自動車用ターボチャージャー制御とは
自動車用ターボチャージャーの制御機構は、主に電子制御式排気ターボチャージャー圧力制御システムによって実現されています。このシステムは、圧力リリーフソレノイドバルブ、空気圧アクチュエータ、バイパスバルブ、およびスーパーチャージャーで構成されています。システムのブースタ圧力の制御は、バイパスバルブの開閉によって実現されます。バイパスバルブが閉じているときは、ほぼすべての排気ガスがブースタを通過し、ブースタ圧力が上昇します。バイパスバルブが開いているときは、排気ガスの一部がバイパスチャネルから直接排出され、ブースタ圧力が低下します。
バイパスバルブの開閉は、ECU（電子制御ユニット）が圧力リリーフソレノイドバルブと空気圧アクチュエータを制御することで実現されます。ECUは吸気マニホールドの圧力に応じてブースト圧を制御し、高速・高負荷時にはバイパスバルブを開くことで、高回転域でのエンジンへの過度の機械的・熱的負荷を回避します。さらに、一部のモデルでは閉ループ制御システムを採用しており、位置センサーを介して実際の実行結果をECUに送り、偏差に応じて調整することで、エンジントルクをより正確に制御します。
ターボチャージャーの動作原理は、エンジンから排出される排気ガスを利用してタービンを駆動し、吸入空気を圧縮して空気密度を高め、燃焼効率と出力を向上させることです。ターボチャージャーは、エンジンから排出される排気ガスの慣性力を利用してタービン室内のタービンを押し、同軸のインペラを駆動してシリンダー内の空気を圧縮し、空気の圧力と密度を高めることで、エンジンの出力を向上させます。
自動車用ターボチャージャーの主な機能は次のとおりです。
エンジン出力とトルクの向上：ターボチャージャーはシリンダーに入る空気の量を増加させ、同じ排気量でより多くの燃料を噴射できるようにすることで、エンジン出力とトルクを向上させます。一般的に、ターボチャージャーはエンジンの最大出力を20～40%、最大トルクを30～50%向上させることができます。
燃料消費量と排出量の削減：ターボチャージャーは、エンジンの燃焼効率を最適化し、熱効率を向上させることで、燃料消費量と排出量を削減します。具体的には、ターボチャージャーはエンジンの燃料消費量を5～10%削減し、CO、HC、NOxなどの有害ガスの排出量もそれに応じて削減します。
燃費の向上：ターボチャージャー搭載エンジンは燃焼効率が向上し、3～5%の燃料を節約できます。さらに、ターボチャージャーはエンジンのマッチング特性と過渡応答特性を最適化することで、燃費を向上させます。
エンジンの適応性と信頼性の向上：ターボチャージャーは、さまざまな高度、気温、負荷条件においてエンジンの性能と安定性を向上させ、エンジン出力の低下、ノッキング、過熱などの問題を回避します。同時に、ターボチャージャーはエンジン寿命を延ばし、故障率を低減します。
プラトー補償機能 ：プラトー領域では、空気が薄くなるため、通常のエンジンでは性能が低下し、出力が低下します。ターボチャージャーは、吸入空気密度を高めることで、空気の薄さによる出力損失を効果的に補います。
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