4気筒ツインスクロールシングルターボチャージャーはどのように動作するのでしょうか?

4気筒ツインスクロールシングルターボチャージャーは、ツインスクロール技術とシングルタービン設計を組み合わせたターボチャージャーシステムで、 

エンジンの応答性と効率性を向上させます。その仕組みを段階的に詳しく説明します。1. 基本構造：ターボチャージャーのコンポーネント

• タービン: エンジンの排気によって駆動されます。

• コンプレッサー：タービンによって駆動され、圧縮された空気がシリンダーに送られます。

• ツインスクロール: タービンの吸気口は 2 つの独立したスクロールに分割され、それぞれ異なるシリンダーの排気マニホールドに接続されています。

2. 4気筒エンジンの排気特性

• 点火順序: 4 気筒エンジンは通常、1-3-4-2 の順序で点火され、隣接するシリンダーの排気は 180° 間隔で配置されます。

• 排気脈動の干渉：すべてのシリンダーの排気が同じパイプに入ると、隣接するシリンダーの排気圧力波が互いに干渉し、 

その結果、タービンの効率が低下します (排気パルス干渉と呼ばれます)。

3. ツインスクロールのフロースプリット設計

• グループ化されたシリンダー接続: 2 つのスクロールがそれぞれ 2 つのシリンダー グループを接続します (例: シリンダー 1+4 が 1 つのグループ、シリンダー 2+3 が別のグループ)。

• 排気脈動を分離：各シリンダーグループの排気は独立したスクロールに入り、排気圧力波が互いに打ち消し合うのを防ぎます。 

排気エネルギーがタービンに効率的に伝達されることを保証します。

4. 排気エネルギーの有効利用・パルスターボチャージ効果：

◦ ツインスクロールは、排気パルスを大きな間隔で分離します（4気筒エンジンの排気間隔は180°です）。 

タービンが高運動エネルギーの排気ガスを継続的に受け取ることを可能にします。

◦ シングルスクロールと比較して、ツインスクロールは低速時に高い排気速度を維持できるため、ターボラグが減少します。

5. 単一タービンの利点

• 簡素化された構造：単一のタービンはツインターボシステムよりも軽量で安価です。

• 広い速度範囲: ツインスクロールの最適化により、単一のタービンで低速時に高速応答を実現しながら、高速時に大きな流量ブーストを維持できます。

6. ワークフローの例（4気筒エンジンを例に）

1. 排気段階：

◦ シリンダー 1 が作業を完了し、高温の排気ガスが第 1 スクロールを通ってタービンに流れ込みます。

◦ クランクシャフトが 180° 回転すると、シリンダー 4 が排気し、同じスクロールを通じてタービンを駆動します。

◦ シリンダー 2 と 3 の排気は、第 2 スクロールを介してタービンの反対側を交互に駆動します。

2. タービン駆動：

◦ 2 セットの交互排気パルスにより、特に低速時にタービン速度が速く上昇し、ヒステリシスが大幅に減少します。

3. 摂取量の増加：

◦ タービンがコンプレッサーを駆動して圧縮空気をインタークーラーに送り、冷却後にシリンダーに入力することで燃焼効率を向上させます。

7. パフォーマンス上の利点

• 低速トルクの向上：デュアルスクロール設計により、タービンはエンジンの1500〜3000 RPMで効率的に動作し、低速トルクが向上します。

• ターボラグの低減：排気パルスの分離により、ターボの応答速度がスーパーチャージャーに近づきます。

• 燃費：排出ガス規制を満たしながら燃焼効率を向上します（ターボ介入前の濃い燃焼を減らすなど）。

8. 典型的なアプリケーションシナリオ

• 家庭用高性能車:BMW N20 エンジン、フォルクスワーゲン EA888 第3世代 など、パワーとコストのバランスが取れています。

• 経済性とスポーティさのバランス：リニアな出力を必要とし、燃費を重視するモデルに適しています。

概要 4気筒ツインスクロールシングルターボチャージャーは、シングルターボ構造でツインターボに近い応答速度を実現 

軽量かつ低コストを考慮しながら、排気脈動を迂回させ、排気ガスのエネルギー利用を最適化します。 

この設計は、現代のターボチャージング技術におけるパフォーマンスと実用性のバランスをとるための典型的なソリューションです。