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ターボディーゼルという用語は、ターボディーゼルやターボディーゼルとも表記され、ターボチャージャーを備えたディーゼルエンジンを指します。他のエンジンタイプと同様に、ディーゼルエンジンをターボチャージャーで過給すると、特にインタークーラーと組み合わせて使用すると、効率と出力が大幅に向上します。[1]
ディーゼルエンジンのターボチャージャー化は、1920 年代に大型船舶用および定置用エンジンで始まりました。1950 年代半ばにはトラックにターボディーゼルエンジンが搭載されるようになり、1970 年代後半には乗用車にも搭載されました。1990 年代以降、ターボディーゼルエンジンの圧縮比は低下しています。
原理
ディーゼル エンジンは、次の 2 つの理由により、通常ターボチャージャーに適しています。
- ターボチャージャーがエンジンに過剰な空気を供給することで発生する「リーン」空燃比は、ディーゼルエンジンでは問題になりません。なぜなら、トルク制御は、混合気の量ではなく、燃焼室に噴射される燃料の質量（つまり空燃比）に依存するからです。[2]
- ターボチャージャーによりシリンダー内に空気量が増えると圧縮比が効果的に上昇し、ガソリンエンジンでは早期着火や排気ガス温度の上昇を引き起こす可能性があります。しかし、ディーゼルエンジンでは、ピストンが上死点に達する直前に燃料が燃焼室に補充されるため、圧縮行程中に燃料は燃焼室に存在しません。したがって、早期着火は発生しません。[3]
ターボチャージャー付きガソリンエンジンと同様に、インタークーラーを使用して吸入空気を冷却し、密度を高めることができます。[4]
歴史
ターボチャージャーは、20世紀初頭に、エンジン製造会社ゲブリューダー・スルツァー社のディーゼルエンジン研究部長でスイスの技術者であったアルフレッド・ビュッヒによって発明された。ビュッヒの1905年の特許には、ターボチャージャーがディーゼルエンジンにもたらす効率改善が記されていたため、ターボチャージャーはもともとディーゼルエンジンで使用することを目的としていた。[5] [6] [7]しかし、量産型ターボチャージャー付きエンジンが初めて製造されたのは1925年で、ドイツの客船プロイセン号とハンゼシュタット・ダンツィヒ号に搭載された10気筒ターボディーゼル船舶エンジンであった。[8] [9]ターボチャージャーにより、出力が1,750 PS (1,287 kW) から2,500 PS (1,839 kW) に増加した。[10] 1925年にビュッヒはシーケンシャルターボチャージングを発明したが、ヘルムート・プッヒャー（2012）によれば、これが現代のターボチャージング技術の始まりとなった。[11]
1920年代後半までには、スルツァー兄弟、MAN、ダイムラー・ベンツ、パックスマンなど、いくつかのメーカーが船舶用や定置用の大型ターボディーゼルを生産していました。[12] [13]その後の技術の進歩により、より高速で稼働する小型エンジンにターボチャージャーを装着することが可能になり、1940年代後半にはターボディーゼル機関車エンジンが登場し始めました。[14] [15] 1951年、MANはK6V 30/45 mHA、1 MWプロトタイプエンジンを製造しました。このエンジンは当時としては異例の低燃費、わずか135.8 g/PSh (184.6 g/kWh)で、効率45.7パーセントに相当しました。[16]これは、5段軸流圧縮機と9段ラジアル圧縮機およびインタークーラーを組み合わせた先進的なターボチャージャー設計によって可能になった。 [17]
道路を走る車両におけるターボディーゼルエンジンの使用は、1950年代初頭にトラックから始まりました。プロトタイプのMAN MK26トラックは1951年に発表され、[18]続いて1954年に量産モデルのMAN 750TL1ターボディーゼルが発表されました。[19]ボルボタイタンターボトラックも1954年に導入されました。[20] 1960年代後半までに、ますます強力なトラックエンジンの需要が高まり、カミンズ、デトロイトディーゼル、スカニアAB、キャタピラー社によってターボディーゼルが生産されました。
1952年、カミンズ・ディーゼル・スペシャルは、インディアナポリス500レースに出場した最初のターボチャージャー付き車となり、ポールポジションを獲得しました。[21]この車は、283kW（380馬力）を発生する6.6L（403立方インチ）直列6気筒エンジンを搭載していました。 [22] [23]
1960年代から1970年代にかけて、乗用車用の小型ターボディーゼルエンジンの研究がいくつかの企業で行われました。ローバーは1963年に2.5Lの4気筒ターボディーゼルのプロトタイプを製作し[要出典]、メルセデスベンツは1976年のメルセデスベンツC111-IID実験車両に5気筒インタークールドターボディーゼルエンジンを使用しました。[24]
最初のターボディーゼル量産車は、1978年半ばから米国で販売され、OM617 5気筒エンジンを搭載したメルセデスベンツ300SD（W116）サルーンでした。 [25] 1年後、プジョー604 Dターボがヨーロッパで販売された最初のターボディーゼル車となりました。ターボディーゼル車は、1980年代後半から1990年代初頭にかけてヨーロッパで広く製造・販売され始め、現在までその傾向が続いています。[26] [27]
1990年代以降、ターボディーゼルエンジンの圧縮比は低下している。これは、圧縮比が低いターボチャージャー付きエンジンの方が比出力が高く、排気ガス特性も優れているためである。間接噴射エンジンの圧縮比はかつて18.5以上であった。 1990年代後半にコモンレールエンジンが導入されて以降、圧縮比は16.5～18.5の範囲に低下した。2016年以降にユーロ6の排気ガス規制に準拠するために製造されたディーゼルエンジンの中には、圧縮比が14.0のものがある。[28] : 182-183
特徴
ターボチャージャーはディーゼルエンジンの出力を大幅に増加させ、ピーク時のパワーウェイトレシオを同等のガソリンエンジンに近づけることができます。[29]
過去10年間で小型および大容量のターボディーゼルエンジンのパワー、燃費、騒音、振動、ハーシュネスが改善されたことにより、特定の市場でターボディーゼルエンジンが広く採用されるようになり、特に欧州では（2014年現在）新車登録台数の50％以上を占めている。 [30] [31]ターボディーゼルエンジンは、一般的に自然吸気ディーゼルエンジンよりも自動車用途に柔軟であると考えられている。ターボディーゼルエンジンは、速度範囲全体にわたってより許容できるトルクの広がりを持つように設計することができ、また商業用に製造される場合は、正確な用途に応じて、特定の速度でトルク出力を向上させるように設計することができる。自然吸気ディーゼルエンジンは、ほぼ例外なく、同じ容量のガソリンエンジンよりも出力が低く、同時に、ディーゼルエンジンのはるかに高い圧縮比による大きなストレスに耐えるために、ピストンやクランクシャフトなどの内部部品をより強く（したがってより重く）必要とする。これらの要因により、自然吸気ディーゼルエンジンはパワーウェイトレシオが悪い。ターボチャージャー ユニットは重量が非常に軽いですが、パワー、トルク、効率を大幅に向上させることができます。ターボチャージャーを取り付けると、ディーゼル エンジンのパワー対重量比を同等のガソリン ユニットと同じレベルまで上げることができるため、自動車メーカーは選択したパワー ユニットの種類に関係なく、製品ライン全体で同等のパワー出力とハンドリング品質を目指しており、ターボディーゼルは自動車での使用に適しています。
参照
参考文献
- ^ ツィナー、カール; Pucher、Helmut (2012)、Aufladung von Verbrennungsmotoren (ドイツ語) (4 版)、ベルリン/ハイデルベルク: Springer、7–8、106、ISBN 978-3-642-28989-7
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- ^ リーフ、コンラッド (2017). Grundlagen Fahrzeug- und Motorentechnik (ドイツ語)。 p. 16.ISBN 978-3-658-12635-3。
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