ターボとは
ターボとは、ターボチャージャーの略称であり、排気ガスの力を利用してエンジンに空気を送り込む過給機の1種です。
排気ガスの力でタービンを回転させ、その回転を利用してコンプレッサーを駆動します。コンプレッサーは吸気管に取り付けられており、空気を圧縮してエンジンに送り込みます。これにより、エンジンに送り込まれる空気の量が増え、エンジンの出力が向上する仕組みです。
ターボを搭載したターボエンジンに対して、非搭載エンジンを自然吸気 (NA) エンジンと呼びます。ターボエンジン車は同排気量のNAエンジン車に比べて大きなパワーが出せることが大きなメリットです。
ターボの使用用途
ターボは、レースカーをはじめとする高性能車両や、トラックやバスなどの大型車両に広く使われています。これらの車両には高出力のエンジンが必要で、ターボを使用することでエンジン出力を増強し、高速道路などでの加速性能を向上させることができます。
また、小排気量のエンジンでも大排気量のエンジン並みの出力を得ることができるため、燃費の良い車や低排出ガスの車にも搭載されています。デメリットは、ターボ搭載にともなう部品数の増加で、車体の価格は通常高くなり、故障のリスクは大きくなることです。また、ターボの使用が燃費の低下につながることがあります。
ターボの原理
ターボの原理は、タービンの回転によって吸気を圧縮し、エンジンへの送る空気 (酸素) の量を大きくすることでエンジン出力をあげることです。基本的なエンジンは、空気と燃料を混ぜて気化させた混合気に着火し、シリンダー内で混合気が爆発・膨張するエネルギーによって駆動力を生じます。
ここで、より多くの空気を取り込むほど、燃焼する酸素分子数が増え、より大きな爆発・膨張エネルギーが得られます。ターボエンジンはターボによる過給でシリンダー内に導入する空気の重量を増やすことが可能で、自然吸気エンジンよりも大きなエネルギーを得られるようになります。
一方で、エンジンの低回転域では排気ガスが少ないため、過給効果が生まれず、期待したエンジン出力が出ないことがデメリットとして挙げられます。過給効果を出すためには排気ガスを増やしてタービン回転数を上げなければいけませんが、アクセルを踏みと同時には回転数は上がりません。過給効果が出るまでの遅延をターボラグと呼び、ターボラグを減らすための工夫が各メーカーで行われています。
ターボの構造
ターボは、風車のようなタービンが2つ連結した構造をしています。排気側のタービン (タービンホイール) が回転すると吸気側のタービン (コンプレッサーホイール) も連動して回転し、吸気を圧縮します。そして、圧縮された空気はエンジンに送り込まれます。このようにターボは、排気の圧力を利用し空気を圧縮することで過給を実現しています。
ターボにより圧縮した空気は温度が上がり、空気の密度が下がります。空気の密度が下がることは、酸素濃度が低下してるということです。このため、圧縮空気を冷却して密度を上げる目的で、インタークーラーと呼ばれる部品がタービンとエンジンの間に設置されています。
インタークーラーはラジエーターに似た構造をしており、走行風や冷却水により圧縮した空気を冷やして空気の密度を上げ、エンジンの出力低下を抑えます。
ターボの種類
ターボは、タービン数の違いにより数種類に分類されます。ターボエンジン車のほとんどは、タービンを1つ搭載したシングルターボ、2つのツインターボのいずれかですが、高価な車にはタービンが3つのトリプルターボ、4つのクアッドターボを搭載したモデルもあります。
1. シングルターボ
エンジンに1つのタービンを取り付けるタイプで、コストが抑えられることが特徴です。小型の車両に採用されることが多く、エンジンの低回転域から高回転域まで幅広い回転数帯で出力向上を実現します。
1つのタービンで幅広い回転数帯をカバーするため、低回転域での出力向上効果が高回転域に比べると低くなりがちです。
2. ツインターボ
エンジンに2つのタービンを取り付けるタイプで、シングルターボよりもターボラグを小さく、高出力とレスポンスを両立したターボです。エンジン回転数によって、1つのタービンだけの使用、2つのタービンの同時使用を切替えることができます。
シングルターボのタービンより小型のタービンであることが一般的で、これにより少ない排気量でもタービンが回転し、コンプレッサーの駆動が可能です。