ナンでもカンでも電動化 その４
2017/06/06 公開
ワタクシメ、外国語はほとほと苦手ですが、スペイン語やドイツ語、フランス語などの名詞には男性名詞と女性名詞の区分があることくらいは知っております。
女性を連想させるものが女性名詞で、男性を連想させれば男性名詞・・・という名詞ももあれば、全然理解不能な場合もあるそうです。
ちなみに、クルマは女性名詞だそうで、これはナントナク納得できます。
で、ワタクシメ、想像しますにターボは絶対に男性名詞です。
ググってみました。
Googleの翻訳サイトで「a turbo」と入力するとフランス語は・・・
ワタクシメ、外国語はほとほと苦手ですが、スペイン語やドイツ語、フランス語などの名詞には男性名詞と女性名詞の区分があることくらいは知っております。
女性を連想させるものが女性名詞で、男性を連想させれば男性名詞・・・という名詞ももあれば、全然理解不能な場合もあるそうです。
ちなみに、クルマは女性名詞だそうで、これはナントナク納得できます。
で、ワタクシメ、想像しますにターボは絶対に男性名詞です。
Un turbo
やった！やりました！
フランス人もターボは男だと思っているのです！
（unは男性名詞の定冠詞）
だってそうではありませんか！
考えてみてください。
読者オッサン諸兄がまだ若かった頃、 ダイハツ ミラ と聞いたら可愛らしい女の子が乗っていると思いませんでしたか？
ところが、ミラ ターボときたら、ちょっとヤンキー色のかかったおニーチャンを想像します。
スカイライン ＲＳ ターボ ときたら、絶対に女性のクルマとは思えません。
シルビア Ｊｓときたら、もしかしたらワンレンのおネーチャンが・・・と妄想できますが、Ｋｓときたら絶対に走り屋のおニーチャンです。
そのくらい、ターボは男・・・イヤ、 漢 であったのです！
ご時世ですから、こんなことを主張したらジェンダーフリーな方々から差別主義者のレッテルを貼られそうですが、実際当時はそうであったし、それにこのサイトをご覧いただいている方の９７％はオッサンだと思うので書いちゃいました。
さて、そのターボ。
これまでターボラグと熱とノッキングとの闘いでした。イエ、闘いはまだ続いています。
そのうち、熱とノッキングは本題から逸れるので、別記事に譲ります（そのうちに掲載するつもりです）。
ここではターボラグです。
まずはターボの原理を。
もうメカ好きの読者オッサン諸兄には釈迦に説法ですね。
エンジンの排気ガスで羽根車（タービンホイール）を回し、それが同軸上にある吸気側の羽根車（コンプレッサーホイール）を回して空気を圧送。
その際に空気の温度が上がって密度が下がってしまうためにインタークーラーで冷却。
上図はエンジン回転数が十分に高まっている状態です。
エンジン回転数が低いと、十分な排気ガスがタービンに供給されず、タービンホイールの回転数が上がりません。
当然、同軸上のコンプレッサーホイールの回転数も低いままで、エンジンに供給される空気量（ブースト圧）は一向に増えません。
つまり、エンジン回転数が低いときには、ターボが効かない。
この期間がターボラグです。
ターボラグの間はターボが仕事をしないだけではなく、吸気される空気にとってコンプレッサーホイールは流れの邪魔をする抵抗に過ぎず、排気ガスにとってもタービンブレードはただ邪魔だけです。
もちろん、インタークーラーだって吸気の抵抗になります。
さらに、今回は触れませんが、ノッキングを防ぐため、一般的にターボエンジンの圧縮比は自然吸気エンジンより圧縮比が低い。
こういった理由によって、同排気量のエンジンであれば、ターボが効いていない間のターボエンジンは、自然吸気エンジンよりダメダメなのです。
この極端な例が、昔のドッカンターボです。
ブースト圧が上がらないエンジン低回転では、エンジンはスカスカ。
ところがターボが効き始めるとドッカーンとトルクが出て、ドライバーである当時は若かったオッサンの頭部はヘッドレストに押し付けられ、
不幸にもタイヤのグリップ力がギリギリのところでコーナーリングしている時であれば、クルマはあさっての方向に飛んでいくのです。
しかも一般的にはターボエンジンの最大許容回転数は低いので、このドッカンは刹那的です。
この短時間のドッカンをものの見事にコントロールする。
これこそが、ターボが「漢」である理由に違いないのです。
お客さまの大部分が刹那的、かつ暴力的加速力に魅力を感じていただける「漢」であればよいのですが、そうもいきません。
ですので、自動車メーカーとしてはナントカしてターボラグの小さい、スムーズに加速するクルマにしなければならなかったのです。
それでは、ターボラグ撲滅の、言い換えると、如何に低回転で羽根車を回すかの技術進歩の歴史を、順を追ってみていきましょう。
ウエストゲート
ナニを無駄にするるかと言えば、排気ガスエネルギーです。
第二時代戦後期に米陸軍で使用されたリパブリック Ｐ-４７ サンダーボルトに搭載された、プラット アンド ホイットニー社製Ｒ-２８００ ダブルワスプ エンジンにはすでにウエストゲートが採用されていたようなので、おそらく自動車用ターボチャージャーには最初から付いていたのかと思います。
エンジン最高回転数時の排気ガス圧に合わせてでっかいターボを付ければ、最高出力は上がるでしょうが、低～中回転ではスカスカエンジンです。
そのため小さなターボを付けるのですが、そうなったらそうなったで、今度は高回転時に排気ガス圧が高くなり過ぎ、羽根車は過回転となって壊れてしまいます。
そこで登場するのがウエストゲートで、作動は以下の通りです。
文字通り、エンジン高回転時は排気ガスの一部を無駄に捨ててタービンの過回転を防ぎます。
高回転での過回転を防ぎ、中回転でターボが効くようにはなりますが、低回転時のスカスカにはさほどの効果がありません。
ツインターボ
で、思いついたのが、小さなターボを２個つけちゃう。
６気筒エンジンの場合ですと、３気筒ごとに１個の小さなターボをくっつけ、低回転時からターボが効くように狙った仕組みです。
日本最初のツインターボエンジンは、トヨタの１Ｇ-ＧＴＥＵエンジで、ソアラ（Ｚ２０型）とかマークⅡ兄弟（７０系）などに搭載されました。
バブル花盛りのことです。
懐かしいですね。
覚えていますか？ グランデとかスーパールーセントとかアバンテとか・・・
シーケンシャルターボ
最初にこの方式を採用したのが、１９８６年にデビューしたポルシェ ９５９。
何から何まで衝撃の最先端技術を採用した９５９でしたが、その衝撃の一つが直列式のシーケンシャル ツインターボでした。
現在では、ガソリンエンジンへの採用例は少ないようで、主にディーゼルエンジンで使われています。
続いて並列式シーケンシャルターボです。
こちらはトヨタ スープラ（８０型）の２ＪＺ‐ＧＴＥエンジンなどで採用されました。
ツインスクロールターボ
低回転時は排ガス流量が少ないため、流路の面積が狭くなるよう１本の流路とし、排気ガスの流速を速め、タービン回転が早く上昇するようにします。
高回転時には、排ガス流量が増えるため、流路を２本使います。
日本車では、２代目 マツダ サバンナ ＲＸ－７（ＦＣ型）の１３Ｂ－Ｔエンジンに最初に採用されたようです。
現在では、このタイプのツインスクロールターボはほとんど見かけないようです。
ツインスクロールターボには、もう一つ種類があります。
こちらのタイプは、排気干渉を抑えるための仕組みです。
１－３－４－２の点火順序の４気筒エンジンで考えてみると、１番シリンダーの排ガスがタービンに流れ込んでいるときに３番シリンダーの排ガスまでやってきて、お互いにその流れを邪魔しようとする。
そこで、１番と４番、３番と２番のマニホールドをまとめて、排気ガスが流れ込む間隔を大きくすることで排気ガスが干渉することを防ぐ目的で使われています。
現代のエンジンでツインスクロールターボといえばコチラになりますが、コチラはターボの効率を上げるためで、ターボラグ撲滅を主目的とはしていません。
可変ジオメトリーターボ
ＡＴも最初は２速であったものが、今や１０速、または無段階のＣＶＴ。
エンジンのバルブタイミングを変化させる機能（ＶＶＴ：トヨタ、ＮＶＣＳ：日産）も最初は２段階でしたが、今では無段階。
ターボも例外ではありません。
ツインスクロールターボは２段階切替でしたが、すぐに無段階化が始まりました。
可変ジオメトリーターボです。
可変ノズルターボ、可変翼ターボなどメーカーによって呼称が様々ですが、ここでは可変ジオメトリーターボ（以下ＶＧＴ）とします。
１９８５年、日産 セドリック / グロリア（Ｙ３０型）のＶＧ２０ＥＴエンジンにジェットターボの名称で搭載されました。
このジェットターボは、１枚の絞り弁（ベーン）でタービンハウジング内の流路を絞ったり広げたりすることで排気ガス流速を調整することができます。
続く１９８８年、初代ホンダ レジェンド（ＫＡ型）のＣ２０Ａエンジンには、ベーンを４枚にしたウイングターボが登場。
ジェットターボとかウイングターボとか、この時代はネーミングが中二病まるだしです（涙
３年で４倍に増えたベーンの数ですが、現在ではたくさんの小さなベーンを備えています。
作動は以下の通り。 左が日産のジェットターボ、右が現在一般的なＶＧＴです。
プラス 機械式スーパーチャージャー
ターボは排気ガス圧力を利用して吸気をエンジンに押し込んでいるのに対し、機械式スーパーチャージャーはクランクシャフトからベルトを介して圧縮機を回してエンジンに空気を押し込みます。
機械式スーパーチャージャーのメリットは、エンジンで回すので排気ガス圧力が低くても十分なブースト圧を作り出すことができるコト。
デメリットは、エンジンがエンジン回転数が高くなると、圧縮機の抵抗が大きくなりすぎてエンジン出力を無駄に食ってしまうコト。
まとめると、エンジン低回転時はＯＫで、高回転時はＮＧ。
ヲヲヲ！ エンジン低回転時にはＮＧで、高回転時にはＯＫのターボと真逆ではありませんか！
コリャ、手を取り合い助け合うしかない！
と、出来上がったのが１９８９年の日産 マーチ スーパーターボ（嗚呼、中二病！）のＭＡ０９ＥＲＴエンジン。
２００８年にもフォルクスワーゲン ゴルフⅥには１．４Ｌにターボと機械式スーパーチャージャーが併用されました。
最近では、ボルボ Ｘ９０に搭載されたＢ４２０エンジンに採用されています。
このエンジン、２．０Ｌのくせに最高出力３２０馬力！
０．９３ＬのＭＡ０９ＥＲＴが１１０馬力（しかもこの当時はたぶんグロス表示）ですから、３０年の時の流れを感じます。
高回転時になると、機械式スーパーチャージャーの仕事は、
吸気を圧縮することで得られる出力増加 ＜ スーパーチャージャーで圧縮するために使うエンジン出力
となってしまうため、適当な回転数でプーリーの電磁クラッチを切ったり、吸気をバイパスさせたりして作動を止めてしまいます。
これまでターボラグを減らす方法を延々と書いてきましたが、では究極のターボとはどのようなものでしょう？
ワタクシメ思いますに、ＢＭＷ Ｘ５ Ｍ５０ｄに搭載されたＮ５７Ｓエンジン（ディーゼル）にトドメを刺します。
最近のディーゼルエンジンの傾向として、安価なクルマにはＶＧＴを１個。
ちょっとお値段がアレなクルマになると、直列のシーケンシャルターボとなるようです。
ところあこのＮ５７Ｓエンジン、ターボが３個ついています。
小型のＶＧＴターボ２個を並列に、さらにそのうちの１個に大型ターボを直列接続しています。
低回転時には１個目のＶＧＴ、中回転時には直列ターボ、高回転時には残りのＶＧＴを作動させます。
ちなみにＢＭＷ Ｘ５ Ｍ５０ｄ、この記事の公開日時点では日本国内では販売していないようなので、英国のＢＭＷサイトを覗いてきました。
価格は￡６８，６２０、およそ９，８１２，０００円。
ターボ３個で１千万・・・
ターボだろうがナンだろうが、金さえ出せば大抵のモノは手に入るんだなァ～
経済的に成功したオッサンの高笑いが聞こえます。長～い、長～い前置きがようやく終わりました。
ナンとかターボラグを減らそうと、あの手この手を尽くしてついにたどり着いたのが電動ターボです。
正直に申し上げます。
これまで延々とターボの改良の話をしてきて、最後にたどり着いたのが電動ターボ、というオチならスムースな流れなのですが、 「排気ガスを利用した過給器」がターボチャージャーの定義であるなら、電動ターボはターボではありません。
しかし、見た目の形で言えば、実にターボっぽい。
禅問答かよッ！
と怒らないでください。スマホだって、電話より小型モバイルコンピューターとして使う方が圧倒的に多いのに、未だにスマートフォン（賢い電話）って呼ぶじゃないですか。
ですので、電動ターボは正確には電動スーパーチャージャーですが、このサイトでは見た目を優先して電動ターボで突破させていただきます。
最初に採用したのは２０１６年のアウディ Ｑ７のＶ６ ＴＤＩエンジン（ディーゼル）。
使い方は機械式スーパーチャージャーと同様です。
このシステム、ちょっと気になるトコがあります。
電動ターボがインタークーラー下流に配置されています。
電動ターボでは過給した空気の温度が問題にならない程度にしかブースト圧が上昇しないのか、
あるいは、高回転時に本物ターボで過給して熱くなった空気がインタークーラーで冷やされる前に電動ターボに当たると熱的に問題が発生するのか・・・
電動ターボをインタークーラー上流に置いて、過給した空気を冷やした方が・・・と考えるのはシロウトの浅知恵でしょうか・・・？
この電動ターボ、この５月にはメルセデスベンツ Ｓクラスにも採用されました。
こちらは３．０Ｌのガソリンエンジン用です。
そしてもう一つ、大事なことがあります。
自慢いたしますと、この電動ターボ、ワタクシメは「よろしくメガドック」を愛読していた中学生のころから考案しておりました。
あの世界的企業のアウディやメルセデスベンツに先駆けること３５年です。
ただし問題は、考案しただけ・・・と言うことでした。しかし、田舎の中学生が思いつくようなことが、ドーして３５年も実用化されなかったのでしょうか？
賢明な読者オッサン諸兄なら、上のアニメーションをご覧いただいた時点でお気づきかと思います。
そう、４８Ｖバッテリーです。
どうやら電動ターボ、１２Ｖでは動かないようなのです。
そこで既存の電装系に４８Ｖ系を加えて、その高電圧で電動ターボを高速回転させる。
こんなイメージかと思います↓
この４８Ｖ電装システム、ヴァレオやボッシュ、ボルグワーナーなど海外の部品メーカーが自動車メーカーに売り込みをかけているらしいのですが、
使い道としてはターボだけではなく、マイルドハイブリッドや電動パワステなどまで考えているようです。
さて電動ターボに４８Ｖ電装システム、今後流行るでしょうか？
そう考えたとき、ホンダの創始者本田宗一郎さんの言葉がよぎりました。
ホンダ １３００というクルマを開発している時のコトだそうです。
このホンダ １３００、１９６９年発売開始で空冷エンジン搭載でした。
水冷エンジンでいくか、空冷エンジンでいくか、開発陣と空冷エンジン好きの宗一郎さんの間で激しい対立があったそうです。
結果的に、宗一郎さんの一言で空冷エンジンが採用となり、そのせいかどうか商業的には大失敗。
ワタクシメも実車を見た記憶はありません。
で、その一言とは
エンジンを冷やした水を空気で冷やすなら、はじめからエンジンを空気で冷やせ！
なるほど、理がありそうにも聞こえますが、現在自動車用空冷エンジンが存在しないことを考えると、さすがの宗一郎さんもこの点については間違っていたことになります。話をもどして電動ターボ ＋ ４８Ｖ電装です。
タブン、宗一郎さんならこう言います。
モーターでターボを回して、その過給圧でクルマを加速させるなら、はじめからモーターでクルマを加速させろ！
読者オッサン諸兄の中に「工場萌え」の方はどのくらいいらっしゃいますでしょうか。
ワタクシメは、ツアーに参加するほど「萌え」ではありません。
しかし、縦横に無数に走るパイピング、天高くそびえ立つ煙突、ダクト、階段、支柱、タンク、バルブ・・・それら構造物が複雑に絡みあう姿を見ると畏敬の念を感じずにはいられません。
こちらは旧帝国海軍の戦艦 大和。
巨大な主砲、無数の高射砲群、武骨な艦橋、マストに煙突、偵察機用のカタパルトに回収用のクレーン・・・
どう見ても工場萌え度ＭＡＸです。
一方、コチラは米海軍の最新鋭ミサイル駆逐艦 スムウォルト。
・・・どうでしょう、ゼンゼン萌えません。
話をクルマに戻して、こちらはジャガー インジウム エンジン。
クランクシャフト、オルタネーター、パワステポンプ、エアコンコンプレッサー、ウォーターポンプのプーリーに加え、ベルトの張りを調整するテンショナープーリーやアイドラプーリーの数々。
もう萌え萌えです。
そして日産 ノート ｅ－Ｐｏｗｅｒ搭載のＨＲ１２ＤＥエンジン。
パワステも、ウォーターポンプも、エアコンコンプレッサーも電動化され、しかもハイブリッドですから発電機はミッション側にあります。
おかげでエンジン前面はスッキリ。
１本のベルトもありません。
さらにもう一枚。
ＢＭＷ Ｎ５７Ｓエンジンのトリプルターボです。
もう、ナニがナンだかわからないくらい複雑にパイピングが絡み合っています。
そしてボルグワーナーの電動ターボことｅＢｏｏｓｔｅｒ。
もうクルマ趣味はやめて、工場萌えマニアになろうかな～
（新しい電動パーツがが登場するまで、ひとまず)
完