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ターボチャージャー、ダウンサイジングターボ、スーパーチャージャーとはどのようなものでしょうか?

これらはまとめて過給機と呼ばれていますが、過給器とはどんな仕組みなのでしょう?

自然吸気エンジンと過給器付きエンジン

自動車のエンジンは主に分けて二種類あります。

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それは自然吸気エンジンと過給器付きエンジンです。

過給器には主にターボチャージャーとスーパーチャージャーがあり、それらの搭載されたエンジンを過給器付きのエンジンと呼びます。

l201302020000著作者:Sho Yamada

エンジンの圧縮比の違い

過給器とはその名の通り吸入行程でエンジンに空気を押し込むものです。

自然吸気エンジンは負圧でシリンダーに空気を吸入するのに対して、過給器付きエンジンは過給を行ってシリンダーに空気を押し込むので、自然吸気エンジンと同じ圧縮比ではエンジンが壊れてしまいます。

そのため、過給器付きエンジンの場合は自然吸気エンジンよりも圧縮比を少し落として過給圧を上げられるようにしています。

自然吸気エンジン

エンジンの吸入行程の際に負圧で空気を吸い込み、燃焼させた空気はそのままマフラーから排出します。全ての基本となるエンジンです。

Natural Aspiration(自然吸気)を略してしばしばNA(エヌエー)と呼ばれます。

lgf01a201306091100著作者: Hiroboy69

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ターボチャージャー付きエンジン(ターボエンジン)

自然吸気エンジンとは異なり、排気ガスはタービンを回した後にマフラーから排出されます。

タービンは同軸上の吸気配管にコンプレッサーが配置されており、タービンが回るとコンプレッサーも回るように軸で直結されています。

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エンジンが低速回転の時は排気ガスの流量が少なく、タービンの回転速度が遅いのでコンプレッサーによる過給は行われず自然吸気エンジン同様に負圧で空気を吸入していますが、エンジンの回転が上がると排気ガスの流量が増えるので、タービンとそれに直結されたコンプレッサーの回転速度が上がってくるのでそれに伴って過給圧が上昇します。

ターボチャージャーはエンジンの排気ガスを利用するため、エンジンが高速回転になっても効率よく過給が行えます。

空気はコンプレッサーの熱で熱くなったり、圧縮されて熱くなったりするので、インタークーラーを用いて冷却し、空気の密度を高めることで充填効率を向上させているものも多くあります。

ターボチャージャー付きエンジンの過給圧(ブースト圧)はエンジンによって違いはありますが、一般的に最大で0.7kg/cm^2。

高いものは最大で1.5kg/cm^2程度かかるものもあります。

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ターボチャージャーのメリット

  • 過給圧を上げることで自然吸気エンジンよりも多くの空気をシリンダーに充填することができるため、同じ排気量の自然吸気エンジンよりもパワーを出すことが出来る。
  • ターボチャージャーを取り付けてエンジンのパワーアップを図る方が、排気量を大きくしてパワーを出すよりもエンジンの制作費が安く、かつエンジンも軽量にできる。
  • 自動車税が自然吸気エンジンと同じで、単純に排気量だけの計算になる。

ターボチャージャーのデメリット

  • 自然吸気エンジンに比べてエンジンが低速回転時のトルクが小さく、過給が始まるまでパワーが出にくい(ターボラグ)。
  • 第3項目

ターボチャージャー搭載車(ターボ車)にはどんな車がある?

現在、ターボチャージャーは多くの車で使われています。

軽自動車でもグレードによってはターボチャージャーがついていたり、ずいぶん前から一般的にもよく使われるようになりました。

昨今の軽自動車は車重が重くなってきていますが、排気量は660ccよりも大きくできないのでターボチャージャーを付けてパワーアップさせているのが現状です。

また、ターボ車はアイドリングストップが付いていない車種も多くあります。

ターボ車の場合はアイドリングでも燃料を多めに噴射するので、頻繁にエンジンを停止してしまうとスパークプラグがくすぶりやすい状態となります。

そのため、アイドリングストップを行わないものもあります。

スーパーチャージャー付きエンジン

スーパーチャージャーも過給器の一種ですが、構造はターボチャージャーとは異なり、動力に排気ガスは利用せず、クランクシャフトプーリーからベルトで直接駆動されることによって動きます。

スーパーチャージャーのメリット

  • ターボチャージャーに比べて、エンジンが低速回転時からの過給の立ち上がりが良いため、低速回転域でのレスポンスに優れる。

スーパーチャージャーのデメリット

  • ターボチャージャーに比べ、エンジンが高速回転時の過給効率が非常に悪い。
  • 過給圧があまり上げられない。
  • 動力をクランクシャフトプーリーから取っているので燃費が悪くなる。
  • ベルト駆動なのでベルトを定期的に交換する必要がある
  • ターボチャージャーよりもメカニカルノイズが大きい

スーパーチャージャー搭載車にはどんな車がある?

日産のノートは現行型でスーパーチャージャーを採用していますが、国産車でスーパーチャージャーを搭載している例はあまりありません。

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以前にスバルのプレオなどに搭載されていた例はありますが、国産車の場合、過給器を付ける場合はスーパーチャージャーではなくメンテナンスの楽なターボチャージャーを付ける場合が多いです。

エンジンのダウンサイジング

排気量の大きな自然吸気エンジンから、排気量の小さなターボチャージャーまたはスーパーチャージャー付きエンジンに変更し、エンジンパワーを同等か最低限の低下に抑えるための技術です。

ダウサイジングのデメリット

  • 排気量の大きい自然吸気エンジンと同じパワーを出す場合は、ダウンサイジングを行った方が燃費が良くなる。

ダウサイジングのデメリット

  • ターボチャージャーやスーパーチャージャーのデメリットと同じです。

ダウンサイジングエンジン搭載車

同じ車種で排気量の大きな自然吸気エンジンから、排気量の小さなターボチャージャーまたはスーパーチャージャー付きエンジンに変わった場合はダウンサイジング化されたと言えます。

ホンダのステップワゴンや日産のノートなどがその一例です。

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ターボチャージャー搭載車のメンテナンス

ターボチャージャー搭載車は自然吸気エンジンよりもエンジンオイルには特に気をつけなくてはなりません。

粘度はもちろんのこと交換時期も非常に重要になってきます。

エンジンオイル管理を怠るとターボチャージャーの故障に直結します。

はじめに言っておきますが、ターボチャージャーというものは安い部品ではありません。

軽自動車用エンジンに使われるターボチャージャーのリビルト品(再生品)でも部品だけで最低7,8万円、2000ccクラスのターボチャージャーであれば20万円以上かかるようなものもあります。

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さらにここに工賃もかかりますから、壊れたら多額の出費になります。

エンジンオイルの管理をしっかりしていても走行距離が多ければ寿命を迎えてしまう場合もありますが、エンジンオイルの管理を怠って一番ダメージを受けるのはエンジン本体よりもターボチャージャーです。

ターボチャージャーは10~20万回転/分というエンジンの回転数とは比較にならないくらい高速回転しています。

そのターボチャージャーの回転軸を潤滑しているのもエンジンオイルです。

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純正品のターボチャージャーは耐久性重視のため、ボールベアリングではなくエンジンオイルを使ったフルフローティングベアリングを採用しています。

ターボチャージャーの軸をエンジンオイルの油圧で浮かせて摩耗を防いでいるのです。

エンジンオイル交換を怠ったらどうなるか・・・お分かりですよね?

エンジンオイル交換よりもずっと高い修理費が待っています。

エンジンオイル交換を怠ったばかりにターボチャージャーが寿命を迎えてマフラーから大量に白煙を吹くようになってしまうということも少なくありません。

そうならないようにエンジンオイルの交換はしっかりと行いましょう。

(ライター:自動車整備士 SkyLight)

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