ターボは排気を活用して過給する為、高回転域で性能を発揮する、

Question

とよく言われていますがそれの仮定を真と置くと多くの車（同等の総排気量でNAとターボのラインナップがある車名）でNAよりターボの方が少ない回転で最大トルクを発生させるのはなぜでしょうか。

【参考】
●トヨタ ハリアー エレガンス（1910）
・NA ZSU60W型 TOYOTA/HARRIER/10124466/
3ZR-FAE／1986.91cc／151ps(111kW)/6100rpm／19.7kg・m(193N・m)/3800rpm
・ターボ ASU60W型 TOYOTA/HARRIER/10124451/
8AR-FTS／1998.17cc／231ps(170kW)/5200～5600rpm／35.7kg・m(350N・m)/1650～4000rpm

●トヨタ ヴェルファイア
・NA 2.4X（1404） ANH20W型 TOYOTA/VELLFIRE/10088081/
2AZ-FE／2362.08cc／170ps(125kW)/6000rpm／22.8kg・m(224N・m)/4000rpm
・ターボ Zプレミア（2306） TAHA40W型 TOYOTA/VELLFIRE/10149476/
T24A-FTS／2393.18cc／279ps(205kW)/6000rpm／43.8kg・m(430N・m)/1700～3600rpm

●スバル フォレスター （1511）
・NA 2.0i SJ5型 SUBARU/FORESTER/10100329/
FB20／1994.98cc／148ps(109kW)/6200rpm／20.0kg・m(196N・m)/4200rpm
・ターボ 2.0XTアイサイト SJG型 SUBARU/FORESTER/10100340/
FA20／1998.17cc／280ps(206kW)/5700rpm／35.7kg・m(350N・m)/2000～5600rpm

●スズキ ハスラー JスタイルII（2205）
・NA MR92S型 SUZUKI/HUSTLER/10143096/
R06D／657.67cc／49ps(36kW)/6500rpm／5.9kg・m(58N・m)/5000rpm
・ターボ MR52S型 SUZUKI/HUSTLER/10143088/
R06A／658.18cc／64ps(47kW)/6000rpm／10.0kg・m(98N・m)/3000rpm

↓↓↓同じエンジンを搭載する車

●ホンダ ヴェゼル （2010）
・NA G・ホンダセンシング RU1型 HONDA/VEZEL/10133130/
L15B／1496.65cc／129ps(95kW)/6600rpm／15.6kg・m(153N・m)/4600rpm
・ターボ ツーリング・ホンダセンシング RU1型 HONDA/VEZEL/10133136/
L15B／1496.65cc／172ps(127kW)/5500rpm／22.4kg・m(220N・m)/1700～5500rpm

●ダイハツ タント X（2210）
・NA LA650S型 DAIHATSU/TANTO/10145563/
KF／658.34cc／52ps(38kW)/6900rpm／6.1kg・m(60N・m)/3600rpm
・ターボ LA650S型 DAIHATSU/TANTO/10145562/
KF／658.18cc／64ps(47kW)/6400rpm／10.2kg・m(100N・m)/3600rpm

Answer 1

＞ターボは排気を活用して過給する為、高回転域で性能を発揮する

そもそもこの理屈が間違っているからです。

ロープレッシャーターボ等では、高回転で最大馬力を発生する仕様には
なっていません。

常用回転域で最大馬力を発生するようにブースト管理されてますので
このような結果となります。

また最近ではタービンを回すのに排気ガス＋モーター
という電動タービンもありますので
そうなるともっと下げる事も可能になります。

Answer 2

chi********さんへ

>ターボは排気を活用して過給する為、
>高回転域で性能を発揮する、
これは多分に誤解が含まれているんですよねぇ d(^^;)
だから

>それの仮定を真と置くと
と言うのが間違っている。たまたま、そういう設定にしてある・成っている、とお考え頂くのがよろしいかと思います。


>多くの車
>でNAよりターボの方が少ない回転で最大トルクを発生させる
>なぜでしょうか。
それは、そういう設定にしてあるから、なんですね。d(^^;)

基本線から書いてみますので、少々お付き合い下さいな。
Turboは、容積型の特性を示す機械式過給機(除遠心式)とは違って、下スカ上ドッカンな特性に成り易い速度型の特性を持ちます。
エンジンの排気量全部を流せる容量・サイズを選ぶと、Turboの回転が十分に上がり切らない内にエンジンの方が高回転域に到達する。
そこで排気の量が増えて来て、グッと回される。
と言う事で、Turboラグも込みで「レスポンスが悪い」と評価される訳です。(下スカ上ドッカンと)
仕方無い、もっと小さいサイズを選定して過給圧が立ち上がって来るのを早くし、規程圧迄上がって来たらウェイストゲート弁から排気の一部(かなりの量)を捨てながら運転する様にして、パワー or トルクバンドを作る。
と言う工夫が基本に成ってしまっている。
ディーゼルだとスロットル弁によって吸気を絞らないので、常に排ガスの量が多い。から、Turboとの親和性が高い、とされている。のに、、、
やっぱり極低回転からの大トルクが欲しいって事でウェイストゲート付きに成ってしまってたりする。
しかし排ガスを逃がすと言う事は、貴重な圧=エネルギーを捨ててしまっている訳で、これ以上の熱効率Upも望み難い状況なのでした。

ガソリンという揮発油の蒸気を混合気として吸い込み、圧縮してから燃焼させる。
これをProは「予混合燃焼」と呼ぶ訳ですが、既定の点火角で点火着火してくれないと、ノッキングに代表される自己不正着火を起こして壊れちゃう。
から、過給圧を上がり過ぎない様に制御する事を筆頭に、色んな工夫が施されて来た訳ですが、もし高膨張比を保ったまま圧縮比だけ連続的に下げて行けたら、かなりの部分がカバー出来てしまいます。
(圧縮上死点温度が上がり過ぎるから自己不正着火を引き起こしてしまう。一方、高膨張比を維持出来ていれば排気温が下がる)
ので、弁駆動の可変機構を活用して、吸気弁閉じ時期を充填効率最高に成るタイミングからズラして充填効率を下げる事で、以前では考えられない位に高圧縮比を標榜する過給エンジンが増えて来ました。

これらの工夫が在って、低回転側から過給を効かせた特性を発揮出来る様に成って来たのです。
(低回転側の方がノッキング対策は難しい)
が、、、未熟なんですねぇd(^^;)

・膨張比の理想は14
・吸気弁閉じ時期連続可変機構で、スロットルバルブすらも廃止したい
・Turbo何てチンケな物じゃ無くて、アイドル回転から大気圧の2倍と言う高過給圧を常用出来る、内部圧縮を持つ事で高効率な機械式過給機の装着を第一としたい

これは夢物語では無くて、
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%85%BC%E5%9D%82%E5%BC%98

が特許を成立させて公知の物と成っている、公報されたアイディアなのです。(-人-)


もうちょっと違った切り口から。
自動車では考えられない位に低回転型の大型舶用主機
https://www.khi.co.jp/mobility/marine/machinery/pdf/2CE.pdf

ですが、回ってもせいぜい〜200rpmな世界です。が、車載機関では採用に至れない軸流式タービンに進化しています。(車は遠心式)
Turboなのに極めて低回転型ですね d(^^;)

再掲します。
低回転型か高回転型かは、設定次第である。Turboであっても低回転型に出来る。が、低回転から過給圧が立ち上がってしまうと自己不正着火対策が難しい。それは、大小2つのTurboを組み合わせるシーケンシャル過給を諦めて、唯のツインTurboに堕落してしてしまったエンジンが在る事からも伺える。
どんな構成が採れるか、どんな設定に出来るか、でかなり大きく変わる物、なのです。d(^^;)

中々解り難い話だと思いますので、何か有れば補足なさって下さいな。

Answer 3

仮定が間違っていると思います。
ターボは排気エネルギーを使い、負圧から正圧にして排気量以上に爆発力を得る機構です。排気量ごとにデカめのタービンと小さめのタービンがあり、今のトレンドは小さめのタービンで反応速度を上げて燃費も稼ぐのがトレンドです。
昔、ツインターボってありましたが、その小さい方のタービンで今はやっているという認識で良いかと思います。
昔はデカい方のタービンでやっていてハイパワー競争がありました。燃費無視の時代。

Answer 4

ターボは「排気の多さ≒エンジン回転数」に比例して過給圧が上昇します。しかしエンジン本体の耐久性の問題からどこまでも際限なく過給圧を上げていいわけではないので、あらかじめ想定されている上限値を超えないようタービンに送る排気の量を減らしたり圧力を逃がしたりといった制御が入ります。結果として、ターボエンジンは過給される分だけNAエンジンよりもトルクの上昇が早い一方、NAエンジンよりも低い回転数で頭打ちとなるわけです。
例えばハリアーのように1650rpmから4000rpmまでの幅広い回転域で最大トルクを発生し続けるということは、つまり1650rpmの時点で過給圧はほぼ上限値に達していて、以降はトルクが一定になるよう制御されまくっている、ということなのです。

Answer 5

NAは抜けが良いから高回転にトルクピークがくる
最近のターボはより低い回転数から素早く過給できるようにしてある

別に不思議はないかと

Answer 6

昔のビッグシングルと勘違いしていませんか？
今は軽自動車のハーフアクセル排圧でも回る位
低回転で過給するので全く不思議ではないです…

Answer 7

高回転域で性能を発揮するって、2000回転以上とかそう言うレベルの話ですよ。
そしてターボのタービンがある事で高回転まで回らなくなります。

Answer 8

高回転で性能を発揮するのが間違い。
今時の車は排圧が上がれば2000回転でもフルブーストがかかります。

最近の傾向としては1800～2300回転位で最大ブーストまで一気に上げ高回転はわざとブーストタレさせています。

計算上排気量=実際の排気量×(大気圧1k+ブースト圧xk)
これで大体の排気量がわかります。

例えば2000ccでブースト1kかかった時には4000cc相当になります。
そして1kだすのに分かりやすく4000回転まで上げないとダメだと仮定して2000回転で0.3kかかるとします。この時2000×1.3で2600cc相当になります。

こんな風に可変させていきエンジンとタービンの効率がいい部分が最大トルクになっています。

Answer 9

元々ターボは熱落差（圧力変化）によって回るので、エンジンを高回転としなくても回す事ができます。
大型のターボディーゼルエンジンなどがその例です。

あくまでターボが持つ特性のお話です。
排気ガスの量が等しくても、より多くの燃料を燃やすと温度は上がり、熱落差も大きくなります。
アクセルを踏み込んで回転数が上がる時は、燃やされる燃料も多くなるので、ターボは元気よく回り出します。
但し高回転で排気ガスの量が多くなると、ターボが邪魔になって効率よく排出できなくなります。
そのためNAよりも低い回転数で最大トルクを発生しやすくなります。
もちろん避ける方法もありますが、今度は低回転時にパワーを得られないので、ツインターボなど様々な方法でこれを回避します。

他にはターボの小型化に成功したので、低回転時（熱落差が少ない）でも十分な過給が得らえるようになりました。
これを利用したのがダウンサイジングターボで、出力特性を低回転側に寄せて扱いやすくしてあります。


因みに昔のターボエンジンが回さないと過給を得られなかったのは、ターボの小型化技術が未熟で比較的大きな物を装着していたからです。
そのため急に過給が始まる「ドッカンターボ」となりましたが、頭打ちもNAより早く、パワーバンドは1500～2000rpm程度しかありませんでした。

Answer 10

ターボの概念が違うからです。
一昔前(40年)だとモアパワーのためのターボでしたが
あなたが上げたターボ車は燃費向上のためのターボです。
所謂ダウンサイジングターボですね。

低回転から効かすことは今の技術であれば十分可能です。
なんだったら排圧を利用しない電動ターボもあります。

ちなみに最高出力を追い求めたターボではないので、こういうターボは逆に高回転側は効率が落ちていきます。