ターボシステムの最適化

GarrettMotion.com Web サイトには、役立つ情報が数多く含まれています。 ターボ、インタークーラー、ターボキットなどの製品情報を掲載。 ギャレットのモデル命名法を説明し、ギャレットのテクノロジーと製品開発、OEM やモータースポーツとの関わりについて説明します。 これには、ベーシックからアドバンス、エキスパート レベルまでのエンジニアによって書かれた技術チュートリアルが含まれており、詳細な式を使用してコンプレッサー マップ上に動作点をプロットし、正しいターボの選択に役立ちます。

また、ニュースや年間を通して開催されるイベント、販売代理店の検索も含まれています。 この Web サイトには、一般情報と技術情報の両方について広範な情報が掲載されています。 経験レベルに関係なく、特定のアプリケーションに役立つ情報や、単にターボやターボ システムに関する知識を高めるための情報が見つかります。

システムを設計する前に理解しておくべき最も重要なことは、アプリケーションの用途と目標馬力です。 ロードレース、ドラッグレース、ドリフトなどに使用されるのでしょうか、あるいはストリート走行用の車でしょうか? 使用目的は、システムコンポーネントだけでなくターボの選択にも大きく影響します。

9 秒台のドラッグ カーではうまく機能するターボ システムでも、ドリフト カーやロード レース カーではうまく機能しない可能性が高くなります (ターボの仕組みについて詳しくは、こちらをご覧ください)。 目標のフライホイール馬力も念頭に置く必要があります。 馬力の値は、システム全体の設計に役立ちます。 ターボが大きすぎるとスプールが非常に遅くなり、ターボが小さすぎると必要なパワーが得られません。

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すべてのターボには馬力と排気量の範囲があります。 これらの値は、パフォーマンス ターボのすべてのページに記載されています。 潜在的なターボ マッチを特定する鍵は、これらの範囲内にあります。 目標馬力はどれくらいですか？ あなたのエンジンの排気量は何ですか？ 次に、要件に合ったターボチャージャーを見つけます。

アプリケーションの最大流量に合わせてエア フィルターのサイズを適切に設定することが重要です。 制限を最小限に抑え、ターボが最適に機能するために必要な空気をターボに供給するために、レッドラインでの目標面速度 ≤130 フィート/分が使用されます。 ターボが適切な量の空気にアクセスできない場合、過剰な制限が発生し、次のような原因が発生します。

• コンプレッサー側のピストンリングからのオイル漏れにより、オイルの損失、インタークーラーの汚れ、テールパイプからの煙の発生の可能性があります。• 圧力比の増加により、ターボの過速度につながる可能性があります。• 過速度は、ターボの耐久性を低下させ、早期の故障につながる可能性があります。ターボの故障。

例:面速度 = 130 フィート/分 質量流量 = 40 ポンド/分 空気密度 = 0.076 ポンド/フィート 3 質量流量 (ポンド/分) = 体積流量 (CFM) x 空気密度 (ポンド/フィート 3)

体積流量 (CFM) = 質量流量 (lbs/mn) / 空気密度 (lbs/ft3)

体積流量 = 526 CFMツインアプリケーションの場合、流量を 2 で割ります。

面速度 (ft/min) = 体積流量 (CFM) / 面積 (ft²)

面積 (ft²) = CFM / 面速度 (ft/min)

面積 (平方フィート) = 526 / 130 = 4.05

面積 (平方インチ) = 4.05 x 144

面積= 582平方インチ

計算された面積がわかったらフィルター サイズを決定する方法

面積 (平方インチ) = プリーツの高さ x プリーツの深さ x プリーツの数 x 2

面積 (平方インチ) = 9.00 x 0.55 x 60 x 2

面積 = 594 平方インチ

実際のフィルター面積 (594 平方インチ) > 計算された面積 (582 平方インチ)

ボールベアリングターボチャージャーで最適なパフォーマンスを得るには、オイルリストリクターの使用をお勧めします。 ターボチャージャーの内部への損傷を防ぐために、最大エンジン速度で 40 ～ 45 psi の油圧を推奨します。 この圧力を達成するには、通常、0.040 インチのオリフィスを備えたリストリクターで十分ですが、コンポーネントが適切に機能することを確認するために、リストリクターの後にターボに入る油圧を常に確認する必要があります。推奨されるオイル供給は、-3AN または -4AN ラインまたは同様の ID のホース/チューブ いつものように、OEM 仕様を満たすかそれを超えるオイル フィルターを使用してください。

システム圧力が過度に高くない限り、リストリクターを使用しなければ、システムが正常に機能していればオイル漏れは発生しません。

ジャーナル ベアリングは、エンジンのロッド ベアリングやクランク ベアリングと同様に機能します。コンポーネントを分離するには油圧が必要です。 オイルリストリクターは、油圧による漏れを除いて、通常は必要ありません。 ジャーナル ベアリング ターボチャージャーに推奨されるオイル供給は、-4AN または内径約 0.25 インチのホース/チューブです。OEM 仕様を満たすかそれを超えるオイル フィルターを必ず使用してください。

一般に、オイルの排出量が多いほど良好です。 ただし、通常、オイルを適切に排出するには -10AN で十分ですが、ハウジングのドレン穴より内径が小さいと、オイルがセンター ハウジング内に逆流する可能性があるため、使用しないでください。 センターハウジング内のオイルのバックアップといえば、重力供給がまさにそれです。 オイル出口は、平地に車両に設置されている場合、重力の方向に +/- 15°従う必要があります。 重力供給が不可能な場合は、スカベンジ ポンプを使用して、オイルがセンター ハウジングから自由に流れるようにする必要があります。

ターボチャージャーを取り付けるときは、ターボチャージャーの回転軸が平地に対して +/- 15° 以内で平行であることを確認してください。 これは、オイルの入口/出口が平地に対して垂直から 15° 以内にある必要があることを意味します。

水冷は耐久性向上のための重要な設計機能であり、ターボに水冷の余裕がある場合は、水ラインを接続することをお勧めします。 水冷は、サーマルサイフォン効果を利用して停止後のタービン側ピストンのピークヒートソークバック温度を下げることにより、オイルコークスの破壊的な発生を排除します。 水冷システムから最大限のメリットを得るには、水路の波状を避けて熱サイフォン効果を最大化してください。

最良の結果を得るには、センターハウジングの向きを 20° に設定してください。 ウォーターラインの設定が不適切な場合、ターボに重大な損傷が発生する可能性があります。

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ダクトの直径は、約 200 ～ 300 フィート/秒で流れる能力を備えたサイズにする必要があります。 計算値より小さい流量直径を選択すると、流量面積が制限されるため流圧が低下します。 代わりに直径が計算値よりも大きくなると、冷却流が拡大して大きな直径を満たすため、過渡応答が遅くなります。 チューブの曲がりについては、曲げ半径をチューブの直径の 1.5 倍にすることが適切な設計基準となります。 流れ領域には、サイズや構成の急激な変化などの制限要素があってはなりません。

この例の場合: 速度 (ft/min) = 体積流量 (CFM) / 面積 (ft²)• チューブ直径: 速度 200 – 300 ft/秒が望ましい。直径が小さすぎると圧力降下が増加し、大きすぎると速度が低下する可能性があります。過渡応答。• 速度 (ft/min) = 体積流量 (CFM) / 面積 (ft2) 繰り返しますが、ツイン ターボ セットアップの場合は、流量を (2) で割ります。チャージ チューブの設計は全体的なパフォーマンスに影響するため、システムから最高のパフォーマンスを得るために留意すべき点がいくつかあります。

インタークーラー コア ページを使用すると、チャージ エア クーラー (別名インタークーラー) の選択が簡単になりました。 各コアには馬力定格があり、必要な電力目標をコアに簡単に合わせることができます。 一般に、アプリケーションのパッケージング制約内に収まる最大のコアを使用します。

適切なインタークーラーを選択するためのもう 1 つの重要な要素は、エンドタンクの設計です。 適切なマニホールド形状は、給気圧力降下を最小限に抑え、均一な流量分布を提供するために重要です。 優れたマニホールド形状により損失が最小限に抑えられ、均一な流量分布が得られます。 ただし、過剰なデザインはトップチューブを枯渇させる可能性があります。 サイドエントリーは圧力降下と流量分布の両方にとって理想的ですが、車両スペースの制限により通常は不可能です。

インタークーラーを適切に取り付けると、システムの耐久性が向上します。 空対空チャージエアクーラーは通常「ソフトマウント」、つまりゴム製の絶縁グロメットを使用します。 このタイプの取り付けは、冷却モジュール全体にも使用されます。 この設計は、振動負荷を減衰することで振動による故障を防ぎます。 また、熱膨張を考慮して熱負荷を軽減します。

適切なターボチャージャー ブローオフ バルブ (BOV) を使用すると、システムのパフォーマンスに影響します。 考慮すべき主なタイプは 2 つあります。

MAP (マニホールド絶対圧) センサーは、大気へのベント バルブまたは再循環バルブのいずれかを使用します。 – 信号ラインをマニホールド ソースに接続します – スプリング レートが硬すぎるとサージが発生する可能性があります

MAF (マス エア フロー) センサーは、最高の運転性を実現するために再循環 (バイパス) バルブを使用しています。 – 信号ラインをマニホールド ソースに接続します。 – 最高のパフォーマンスを得るために、バルブをターボ アウトレットの近くに配置します (バルブが高温に対応できる場合)。 – 以下の場合、サージが発生する可能性があります。バルブや出口配管には制限があります。

内部ウェストゲートはターボの一部であり、タービン ハウジングに統合されています。 信号線には 2 つの接続可能性があります。 1 つ目は、コンプレッサー出口 (マニホールド – 真空ではない) からアクチュエーターにラインを接続することです。 2 つ目は、コンプレッサー出口からブースト コントローラー (PWM バルブ)、そしてアクチュエーターにラインを接続することです。 マニホールド圧力はアクチュエータのバネ定数によって制限されます。 ほとんどの OEM スタイルのアクチュエータは真空用に設計されていないため、ダイヤフラムが損傷し、マニホールド圧力が過剰になり、エンジンが損傷する可能性があります。

外部ウエストゲートはターボから分離されており、タービン ハウジングではなく排気マニホールドに統合されています。 マニホールドへの接続は流量能力に大きな影響を与えるため、マニホールドに対するウエストゲートの正しい向きが不可欠です。 たとえば、ウエストゲートをマニホールドに対して 90° に配置すると、流量が最大 50% 減少します。 これにより、システムに対する制御が大幅に低下し、ドライブトレイン全体が危険にさらされます。 代わりに、理想的な接続は 45° で滑らかに移行することです。

外部ウエストゲートへの信号ラインには 2 つの接続方法があります。• コンプレッサー出口 (マニホールド – 真空ではない) からアクチュエーターにラインを接続します。• コンプレッサー出口からブースト コントローラー (PWM バルブ) にラインを接続し、次にブースト コントローラーに接続します。アクチュエーター。 繰り返しますが、マニホールド圧力はアクチュエータのバネ定数によって制限されます。

正しく取り付けられたターボはオイル漏れがあってはなりません。 ただし、オイル漏れが発生する場合があります。 漏れの場所に応じて、最も一般的な原因を以下に示します。

– 油圧が高すぎる – ドレンが不十分 – ドレンが少なすぎる、継続的に下り坂にならない、またはオイルパン内のドレンの位置がクランクからオイルが垂れる部分にあり、ドレンチューブ内にオイルが逆流する。 オイルドレンは常に、クランクからのオイルが風損トレイによってブロックされる場所のオイルパンに配置してください。 – クランクケース圧力の不適切な排出。 – 過剰なクランクケース圧力。 – オイルドレンの回転が推奨 35° を超えている。

コンプレッサーハウジング入口全体の過剰な圧力の原因は次のとおりです。 – エアフィルターが小さすぎる。 – チャージエアチューブが小さすぎるか、エアフィルターとコンプレッサーハウジング間の曲がりが多すぎる。 – エアフィルターが詰まっている。

– 過剰な EGT によりタービンのピストン リングが潰れた。 – ターボが推奨の 15° を超えて軸に対して後ろに傾いた

ターボ システムに関する問題の多くは、簡単なシステム テストを通じて、大惨事が発生する前に特定できます。

トラブルのないパフォーマンスを提供するために、車のターボ システムを監視して、あらゆる面が適切に機能していることを確認する必要があります。

– 馬力目標を満たすために必要なマニホールド圧力を達成するためにアクチュエータ設定を校正します – オーバーブースト状態を検出します – 損傷したアクチュエータ ダイアフラムを検出します

– タービンハウジング入口の圧力変化を監視 – 異なるタービンハウジング A/R の影響 – 背圧の増加により体積効率が低下し、最終出力が低下します

– マニホールド/タービンハウジング内の排気ガス温度 (EGT) を監視 – タービンハウジングの材質またはその他の排気コンポーネントの温度定格に基づいて校正を調整します。 ターボ速度 – コンプレッサーマップ上の動作点を決定します。 – 現在のターボがアプリケーションおよびターゲットに対して正しいかどうかを決定します。 hp – ターボを損傷する可能性がある、ターボの過速度状態を回避します。