ターボチャージャーの動作原理とその設計

ターボチャージャー (タービン) は、内燃エンジンのシリンダーに空気を強制的に送り込むために自動車で使用される機構です。 この場合、タービンは排気ガスの流れのみによって駆動されます。 ターボチャージャーの使用により、コンパクトなサイズと低燃費を維持しながら、エンジン出力を最大40％向上させることができます。

タービンの配置と動作原理

標準のターボチャージャーは次のもので構成されます。

1. 住宅。 耐熱スチール製。 これは、加圧システムに取り付けるためのフランジを備えた XNUMX 本の異なる方向を向いたチューブを備えた螺旋形状をしています。
2. タービンホイール。 排気のエネルギーを、しっかりと固定されているシャフトの回転に変換します。 耐熱性のある素材で作られています。
3. コンプレッサーホイール。 タービンホイールから回転を受けてエンジンシリンダー内に空気を送り込みます。 コンプレッサーのインペラは多くの場合アルミニウムで作られており、エネルギー損失が軽減されます。 このゾーンの温度状況は通常に近いため、耐熱性材料の使用は必要ありません。
4. タービンシャフト。 タービンホイール（コンプレッサーとタービン）を接続します。
5. プレーンベアリングまたはボールベアリング。 ハウジング内のシャフトを接続するために必要です。 この設計には XNUMX つまたは XNUMX つのサポート (ベアリング) を装備できます。 後者は一般的なエンジン潤滑システムによって潤滑されます。
6. バイパス弁。 Pタービンホイールに作用する排気ガスの流れを調整するように設計されています。 これにより、ブーストパワーを制御することができます。 空気圧アクチュエーターを備えたバルブ。 その位置は、速度センサーからの信号を受信するエンジン ECU によって制御されます。

ガソリンおよびディーゼル エンジンのタービンの基本動作原理は次のとおりです。

• 排気ガスはターボチャージャーのハウジングに導かれ、そこでタービンブレードに作用します。
• タービンホイールが回転して加速し始めます。 高速時のタービン回転速度は 250 rpm に達することがあります。
• 排気ガスはタービンホイールを通過した後、排気システムに排出されます。
• コンプレッサーインペラは同期して回転し (タービンと同じシャフト上にあるため)、圧縮空気の流れをインタークーラーに送り、次にエンジンの吸気マニホールドに送ります。

タービンの特性

クランクシャフトによって駆動される機械式コンプレッサーと比較して、タービンの利点は、エンジンからエネルギーを引き出すのではなく、副産物のエネルギーを使用することです。 製造コストも安くなり、使用コストも安くなります。

技術的には、ディーゼル エンジンのタービンはガソリン エンジンのタービンと基本的に同じですが、ディーゼル エンジンの方が一般的です。 主な特徴は動作モードです。 したがって、排気ガス温度はディーゼル エンジンでは平均 700 °C から、ガソリン エンジンでは 1000 °C からであるため、ディーゼル エンジンには耐熱性の低い材料を使用することができます。 つまり、ガソリンエンジンにディーゼルタービンを搭載することはできないのです。

一方で、これらのシステムではブースト圧のレベルも異なります。 この場合、タービンの効率はその幾何学的寸法に依存することを考慮する必要があります。 シリンダーに吹き込まれる空気の圧力は、1 大気圧とターボチャージャーによって生成される過剰な圧力の 0,4 つの部分の合計です。 2,2 ～ XNUMX 気圧以上にすることができます。 ディーゼルエンジンはタービンの動作原理上、より多くの排気ガスを取り込むことができるため、ガソリンエンジンの設計をディーゼルエンジンにも搭載することはできません。

ターボチャージャーの種類と寿命

タービンの主な欠点は、エンジン速度が低いときに発生する「ターボラグ」効果です。 エンジン速度の変化に応じた時間遅れを表します。 この欠点を克服するために、さまざまなタイプのターボチャージャーが開発されています。

• ツインスクロールシステム。 この設計では、タービン チャンバーとその結果として排気ガスの流れを分離する XNUMX つのチャネルが提供されます。 これにより、応答時間が短縮され、タービン効率が最大化され、排気ポートの詰まりが防止されます。
• 可変形状のタービン (可変形状のノズル)。 この設計はディーゼル エンジンで最も一般的に使用されています。 ブレードの可動性により、タービンへの入口の断面が変化します。 回転角度を変えることで排気ガスの流れを調整し、排気ガスの速度やエンジンの回転数を調整することができます。 ガソリン エンジンでは、可変形状タービンがスポーツカーによく見られます。

ターボチャージャーの欠点はタービンが壊れやすいことです。 ガソリン エンジンの場合、これは平均 150 キロメートルです。 一方、ディーゼルエンジンのタービン寿命は若干長く、平均000万キロメートルです。 高速で長時間走行したり、オイルの選択を誤ると、耐用年数が 250 倍、さらには 000 倍も短くなる可能性があります。

ガソリン エンジンまたはディーゼル エンジンのタービンがどのように機能するかに応じて、性能を評価できます。 確認すべき信号は、青または黒煙の出現、エンジン出力の低下、および笛やガラガラの出現です。 故障を避けるためには、オイルやエアフィルターを交換し、定期的にメンテナンスを行う必要があります。