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ターボ複合エンジンは、タービンを使用して排気ガスからエネルギーを回収する往復エンジンです。多くの高出力航空機エンジンに見られるように、そのエネルギーをターボチャージャーの駆動に使用する代わりに、エネルギーは出力シャフトに送られ、エンジンによって供給される総出力が増加します。タービンは通常、ライトR-3350デュプレックスサイクロンのように機械的にクランクシャフトに接続されていますが、電気および油圧による動力回収システムも研究されています。
この回収プロセスは燃料消費量を増加させないため、燃料消費量（燃料使用量と出力の比率）を減らす効果があります。 [1]ターボコンパウンドは、ターボジェットエンジンが導入される前は、民間航空機や同様の長距離、長時間滞在型の航空機に使用されていました。デュプレックスサイクロンを使用した例としては、ダグラスDC-7BやロッキードL-1049スーパーコンステレーションが挙げられますが、他の設計は量産には使用されませんでした。
コンセプト
ほとんどのピストンエンジンは、抽出すれば推進力として使用できる未開発のエネルギーをまだかなり含んでいる高温の排気ガスを排出します。タービンは、このようなガス流からエネルギーを抽出するためによく使用されます。従来のガスタービンは、高圧、高速の空気を供給され、そこからエネルギーを抽出し、低圧で動きの遅い流れとして排出されます。この動作には上流圧力が上昇するという副作用があり、ピストンエンジンでの使用には適していません。エンジン内の背圧が上昇すると、シリンダーからの排気ガスの掃気が減少し、複合エンジンのピストン部分の効率が低下します。 [2]
1930 年代後半から 1940 年代前半にかけて、この問題に対する解決策の 1 つとして「ジェット スタック」排気マニホールドが導入されました。これは排気ポートに取り付けられた短い金属パイプで、気流と相互作用して前方への推力を生み出す空気のジェットを発生させるように形作られています。第二次世界大戦中に導入されたもう 1 つの方法は、メレディス効果を利用してラジエーター システムから熱を回収し、追加の推力を提供することでした。
戦争末期までに、タービンの開発は劇的に進歩し、「ブローダウン タービン」または「パワー回収タービン」として知られる新しいタービン設計が生まれました。この設計は、移動する排気の運動量からエネルギーを抽出しますが、背圧を著しく増加させることはありません。つまり、ピストン エンジンの排気に接続しても従来の設計のような望ましくない影響がなく、多くのメーカーがこの設計を研究し始めました。
歴史
動力回収タービンを搭載した最初の航空機エンジンはロールスロイス社のクレシーであった。これは主にギア付き遠心過給機を駆動するために使用されたが、クランクシャフトにも連結されており、15～35%の燃費向上も実現した。[3]
ブローダウンタービンは、戦後および戦後の時代、特に長距離の水上飛行用に設計されたエンジンで比較的一般的な特徴となった。ターボコンパウンドは、第二次世界大戦後にネイピア・ノマド[4] [5]やライトR-3350 [ 6 ] などいくつかの航空機エンジンで使用された。[7]ライトR-3350で使用された3つのブローダウンタービンによってもたらされる排気制限は、従来の星型エンジンで使用される適切に設計されたジェットスタックシステムに相当し、METO（離陸を除く最大連続）出力で約550馬力（410kW）を回収する。[2] R-3350の場合、タービンはエンジンの信頼性に悪影響を及ぼすため、整備員はタービンをパーツ回収タービンというニックネームで呼ぶこともあった。ターボコンパウンド版のネイピア デルティック、ロールスロイス クレシー、ロールスロイス グリフォン、アリソン V-1710が製造されたが、いずれも試作段階から先には開発されなかった。多くの場合、単純なタービンによって生み出されるパワーは、それが取り付けられた非常に複雑でメンテナンスの手間がかかるピストンエンジンのパワーに近づいていることが判明した。その結果、ターボコンパウンド航空エンジンはすぐにターボプロップエンジンとターボジェットエンジンに取って代わられた。
現代の大型トラックディーゼルメーカーの中には、ターボコンパウンドを設計に取り入れているところもある。例としては、1991年から生産されているデトロイトディーゼルDD15 [8] [9]やスカニア[10]などがある。 [11] [説明が必要]
2014 年シーズンから、F1 はターボコンパウンドを採用した新しい 1.6 リッター ターボチャージ V6方式に切り替えました。エンジンは、MGU-H と呼ばれる電動モーター/ジェネレーターに接続された単一のターボチャージャーを使用します。MGU-H はタービンを使用してジェネレーターを駆動し、排気からの廃熱を電気エネルギーに変換します。この電気エネルギーは、バッテリーに蓄えられるか、車のパワートレイン内の電動モーターに直接送られます。
種類一覧
- デトロイトディーゼル
- DD15 [12]
- ネーピア
- ライト航空
- ライト R-3350 : ターボコンパウンドバージョンは、大量生産され、広く使用された唯一のターボコンパウンド航空エンジンでした。
- ドブリニン
- ズヴェズダ
- ズベズダ M503 :オサ級ミサイル艇に使用されたソ連製の42気筒ディーゼル海軍エンジン
- ルノー
- ルノー エナジー F1 : フォーミュラ 1 用に製造された 1.6 リッター ターボチャージ V6 エンジン。同世代のエンジンとは異なり、MGU-H によるターボ コンパウンドが故障した場合に備えて、ブースト圧力を制御する緊急手段としてウェイストゲートを使用しています。
- フェラーリ
- フェラーリ 059 :フェラーリ F14 Tおよびザウバー C33用にフォーミュラ 1 向けに製造された 1.6 リッター ターボチャージ V6 エンジン。
- メルセデス・ベンツ
- メルセデス PU106 :メルセデス・ベンツ フォーミュラ 1 プログラム用に製造された 1.6 リッター ターボチャージ V6 エンジン。
- ホンダ
- ホンダ RA615H :マクラーレン MP4-30用にフォーミュラ 1 向けに製造された 1.6 リッター ターボチャージ V6 エンジン。
参照
参考文献
- ^ スティムソン、トーマス・E・ジュニア（1956年2月）。「航空機競争」『ポピュラーメカニクス』 113～118ページ。 2016年2月19日閲覧。
{{cite journal}}: CS1 maint: 複数の名前: 著者リスト (リンク) - ^ ab ライトターボコンパウンドに関する事実(PDF) 。ニュージャージー州ウッドリッジ：カーチス・ライト社：ライト航空部門。1956年10月。 2010年2月16日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。 2016年2月19日閲覧。
- ^ 「ロールスロイスとスリーブバルブ」(PDF)。ニュージーランド ロールスロイス&ベントレー クラブ Inc (7–3): 15. 2007年。2010年12月6日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。
- ^ ガンストン、ビル（1954年4月30日）。「ネイピア・ノマド：優れた効率のエンジン」。フライト：543-551。 2016年3月5日時点のオリジナル（PDF）からアーカイブ。 2010年2月19日閲覧。
- ^ EE チャタートン (1954 年 4 月 22 日)。 「Napier Diesels: RAeS レクチャー」(PDF)。フライト: 552 。2010 年2 月 19 日に取得。
- ^ 「失敗した10のアイデア: 2ターボ複合ピストンエンジン」(PDF)。Flight。 2003年12月16日。 2010年2月19日閲覧。
- ^ 「スーパーサバイバー」（PDF） . Flight . 1997年6月18日. 2010年2月19日閲覧.
絶頂期には、コニーは世界最高の三発機と呼ばれていました。
- ^ 「DD15」（ビデオ）。デトロイト ディーゼル。
- ^ 「DD15 パンフレット」(PDF)。デトロイト ディーゼル。
- ^ 「Scania Turbocompound」。Scania Group。2010年1月30日時点のオリジナルよりアーカイブ。
- ^ 「スカニア、2001年10月から4 ECOポイントエンジンを生産」。スカニアグループ。2011年8月7日時点のオリジナルよりアーカイブ。440
馬力のスカニアの12リッターターボコンパウンドエンジンの新バージョンは、アルプスの地形だけでなく、通常のヨーロッパの長距離輸送や建設作業にも適しています。
- ^ 「ターボ複利ブースト」 2007年。