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過給器で高圧縮になるがノッキングは？
常々疑問に思っているのですが、過給器付きエンジンがなぜノッキングしないのかと言うことです。 通常、市販車NAエンジンの圧縮比は8～11位になっているようです。レース用エンジンやチューニング関係のサイトなどを見ると、マージンや性能を無視したとしてもガソリンエンジンの圧縮比は13～15程度が限界のようで、それ以上の圧縮はノッキング等が起こり動作しなくなるようです。 しかし、過給器付きのエンジンの場合はそれ以上に圧縮されているハズです。 ターボ付きの自分の車を例にすると、圧縮比は8、最大過給圧は150kPa程度ですので、150kPaの過給を圧縮比約2.5の圧縮と見ればトータルでは圧縮比20近くになっていると思うのです。 単に空燃比やインタークーラー程度の冷却等では制御出来ない圧縮比だと思うのですが… この圧縮比でなぜノッキングせずに動作しているのでしょうか？
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>>圧縮比は8、最大過給圧は150kPa程度ですので、150kPaの過給を圧縮比約2.5の圧縮と見ればトータルでは圧縮比20近くになっていると思うのです。 ブーストを１．５掛けても、温度が上がるため、２．５の圧縮とはなりません。断熱圧縮で考えても、おおよそは温度１００℃、密度は１．９倍程度にしかなりません、実際にはそこからインタークーラーを通過しますから、条件はさらに変化します。 それに対して燃焼室で断熱圧縮で１１に圧縮すると、２８気圧、４８０℃程度となります。 燃焼室での圧縮と、ターボによる圧縮は、同じではありません。
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- puu1-2-3
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まず点火時期をどリタードします。点火時期が上死点を越えると、筒内圧上昇によってスパークが飛ばずに大抵失火します。 空燃比は、８を切れば失火しますので、濃くすればいくらでもノッキングを回避できます。燃料の気化潜熱による吸入空気温度冷却も期待できます。但し、ご存知のように無尽蔵に過給圧をあげても、それだけの出力が出るわけではありません（フリクション増大、熱効率低下）。これは圧縮比の設定でも同じことが言えます。ノッキングでＭＢＴが取れないのに圧縮比をあげても、熱効率は下がるだけです。 チューニング屋が何をしているかはわかりませんが、メーカーでは、ノッキング回避による出力低下よりも、過給による出力上昇が取れるように過給圧を設定します。しかし近年では、排気ガス規制も厳しいですから、燃調を濃くしたり、点火時期をリタードするのも限界があります（未燃ＨＣや煤の大量排出による）。また点火時期をリタードすれば排気温度も上がりますので触媒へのダメージ（溶損）も懸念されます。スポーツ系のターボ車が姿を消していくのにはこうした背景があります。
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回答ありがとうございます。 理論と実際をきちんと結びつけておられ、非常に納得できました。 おっしゃる通り、過給器付きである私の車も空燃比はかなりリッチです。そして低排出ガス認定の星も一つもありません……燃費も…ぅぅぅ。 高出力を目指すスポーツ系ターボが消えていってしまうのは残念ですが、仕方のない事なのでしょうか。
- XB9R
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補足です 圧縮比だけで考えれば ディーゼルエンジンは２０～２５位の圧縮で ノッキングはしません ガソリンエンジンの点火時期と同じように燃料を噴射する時期を遅らせてノッキングをしないように調整しています ガソリンエンジンも レース車両の圧縮比は１１～１２位有り過給も１．５や２．０のエンジンも存在します 燃料や点火時期で、スパークノックやデトネーションを起こさないように調整します
お礼
詳しい説明をありがとうございます。 燃料や点火時期等の調整により、安定動作していることが理解できました。
- KINPATSU-OYAJI
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そのとおりなんですが・・・ ターボのように狭い部屋に多くのモノを詰め込めば、結果的に圧縮圧力が上がった状態です。けど、高出力ターボの場合はそれを見越してＮＡよりも幾分、機械的な圧縮率を下げて造られてます。高圧縮（ＮＡよりも少し低いかな？）のままに、加給をするタイプの加給器付きの場合「ブースト圧」は低い設定です。 ノック回避の為に、ノックが起きる要因のひとつ「燃料希薄」にならないように、加給に応じて燃料が増量されます。それでもノックが起きますから「ノックセンサー」で監視させてまして、遅角など手を打ちます。
お礼
回答ありがとうございます。 なんとなくわかってきました。 確かに圧縮は相当高くはなるが、燃料をリッチにすることや、前の回答でも出ていた点火時期の遅角化等、総合的な制御でノッキングを起こさないギリギリで何とかしている、と言う感じでしょうか。 おっしゃる通り、私の車の圧縮比8も普通のNA車よりかなり低く設定されています。
- denki1988
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圧縮比というのはシリンダーの中でピストンによってどれだけ圧縮できるかだと思うんですが。過給器は強制的にシリンダーへ空気を送っているだけで圧縮とは関係ないんではないでしょうか？ 間違っていたらすみません。
お礼
回答ありがとうございます。 強制的にシリンダーへ空気を送ると、それは圧縮になると思うのですが… 10の容積しかないところへ20の容積の気体を強制的に送ると、2倍の圧縮になると思われます。 確かに過給器によって行われる圧縮は、ピストンによって行われる圧縮とは関係がないとは思います。一般的に自動車用語で言う「圧縮比」とは関係ないと言うことですよね。
- XB9R
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ノッキングしないように 点火時期をずらしています ＥＣＵ ノックセンサーで 制御しています
お礼
回答ありがとうございます。 点火時期調整でノッキングを防止できる程度の圧縮である、と言うことでしょうか。 つまり、圧縮比が高すぎて起こるノッキングは、プレイグニッションではなく点火後のスパークノックやデトネーションによって起こるとの認識でよろしいのでしょうか？
お礼
具体的な数字を上げての回答、非常に理解しやすいです。ありがとうございます。 なるほど、「ブースト1.5の圧縮」というのは気体圧縮における熱膨張を含んだ圧力の変化が1.5Kg/cm2程度になると言うことですね。私はその辺の認識が 間違っていました。 シリンダー内のピストンによる圧縮は、強制的に容積を（1／圧縮比）まで縮める圧縮ですから、熱膨張を含めた圧力変化は圧縮比以上になるのですね。 非常にわかりやすい説明で、 >>燃焼室での圧縮と、ターボによる圧縮は、同じではありません。 がハッキリ理解できました。 以下蛇足 ブースト圧と圧縮前、及びエンジンへの最終的な吸気時の気体温度がわかれば、酸素量単位での圧縮計が作れそうですね。ブースト計より面白そうです。