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ターボチャージャー
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ターボチャージャーとは、レシプロエンジンに取り付けられる装置で、排気エネルギーで吸気側の空気圧縮を行い、よりエンジン空気が多く入るようにするものである。

概要

エンジンの出を増大させるには燃料の量を増やす必要があるが、それだけ燃料を完全燃焼させるための空気量も増やさなければならない。このため、あらかじめ圧縮して密度の高い空気エンジンに供給するという「過給」が考え出された。

ターボチャージャーはこの過給方式の一種で、エンジンの排気エネルギーでタービンを回し、その回転コンプレッサーを回転させて空気圧縮し、高密度の空気エンジンに供給する。

エンジンの一部を使ってコンプレッサーを駆動する「スーパーチャージャー」という方式もあるが、ターボチャージャーは本来は大気に捨てられてしまう排気のエネルギーを利用するので、エンジン全体のエネルギー効率はより有利ということになる。

歴史

黎明と普及

最初にターボチャージャーシステムを提唱したのはスイスアルフレッド・ビュッヒである。1905年に特許が取得され、ルドルフディーゼルの発明したディーゼルエンジンとの組み合わせが図られた。第2次世界大戦前の1925年には完成し、彼らの手によってディーゼルエンジンターボを装着した船舶用として用いられた。

航空機エンジンへの適用は第二次世界大戦時にアメリカが実施、高高度を飛行する爆撃機、それを護衛する戦闘機エンジンにターボチャージャーが装備された。[1]

鉄道車両用ターボ

鉄道車両用としては、非電化線区用のディーゼルエンジン車両パワーアップ用としてこちらも割と古くから用いられてきた。日本においては、戦後ディーゼルカーエンジンとなったDMH17エンジン自然吸気式であった。だが、ディーゼル機関車においては1957年登場のDD13用のDMF31系エンジンターボを装着して好調な実績を上げた。国鉄ではこれをディーゼルカーに転用しようとしてキハ60系を作るも失敗。結局新開発された1966年登場のDML30系エンジンキハ181系キハ183系などに搭載されて、沿線にタービン音をかせながら快走することになる。

自動車用ターボ

こうしてターボ船舶用、鉄道車両用としては全に定着し、現代に至るまで用い続けられている。そして、航空機においてはジェットエンジンの発展で形からは外れることになったが、現在でも一部残るレシプロエンジン航空機で用いられている。

さて、ターボといえば「自動車の性アップさせる装置」という認識が一般的だが、その歴史も見ていこう。

上記の通り船舶用や航空機用としては戦前から存在していたターボだったが、自動車に搭載するにはまだまだ大掛かりすぎるシロモノだった。実用的レベルにまで小化されるには、1960年代まで待たねばならない。

1962年アメリカゼネラルモーターズから、「オールズモビルF85」「シボレー・コルヴェア」に初搭載された。そして、ドイツBMW社がモータースポーツで実戦投入の後に、1972年に「2002ターボ」を発売する。

1975年にはポルシェが「911ターボ」を発売。このは、当時日本で巻き起こっていたスーパーカーブームによって広く知られる存在となり、「ターボ付き=高性」という漠然としたイメージ日本人にも植え付けることになった。

1979年には初のターボとして、日産・セドリックおよび日産・グロリア(430)のターボ搭載モデルが登場した。

1980年代には他のメーカーも追随し、特に日産と自社グループターボシステムが生産できた三菱ターボを多く市場に投入することになった。

1990年代にはパワー競争が頂点に達し、数多くのターボ搭載モデルが生まれたが、21世紀に入ると乗用車市場の中心がいわゆるミニバンに移り、スポーツとしてのターボは一旦れることになる。

21世紀以後はいたずらに高性をもとめるよりは、小排気量で大排気量なみのドライビングを実現するためのターボシステム、いわゆる「ダウンサイジンターボ」が流となり、乗用車だけでなくバストラックなどの実用にも普及していくことになる。

余談だが、2021年現在において、日本自動車税の基準となる排気量は自然吸気(ターボチャージャーなし)でのエンジンと同様の扱いで判定されることになっている。
例えば、劇的に税金が安い軽自動車ターボを搭載することで、普通乗用車に匹敵する加速性を持たせることが出来る。

インタークーラー

ターボはその特性上、吸気側の空気圧縮熱によって高熱になる。それで空気が膨して薄まってしまう。これではせっかくの空気充填の効果が半減することになる。

そこで、ターボコンプレッサーからエンジンの吸気バルブまでの間に空気を冷却する装置を設け、充填効率をより上げようとするものがインタークーラーである。さらに、吸気の冷却はノッキング(混合気の異常燃焼)も起こりにくくするため、エンジン圧縮をより上げてパワートルク特性善することができる。自動車ターボにおいては、1980年代半ばから採用され始め、現代では当然の装備となっている。

バリエーション

ターボによるパワー供給を大きくする=供給する空気量を増やすにはどうするか?タービンを大きくしてより大量の空気を送り込めるようにすればいいというのが単純明快だろう。

一方、ターボが大化すると、大きなタービンが加速するまで多くの排気が必要となるため、エンジンが低回転(排気が少量)の段階ではが発揮できずいわゆる『ターボラグ』を生じる、そして加速したらしたで適正な排気量…一定の回転数で回り始めたタイミングで大きなパワー増大が発生する俗に言う『ドッカンターボ』という特徴のクルマにしてしまう。

ターボラグ』、『ドッカンターボ』共に運転者の意図しない挙動として表れやすく、いわばじゃじゃな印を受けやすい。扱い辛いということはコンマ数を削り合うレースにおいて明確な隙や弱点、危険な事故を産む脆弱性になりかねない。
それを解決すべく様々な取り組みがなされており、一言でターボチャージャーと言ってもバリエーションがある。

ツインターボ

「大きいターボターボラグの原因なら、小さいターボをたくさんつければいいじゃない」というシンプルな発想。ターボシステムの小化を図りつつ大ターボシステム並みの過給効果をねらったもの。

上記のターボラグ解消の他に、排気脈動のシリンダーからの排気をまとめることで、より効率よく排気エネルギーを拾えるというメリットもある。

欠点はなんだかんだターボ2個分の搭載スペースを要すること。小についてない・つけられないケースは多々ある。 また、小さくなってもターボなので、ターボラグは小さくなったとはいえ存在している。

日本では、トヨタマークIIチェイサークレスタにかつて搭載された1G-GTEU日産スカイラインR32・R33・R34GT-Rに搭載されたRB26DETTなどが知られている。

なお、このニコニコ大百科ではツインターボといえば競走馬名であり、そちらをテーマとした独立記事が先に立っている。
ターボ(過給機)の名前が付いているのに戦法にスタミナ酸素摂取量)が不足しがちという面いお

シーケンシャルターボ

ツインターボでも根本的にはターボラグは解消しきれない。これを解決すべく、低回転用の小さいターボと、高回転用の大きいターボセカンドタービン)を併設するというこれまた脳筋単純明快なシステムを用意したのがシーケンシャルターボである。
最初は小さいターボで加速し、適度な勢いがついた段階で大きいターボの加給に繋げていくことで、扱いやすさと大ターボ並みのピークパワーを両立できる。

欠点はやはり低回転域で大きなターボ仕事をしない分のロスがあること、両方のターボが回転を始めるタイミングとその出バランス次第で『ドッカンターボ』としての特性が現れてしまうなどのポイントがある。

日本での代表種はマツダRX-7(FD-3S)。漫画頭文字D」で高橋啓介が「セカンダリータービン止まってんじゃねーのか!?」と叫ぶシーンはよく知られている。

ツインチャージャー

上述の小ターボですら、ターボラグは解決できないなら、ドライブシャフトと一体となって、アクセル開閉と全連動しているスーパーチャージャーをターボチャージャーと併設すればいいじゃんというもの。

走りだしはスーパーチャージャーにより“山”のい加速が可で、スピードが上がる高回転域から大ターボによってピークパワーを伸ばすことができる。

一方、スーパーチャージャードライブシャフト…つまりタイヤに伝わるまでの経路でエネルギーを分けてもらう形式なので、エンジンが生む全体のパワーからのロスが相応にあること。
なにより性質の違う2つの機械を併設するためサイズや重量は論、2つの性質の違う機械的通りの滑らかな出として繋げる技術、そしてそれらを整備するコストバカにならない。

そのため、試験的にいくつかのモデルで搭載されたものの、流になっているとは言えない。
有名どころはフォルクスワーゲンTSIシステムなど。日本では昔から整備性度外視なきらいのある日産マーチR(スーパーターボ)ぐらいなので、どれほど難解なシステムか察しがつくかもしれない。

電動ターボ

「排ガスが出るまでターボは動かない」のがターボラグの原因なら、先に電動モーターで予め回してしまえばいいじゃないという解決法。

細かく分けると2つあり、前述の「ツインチャジャー」のスーパーチャージャー部分を電動モーターにすることで、ドライブシャフトに寄生することなく低回転域の過給をする方法(モーターチャージャー
もう一つは、ターボのタービンの中に電動モーターを仕込み、パワーが出る回転数まであらかじめ回転させる方法(電動アシストターボ)の2つがある。
いずれも応答性の高い電動モーター活用することにより、上述の機械式よりも滑らかなパワーの出方を実現させやすいと期待されている。
現代のF1で採用されているパワーユニットMGU-H(Motor Generator Unit - Heat)はこれの一種。

欠点は電動ゆえに専用の制御系と電池が必要になること。そして高回転ゆえに(特にターボ内蔵は)発熱への対処やモーターの耐熱性の問題をクリアする必要があるため、相応に技術とコストがかかる。
賢明な読者なら気づいたかもしれないが、「それ、ターボに回さず、直接タイヤを回すハイブリッド車でよくね?」問題もある。
新たな技術であるゆえ熟成されていない技術なので、どのように発展していくか注されるところ。

関連動画

関連静画

関連項目

脚注

  1. *航空機の過給技術。共に歩み、その技術は地上に継承。[内燃機関超基礎講座]exit 2021.12.26

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ターボチャージャー

15 ななしのよっしん
2021/03/13(土) 00:47:31 ID: Zqx1oXfmNq
熱効率は良いと言われるターボだが、排気流が狭い風車に押し込められるので詰まりになるため排気効率は悪い

もっと酷い事に、排圧さえ高めればいいと思い込んでるオーナーも居て、要らぬ負担をエンジン本体に与えてたりする。重要なのは排圧ではなく排気流量

その点、電動ターボエンジントルクを喰うスーチャーや排気の詰まるターボといったジレンマとは縁で、またモーターや積層バッテリの信頼性向上で現実味を帯びてはきたが、本格的に速さめるならケーニグセグやラ・フェラーリのようにダッシュキノコハイブリッドシステムを組んだ方が効率的という
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16 ななしのよっしん
2021/03/13(土) 19:32:39 ID: yFl4i8w6XK
エンジンパワーアップパーツということで、速い物の代名詞的な使われ方もしているね
それこそ競走馬ツインターボとかさ

でも電気自動車ポルシェタイカンにまで伝統のターボという名のグレードがあるのはどうなんだい?
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17 ななしのよっしん
2021/03/25(木) 21:41:44 ID: wUDUeSBtuB
???「ほう、Lツインターボ
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18 ななしのよっしん
2021/05/17(月) 19:27:14 ID: vzX6Fju9jG
世の中には
スーパーカブターボチャージャー付けたり
過給器8つ付けたマスタング作ったり
ムチクチャ改造するやつもいるらしい
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19 ななしのよっしん
2021/06/27(日) 11:43:07 ID: RNSPkbh96V
ディーゼルターボディーゼルエンジンが出てきた直後からのいわば伝統的な構成だけど、本邦だと山がちで低速からトルクフルな大排気量NAディーゼル較的小ディーゼルターボって二に分かれていた。
どっちかといえばディーゼルエンジンは長らくNAが流だったんだが、80年代辺りからディーゼルターボを載せてくるクルマが増え、七都府県規制ポスト新長期規制の頃にコモンレールや後処理装置とセットでほぼ全ターボ化され、その後にダウンサイジングが進んでいる。

個人的にはディーゼルターボよりは18L位のV8ノンターボの方が乗り易く感じるんだよな・・・。
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20 ななしのよっしん
2021/07/03(土) 15:24:06 ID: TjyXZRSURc
〉〉19
気持ちは分からないでもないが、ディーゼルエンジンの燃焼方式考えるとターボは相性が良すぎるからな
てか、今の環境規制ターボディーゼルが突破するのは結構しんどいのでは?

ガソリンの燃焼方式なら、必ずしもターボが有用でもいだがな
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21 ななしのよっしん
2021/10/20(水) 20:57:04 ID: Zqx1oXfmNq
時代に逆行したクアッドターボをすこれ
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22 ななしのよっしん
2022/05/12(木) 13:24:13 ID: 9zkY5H9Z+u
低回転時にはコンプレッサー空気を吹き付けてターボを回す、なんてやり方もあるらしい
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23 ななしのよっしん
2022/08/24(水) 21:20:26 ID: Zqx1oXfmNq
4G63だったかのランエボはエキマニにエアラインあるので、純正に少し加工すればアクセルオフでブローオフされる空気を排気管に流してターボラグを軽減できる

そこからミスファイアリングとなると燃調弄ったりメタルキャタライザー入れたりとだいぶ手間掛かるが
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24 ななしのよっしん
2023/12/12(火) 11:00:47 ID: dsQfXCtZOt
今のF1の独特でややこしいパワートレインではスプリットターボなる方式があるが、そんなに独自色の強い方式って他にどんなものがあるだろう
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