スーパーチャージャーがレースカーを次のレベルに引き上げる方法

スーパーチャージャーは、母なる自然だけではシリンダーに十分な空気流を供給できないことを認識しているドラッグ レーサーの間で長い間好まれてきました。 NHRA にはさまざまなクラスのスーパーチャージャーがあり、もちろん現在、OE 自動車メーカーやアフターマーケットでストリートやサーキットのパフォーマンスのために定期的に使用されています。

過給は、内燃エンジンの吸気口に加圧空気を導入することによって出力を増加させます。 スーパーチャージャー（またはブロワー）を使用すると、馬力とトルクを 2 倍または 3 倍に高めることができます。

高温の排気ガスによって駆動されるターボとは異なり、ブロワーはクランクシャフトによって直接駆動されるため、スーパーチャージャーの速度はエンジンの回転数に直接関係します。 これにより、スーパーチャージャーの寄生抵抗による機械的損失が発生しますが、その利益にはそれだけの価値があります。 もちろん、用途に最適なブロワーを選択することが重要です。 これにはブロワーの設計、サイズ、プーリーの選択が含まれ、遠心駆動ユニットでは昇圧比も考慮する必要があります。

デザインといえば、ドラッグ レースで人気のある 2 つの選択肢は PD (ポジティブ ディスプレースメント) と遠心力です。 PD ブロワーは通常、エンジンの上部に設置され、前部にドライブ、部品を収納するケース、および空気を動かす一連のローターを備えています。 対照的に、遠心ブロワーは、ターボに見られるものと同様のドライブ、スクロール型のハウジング、およびインペラを使用します。 2 つのタイプは動作が異なり、それぞれのタイプに長所と短所があります。 ただし、どちらもエンジンにブーストを供給し、大量のパワーを生み出すことができます。

洞察力の鋭いNHRAナショナル・ドラッグスター読者の皆様は、ターボチャージャーに関する前回のレーシング・テクノロジー・コラムで強制誘導の基本を説明したことに注目してください。 そこで、スーパーチャージャーの技術を直接掘り下げ、ベ​​ルト駆動のブーストについて詳しく説明します。

プロチャージャーのデイブ・ターナー氏は、「簡単に言えば、エンジンは空気ポンプなので、より多くの空気を詰め込むことができれば、より多くのパワーを得ることができる」と述べた。 「スーパーチャージャーでエンジンに空気を加圧または強制的に送り込むことにより、出力を 3 倍（またはそれ以上）倍増させることが可能です。」

ザ・ブロワー・ショップのグレン・ハッチソン氏は、「内燃エンジンは、動力を生み出すために点火される燃料と空気の比率に依存しています。自然吸気エンジンの場合、空気は大気圧（14.7 psi）でエンジンに入り、それに相当する圧力で空気がエンジンに入ります。このシナリオでは、エンジンは大気圧に依存しているため、これ以上空気を追加することはできず、出力を増加させるために燃料を追加することはできません。

「最も単純な形では、スーパーチャージャーは空気ポンプであるため、標準大気圧を超えてエンジンに空気を追加できるということは、対応する量の燃料を追加できることを意味します。それに点火[および効率的に燃焼]できる限り、」燃料/空気チャージにより、特定のエンジンの出力を劇的に増加させることができます。スーパーチャージャーがエンジンに入れる空気の量は、クランクシャフトの速度に対する駆動速度によって決まります。これは、ブロワーの駆動プーリーを変更することで簡単に制御できます。加速するか減速するかのどちらかです。」

Vortech SuperchargersのエンジニアリングマネージャーであるLance Keck氏は、「遠心過給は、その直線的なブーストとパワーカーブにより、ドラッグレースや馬力の構築に効果的であると感じています。大幅に高い効率と相まって、明らかに他の選択肢よりも優れた選択肢です」と付け加えた。 . さらに細かい点を言うと、「効率」という言葉はさまざまな人々によって頻繁に飛び交っており、多くの場合、実際には間違って使用されたり、あからさまに誤解を招くような形で使用されたりしています。機械やエンジンなどによって行われた仕事や発生したエネルギーと、それに供給されたエネルギーとの比率で、通常はパーセンテージで表されます。 最新の遠心式スーパーチャージャーは、どのタイプのスーパーチャージャーよりもブースト 1 ポンド当たりの馬力が最も高く、寄生損失が最も少ないものです。したがって、定義上、Vortech などの遠心式スーパーチャージャーは、利用可能な最も効率的な過給オプションです。」

スーパーチャージャーはドラッグ レースで 60 年以上にわたって人気がありますが、他のコンポーネントと同様に常に進化しています。 今日のブロワーは堅牢な構造を特徴としており、ストリートやサーキット向けの選択肢は無限にあります。 これには、スタンドアロンのヘッド ユニットと完全なキットが含まれます。

「過去 10 年間でスーパーチャージャーの設計と構造には多くの改良が加えられました」とハッチンソン氏は述べています。 「鋳造ケースはビレットケースに置き換えられ、強度と構造的完全性が大幅に向上しました。ローターはかつて、ローター長さ 1 インチあたり 60 度のねじれを持つ鋳造材料で作られており、標準的なヘリカルローターとして知られていましたが、これらは「ハイヘリックス」ローターとして知られる、ローター長さ 1 インチあたり 120 度のねじれを持つビレットアルミニウムで入手可能になりました。

「繰り返しになりますが、ビレット素材によりローターの強度と寿命が向上し、ハイヘリックス設計によりブロワーのブースト範囲が大幅に向上しました。また、スーパーチャージャーの吐出口もオリジナルから再設計されました」従来は細長い長方形の開口部が標準でしたが、これをデルタ開口部とも呼ばれるパイ型の開口部に変更し、試験研究を通じてデルタ開口部のマッチングにより性能が大幅に向上することが判明しました。ローターの螺旋状のねじれにより、乱流や空気力学が「汚れた空気」と呼ぶものを排除します。 レース用途では、当社の TBS ブロワーは凹型ベアリング プレートを備えており、これによりローターが後方に移動し、ブロワーの強度が大幅に向上します。レトロ ポケットにより、ブロワー内を循環する空気のより有利な移動が可能になります。」

「スーパーチャージャーは CNC 製造と 3D モデリングによって進化してきました」と DMPE 社長のダレン メイヤー氏は述べています。 「現在では、入口ポートと排出ポートを 3D 機械加工できるようになりました。これにより、一貫した正確な再現性とパフォーマンスが実現します。私が始めたとき、入口は鋳造のままでしたが、その後手作業で移植し始めたところ、馬力が大幅に向上したことがわかりました。スーパーチャージャーの効率を可能な限り高めるために、インレットではローターの充填量（排気量）を最大限に高めるために何時間にもわたる開発とダイナモテストが行​​われています。」

ProCharger も優れたテクノロジーを備えた会社です。 遠心スーパーチャージャー用の内蔵給油システムを設計し、コンピューター支援設計と高品質の CNC 製造を使用しています。 プロチャージャー社のデイブ・ターナー氏は、「これにより、効率が向上し、公差が厳しくなり、空力性能が向上し、スーパーチャージャーは本当に21世紀に突入した」と述べた。 「レーシングアプリケーション向けの燃料噴射とチューニングソフトウェアの人気が高まっているため、レーサーはスーパーチャージャーとレースエンジンから実際にさらに3〜5％を引き出すことができるようになりました。これは10年、15年前には不可能でした。」

レーサーやストリート愛好家には、どのパワー アダーが自分たちの用途に最適であるかという選択肢があります。多くの場合、一般的な選択肢は亜硝酸、ターボチャージャー、スーパーチャージャー、あるいはその両方です。スーパーチャージャーの利点の 1 つは、ボトルを気にせずに瞬時にブーストできることです。 「スーパーチャージャーから生み出されるブーストは瞬時であり、オーバードライブ調整で制御できます」とリトルフィールド・スーパーチャージャーのリー・リトルフィールド氏は付け加えた。

ターナー氏はさらに、「プロチャージャー遠心スーパーチャージャーは、より予測可能で信頼性が高く、取り付け、調整、メンテナンスが簡単です。亜硝酸システムは複雑で、予測できない場合があります。ターボチャージャーは、「維持」するために製造、外部オイルライン、およびステージング中に車をぶつける必要があります。ブースト中です。 ProCharger スーパーチャージャーを使用すると、レーサーは単に車をステージングし、トランスブレーキを適用し、発進前にエンジンを希望の rpm まで回転させるだけで、ステージング中にターボチャージャー車を前方に突き出す暴力に対処するのではなく、適切なライトを回すことに集中できます。 」

空気を圧縮すると副産物として熱が発生するため、レーサーはエンジンに入る前に吸気の温度を下げるインタークーラーを採用することがよくあります。 最近のすべての工場出荷時のスーパーチャージャーセットアップでは、熱交換器を備えた一体型インタークーラーが使用されていますが、多くのドラッグレーサーは、氷水を入れるタンクのために熱交換器を省略しています。 これにより、レーサーはインタークーラーに冷水を流すことができ、吸気温度が大幅に下がります。 入口温度を下げることで、爆発の心配なく点火時期を早めることができます。

ケック氏はさらに、「過給冷却（インタークーラーとも呼ばれる）の必要性は、過給圧、静的圧縮、使用燃料のオクタン価などを含む（ただしこれらに限定されない）いくつかの要因によって決まります。多くの量産車エンジンは、高圧縮を備えたメーカーでは、ストリート過給用途での過給冷却の要件が以前よりも高まっていますが、レースでは燃料使用の進歩により、メタノールなどの代替燃料を使用して過給冷却なしで高馬力が可能になりました。 」

DMPE, Inc.のダレン・メイヤー氏は、「必ずしも中間冷却が必要なわけではない。燃料の種類が重要である。ガソリンはメタノールに比べて潜在熱拡散が低いため、LDHが利用できない場合には中間冷却の方がより大きな利益をもたらす」と述べた。ただし、ブーストされたインレットチャージを冷却できる場合には、出力は常に増加します。」

話す相手によって、最大のパワーを実現するための調整は簡単にも難しいにもなります。 スイートスポットを見つけることで、勝者の輪に入ることができます。調整を誤ると、爆発によりエンジンが停止する可能性があります。 そのため、チューニングには空燃比を調整するだけでなく、ブースト曲線をエンジンや条件に合わせて適切に調整することも含まれます。 トップ フューエル チームとファニー カー チームは、圧縮とブースト レベルを制御するためにヘッド ガスケットの厚さとブロワー ドライブ比を定期的に変更します。SAMTech.edu NHRA Factory Stock Showdown のレーサーは 1 つの構成に制限されているため、点火タイミングと燃料マッピングを使用して調整する必要があります。

「レースカーには多くの変数があり、スーパーチャージャーはそれらの変数の 1 つにすぎません」とターナー氏は語った。 「レースカーを適切に調整するには、スパークや燃料曲線を操作できるだけでなく、レースカー全体を完全に理解している必要があります。理想的には、チューナーは伝統的なレースの背景を持ち、エンジンの基礎を含むレース車両のダイナミクスを理解している必要があります。」 」

メイヤー氏はさらに、「機械的には、スーパーチャージャーの入口ポートをエンジンの動作回転数に合わせることが最も重要な部分だ。我々はつい最近になって、低回転数でも高回転数でも最大のゲインを得ることができるようになった。通常なら、 -オーバードライブインレットとハイオーバードライブインレット。モーターの運転方法に応じて、スーパーチャージャーの構成に依存します。」

「最大限のパフォーマンスを得るために調整する際には多くの課題がありますが、実際には送風機はその 1 つではありません」とハッチンソン氏は述べています。 「本質的に、ブロワーがエンジンとその用途に合わせて調整されれば、ブロワーは方程式からほぼ排除することができます。高度、温度、湿度、などの変数を考慮し、どれだけの量、またはどのような増分でこれを実行するかを決定するのは難しい場合があります。難しいのは、空燃比、タイミング、クラッチの調整です。すべてを同時にまとめるのは難しい場合があります。馬力が高くなるほど、調整範囲は狭くなります。」

Keck 氏の観点からは、「チューニングにおける課題や制限は、車両の用途によって異なります。公道使用における主な制限は、燃料のオクタン価です。多くの人が E85 を使用するため、出力能力は通常のポンプガスに比べて確かに高いですが、E85 では、バッチごと、およびポンプごとに実際のオクタン価に差が生じることがあります。これにより、安全性を重視したチューニングか、最大のパフォーマンスを追求したチューニングかの決定が必要になる可能性があります。用途には、大気条件、燃料の種類、エンジン ブロックやシリンダー ヘッドなど、使用されている材料の出力サポート制限が含まれます。」

会話を終える前に、よくある間違いをリストアップしたいと思いました。 「ガソリン用途では、過度の圧縮が爆発を引き起こす可能性があります」とリトルフィールド氏は述べた。 「アルコールとニトロメタンでは、燃料をより効率的に燃焼させるブロワーを追加した後、燃料システムを希薄にしすぎると問題が発生します。また、チームはテフロン ストリップを再構築する前に、アプリケーションに応じて 25 ～ 50 回の実行が可能になる可能性があります。」ガスまたは街路用途向けに、より多くのクリアランスを確保して作成されたブロワーは、再構築するまでに 5 ～ 8 年間使用できます。」

メイヤー氏はさらに、「基本的なレベルで最もよくある間違いは、スーパーチャージャーから受け取るブースト量に応じて適切な圧縮を選択することです。シリンダー圧力は過給によって上昇します。デトネーションの制御はブーストされたエンジンの寿命の鍵です。EFI は変わりました」と付け加えた。正確なエンジン制御により、わずか 20 年前には多くの人が夢見ることしかできなかった馬力の向上が可能になったので、ここでの勝負が決まりました。」

遠心力の面では、ターナー氏は「レーサーにありがちな間違いは、スーパーチャージャーをより速く回転させることはより大きなパワーに等しいと常に考えていることです。当社のスーパーチャージャーは、指定された回転数範囲で最高の効率で動作するように設計されており、レーサーには、次の条件に基づいてスーパーチャージャープーリーのサイズを調整することをお勧めします」と述べました。スーパーチャージャーの回転数を「スイートスポット」に保つために、エンジン回転数のレッドラインを設定します。 スーパーチャージャーを希望の回転数まで落とし、エンジンの回転を上げることで、レーサーが一貫して時速と走行距離を向上させているのを見てきました。」

最後にケック氏は、「スーパーチャージャーのよくある間違いは、コンポーネントの選択と既存のセットアップとの互換性にあります。選択したスーパーチャージャーが小さすぎると、全体的なパフォーマンスが制限されるだけでなく、スーパーチャージャーを効率や性能の範囲外に設置する必要が生じる可能性もあります」と付け加えた。パフォーマンス目標を達成するための安全な動作範囲（つまり、コンプレッサーの過剰回転など）。大きすぎるスーパーチャージャーを選択すると、パッケージ全体のブースト/パフォーマンス曲線にも悪影響を与える可能性があります。また、不適切なブローオフバルブを追加することもできます。 」

送風機ショップ/ 208.985.7650 / TheBlowerShop.com

株式会社DMPE/ 269.428.5070 / DMPEINC.com

リトルフィールド スーパーチャージャー/ 714.992.9292 / LittlefieldBlowers.com

プロチャージャー/ デビッド ターナー、マーケティング ディレクター / 913.338.2886 / ProCharger.com

ボルテック スーパーチャージャー/ 805.247.0226 / VortechSuperchargers.com