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Nov 07, 2023

スーパーチャージャーの仕組み

内燃エンジンが発明されて以来、自動車エンジニア、スピード中毒者、レースカー設計者は、その出力を高める方法を模索してきました。 電力を追加する 1 つの方法は、

内燃エンジンが発明されて以来、自動車エンジニア、スピード中毒者、レースカー設計者は、その出力を高める方法を模索してきました。 パワーを追加する 1 つの方法は、より大きなエンジンを構築することです。 しかし、より大きなエンジンは重量が重く、製造と維持に多くの費用がかかるため、必ずしも優れているとは限りません。

パワーを追加するもう 1 つの方法は、通常サイズのエンジンの効率を高めることです。 これは、より多くの空気を燃焼室に送り込むことで実現できます。 空気が多ければ多くの燃料を追加できることを意味し、燃料が多ければ爆発も大きくなり馬力も大きくなります。 スーパーチャージャーを追加することは、強制空気導入を実現するための優れた方法です。 この記事では、スーパーチャージャーとは何か、その仕組み、ターボチャージャーとの比較について説明します。

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スーパーチャージャーは、吸気口を大気圧以上に加圧する装置です。 スーパーチャージャーとターボチャージャーの両方がこれを行います。 実際、「ターボチャージャー」という用語は、正式名称である「ターボスーパーチャージャー」の短縮版です。

2 つのデバイスの違いは、エネルギー源です。 ターボチャージャーは、排気ガスによってタービンを駆動して電力を供給します。 スーパーチャージャーは、エンジンのクランクシャフトに接続されたベルトまたはチェーンドライブによって機械的に動力を供給されます。

次のセクションでは、スーパーチャージャーがどのように機能するかを見ていきます。

注: この記事は、明らかに、ガソリンエンジンのスーパーチャージャーに関するものです。 これは、実際にスーパーチャージャーと呼ばれるテスラ独自の電気自動車充電ステーションに関するものではありません。

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通常の 4 ストローク エンジンでは、1 ストロークが空気吸入のプロセスに当てられます。 このプロセス中に 3 つのことが起こります。

空気がエンジンに引き込まれたら、燃料と結合してチャージを形成する必要があります。これは、燃焼として知られる化学反応を通じて有用な運動エネルギーに変えることができる位置エネルギーのパケットです。 スパークプラグは、チャージに点火することでこの化学反応を開始します。 燃料が酸化すると、大量のエネルギーが放出されます。 この爆発の力はシリンダーヘッド上に集中し、ピストンを押し下げます。 ピストンの動きによって生み出される動きは、最終的に車輪に伝わります。

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より多くの燃料を装填すると、より強力な爆発が発生します。 しかし、一定量の燃料を燃焼させるには正確な量の酸素が必要であるため、単にエンジンに燃料を送り込むだけでは済みません。 アイドリングまたは一定速度で巡航している場合、混合気は燃料 1 部に対して空気 14.7 部になります。 高速道路を追い越すための加速など、より多くのパワーが必要な場合、空燃比は 12:1 に近くなります。 ただし、400 メートルで記録を樹立したい場合は、燃料を追加するために空気を追加する必要があります。

それがスーパーチャージャーの仕事です。 スーパーチャージャーは、真空を作ることなく空気を大気圧以上に圧縮することで吸入量を増やします。 これにより、より多くの空気がエンジンに送り込まれ、ブーストが得られます。 追加の空気により、より多くの燃料をチャージに追加することができ、エンジンの出力が増加します。 スーパーチャージャーを使用すると、馬力が平均 46% 増加し、トルクが 31% 増加します。 高地では空気の密度や圧力が低くなりエンジンの性能が低下するため、スーパーチャージャーはエンジンに高圧の空気を送り込み、エンジンが最適に動作できるようにします。

燃焼によって生成された排気ガスを使用してコンプレッサーに動力を供給する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クランクシャフトから直接動力を引き出します。 ほとんどは、駆動ギアに接続されたプーリーに巻き付けられた付属ベルトによって駆動されます。 次に、駆動ギアがコンプレッサーギアを回転させます。 コンプレッサーのローターにはさまざまなデザインがありますが、その役割は空気を吸い込み、その空気をより小さな空間に押し出し、吸気マニホールドに排出することです。

空気を加圧するには、スーパーチャージャーがエンジン自体よりも速く回転する必要があります。 駆動ギアをコンプレッサーのギアより大きくすると、コンプレッサーの回転が速くなります。 スーパーチャージャーは、毎分 50,000 ～ 65,000 回転 (RPM) もの高速で回転します。