内燃機関超基礎講座 | トヨタ内製の第4世代ターボチャージャー：ラグと周速と制御を改善

2021/01/19

8AR用T/Cユニットのカットモデル。赤い部分が排気通路であり、1/4番と2/3番シリンダーからの通路をそれぞれ別に設けたツインスクロール形状がよくわかる。青い部分は吸気通路。

トヨタ内製第2世代のT/Cを使っていた3S系エンジンと最新の8ARとを比較したグラフ。低速域でのトルク向上はスインスクロール化による効果が大きい。

ウェイストゲートバルブ。実際にはハウジングには切り欠きはない。この状態が最大開角の50度。前面に見えるフランジ面に三元触媒が取り付けられる。高温の排気にさらされるため耐熱合金製であり、熱負荷に対する信頼性を確保している。

左が8AR用、右は旧世代ディーゼルであるKD系。ガソリンとディーゼルの差はあるが、コンプレッサー（上）側の翼形状と中間シャフト形状が違う。KDの中間シャフトは指輪状のフルフロート軸受け（周囲に穴がある）を持ち、これを回転させるが、新世代では非回転のセミフロート軸受けになり、ハウジング設計も含めてモジュール化された。

コンプレッサーホイール（インペラー）の翼形状によるエントロピー分布の違いを示した図版。8ARで採用された曲線翼は、シリンダーへと吸気を送り出す外周（下流）側で流体損失が小さい。黄色~赤の部分があると流体損失が大きい、つまり効率が悪い。翼形状の違いは微妙なのだが、その効果は大きい。

この方向から見ると、前縁部分が曲線になった翼形状がわかる。この方向から空気を取り込み、高速回転する翼に沿って下方に移動させ、通路へと空気を押し込む。吸入気はコンプレッサー内で圧縮され（だからコンプレッサー）、通常の大気圧よりも高い圧力で吸気バルブになだれ込む。8ARは大気圧を1とした場合に2.2程度の圧力で空気を押し込む。これが「過給圧」と呼ばれるものである。

吸気（コンプレッサーホイール）側にあるアクティブバイパスバルブ。流速と密度を高めた吸気を、このバルブ経由でふたたびコンプレッサー入り口へと還流させることでサージングを抑制している。

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