ターボチャージャーとインタークーラーの紹介【断熱圧縮】

エンジン内部では燃料を燃焼させて機械的エネルギーを取り出しています。
効率的な燃焼をさせるためのパーツがありますがその一つが過給機です。

燃焼の三要素

ものが燃えるには三つの要素が必要になります。
このうち一つでもかけると燃焼は起こりません。

燃焼とは可燃物が熱や光を発生させながら酸素と反応する酸化反応のことをいいます。

ディーゼルエンジンでは軽油、ガソリンエンジンではガソリンが燃料です。

燃焼を続けるには適切な量の空気を送り込まなければいけません。

燃料と空気があるところに一定以上の熱を加えることで燃焼が始まります。

ガソリンエンジンではスパークプラグで火花が
ディーゼルエンジンでは、圧縮された高温の空気が燃焼を起こします。

エンジンの効率を上げるために排気ガスのエネルギーを使おうと考えたのが
ターボチャージャーです。

排気ガスでタービンを回してそれに連結されたもう片方のタービンで吸気を
圧縮します。
排気側のタービンをタービンホイール、吸気側のタービンをコンプレッサー
タービンといいます。

圧縮してシリンダーに空気を押し込むことによって酸素の密度が高くなり、
より多くの燃料を燃やすことができるので出力が高くなります。

断熱とは外部との熱のやり取りがない状態を指します。
圧縮とは圧力をかけて体積を小さくすることを指します。

密閉したシリンダーのピストンに圧力をかけて、内部の空気が圧縮されると
外部から熱を与えなくても温度が上昇します。

この断熱圧縮はエンジンのシリンダー内部で行われている現象です。

シリンダー内には同じ体積でも酸素密度の高い空気を送り込みたいのですが、
タービンの圧縮によって温度が上昇してしまうと体積が膨張してしまい
酸素密度が低下し効率が悪くなってしまいます。そこでインタークーラーを通過させることで温度を下げてシリンダーに送り込みます。

インタークーラーのケースを外した写真です。
赤丸がコンプレッサータービンの出口で圧縮されて温度の上昇した空気が
吐出されます。反対側のタービンが排気側です。

青丸の部分には冷却水が通ります。インタークーラー内部はラジエーターの
ように細いパイプの中を冷却水が通過し熱交換の効率を上げるために多数の
フィンが表面積を増やすために取り付けられています。

エンジンの効率を上昇させるために取り付けられているタービンの説明を
しました。