ターボチャージャーの仕組み！ ターボ付エンジンの構造・動作原理・特性を解説します。細かくはタービンの種類、ウェイストゲートバルブやブローオフバルブの動きなど。【エンジンの仕組み】
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- Опубліковано 13 жов 2024
- ターボチャージャーの仕組みを解説します。
ターボ付エンジンの
構造・動作原理・特性－
細かくはタービンの種類、
ウェイストゲートバルブやブローオフバルブの動きなど。
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かたつむり付いてるってだけでなんか強いって感じになるから本当に好き。
船舶の話がちらほら出てくるので小ネタを1つ。船舶に使われるユニフローの2stターボディーゼルは過給の圧力使ってシリンダ内の排ガスを追い出してます。これで2stですが比較的きれいな排ガスを出してます。
あと船舶のレシプロ機関でタービン軸から発電というのはあるにはあるようですが、まだ一般には浸透していない気がします。（私が知らないだけかもしれません）
いつも興味深い動画の作成ありがとうございます。
あやさん、ちょっと昔ですがこのダイハツのエンジンも述べておられます船舶エンジンからヒントを得たのかもしれません
www.webcg.net/articles/-/15691
@@tyawoyorozuyo99
舶用機関も手掛けているダイハツディーゼルさんとダイハツ自動車さんは元は同じ会社なので、そうかもしれませんね！
なぜターボ車の圧縮比が低いのか、しっかりわかりました。有難うございます。
丁寧な説明で分かりやすい！
航空機エンジンとの比較も楽しい
最初のターボ車はB12トラッドサニーでしたがこのE15ETには中間冷却器が無く10000Km走行した頃排気タービンのハウジングが割れるという日立製の酷い過給機でした。それがトラウマとなりしばらくターボ車には乗りませんでしたが、1989年初代レガシィワゴンのBFを購入する際営業マンに聞いたのは排気タービンは何処が造ってるのかと云う事でした。IHIだと回答があり購入しました。カミさんとスバルラインにドライブに行きましたが高度が上がっても出力の落ちないEJ20に感動し、こういう排気タービンを戦時中量産できてればB29の跳梁跋扈を防げたのになぁ…と言ったら思いっきり馬鹿にされました(笑)
ランチアデルタS4やマーチスーパーチャージャーのツインチャージャーもターボラグ対策の１つですね。
今回も勉強になります！B29って時代を先取りしてたんですねえ。
1918年から開発してたからですね・・・
ua-cam.com/video/WTzELDXrzGA/v-deo.html
ターボラグの改善に、過去にはセラミック製のタービンや
日産はセラミックタービンと合わせて樹脂製インペラを組み合わせたターボをつくったりしてましたね。
当時のチューニング隆盛の頃はブーストアップによるタービン破損のクレーム多発で消えてしまいましたが、
ロストテクノロジーにしてしまうには勿体ないと思っています。
昔乗っていたR33スカイラインは樹脂インペラでしたが、ターボラグが殆ど感じられない位レスポンスが良く、低速トルクが太く乗りやすいエンジンでした
30年近い前にカプチーノ乗っていた。ターボラグすごいけどドッカンターボだったね。昨年から久しぶりにターボの軽に乗っているけど、ターボラグあんまり感じない。技術の進化ってすごいね。
ターボは小さい程ターボラグが少ないのと電子制御も優秀なんでしょうね
いやーなんでそんな知識あるの！？ってくらい詳しいですね！
私の愛車デミオXDもディーゼルターボですが踏んでも割と燃費さがらんなーって不思議に思ってたんですよ。いま謎が解けました。
いつも投稿楽しみにしてます！ツインスクロールターボや直噴ガソリンエンジンの解説とか見てみたいです！
ゆくゆくはそのあたりの動画も作りたいです！
ターボチャージャーは普通は捨ててる排ガスエネルギーを回収してることになるので、熱効率が高まる要素もありますね。
四輪車の世界では伝送系の48V化のながれもあり、今後は電動スーパーチャージャなどが出てきそうで興味深いです。
電動タービン出てますよ！確かボルボが最初だったと思います
電動だとスーパーチャージャーになりますね
「ねぇねぇターボチャージャーちゃん。なになに？自然吸気ちゃん！」 あれ？場所がちがうｗ
ありがとうございました。
オイラは、昔から乗る車は、ターボに決めてます。
ターボやスパチャーは、早い話しがバーベキューした時に炭をうちわで強くふったら炭が力強く燃えますよね！それですよね。
後、昔のアニメでドクタースランプ アラレちゃんで博士がストーブにターボを搭載したら熱くなり過ぎて困るとの事で大笑いをしました。
ではまたお願いします。
面白い動画でした。ターボラグは航空機ではそれほど問題にならないとありましたが、そんなことはなく着陸やり直しやウインドシアー(急激な風向風速の変化により、対気速度が減少して失速に近づいたような場合)から脱出すると言った素早くフルパワーを得たい状況ではターボラグは大きな問題となります。解決策として、進入、着陸のフェーズではスロットルを最小に絞る操作をしても、最小パワーにはならない(クルマに例えるとアクセルから足を完全に放しても、通常のアイドリングよりも高い回転数を保つ感じ)ようにエンジンを制御するなどしています。アプローチアイドルと言います。一刻も早いフルパワーが必要になることはあり得ず、かつパワーをアイドリングまで絞るような状況は地上で走行している時ぐらいしかないので、完全なアイドリングはグラウンドアイドルと呼びます。 ところで質問ですがアキシャル(軸流)タービンを使ったクルマがあると動画の中でありましたが、どのように使われているのかご存知なら教えていただけないでしょうか？アキシャルだとエンジン(燃焼室)、排気タービン、吸気コンプレッサーが同軸で回転しているので、排気スラストでパワーを得るジェットエンジンや同軸プロペラのターボプロップなど航空機ぐらいしか使えないと思っていました。
過給機ことチャージャーって、
より高く、より速く空を飛ぶ為の欲求から誕生派生した工業技術🕊
最終的に
「過給機内(タービン内)で燃料燃焼させた方が早くね🤔」
「プロペラ回すより、排ガス(ジェット)で推進した方が速くね😀」
と、なりましたね。ヒトの欲求恐るべし！！
WWIIの航空機なら、どっちかってっつーとB29よりP38やP47の方がターボチャージャーのイメージ強いかな？
ターボチャージャーは、元はプロペラ飛行機のエンジンに採用されていた過給機です。
エンジンをなるべく重くしない様に、同じ排気量で安定したパワーアップを得る為に開発されたものだと思います。
飛行機用の排気タービンは空気の薄い高高度での出力を得るために開発されました。
可変ノズルベーンは一時期日産がVG20ETに採用してましたね
ジェットターボとか言って
ホンダもレジェンドのC20Aターボに採用してました
こちらはウイングターボという名称でした
ターボといえば1950年代のF1マシン、BRMのV16エンジンですね
ロールスロイス製の遠心式スーパーチャージャーを装着し、
1.5リットルで550HP以上ですから
3500回転以上だと、いとも簡単にホイールスピンを起こしたそうです
タイヤはフォーミュラーフォード並みの細さでしたから
40年近く前に、次原隆二先生の「メカドック」でさわりの部分を学んだ（？）のですが、奥が深いですねぇ。
「メカドック」作中で主人公が思いついた「ターボラグ解消法」は果たして有効だったのか、どこか試して無いんですかねぇ（笑）。
アイルトン・セナの時代の HONDA F1 は、1500cc で 1500馬力だったかと。
ウイング逆さまに着けたら離陸しちゃう😅
わかりやすい説明ありがとうございます。
私は古い人間なので ラジアルとかより遠心式、軸流式の言い方がしっくりきます。
動画では軸流式の補足は少し出ていましたが遠心式のはラジアルで通していたのが残念です。
動画には出てきませんでしたが、航空機で機械式過給器より排気過給器の相性が良い理由に高空ではタービン出口の外気圧も低いのでタービン効率が良くなり、低空では効率も落ちるが吸気する空気が元から濃いので過給が少なくても大丈夫。と教えてもらった記憶があります。
自動車エンジンではTC,SCが一般的ですが、タイムラグやエネルギー損失を考えると、電動ターボというのが良いように思いますが、この実用化はかなり難しいのでしょうか？
ターボ→タービンは全然気づかなかった目からウロコ
自分の車に遠心式のスーチャーをつけたかった時期があったことを思い出した。
50年前 大学教授からの話
ターボエンジンを独自技術で開発した川崎重工は 開発当初 排気側の性能が出ず 吸気側を回すことができず セルモーターを止めると停止したそうでした (つまり負の仕事のエンジン) ここから純国産化を進めたのは立派とのことでした。
当時GEからの技術供与が普通の時代で 今でも性能向上のため水噴霧技術はGEの あと追いです。
戦時中、日本の航空技術で最後まで実用化出来なかった過給機の代表だと存じてます。
アクセルオフの時のあの後の謎が解けたー
なるほど、旅客機の外気をエンジンから取り込んでいると言うのは、与圧にコンプレッサーを使わなきゃならないからだったのか。ちな、僕のS660もターボ付きなので軽なのにめちゃ速いです。
エンジンのついでにキャビンも加圧しています。
でも機種によっては専用のコンプレッサーを持っています。
ボーイング787とかYS-11はエンジンからキャビンに空気を送っていません。
ターボのような速度型過給機には、サージ限界（ターボ回転に対し、空気流量が小さすぎ）、チョーク限界（逆で、ふんづまり）があります。
ミスファイアリングシステムは、点火プラグのスパークを停止し、通常運転時のインジェクタから供給した燃料を排気管で燃やしてターボの回転数を維持するシステムです。排気管に別途の燃料供給装置があるわけではありません。排気バルブが閉じてから燃えるようなチューニングが必要です。
対戦後期の戦闘機のエンジンには水メタノールを噴射して蒸発熱でブースト圧を上げてもノッキングが起きにくく出力を緊急的に上げることができたと聞いたことがあります。この場合だと、燃費も、ガソリンを余分に噴射して蒸発熱で冷やす方式よりは悪くはならないはずなんですけど、自動車では似たような方式はないのでしょうか？
水アルコール噴射は飛行機の世界だとレシプロでもガスタービンでも比較的メジャーでしたね！
自動車ではあんまり聞かないですね。
そのかわり、インタークーラーに水を噴射する装置は比較的見かけます。
おそらくですが、この方が蒸発熱をいかしやすいのではないでしょうか？
水メタノール噴射には２つの意味があって一つは吸気温度を下げる効果です。
これによって空気の膨張を防ぎ、吸気内の酸素濃度の低下を防ぎます。
吸気温度を下げるだけなら水だけでも大丈夫なのですが、高高度だと水が凍ってしまうので
アルコールを混ぜます。
もう一つはアルコールを混ぜることによるアンチノック性の向上です。
ドイツ軍機は前者のために、日本軍機では前者と後者の為に装着しました。
現用機では米国のスーパーグッピーのエンジンに搭載されています。
現代のクルマの場合、インタークーラーとハイオクで間に合っているし、
いくらガソール対応済でもアルコールをガンガン入れるとエンジンが痛むと
思われます。
BMWが吸気温低減を狙って水インジェクションを開発しているようです
新世代のMシリーズに搭載するとか何とか…
水蒸気の腐食作用が長期の使用にむかないと思います。後噴射用の水の管理にも問題が出てきます、
ターボの印象と言えば何と言っても｢サーキットの狼/早瀬左近の930ターボ｣でしょう‼ポルシェがスーパーカーメーカーに仲間入りした驚愕の車‼BMWからもその前からターボ車は出ていましたが､スーパーカー世代のヲヂさんからすれば､異論の有る人はいないでしょう(-_-)ﾉｼ
ダートのラジアルコンプレッサー２段は、マーリンを思い出しますね。
ヤマハ のR1エンジンを載せたMT10 と言うバイクに乗っています。
クロスプレーンエンジンとフラットプレーンエンジン違いの解説をお願いします！
同じ4気筒エンジンでも感じが、まったく違うので、メカニズムとか
メリット、デメリットなども知りたいです。
あと、何故か燃費が、悪いです！
燃焼室形状が悪いから燃費が悪い
アイドリングでガソリン垂れ流してるらしいから・・・
国産車初のターボ搭載車は1979年のセドリック/グロリアだが、当時は暴走族が社会問題化していた時代なので、スポーツカーではなく高級車のセド/グロで認可された。一応燃費向上も謳い文句にしており、カタログ燃費は従来のノンターボより僅かに良くなってた。これにはカラクリがあり、ターボ車はノンターボ車よりもハイギアにしてあった。実際には低圧縮比されているのでターボの効きが悪い低回転域ではトルクが低下してるのにハイギアとなったことで決して乗りやすいものではなかったようだ。それを補うためにアクセルを余計に踏むと今度は燃費が低下するというジレンマがあった。また燃費向上を理由に認可されたので、最大排気量のエンジンではダメで2番目の排気量であることが暗黙の了解だった。2代目ランサー(ランサーEX)にターボが追加される際、直前に初代ランサーの姉妹車であるセレステ(ランサーセレステ)に2000GTを追加し、ランサーEXの日本での最大排気量だった1800にターボを追加できた。そういった事情から輸出仕様にあった2000ターボは国内導入できなかった。これも数年で事実上解禁されて最大排気量でもターボが設定できるようになったけど。
ちょこちょこ交通科学博物館の画像が使われてて懐かしかった。
今はなくなっちゃいましたよね🥺
もしかしたら京都に移設されてからの写真も使っているかもしれません。
実に面白かった
燃料の発火点がガソリンよりも高ければ、ターボなど使わなくとも、EGR込みの排ガスと吸気の混合直入れ過給ができると思う素人エンジニアです。
最近は、コーナーからの立ち上がり重視で、あえてブローオフバルブを殺してバックタービン（バックコンプレッサー？？）にする方がハヤりのようですね。ダメージに関しては未知数ですが。
ターボラグは 作用きじょは違えど。
同じくコントローラが介入してくるから少なからず、車種に寄っては起きている様に感じる。
特にトヨタ系は
タービン(遠心式、軸流式その他)、ターボファンエンジンのファンなど、羽根車が高速で回転するエンジンについて。レシプロ航空機では出力を上げプロペラを高回転化するとプロペラ先端の角速度が音速に近づき効率が低下するためプロペラ回転には限度があるそうです。
タービンやファンではこの問題はなさそうに思います。どういった理屈でそうなるのか解説動画作ってもらえると嬉しいです。これについては明確に説明している資料が見つかりませんでした。
ネタ帳に入れておきます！
ターボファンのファンに関しては、前にインレットカウル、周囲にファンケースがあります。
これらによって安定した気流がブレードに当たり、先端速度が音速を超えても効率の低下が『抑えられる』ようです。
また、インカウルは奥が広くなっているので、速度の(運動)エネルギーを落として圧力エネルギーに変換する機能も持っているので、これも寄与しています。
タービンやコンプレッサーは周速度を計算したことありませんが…径が小さいのでそもそも音速を超えない、というか超えないようにしているのではないかなと思います。
確かカミンズエンジンかなんかのターボコンパウンドのエンジンを積んだ建機を見たことがあるなぁ。ラジアルファンの説明でシロッコファン出すのはどうかなぁ。シロッコファンはターボチャージャで使われているファンとはだいぶ仕組みが異なるんだけどなぁ。
絶滅しそうでしない不思議な技術です。
ご指摘ありがとうございます。
おっしゃる通り、動画に出したのはシロッコファンです。
大きい分類ではブレードの角度や枚数によらず、どちらも遠心式となるようなので、今回は例に使うことにしました。
スーパーチャージャーの解説をターボのとの比較でお願いしたい
친절한 설명 감사합니다.
ターボなんかの過給器はよく誤解されていますが、空気を”押し込んでいる”のではありません。
高圧になった空気を”エンジンが吸い込んでいる”というのが正しいです。
ついでに言うと、行程の一つに”燃焼”がありますが、よく”爆発”と誤解されている方が多く見受けられますが、あくまで”燃焼”です。
似てますが、全く違います。
何がどう違うのでしょう？
上：押し込まれた空気を吸い込む
下：燃焼によって爆発する
そんなに堅苦しく考えなくても、
上のような解釈でいいのでは😋
@@メカのロマンを探究する会
ターボは”圧縮機”であって、"送風機"ではないです。圧力の高い空気を作り出しているのであって、送り込んでいるわけでないんです。
押し込まれているというのが正しいとして、仮に地上の倍の気圧の場所に同じエンジンを持って行った際の出力向上が説明できなくなります。
また、吸気管内の圧力が高い際、空気の粘度が上がり、抵抗が増しますが、吸い込んでいるのではなく押し込んでいるのであれば、吸気管内の抵抗低減は無意味ということになります。
燃焼と爆発の大きな違いは燃焼速度の大きさと衝撃波の有無です。
通常のエンジンでの燃焼は確かに爆発に見えますが、急速燃焼であって、衝撃波が出ていません。
対して、爆発は燃焼速度が一桁とか二桁上です。
俗にデトネーションとかノッキングというやつです。
衝撃波が出て、熱境界層が破壊され、ピストンなどが溶けます。
堅苦しさとは違い、言葉は似ていますが、そもそもが全く違うものなのです。
特に動画で解説する方であれば、正しい情報でもって解説するのが大切ではないかと思ってのコメントでしたが、失礼いたしました。
詳しく解説いただいて、ありがとうございます。
今後はそういう点も気をつけたいと思います。
一応メーカーのHPなども確認してみましたが、押し込むという表現も間違ってはいなさそうだと感じました。
専門的なモノを読むと【過給されていても、あくまでピストンの下降による負圧で】みたいな表現がありましたが、かなり専門的な話になりそうです。
爆発に関しては僕もそう思っていたのですが、こちらは逆に専門的な文章でも爆発という表現があるみたいですね🤔
圧力の基準をどこに置いてるかって話だな。
大気圧を基準に考えれば、正圧→大気圧への流入は「押し込み」であり、大気圧→負圧への流入は「吸い込み」。じゃ、過給の場合は正圧→負圧なんで「押し込み」「吸い込み」両方ではないか、というややこしい話になる。
そういうことを避けるために真空を基準にすれば相対的な圧力差「高圧→低圧」説で済むことになるわけよ。（大気圧を基準にしても結局はそうなるけど）
工学では大気圧基準、科学では真空基準が多いんじゃないかねぇ。
エンジンチューニングの本で読んだのは「コンプレッサーで押し込んでもらえる」と理解すると、効率の良い吸気系の設計が疎かになりやすい。「あくまで、単に圧力の高い空気を吸い込んでいると思って吸気系を設計する必要がある。」という書き方でした。
完璧と思いきや
直噴の後でダウンサイジングターボの解説に進んで欲しかった
自動車のターボならシングル・ダブルル・トリプルだろうが、ターボラグが発生するのもある。
気圧が低く空気の薄い高度上空の気圧環境を巡航するWW2戦時中の爆撃機や戦闘機に搭載されていたスーパーチャージャーエンジンが元で歴史は古いよね。高山地域では重宝するシステムですね。またディーゼルエンジンとも相性が良いので良く使われて居ますね。現在はダウンサイジングターボが主流で昔の大排気量のガス食いドッカンターボは鳴りを潜めてますね。ツインターボエンジンとか色々あるがインタークーラー付きが一般的の様です。全く別物のタービンエンジンの特集もお願い申し上げます。米国のインディーカーレースで67〜69年頃に活躍してました。当時のレーシングドライバーのパーネリー・ジョーンズが専属ドライバーを務めてたね。エンジン音がジェットエンジンの様な響きでレシプロエンジンとは次元が違う別物でした。You Tubeでレース観れるのでオススメです。レース結果はネタバレに成るのでノーコメントにして置きます。宜しくどうぞ。
😄私はターボ嫌いです。
過給エンジンよりも自然吸引大排気量エンジンが好きです。
ダウンサイジングターボなんぞクソくらえです！
(笑)
シンプル・イズ・ベストです。
改めて見直してて気付いたのですが・・・
「ブローオフバルブが車検に通らない」ってマジですか？
S660は最初から付いてて、リヤウィンド開けて走るとブシュブシュいう音を聞けますが？
大気開放すると車検に通りませんね！
インテークに戻すとオッケーです。
次は、アンチラグやって下さいませ❗😊
燃料冷却の部分で少し疑問があります。
混合気のガソリン比率を高くして燃焼温度を下げる燃料冷却ですが、
ガソリンを多く吹くことにより気加熱により筒内温度を下げる効果は一部で
そのほとんどは理論空燃費より濃くすることにより燃焼反応後の排ガス成分に変化を与え、総分子量を増やし、
その増えた分子量分、排気ガスが多くの熱を奪っていけるのでその分筒内の温度が下がる、という物だと認識しているのでいかがでしょうか？
理論空燃費の14.7対1の時に支配的なco2とNoxとその他の総分子量より、それよりAFが濃くなる領域で支配的なcoとHC、co2.その他を足した総分子量の方がわずかに多いので、
わずかに多いといえ分子量は膨大になり、１分子あたり奪っていく熱量が一緒だったので必然的総分子量が多い方が
その分筒内から熱を奪う排熱効率が上がるというのがその本質だったと思うのですが、いかがでしょうか？
私も気化熱だと思っていたクチですが、トヨタの一般スポーツカー、インディー車両のコンピューター適合の方に偶然お話を聞く機会があったのでご説明を受けただけですが・・・
もちろんうる覚えですが
その話、面白そうですね！
平均分子量の大きい(熱容量の大きい)排ガスを吸気するEGRと同じ原理だとすれば、
理論的には排気温度は下がりますね。
吸気時に限れば、そもそも燃焼はスタートしていないので、
気化熱による冷却が大きいとは思います。
手持ちの資料とネットで調べた限りは気化熱の事しか書いておらず、
何が正しいかは判断がつきません。
もしかしたら市販車とレーシングカーでは影響の割合が違うのかもしれませんね。
背圧？排圧？
意識した事なかった(汗)
時々アメリカの航空機のことが紹介されて、「こりゃ日本は負けるわな」って思い知らされる。
よくバックタービンでタービン壊れないって言ってる奴見るけど、昔に比べて羽が壊れなくなっただけで軸受やオイルシールにダメージ蓄積してんだよなwタービンも消耗品って自覚無いから壊れないとか言うんだろうな？おめでたいわ
令和になっても
金魚バルブで
ブーストアップしてますが？
まぁ早い話しがバーベキューで炭をうちわであぶってるんでね。
ありがとうございました。
そもそも排気を利用して給気を促す仕組みは蒸気機関車で先に開発されたけどね。
田んぼに水を入れる例のやつはタンボチャージャーだから間違えないで。
昔、FCに乗っていた時、アクセルレスポンスが悪くて
「スロットルワイヤがのびてる!」とチューナーに喚いた
事があります。
今はVAB-Fに乗っていますが、前に乗っていたEZ30,6MTの
アクセルレスポンス（電制スロットル？）が余り良いと
思えなかったせいか、ターボラグは気にはなりません。
(・∀・)
ターボと言えばターボジェットエンジンだな。
へへへ…かたちゅむり