ターボチャージャーの動作原理

ターボチャージャーの動作原理

ターボチャージャーは、吸気空気を圧縮することによりエンジンの出力を高める高効率の空気圧縮機です。その核となる作業原則は、エンジン排気エネルギーの回復と利用に基づいています。

まず、エンジンから排出される高温高圧の排気ガスは、ターボチャージャーのタービン部に導かれます。これらの排気ガスはタービンブレードに力を加えてタービンブレードを回転させます。エンジン回転数の上昇に伴ってタービンの回転数が増加し、排気エネルギーを効率よく変換します。

タービンは、共通のシャフトを介してコンプレッサーセクションに接続されています。したがって、タービンが回転すると、コンプレッサーセクションを直接駆動して回転させます。コンプレッサーの機能は、エアフィルターを通る空気を圧縮し、圧力と密度を上げることです。これにより、より多くの空気をエンジンのシリンダーに押し込むことができます。

コンプレッサーが空気をより高い圧力レベルまで圧縮すると、空気の密度も増加します。これにより、エンジンは各作業サイクルでより多くの燃料を燃焼できるようになり、より多くのエネルギーが放出され、エンジンの出力が増加します。

ターボチャージャーの性能と信頼性を確保するために、コンプレッサーの動作は特定の圧力比範囲に制限されます。これにより、過度のサージ (つまり、コンプレッサーのチョーク) や流量制限 (つまり、コンプレッサーの失速) を回避し、最適なパフォーマンスと信頼性を維持できます。

さらに、ターボチャージャーには通常、ウエストゲート調整システムが装備されています。ウエストゲートは、排気ガスをタービンをバイパスするように誘導できるバルブで、それによってブースト圧を制御し、オーバーブーストを防ぎます。これはエンジンの安全な運転に貢献します。

高度なターボチャージャーは、可変ジオメトリタービンテクノロジーを利用する場合もあります。このテクノロジーにより、タービンインレットの断面エリアを調整して、さまざまなエンジンRPM範囲で最適なパフォーマンスを実現できます。

一部の高性能アプリケーションでは、ツインターボチャージャー構成が使用される場合があります。これらのターボチャージャーは、パワーと応答性をさらに高めるために、並列 (それぞれ一連のシリンダーに供給) または直列 (1 つのステージを別のステージにブーストする) に配置できます。

要約すると、ターボチャージャーはエンジンの排気エネルギーを回収して利用し、空気をより高い圧力と密度まで圧縮し、エンジンがより多くの燃料を燃焼させ、より高い出力を生成できるようにします。この動作原理により、ターボチャージャーはエンジンの性能と効率を向上させるための重要なコンポーネントとなります。