【自動車用語辞典:過給システム「概説」】シリンダー内により多くの空気を取り込むテクノロジー

【自動車用語辞典:過給システム「概説」】シリンダー内により多くの空気を取り込むテクノロジー

【自動車用語辞典:過給システム「概説」】シリンダー内により多くの空気を取り込むテクノロジーの画像

■出力向上から燃費向上のための技術へ
●いまや環境対応技術の切り札
過給と言えばすぐに高出力を連想しますが、現在はガソリン車のダウンサイジンによる燃費向上やディーゼル車の排出ガス低減などのために必要不可欠なキー技術となっています。

最新の過給技術やシステムについて、解説していきます。
●過給とは?
一般的な過給しないエンジンは、自然吸気(NA: Natural Aspiration)エンジンと呼びます。
過給とは、何らかの機構によってシリンダー内に吸入される空気を圧縮(過給)することです。

吸気の圧力が上がると密度が上がり、吸入空気量が増大します。吸入空気(酸素)量が増えれば、その分供給する燃料量を増やすことができ、出力が向上します。
●なぜ今、過給技術が注目されているのか
1980年代にハイパワーのクルマが人気となり、多くのターボエンジン車が市場に投入されました。しかし、低燃費と低排出ガスへの要求の高まりとともに、燃費と排出ガスが悪い過給エンジンは消えていきました。

10年程前から、欧州を中心にダウンサイジングのガソリンターボエンジン車が出現し始めました。ダウンサイジングとは、燃費を良くするために小さめの排気量のエンジンを搭載し、過給機によって出力不足をカバーするコンセプトです。

一方でディーゼルエンジンの場合は、過給による出力向上だけでなく、空気過剰率を大きくできるのでEGRでNOxを下げながら、スモーク(黒煙)も低減できるという効果があります。

ガソリンエンジンとディーゼルエンジンでは、過給の役割と効果は異なりますが、環境対応技術の高まりから、再び過給技術が注目されているのです。
●ダウンサイジングで燃費が向上する理由
なぜ、ダウンサイジングで燃費が良くなるのでしょうか。

排気量を小さくすると、排気量が小さくなった分だけ、同じ空気量を確保するためにスロットル弁を開きます。スロットル開度が大きくなると、ポンピング損失が小さくなり、熱効率が上がり燃費が向上するのです。
●3つの過給機
一般的には、機構の違いによって、ターボチャージャーとスーパーチャージャー、電動過給機の3つに大別できます。英語では、過給機全般を「supercharger」と表現しますが、日本でスーパーチャージャーというと、後述の機械駆動式過給機を指します。
以下それぞれについて、簡単に説明します。

1)ターボチャージャー(排気タービン式過給機)

ターボは、タービンとコンプレッサーの一対の羽根車で構成されています。エンジンの排出ガスの運動エネルギーを使って、タービンを高速回転させます。タービンと一対で同軸上のコンプレッサーが高速回転することによって、吸気を圧縮(過給)する過給機です。

ターボラグと呼ばれる応答遅れや低速で過給できないなどの課題もかなり改良されており、現在も主流の過給機です。

2)スーパーチャージャー(機械駆動式過給機)

エンジンの動力を利用して、具体的にはクランクシャフトからベルトなどを介してコンプレッサーを回転させて、吸気を圧縮(過給)する過給機です。いろいろなタイプのコンプレッサーがありますが、ルーツ型が主流です。

低速から高い過給圧が得られるメリットはありますが、騒音や駆動損失が大きいことなどから、現在採用例は少ないです。

3)電動過給機

電動ターボと電動スーパーチャージャーがあり、コンプレッサーをモーターで駆動させるシステムです。48VマイルドHEVを推進する欧州を中心に採用が始まっており、単独ではなくターボとの組合せによって効果を発揮します。

かつて過給機は環境に対して悪者でしたが、今や環境対応技術の切り札なっています。

本章では、さまざまな過給技術と過給システムの詳細について、個々に紹介していきます。

(Mr.ソラン)

【関連記事】

【自動車用語辞典:過給システム「ターボチャージャー」】排気ガスの力で吸気を圧縮して出力を高める仕組み
https://clicccar.com/2019/05/14/812639/

【自動車用語辞典:過給システム「VGT」】ターボラグ解消のために生まれた可変容量式ターボ
https://clicccar.com/2019/05/15/812724/

【自動車用語辞典:過給システム「ターボの複数化」】ツイン化、トリプル化によりさらなる高出力を目指す
https://clicccar.com/2019/05/16/812756/

【自動車用語辞典:過給システム「スーパーチャージャー」】エンジンの力で吸気を圧縮する機械式の過給機
https://clicccar.com/2019/05/17/812946/

【自動車用語辞典:過給システム「電動過給機」】ターボやスーパーチャージャーをモーター駆動する仕組み
https://clicccar.com/2019/05/20/813040/

【自動車用語辞典:過給システム「インタークーラー」】圧縮によって上昇した吸気温度を下げる仕組み
https://clicccar.com/2019/05/21/813100/

【自動車用語辞典:過給システム「概説」】シリンダー内により多くの空気を取り込むテクノロジー(http://clicccar.com/2019/05/22/813201/)

【関連記事】【自動車用語辞典:過給システム「インタークーラー」】圧縮によって上昇した吸気温度を下げる仕組み【自動車用語辞典:過給システム「電動過給機」】ターボやスーパーチャージャーをモーター駆動する仕組み【自動車用語辞典:過給システム「スーパーチャージャー」】エンジンの力で吸気を圧縮する機械式の過給機