クルマを加速させる！容積式スーパーチャージャーの仕組み
車を知りたい
先生、「容積式スーパーチャージャー」って、クランクシャフトから動力を得て空気をエンジンに押し込むんですよね？でも、種類がたくさんあってよくわからないんです。
自動車研究家
そうだね。容積式スーパーチャージャーは、エンジンのクランクシャフトから動力を得て回転し、内部の機構によって空気を圧縮してエンジンに送り込む装置だよ。大きく分けて内部圧縮型と非内部圧縮型の二つがあるんだ。
車を知りたい
内部圧縮型と非内部圧縮型の違いは何ですか？
自動車研究家
簡単に言うと、内部圧縮型は機構内で空気を圧縮してからエンジンに送り込むタイプで、往復ピストン式やスクロール式などが代表的だ。一方、非内部圧縮型はルーツ式が代表的で、空気を圧縮しながらエンジンに送り込むタイプなんだよ。
容積式スーパーチャージャーとは。
「容積式スーパーチャージャー」とは、自動車用語の一つで、エンジンに送り込む空気を加圧する装置である過給機の一種です。クランクシャフトの力で容積式圧縮機を動かすことで加圧を行います。容積式過給機には、内部で空気を圧縮する「内部圧縮型」と、外部で圧縮する「非内部圧縮型」があります。内部圧縮型には、往復ピストン式、スクロール式、スライディングベーン式、リショルム式(スクリュー式)、ロータリーピストン式など、様々な種類があります。一方、非内部圧縮型過給機で代表的なのはルーツ式です。ルーツ式は内部圧縮型に比べて効率は劣りますが、回転数に関係なく高い圧力を発生させることができます。そのため、空気の流量が少ない場合でも高圧を得られるというメリットがあります。
スーパーチャージャーとは？
スーパーチャージャーとは、エンジンの出力を向上させるための装置の一つです。自動車の世界では、より速く、よりパワフルに車を走らせるために、様々な技術が開発されてきました。その中でも、スーパーチャージャーは、エンジン内部に多くの空気を送り込むことで、爆発力を高め、より大きなパワーを生み出す役割を担っています。
ターボチャージャーも同様の目的を持つ装置ですが、スーパーチャージャーはターボチャージャーとは異なるメカニズムで動作します。その違いについては、後のセクションで詳しく解説します。
容積式スーパーチャージャーの構造と原理
– 容積式スーパーチャージャーの構造と原理
容積式スーパーチャージャーは、エンジンによって駆動されるポンプのような機構を用いて、外部から強制的に空気をエンジン内部に送り込むことで、エンジンの出力を向上させるシステムです。
その構造は、大きく分けて「ケーシング」「ローター」「駆動機構」の3つの要素から成り立っています。ケーシングは、ローターを密閉するための空間を提供し、空気を効率的にエンジンへと導きます。ローターは、ケーシング内部で回転することで、外部から取り入れた空気を圧縮し、エンジンへと送り込む役割を担います。そして、駆動機構は、エンジンからの動力を用いてローターを回転させることで、スーパーチャージャー全体を動作させます。
容積式スーパーチャージャーの原理は、一定の容積を持つ空間を機械的に変化させることで、空気の圧縮を実現している点にあります。ローターが回転すると、吸気側から取り込まれた空気は、ローターとケーシングの隙間によって隔てられた空間に閉じ込められます。そして、ローターの回転に伴ってその空間の容積が縮小され、結果として空気は圧縮され、エンジンへと送り込まれるのです。
内部圧縮型の種類と特徴
内部圧縮型スーパーチャージャーは、内部に組み込まれたローターやスクリューなどの機構によって空気を圧縮し、エンジンに送り込む方式です。代表的な種類としては、ルーツ式、ツインスクリュー式、リショルム式などが挙げられます。
ルーツ式は、2つのローターが噛み合うように回転することで空気を圧縮します。構造が単純で低回転域から過給効果を発揮するのが特徴ですが、高回転域では効率が低下する傾向にあります。
ツインスクリュー式は、螺旋状のスクリューを2本組み合わせることで、ルーツ式よりも高効率な圧縮を実現しています。高回転域まで安定した過給効果を得られるため、近年多くの車種に採用されています。
リショルム式は、楕円形のローターが複雑な動きをすることで空気を圧縮します。小型で静粛性に優れている一方、構造が複雑で製造コストが高いという側面もあります。
非内部圧縮型の特徴
非内部圧縮型スーパーチャージャーは、その名の通り、内部で空気を圧縮せずに、回転するローターなどの機構によって空気を強制的に押し込むことで過給を行います。代表的なものとしては、ルーツ式やTVS式などがあります。これらの方式は、構造が比較的単純で、低回転域から高い過給効果を発揮するのが特徴です。そのため、ターボラグが少なく、アクセル操作に対するレスポンスに優れています。しかし、高回転になるにつれて効率が低下する傾向があり、出力向上効果も限定的となります。
ターボチャージャーとの違い
– ターボチャージャーとの違い
どちらもエンジンのパワーアップを目的とした過給器という点では共通していますが、スーパーチャージャーとターボチャージャーでは、その駆動方式が大きく異なります。スーパーチャージャーは、エンジンによってベルトを介して駆動されるのに対し、ターボチャージャーは排気ガスの流れを利用してタービンを回転させます。
この違いは、それぞれのメリットとデメリットに直結します。スーパーチャージャーは、アクセル操作に対する反応が良く、低回転域から過給効果を得られるため、リニアな加速感を味わえます。一方、ターボチャージャーは、高回転域でのパワーアップに優れていますが、いわゆる「ターボラグ」と呼ばれるタイムラグが生じるのが一般的です。
簡単に言えば、低回転域からの力強い加速を求めるならスーパーチャージャー、高回転域での爆発的なパワーを求めるならターボチャージャーと言えるでしょう。