可変容量ターボチャージャー

可変ジオメトリターボチャージャー( VGT ) は、可変ノズルターボチャージャー( VNT )とも呼ばれ、ターボチャージャーの一種で、通常は条件の変化に応じてターボチャージャーの有効アスペクト比(A/R 比) を変更できるように設計されています。これは、タービンハウジング内の吸気口とタービンの間にある調整可能なベーンを使用して行われます。これらのベーンは、タービンに向かうガスの流れに影響します。VGT の利点は、低エンジン速度での最適なアスペクト比が、高エンジン速度での最適なアスペクト比と大きく異なることです。

アスペクト比が大きすぎると、ターボは低速時にブーストを生成できなくなります。一方、アスペクト比が小さすぎると、ターボは高速時にエンジンを窒息させ、排気マニホールド圧力が高くなり、ポンピング損失が大きくなり、最終的に出力が低下します。エンジンの加速に合わせてタービンハウジングの形状を変更することで、ターボのアスペクト比を最適な状態に維持できます。このため、VGT はラグが最小限に抑えられ、ブーストしきい値が低く、エンジン速度が高いときに効率が高くなります。

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  切り開いた VGT ターボチャージャー (VW ゴルフ、ディーゼル)
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  可変形状ガイドベーンを備えた排気側
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  コンプレッサーホイール付きチャージエア側
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  ターボシャフトベアリング
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  ターボシャフトベアリング

回転翼VGTはギャレットによって最初に開発され、1953年に特許を取得しました。^[1]

これらのターボチャージャーを採用した最初の量産車の一つは、1988 年のホンダ レジェンドです。この車は、2.0 リッター V6 エンジンに水冷式 VGT を搭載して いました。

わずか 500 台が生産された限定生産の 1989 年型シェルビー CSX-VNTには、VNT-25 と呼ばれるギャレットターボ付きの2.2 リッタークライスラー K エンジンが搭載されていました (固定ジオメトリのギャレット T-25 と同じコンプレッサーとシャフトを使用していたため)。

1991年、フィアットはクロマの直噴ターボディーゼルにVGTを組み込みました。 ^[2]

1992年に発売されたプジョー405 T16は、2.0リッター16バルブエンジンに ギャレットVAT25可変ジオメトリーターボチャージャーを採用していました。

2007 年型ポルシェ 911 ターボには、 3.6 リッター水平対向 6 気筒ガソリン エンジンに ツイン可変ジオメトリー ターボチャージャーが搭載されています。

2007 年、アキュラは(VFT) 設計に従った可変ジオメトリ ターボチャージャーを搭載した RDXを発表しました。

2015 年型Koenigsegg One:1 は、 5.0 リッター V8 エンジンにツイン可変ジオメトリー ターボチャージャーを採用し、1,361 馬力の出力を実現しています。

VGT の最も一般的な実装は、可変ノズル タービン(VNT)、スライディング ウォール タービン、および可変流量タービン(VFT) です。

可変ノズルタービンは、軽量エンジン（乗用車、レースカー、小型商用車）でよく使用されます。タービンの羽根はハブに対して同時に回転し、ピッチと断面積を変化させます。VNTは、他の可変ジオメトリ設計と比較して、より高い流量とより高いピーク効率を提供します。^[3]

スライディングウォールタービンは、大型エンジンによく見られます。羽根は回転しませんが、代わりにその有効幅が変わります。これは通常、タービンを軸に沿って動かし、ハウジング内の羽根を部分的に引き込むことによって行われます。または、ハウジング内の仕切りが前後にスライドすることもあります。羽根の端の間の領域が変化するため、可動部品が少ない可変アスペクト比システムになります。^[4]

可変流量タービンは、VNTと比較すると、VGTのもう1つの簡略版です。この設計では、ネック部分にブレンドゲートを備えた2つのボリュートタービンハウジングを使用します。ゲートはスクロール間の流量を変化させ、最適なA/R比を平均化します。低流量状態では、排気ガスはプライマリボリュートを通過し、ピーク流量ではプライマリとセカンダリの両方を通過します。この設計は、VNTタイプと比較して流量が低いため、ウェイストゲートを組み込むことができます。^[5]

VGT は、膜真空アクチュエータ、電動サーボ、3 相電動アクチュエータ、油圧アクチュエータ、または空気ブレーキ圧力を使用する空気圧アクチュエータによって制御できます。

固定ジオメトリタービンとは異なり、VGTにはウェイストゲートが必要ありません。^[6] VGTにはウェイストゲートは必要ありませんが、高い質量空気流量比を必要とする一部のアプリケーションでは、高性能火花点火エンジンで最も一般的に見られる追加のウェイストゲートが役立ちます。^[7]これはディーゼルエンジンとは対照的です。

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  可変形状ノズルタービン（VNT）
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  スライディングウォールVGT

VGTはディーゼルエンジンでより一般的に使用される傾向があり、排気温度が低いため故障しにくい。初期のガソリンエンジンVGTでは、ターボチャージャーの寿命を妥当なレベルまで延ばすために、かなりの予熱冷却が必要だったが、技術の進歩により高温ガソリン排気に対する耐性が向上し、ガソリンエンジン車でますます多く見られるようになった。^[1]

通常、VGT は、エンジンの状態に応じてベーンを最適な位置に保つために必要な調整レベルのために、OEM アプリケーションでのみ使用されます。ただし、アフターマーケットの VGT 制御ユニットも利用可能であり、一部の高級アフターマーケット エンジン管理システムでも VGT を制御できます。

トラックでは、VGT はエンジン吸気口に再循環される排気ガスの比率を制御するためにも使用されます (排気マニホールド圧力が吸気マニホールド圧力を超えるまで選択的に増加するように制御でき、これにより排気ガスの再循環が促進されます)。エンジンの背圧が高すぎると全体的な燃費に悪影響を及ぼしますが、過渡的なイベント (ギア変更など) でも十分な EGR 率を確保することで、窒素酸化物の排出量を排出規制 (欧州の Euro 5、米国の EPA 10 など) で要求されるレベルまで削減できます。

スライディングベーンターボチャージャーのもう 1 つの用途は、下流の排気ブレーキとしての使用です。これにより、追加の排気スロットルバルブが不要になります。また、このメカニズムを意図的に変更して、事前定義された位置でタービンの効率を下げることもできます。このモードを選択すると、排気温度を上昇させて「点火」とディーゼル微粒子フィルターの「再生」を促進することができます (この再生には、フィルターに付着した炭素粒子を加熱して半自己持続反応で酸化させる処理が含まれます。一部のオーブンが提供する自己洗浄プロセスに似ています)。EGR フロー制御用の VGT の作動、または一般的なブレーキ モードや再生モードの実装には、油圧アクチュエーターまたは電動サーボが必要です。

VGTは、従来の固定ジオメトリターボチャージャーよりも過渡応答が向上しています。そのため、VGTは電力需要が非常に変動する車両に最適です。固定発電機のようにエンジン負荷が一定の状況では、固定ジオメトリターボチャージャーはVGTよりも高い効率を提供できます。^[8]これは、VGT内の可動部品の許容誤差によって生じる排気抵抗の増加によるものです。

回転翼可変容量ターボチャージャーは、ギャレット、ボルグワーナー、三菱重工業など複数の企業が製造・供給しています。この設計は、主に小型エンジンや軽量用途（乗用車、レースカー、小型商用車）に限定されています。

スライディングベーンVGTの主なサプライヤーはHolset Engineeringです。^[7]

• 可変タービンジオメトリはどのように機能しますか?
• 可変タービンジオメトリ（VTG）の説明（写真付き）
• カミンズターボチャージャー＆エアハンドリング