高密度で酸素が豊富な空気を圧縮してエンジンに送り込み、燃焼特性を改善するプロセスは、強制吸気として知られています。
自動車のエンジンは人間と同じように呼吸すると誰かがあなたに言った場合、あなたはおそらくその考えを妄想だと片付けてしまうでしょう。しかし、このように考えてみてください...すべての燃焼反応には、何らかの形でエネルギーを解放するための酸素の消費が含まれているため、この同じロジックをエンジンに拡張しましょう.エンジンが燃料で動くことは広く知られていますが、燃料は酸素を必要とし、それ自体では燃焼できないため、これは部分的にしか正しくありません.
空気と燃料の混合物がエンジン内で燃焼してエネルギーを生成し、それが機械動力として利用されます (写真提供:yucelyilmaz/Shutterstock)
したがって、すべての車には、空気を吸い込み、濾過し、燃料と混合して可燃性の「チャージ」を形成し、エンジンに供給する吸気システムが装備されています。このチャージは燃焼してエネルギーを生成し、それが機械的動力として利用され、車輪を回すことができます。
自動車における自然誘導と強制誘導とは?
吸気システムは、大気から新鮮な空気を取り込み、インテークマニホールドを介してエンジンに供給します (写真提供:One Photo/Shutterstock)
燃焼が起こるようにエンジンに空気を供給するプロセスは、吸引または誘導として知られています。誘導は、エンジンのアーキテクチャに応じて、自然または強制のいずれかになります。
吸気システムを真空にすることで大気圧の空気を取り込むエンジンは自然吸気エンジンと呼ばれ、この現象は自然吸気と呼ばれます。
ただし、特定のエンジンには、より高い圧力で空気を取り込むことができる装置が装備されています。 大気圧より。これらのデバイスはスーパーチャージャーと呼ばれ、このプロセスは強制誘導と呼ばれます。
強制誘導とは?
強制誘導の概念は、「スーツケースの例え」で簡単に説明できます。旅行中にスーツケースのスペースがなくなることはよくあることです。単純に 2 つ目のバッグを用意するのは理にかなっていますが、2 つ目のバッグの煩わしさを完全に回避するために、開梱して最初のバッグにできるだけ多くの荷物を詰め込もうとします。
この「より効率的な」パッキングにより、追加のバッグを必要とせずに、追加の荷物を運ぶことができます (休暇中の場合は、より多くの買い物をすることもできます)。
強制誘導によって空気を絞ることは、より多くのものを収容するために荷物を絞ることに似ています (写真提供:izzet ugutmen/Shutterstock)
同じ概念をエンジンにも適用できます。理論的には、エンジンは定格出力を生成するのに必要な量の空気と燃料の混合物しか詰めることができません。より多くの出力を得るには、理想的にはより大きなエンジンを探す必要がありますが、強制誘導は同じスペースにより多くの電荷を絞り込むことで「ごまかす」のに役立ち、それによってより多くの燃料を燃焼させ、定格出力よりも多くを生成するのに役立ちます.
スーパーチャージャー
前述のように、空気圧縮はスーパーチャージャーと呼ばれる装置によって実現されます。
スーパーチャージャーは、空気を圧縮してインテークマニホールド (可燃性チャージがエンジンの燃焼室に入る通路) に供給する機械式ポンプです。
ポンプを動かすには電力が必要で、スーパーチャージャーも例外ではありません。スーパーチャージャーは、プーリーとベルトを使用してエンジンから動力を引き出し、空気を圧縮してフィードバックします。ただし、スーパーチャージャーと同様に、エアコンやパワー ステアリングなど、他の多くの重要な機能はエンジン自体に依存しています。したがって、スーパーチャージャーはエンジンの負荷を増加させ、その利点を相殺します。これにより、エンジン出力ではなく排気ガスに依存する装置であるターボチャージャーの開発が促進されました!
上:エンジンに接続されたスーパーチャージャー、下:スーパーチャージャーはエンジンから動力を得て空気を圧縮し、エンジンに戻します (写真提供者:Volodymyr Horbovyy &Studio BKK/Shutterstock)
ターボチャージャー
ターボチャージャーは、コンプレッサーに接続されたタービンで構成される機械装置です。エンジンからの排気ガスは途中でタービンを回転させ、それがコンプレッサーを回転させます。このコンプレッサーは新鮮な空気を圧縮してエンジンに供給し、エンジンに追加の負荷をかけずにスーパーチャージャーが達成することを実現します。
上:ターボチャージャー、下:ターボチャージャーは排気ガスから動力を得て空気を圧縮し、新鮮な空気をエンジンに供給します (写真提供:Sanit Fuangnakhon &Studio BKK/Shutterstock)
強制吸気システムには、インタークーラーという重要なサポート システムも含まれています。スーパーチャージャーで空気が加圧されると、空気の温度が上昇し、エンジン内部で早期燃焼が発生する可能性があり、長期的にはエンジンの完全性に悪影響を及ぼします。したがって、加圧空気は、燃焼室に供給される前に冷却する熱交換器を通過します。この熱交換のプロセスは中間冷却として知られています。
ターボチャージャーはスーパーチャージャーのサブセットですが、これらの用語は自動車業界で明確に使用されています。過給自体はあまり頻繁ではなくなりましたが、ターボチャージャー付きのセットアップの人気が高まっています.
スーパーチャージャー (およびターボチャージャー) の長所と短所
より多くの空気と燃料を同じスペースに詰め込むことが可能になるため、より大きなエンジンに投資することなく、より多くのパワーを得ることができます。ただし、強制誘導装置の構造に固有の欠点があるため、この電力にはコストがかかります。
最も重大な欠点は、エンジンにより多くの燃料を絞り込むため、燃費が低下することです。この欠点に対処するために、エンジニアは現在、強制誘導を採用しながら、大型エンジンと同じ出力を生成する小型エンジンを自動車に装備しています。
たとえば、ピックアップ トラックの大型エンジンは、容量が大きいため、乗用車と比較してより多くの燃料を消費します (写真提供:Nuk2013/Shutterstock)
例えば、もともと120kWの出力を持つ2リッター（混合気容量）のエンジンを搭載していた車は、1.2リッターのターボエンジンと同等の出力を生み出すことができます。 2 番目のエンジンのサイズが小さいため、燃料消費が少なくなり、走行距離が伸びません。
2 つ目の欠点は、スーパーチャージャーとターボチャージャーがすぐに余分な電力を供給しないことです。これは、これらのデバイスの可動部分が慣性のためにすぐに最大動作速度に達しないことに起因します。
この電力供給のギャップは、スーパーチャージャーではほとんど認識できませんが、ターボチャージャーでは非常に顕著であり、ターボ ラグと呼ばれます。これにより、低速のエンジン速度には小型のターボチャージャーが使用され、高速のエンジン速度には大型のターボチャージャーが使用されるマルチステージ ターボチャージャーが開発されました。
アクセルを踏んでからエンジンからブーストが得られるまでのギャップは、ブーストラグとして知られています。ターボチャージャーでは非常に顕著です。
強制誘導の現在の使用と将来
強制誘導は、商用アプリケーションとパフォーマンス ベースのアプリケーションの両方で使用されます。自動車メーカーにとって、これは安全性と排出基準に準拠した小型エンジンを提供する簡単な方法であり、それでも十分に強力な車を提供します。パフォーマンスと変更の文化では、すでに強力なシステム内でより多くの電力を生成するための安価な方法です.
しかし、そう遠くない将来に内燃機関が姿を消すとき、強制誘導の未来は非常に避けられない終焉を迎える運命にあるため、暗い未来です!
