ターボエンジンについて質問です。 ターボエンジンは過給機というタービンを排気ガスの力を使って回転させ、多くの吸気をすることで大きな出力を得るものだと理解しています。

Question

排気ガスを多く出せない低回転域では出力が出せないターボラグが生じるとのことですが、そもそも過給機のタービンを回すのに排気ガスの力を使う必要ってありますか？
コンピューターでその都度の最適な過給率を計算してバッテリー電源でモーターをコンピューター制御して吸気をするシステムは出来ないのですか？ 私が考えるくらいだからすでにありますか？

Answer 1

2016年にアウディが同社のSQ7に搭載したのが世界初といわれています。アウディの場合はディーゼルエンジンに搭載された二つのターボチャージャーを、排気圧が低い状態であってもモーターの力であらかじめ回転させておくことで、ターボラグを発生させず過給することができるという仕組みです。

電動コンプッサーのメリットの一つは、このようにターボの欠点であるターボラグを解消できるということです。バッテリーとモーターでコンプレッサーを作動させ空気を圧縮するので、エンジンの回転数や排気圧とは無関係にいつでも自在に過給でき、低回転域や再加速の際にも十分な過給効果が得られるのです。

また電気でコントロールするのでレスポンスにも優れ、プログラムによる緻密なコントロールも可能です。省燃費向け、スポーツ走行向けなど様々なタイプに簡単にセッティングを変更することもできるでしょう。

さらにスーパーチャージャーのように駆動のためのエンジンパワーロスもありませんし、ターボのように排ガスの熱の影響も受けません。装置そのものもコンパクトで配管やベルトとの接続といったメカニズム的な制約も少ないので搭載する場所の自由度が高くコンパクトカーなどの狭いエンジンルームでも利用しやすいというのも大きな特長です。

このように非常にメリットの大きい電動コンプレッサーですが、現時点ではこれだけで搭載されているクルマはありません。ターボなどと組み合わせて低回転時は電動コンプレッサー、高回転時にはターボと使い分けることで効率よくエネルギーを利用しながら、優れた走行性能を得る、といった目的で使用されています。

また電動コンプレッサーのモーター部に発電機を組み込み、電動コンプレッサーが作動していない際には捨てられている排気ガスの排気圧を使って発電を行いバッテリーに回収することも可能といいますから、ハイブリッドカーなどにも非常に相性のよいアイテムといえるでしょうね。

電動コンプレッサーは、欧米メーカーが現在は先んじていますが、すでに日本でもその研究は進んでいます。先日もチューニングパーツメーカーとして名高いHKSが、電動スーパーチャージャーとして電動コンプレッサーの開発を進めている、とアナウンスしていました。やはりこういったハイテクシステムの開発は、日本メーカーが得意とするところ。遠くない将来、国産車にもより高性能となって搭載が実現するのは間違いないでしょう。

質問者からのお礼コメント

詳しい解説ありがとうございました。

Answer 2

モーターを回すのに使うエネルギーはどうしましょうか？
バッテリーと既存のオルタネータとかだけじゃ、足りないですよ。
別にもう一基エンジン載せますか？
重くなっては意味が無いんじゃあないでしょうか。

排気で圧力を持たせてもエンジンの能力が落ちない、そういう特性を使って圧力というエネルギーを活用している物です。
車というパッケージにおいて、調和がとれている物がターボという事でしょう。

それにターボラグってのは「アクセルオンオフに従って」起こるものでしょ、モーターの回転数を何万にするのか知らないけど、その変動をコンピュータで制御しようとしても追い付きませんよ。
結局ラグになるだけです。
ターボタービンは10万rpmぐらいだそうですからね。

スーチャーは密閉したルーツ式と言われるポンプで加圧するけど、ターボは密閉されていない羽を高速回転で加圧しなきゃならないから圧力がとりづらい。
でも密閉されてない分軽くて回しやすいから高回転がいける。
ルーツ式をそんなに高回転には出来ませんからね…

もっと頭のいい人がいろいろ考えていると思います。
我々程度の思い付きじゃ敵わないのでしょう。

Answer 3

過給の方法は色々あります。ターボ以外にエンジンの回転を使うスーパーチャージャー。ガスボンベに酸素ではなく亜酸化窒素を使って空気の1.5倍の酸素を送るNOSなどがあります。
電動のコンプレッサーを使う方法もありますが、電動となると直接駆動させるハイブリッドがあります。ハイブリッドも使い方次第では電動ターボみたいに考えることもできます。

Answer 4

そもそも過給機のタービンを回すのに排気ガスの力を使う必要ってありますか？
あります

Answer 5

電気モーターの過給器はあるよ。
あとエンジンのクランク軸から動力を取り出すものとか。
わざわざ電気モーターという別の部品をつけたり、
クランク軸から動力を取り出すことでエンジン出力の数パーセントを
ロスするより、ただ捨てるだけの排気ガスを有効利用したほうが
効率がいいと判断したわけ。

Answer 6

ターボエンジン自体が第二次大戦頃の時代の技術だからコンピューターも何も無いんよ
最近は電動ターボもあるけど、コストも含めて必要かどうか？のところ
もうモーター駆動のEVで良いのでは？とか、そんな低回転からラグ無く使いたいならスーチャーで良くね？ってなる

今のターボは適材適所、生存戦略の結果だと思いねぇ

Answer 7

そのような装置は現存します。ヨーロッパではダウンサイジングの為に
ターボを利用する事が多く 低回転のトルクが出せないと意味がないので
ターボチャージャー自体も小型化にして 排気ガスが少ないアイドリング時にも過給するような 小型のターボを付けたり ツインターボにして 大小のターボチャージャーを組み合わせる技術も進化し 電動モーターは一部しか採用されていません。機械で回すスパーチャージャーは昔から有りますし・・・・・

昔のターボの目的は 高出力が必要な場面でターボを利かす 大きな過給が必要ですから 大きなターボを付けていた タイムラグも大きいし
効き始めるといきなり加速したりした。今のターボの目的は 低速からトルクを出し エンジンそのものを小さくしたいというのが目的なので 低速で加給しないと意味がない 高回転になれば 勝手にトルクは上がるので
大きな過給は必要ありません。目的が変われば ターボも変わります。

Answer 8

そもそも排気ターボ過給機は、過給機を駆動させるために排気ガスを使う＝捨てるエネルギーを回収することで熱効率を上げる。
電動ターボだと、エンジンのパワーで発電し、その電力でモーターを回すのでエンジンパワーをロスします。機械式スーパーチャージャーと変わりありません。

最近は電動ターボもありますよ。
つい最近までは、高熱になる圧縮機の真横で駆動させるモーターの耐久性とか、制御するためのコンピューターや半導体技術、大容量のバッテリーなど、問題が大きくて実用化できていませんでしたが。

Answer 9

メルセデスがモーター使った電動ターボ使ってます
ただコストが高くなるので高級モデルにしか使えない
最近のターボはベアリング使ってタービン回りやすくなってたり色々排気少ない低回転から過給出来るようになってるのでターボラグ発生するのは余程大きなターボでしか出なくなってますね
昔は過給するのが中速域くらいからだったのでターボラグ大きかったのでクランクシャフトの回転を利用した低中速から過給するスーパーチャージャーとかありましたがターボの性能が上がって低速から過給できようになって無くなっていきました

Answer 10

ご質問の通り、排気ガスを利用せずに電気モーターで過給機を駆動するシステムは既に存在します。それが電動過給機（Electric Supercharger）や電動ターボチャージャー（Electric Turbocharger）と呼ばれるものです。これらはバッテリーやハイブリッドシステムから電力を得て、過給機を駆動します。

このシステムの利点は、エンジンの回転数に関係なく過給機を駆動できるため、低回転時でも適切な過給を行うことができ、ターボラグを解消できる点です。ただし、電力供給やモーター制御の技術、コストなどの課題もあります。そのため、現在は高性能車やハイブリッド車などに限定して採用されています。

※この回答はOpenAIのGPT-4で作成されており、最新の情報や完全な正確性等を保証するものではありません。