強制誘導

内燃機関において、強制吸気とは、吸入空気の密度を高めるためにターボチャージャーやスーパーチャージャーを使用するエンジンです。強制吸気のないエンジンは自然吸気エンジンに分類されます。^[1]

強制吸気は、エンジンの出力を上げるためによく使用されます。^[2]これは、吸入空気を圧縮して、燃焼室内の空気と燃料の混合物の質量を増やすことによって実現されます。自然吸気エンジンの最大吸入空気圧は周囲の大気と等しくなりますが、強制吸気エンジンは「ブースト」を生み出し、^[3]空気圧が周囲の大気よりも高くなります。空気の密度は圧力とともに増加するため、これにより燃焼室に入る空気の質量が増加します。

理論的には、熱力学第二法則の蒸気動力サイクル分析によれば、燃焼室内の平均有効圧力が上昇すると、エンジンの熱効率も上昇することが示唆される。^{[4]しかし、燃焼室の冷却、}エンジンノックの防止、NOx排出ガスの制限などの考慮事項により、特に高性能エンジンの場合、強制吸気エンジンが必ずしも燃費効率が良いとは限りません。

4 ストロークディーゼル エンジンは、吸入空気に燃料がほとんど含まれていないため、過早着火のリスクなしに高い圧縮比を使用できるという点で、強制誘導に適しています。そのため、ディーゼル エンジンでターボチャージャーを使用することは比較的一般的です。

2 ストローク ディーゼル エンジンは、2 ストローク ガソリン エンジンとは動作原理が大きく異なり、機能するには何らかの強制吸気装置 (通常はスーパーチャージャー) が必要です。

吸入空気の密度低下は、高度が上昇すると大気の密度が低下することによって起こります。そのため、強制吸入は航空機エンジンで初期に使用されました。高度18,000フィート (5,500 m) では、空気の圧力は海面の半分になります。つまり、強制吸入のないエンジンでは、この高度では出力が半分以下になります。^[5]強制吸入は、吸入空気の密度を人工的に高め、高高度でのパワー損失を減らすために使用されます。

ターボチャージャーを使用してエンジンの海面レベルの出力を維持するシステムは、「ターボ正規化」システムと呼ばれます。一般的に、ターボ正規化システムは、マニホールド圧力を 29.5 inHg (100 kPa) に維持しようとします。^[5]

最も一般的に使用される強制誘導装置は、ターボチャージャーとスーパーチャージャーです。ターボチャージャーは、排気ガスの流れによって駆動されるタービンを使用してコンプレッサーを駆動しますが、スーパーチャージャーはエンジンによって機械的に駆動されます (通常はエンジンのクランクシャフトからのベルトを使用)。

インタークーリングは、圧縮後の吸入空気の温度を下げるためによく使用されます。あまり一般的ではない別の方法として、水噴射（またはメタノール噴射）があります。