ターボチャージャー vs. スーパーチャージャー: 強制誘導の概要

ターボチャージャーはどこにでもあります。 実際、ほぼすべての自動車メーカーがターボチャージャー付きエンジンを提供しています。 しかし、これらの小さなパフォーマンス向上剤はどのように機能し、なぜこれほど人気が​​あるのでしょうか?

校長

基本的に、ターボチャージャーとスーパーチャージャーはどちらも、より多くの空気をエンジンに供給することで機能します。 酸素は、燃料および点火源 (別名「火花」) とともに、燃焼ピラミッドの ​​1 つの脚です。 のために 燃焼を最も効率的に行うには、酸素、燃料、および酸素のバランスを注意深く保つ必要があります。 スパーク。

このバランスを見つけることは、エンジン設計者にとって長年の課題でした。 内燃の歴史のほとんどにおいて、問題は十分な燃料を供給することにありました。 最近の超高圧直噴燃料の開発により、この問題は基本的に解決されました。 ここで問題となるのは、エンジンが呼吸するのに十分な空気を供給することです。

本当に高性能のエンジンは、毎分およそ子供部屋に相当する空気を吸い込む必要があります。考えてみてください。 ダッジ・ヘルキャット. エンジンに空気を引き込む力は低い力だけであるため、物理法則では通常これは許可されません。 エンジンのシリンダーが収縮するときに発生する圧力。ちょうどプランジャーがエンジンに引き戻されたときに起こるものと同じです。 注射器。

この力は、現代のエンジンがシリンダー内に噴射できる燃料の量に追いつくほど強力ではありません。 ターボチャージャーとスーパーチャージャーは両方とも、強制吸入と呼ばれるプロセスによってこの問題に対処しようとします。これは、より多くの空気をエンジンに送り込むことを意味する派手な用語になります。 ただし、これを行う方法はそれぞれ異なりますが、それぞれ長所と短所があります。

ターボチャージャー

強制誘導の最も一般的な形式はターボチャージャーです。 少なくとも理論的には、パワーと経済性の両方を向上させるために使用できるため、自動車メーカーはこれらを愛用しています。

それを実現できるものはどれも信じられないほど複雑なものに違いないと思われるかもしれませんが、ターボは実際には一見シンプルです。 奇妙に水っぽく見えるシェルの下にあるターボチャージャーは、本質的には車軸でつながった一対のファンです。

エンジンの高温の排気により最初のファンが回転し、そのファンが 2 番目のファンを駆動し、空気の圧縮に使用されます。 この圧縮空気はエンジンに強制的に戻されます。 上で説明したように、この空気の追加は、より多くの燃料を噴射でき、そこにある燃料がより完全に燃焼できることを意味します。

パフォーマンスの観点から見ると、その利点は明らかです。 ターボチャージャーにより空気量が増加し、各燃焼サイクルでより多くの燃料を使用できるようになり、出力の向上につながります。 本質的に、これにより、小さなエンジンがはるかに大きいかのように振る舞うことができます。

効率に関して言えば、ターボ過給のメリットは少し理解しにくいです。 まず、ターボチャージャーには固有の利点がいくつかあります。 ターボチャージャーは、各燃焼が完了するのに十分な空気を確保することで効率の向上に役立ちます。 また、エンジンの動作温度を上昇させることで、エンジンの熱力学的効率を向上させることもできます。 何よりも、ターボは本質的に「フリー」エネルギー (エンジンの排気) によって駆動されるため、その存在によって効率がまったく損なわれることはありません。

自動車メーカーがターボチャージャーを好む本当の理由は、エンジニアリングとはあまり関係なく、むしろ人間の行動に関係しています。 平均的なドライバーがフルスロットルを使用する時間は 1% 未満です。 大型の自然吸気エンジンでは、これは多くのパワーが無駄になることを意味しますが、エンジンのサイズが依然として効率を低下させます。

対照的に、ターボチャージャーはエンジンの排気によって駆動されますが、排気はエンジンが激しく作動しているときにのみ十分な量が生成されます。 これは、ドライバーがスロットルを強く踏んでいないときは、ターボチャージャーが空気を追加せず、エンジンが燃料を追加しないことを意味します。 したがって、ターボチャージャーについて考える 1 つの方法は、状況に応じて大きくも小さくもできるエンジンを作成することと同じです。

車には効率的であると同時に強力である可能性があるという点で、これは理論的には素晴らしいことです。 よくあることですが、現実はそれほどバラ色ではありません。 ターボチャージャー付きエンジンは、出力値または経済性値のいずれかを提供することが期待できますが、両方を同時に提供することはできません。 ターボ車をフルスロットルで走行しても、燃費は大型エンジンを搭載した車と変わりません。 ゆっくり運転すると、ターボは単に使用されません。

したがって、ターボチャージャーをドライバーに柔軟性を与えるものとして考えるのが最良の方法かもしれません。 どれだけ効率的になりたいか、どれだけ楽しみたいかを選択できます。 残念ながら、ターボは魔法ではないため、常に両方を同時に提供できるわけではありません。

スーパーチャージャー

スーパーチャージャーはターボチャージャーと同じ原理で動作しますが、もう少し複雑です。

スーパーチャージャーは排気ガスによって駆動されるのではなく、機械的に駆動されます。 通常、スーパーチャージャーはチェーンまたはベルトを介してエンジンのクランクシャフトに接続されています。 エンジンの動力は、2 種類のコンプレッサーのいずれかを駆動するために使用されます。

ほとんどのスーパーチャージャーは、「ルーツ」タイプのブロワーのバリエーションを使用しています。 これらのスーパーチャージャーは、ツインのオーバーラップローターを使用して空気を圧縮します。 ルーツの設計は比較的シンプルで、幅広い仕様に対応できます。 Eton 製の先進的なスーパーチャージャーは、発売中のキャデラック CTS-V やアウディ S4 など、さまざまな車両に搭載されています。

あまり一般的ではないデザインは、「Lysholm」インペラです。 この設計により、重なり合う 2 本のアルキメデス スクリューの間に空気が押し込まれ、非常に高い圧力に圧縮されます。 インペラスーパーチャージャーは効率が高く、幅広いエンジン回転数にわたってパワーを供給しますが、製造コストが高くなります。 2 本のネジは完全に噛み合う必要があり、これには信じられないほど細かい製造公差が必要です。 このため、Lysholm スーパーチャージャーは、メルセデス AMG 車やダッジ ヘルキャッツなどの非常に高性能な用途に使用される傾向があります。

いずれの場合でも、スーパーチャージャーは、排気駆動ターボと比較して、いくつかの重要な利点をもたらします。 スーパーチャージャーはドライブシャフトによって直接駆動されるため、遅れがありません。 これは大排気量の低回転エンジンでは特に重要であり、高性能のアメリカ製 V8 エンジンがターボチャージャーではなくスーパーチャージャーを搭載することが多いのはこのためです。

スーパーチャージャーは、より広い範囲のエンジン回転数にわたってトルクを供給するため、性能の観点からも魅力的です。

残念ながら、デメリットもあります。 スーパーチャージャーはエンジンと直接接続されているため、ターボチャージャーよりも機械的に複雑になる傾向があります。 簡単に言うと、スーパーチャージャーは電力を使用してパワーを生み出します。 また、それらは大きくて重いため、一般にエンジンの上部に直接取り付ける必要があり、後者はスペースが貴重な現代の自動車メーカーにとって深刻な問題です。

ターボチャージャーとは異なり、スーパーチャージャーは回転させるためにエンジンの動力の一部を常に使用するため、エンジン効率が低下します。 多くの電力が必要でない場合、このエネルギーは基本的に無駄になります。 これが、スーパーチャージャーがパフォーマンス アプリケーション以外で見つかることは、たとえあったとしてもめったにない理由です。

結論

今後数年で車を購入する人は、ターボチャージャー付きモデルを購入するかどうかの選択に直面することになるだろう。 単純な答えはありません。 ただし、特にパフォーマンスの点で非常に多くの利点を提供しますが、効率性の約束に常に応えられるわけではないことは注目に値します。

ターボチャージャーは特効薬ではないかもしれませんが、優れた妥協策にはなり得ます。 通常走行時には燃費を維持しながら、必要な場合、または単に必要な場合に追加のパワーを提供します。 一方、スーパーチャージャーは、24 時間年中無休のパフォーマンスがすべてです。

大排気量の V8 パワーを体験したい購入者にとって、スーパーチャージャーは優れたオプションです。 今年最もエキサイティングな車には、すべて大きなブロワーが取り付けられているということを少し考えてみましょう。 キャデラック CTS-V、 コルベット Z06、そして強大な ヘルキャッツを回避する.

最終的に、ターボチャージャーを購入するかスーパーチャージャーを購入するか、あるいはそのどちらも購入しないという決定は、購入者の車と運転スタイルによって決まります。 いずれにせよ、強制誘導はほぼあらゆる種類のドライバーに多くのメリットをもたらします。

編集者のおすすめ

• テスラ デスティネーション チャージャーズ vs. スーパーチャージャー: 違いは何ですか?