆動することにより、最低速度で遅延なく空気をシリンダーに送り込み、エンジン速度に厳密に比例してブースト圧力を高めます。 しかし、それらには欠点もあります。 それらは、内燃機関の効率を低下させます。 電源によって生成された電力の一部は、それらを駆動するために使用されるためです。 機械式圧力システムはより多くのスペースを必要とし、特別なアクチュエータを必要とします。 タイミングベルトまたはギアボックスから多くのノイズが発生しています。 機械的フィラー。 機械式送風機にはXNUMXつのタイプがあります。 容積測定および遠心分離。 典型的なバルクフィラーは、RootsスーパージェネレーターとLysholmコンプレッサーです。 ルーツのデザインはオイルギアポンプに似ています。

ターボエンジンの機能

この設計の特徴は、空気が過給機で圧縮されるのではなく、パイプラインの外側で圧縮され、ハウジングとローターの間のスペースに入ることです。 主な欠点は、ゲインの量が限られていることです。 どんなにフィラーパーツを正確にセットしても、一定の圧力になると空気が逆流し始め、システムの効率が低下します。 戦い方はいくつかあります。 ローターの速度を上げるか、スーパーチャージャーを XNUMX 段階または XNUMX 段階にします。 したがって、最終値を許容レベルまで上げることができますが、多段設計には主な利点であるコンパクトさがありません。 別の欠点は、空気が部分的に供給されるため、出口の不均一な排出です。 現代のデザインは三角形のスイベル機構を使用しており、入口と出口の窓は三角形です。 これらの技術のおかげで、かさばる過給機は実質的に脈動効果を取り除きました。

ターボエンジンの取り付け

ローター速度が低く、したがって耐久性が低く、ノイズレベルが低いため、ダイムラークライスラー、フォード、ゼネラルモーターズなどの有名ブランドが製品を惜しみなく装備しています。 排気量スーパーチャージャーは、形状を変えることなく、出力とトルクの曲線を増加させます。 それらはすでに低速から中速で効果的であり、これは加速のダイナミクスを最もよく反映しています。 唯一の問題は、そのようなシステムは製造と設置が非常に凝っていることです。つまり、非常に高価です。 インテークマニホールド内の空気圧を同時に上げる別の方法が、エンジニアのLisholmによって提案されました。 Lysholm継手のデザインは、従来の肉挽き肉をいくらか思い出させます。 XNUMXつの追加のスクリューポンプがハウジング内に取り付けられています。 さまざまな方向に回転し、空気の一部を捕らえ、圧縮してシリンダーに入れます。

ターボエンジン - チューニング

このシステムは、正確に調整されたクリアランスによる内部圧縮と最小限の損失が特徴です。 さらに、プロペラ圧力は、ほぼすべてのエンジン速度範囲で効果的です。 静かで、非常にコンパクトですが、製造が複雑なため非常に高価です。 ただし、AMGやクリーマンなどの有名なチューニングスタジオでは無視されません。 遠心フィラーは、設計がターボチャージャーと似ています。 インテークマニホールド内の過剰な圧力もコンプレッサーホイールを作成します。 その放射状のブレードは、遠心力を使用して空気を取り込んでトンネルの周りに押し出します。 ターボチャージャーとの違いはドライブのみです。 遠心送風機にも、目立たないものの、同様の慣性欠陥があります。 しかし、もうXNUMXつ重要な機能があります。 実際、生成される圧力は、コンプレッサーホイールの二乗速度に比例します。

ターボエンジン

簡単に言うと、必要な量の空気をシリンダーに送り込むために、非常に速く回転する必要があります。 時にはエンジン速度のXNUMX倍。 高速で効率的な遠心ファン。 機械式遠心分離機は、ガス遠心分離機よりもユーザーフレンドリーではなく、耐久性があります。 より低い極限温度で動作するためです。 シンプルさ、そしてそれゆえに、それらのデザインの安さは、アマチュアチューニングの分野で人気を得ています。 エンジンインタークーラー。 機械的過負荷制御回路はかなり単純です。 全負荷時には、バイパスカバーが閉じ、チョークが開いています。 すべての空気の流れはエンジンに行きます。 部分負荷操作中、バタフライバルブが閉じ、パイプダンパーが開きます。 過剰な空気は送風機の入口に戻されます。 充電用のインタークーラー冷媒空気は、機械式だけでなくガスタービン増幅システムのほぼ不可欠なコンポーネントです。

ターボチャージャー付きエンジンの操作

圧縮空気は、エンジンシリンダーに供給される前にインタークーラーで予冷されます。 これは、設計上、従来のラジエーターであり、吸入空気の流れまたはクーラントによって冷却されます。 給気温度を10度下げると、密度を約3％上げることができます。 これにより、エンジン出力をほぼ同じ割合で増加させることができます。 エンジンターボチャージャー。 ターボチャージャーは現代の自動車エンジンでより広く使用されています。 実際、これは同じ遠心圧縮機ですが、駆動回路が異なります。 これは、機械式過給機とターボチャージャーの最も重要な、おそらく根本的な違いです。 さまざまな設計の特性と用途を大きく決定するのは、ドライブチェーンです。

ターボエンジンの利点

ターボチャージャーでは、インペラーはインペラー、タービンと同じシャフトに配置されています。 エンジン排気マニホールドに組み込まれ、排気ガスによって駆動されます。 速度は200 rpmを超えることがあります。 エンジンのクランクシャフトには直接接続されておらず、空気供給は排気ガス圧力によって制御されます。 ターボチャージャーの利点は次のとおりです。 エンジン効率と経済性の向上。 機械駆動はエンジンから動力を受け取り、同じことが排気からのエネルギーを使用するため、効率が向上します。 エンジン固有の効率と全体的な効率を混同しないでください。 当然のことながら、ターボチャージャーの使用により出力が増加したエンジンの動作には、自然のアスピレーターを備えた低出力の同様のエンジンよりも多くの燃料が必要です。

ターボエンジン出力

実際、シリンダーでより多くの燃料を燃焼させるために、シリンダーへの空気の充填が改善されています。 しかし、燃料電池を搭載したエンジンのXNUMX時間あたりの出力の単位あたりの燃料の質量分率は、増幅のない強力なユニットの同様の設計よりも常に低くなります。 ターボチャージャーを使用すると、より小さいサイズと重量でパワーユニットの指定された特性を実現できます。 自然吸気エンジンを使用する場合よりも。 さらに、ターボエンジンは最高の環境性能を備えています。 燃焼室内の圧力は、温度の低下をもたらし、結果として、窒素酸化物の形成の低下をもたらす。 ガソリンエンジンに燃料を補給すると、特に過渡状態で、より完全な燃料燃焼が実現します。 ディーゼルエンジンでは、追加の空気供給により、煙の出現の境界を広げることができます。 すす粒子の放出と戦う。

ディーゼルターボエンジン

ディーゼルは、一般的にブースト、特にターボチャージャーにはるかに適しています。 ブースト圧がノッキングの危険によって制限されるガソリンエンジンとは異なり、この現象は認識されていません。 ディーゼルエンジンは、そのメカニズムの極度の機械的ストレスまで加圧することができます。 さらに、吸気スロットルの欠如と高い圧縮比により、ガソリンエンジンに比べて排気ガスの圧力が高くなり、温度が低くなります。 ターボチャージャーは製造が容易であり、多くの固有の欠点を備えています。 低いエンジン回転数では、排気ガスの量が少ないため、コンプレッサーの効率は低くなります。 さらに、ターボチャージャー付きエンジンには通常、いわゆるターボヤマがあります。

セラミックメタルターボローター

主な問題は、排気ガスの高温です。 セラミックメタルのタービンローターは、耐熱合金製のローターに比べて約20%軽量です。 また、慣性モーメントも低くなります。 最近まで、デバイス全体の寿命はキャンプでの生活に限られていました。 それらは本質的に、加圧されたオイルで潤滑されたクランクシャフトのようなブッシングでした。 もちろん、そのような従来のベアリングの摩耗は大きかったのですが、球面ベアリングは非常に高速で高温に耐えることができませんでした。 解決策は、セラミックボールを使用したベアリングの開発が可能になったときに見つかりました。 ただし、セラミックの使用は驚くべきことではありません。ベアリングには潤滑剤が常に供給されています。 ターボチャージャーの欠点を取り除くことで、ローターの慣性を減らすだけではありません。 しかし、追加の、時には非常に複雑なブースト圧制御回路の使用も必要です。

ターボエンジンのしくみ

この場合の主なタスクは、高速のエンジンでは圧力を下げ、低速では圧力を上げることです。 すべての問題は、可変ジオメトリタービン、可変ノズルタービンで完全に解決できます。 たとえば、可動ブレードでは、そのパラメータを広範囲にわたって変更できます。 VNTターボチャージャーの動作原理は、タービンホイールに向かう排気ガスの流れを最適化することです。 エンジン速度が低く、排気量が少ない場合、VNTターボチャージャーは排気ガスの流れ全体をタービンホイールに送ります。 したがって、その力と圧力を高めます。 高速かつ高ガス流量では、VNTターボチャージャーが動いているブレードを開いたままにします。 断面積を増やし、インペラからの排気ガスの一部を排出します。

ターボエンジン保護

必要なエンジンレベルでの過速度保護とブースト圧力、過負荷の解消。 シングル増幅システムに加えて、XNUMXステージ増幅が一般的です。 コンプレッサーを駆動する最初のステージは、低いエンジン回転数で効率的なブーストを提供します。 XNUMXつ目はターボチャージャーで、排気ガスのエネルギーを利用します。 パワーユニットがタービンの通常の動作に十分な速度に達するとすぐに、コンプレッサーは自動的に停止し、落下した場合は再び起動します。 多くのメーカーは、エンジンにXNUMXつのターボチャージャーを同時に取り付けています。 このようなシステムは、バイターボまたはツインターボと呼ばれます。 XNUMXつの例外を除いて、それらの間には基本的な違いはありません。 Biturboは、異なる直径のタービンの使用を想定しているため、パフォーマンスも想定しています。 さらに、それらを含めるためのアルゴリズムは、並列または順次のいずれかです。

質問と回答：

ターボチャージャーとは何ですか？ シリンダー内の新鮮な空気圧が上がると、混合気の燃焼が良くなり、エンジン出力が上がります。

ターボチャージャー付きエンジンとはどういう意味ですか？ このようなパワーユニットの設計には、シリンダーへの新鮮な空気の流れを強化するメカニズムがあります。 このために、ターボチャージャーまたはタービンが使用されます。

ターボチャージャーは車でどのように機能しますか？ 排気ガスはタービンインペラを回転させます。 シャフトのもう一方の端には、インテークマニホールドに取り付けられたポンプインペラが固定されています。