シーケンシャルターボ：加速を極める二段構え

シーケンシャルターボ：加速を極める二段構え

排気の流れを制御する

車の速さを左右する要素の一つに、空気と燃料の混合気を燃焼させるエンジンの働きがあります。エンジンに送り込む空気の量を増やすことで、より大きな力を生み出すことができます。その空気の量を増やすための装置の一つが、排気の流れを利用した「ターボ過給機」です。ターボ過給機は、エンジンの排気ガスを利用して羽根車を回し、その回転の力で空気を圧縮してエンジンに送り込みます。まるで扇風機のように、勢いよく空気を送り込むことで、エンジンのパワーを高めているのです。

シーケンシャルターボとは、このターボ過給機を複数個搭載し、排気の流れをうまく切り替える技術です。低回転域では小さなターボ過給機を、高回転域では大きなターボ過給機をと、エンジンの回転数に合わせて最適なターボ過給機を作動させます。これは、リレー走でそれぞれの走者が自分の得意な区間を走るように、それぞれのターボ過給機が最も効率よく働く場面で力を発揮する仕組みです。

具体的には、排気管の中に仕込まれたバルブ（弁）を開閉することで、排気ガスの流れ道を変え、どのターボ過給機を回すかを決めています。まるで線路の切り替えポイントのように、排気ガスの流れを制御することで、常に最適なターボ過給機が働く状態を作り出します。これにより、エンジンの回転数にかかわらず、力強い走りを実現することが可能になります。低回転域から湧き上がるような力強さと、高回転域まで続くスムーズな加速は、この巧みな排気の流れの制御があってこそ実現できるのです。

直列式と並列式

エンジンに空気を押し込む装置、過給機。その中でも排気ガスの力で羽根車を回し、空気を圧縮する仕組みを持つのが排気ターボです。ターボを複数組み合わせることで、エンジンの回転数に応じてより効率的に過給を行う技術がシーケンシャルターボです。シーケンシャルターボには、大きく分けて直列式と並列式の二つの方式があります。

直列式は、エンジンの回転数が低い領域では小さなターボだけを使い、回転数が上がると大きなターボへと切り替える方式です。まるで自転車の変速機のように、状況に合わせて最適なターボを使うことで、効率の良い過給を実現します。小さなターボは排気ガスの勢いが弱い低い回転数でもよく回り、滑らかな加速を可能にします。街乗りなどで多用する低い回転数領域では、この小さなターボが活躍します。そして、高速道路の合流や追い越しなどでエンジン回転数が上がった際には、大きなターボへと切り替わります。大きなターボは大量の空気を圧縮できるので、力強い加速を体感できます。まるでターボがもう一つ付いたように、パワーが大きく増す感覚です。

一方、並列式は、低い回転数領域では一つのターボを使い、高い回転数領域では二つのターボを同時に使う方式です。こちらも、回転数に応じてターボを使い分けることで、全回転域で優れた性能を発揮します。低い回転数領域では、一つのターボで十分な空気をエンジンに送り込むことができます。そして、高い回転数領域になると、二つのターボが同時に作動し、より多くの空気をエンジンへ送り込みます。これにより、高回転域まで力強い加速を維持することが可能です。直列式のようにターボを切り替えるのではなく、ターボを足し算していくイメージです。

このように、直列式と並列式はそれぞれ異なる仕組みでエンジンの性能を引き出します。どちらの方式が優れているかは一概には言えず、エンジンの特性や車に求められる性能、そして運転する状況によって最適な方式が選ばれます。それぞれの方式の特性を理解することで、より深く車の性能について知ることができるでしょう。

切り替え時の課題と解決策

二つの羽根車を繋ぐ、連続的な過給（シーケンシャルターボ）方式は、車の発進時から力強い走り出しと、高速域での伸びやかな加速を両立させる魅力的な技術です。しかし、この技術には、小さな羽根車から大きな羽根車へと切り替わる瞬間に、滑らかな繋がりを実現することが難しいという課題がありました。切り替えの際に、急激な力の変化が生まれると、乗っている人は加速のぎこちなさを感じてしまい、快適な運転を損ねてしまうのです。

この課題を解決するために、様々な工夫が凝らされています。その一つが、二つ目の大きな羽根車を、切り替え前にあらかじめ回転させておく技術です。まるで陸上競技のバトンパスのように、最初の羽根車が仕事を受け渡す前に、次の羽根車が準備を整えておくことで、滑らかな切り替えを実現しています。これにより、ドライバーは、まるで一つの大きな羽根車が途切れることなく働き続けているかのような、スムーズな加速感を味わうことができます。

また、排気の流れを精密に制御する技術も重要です。切り替えの瞬間に、排気の流れが乱れると、力の発生にムラが生じてしまいます。そこで、コンピューター制御によって排気の流れを緻密に調整し、常に最適な状態を保つことで、スムーズな切り替えを実現しています。

さらに、羽根車の形状や材質の改良も進んでいます。より軽く、より応答性の高い羽根車を開発することで、切り替え時のタイムラグを最小限に抑え、より自然な加速感を実現しています。

技術の進歩は留まることを知らず、これらの技術革新により、より滑らかで、より反応の良い連続的な過給方式が実現されています。これにより、ドライバーは、どんな速度域でもストレスを感じることなく、快適な運転を楽しむことができるのです。

高性能車への応用

高性能を追い求める車にとって、滑らかで力強い加速は欠かせない要素です。　まさにこの領域で、二段階順次作動過給機（シーケンシャルターボ）はその真価を発揮します。スポーツカーや競技用車など、高い動力性能と鋭い反応が求められる車種において、二段階順次作動過給機は理想的な仕組みと言えるでしょう。

二段階順次作動過給機は、異なる大きさの二つの過給機を組み合わせ、エンジンの回転数に応じて切り替える、あるいは同時に作動させることで、全回転域での動力性能の向上を実現します。

低い回転数では、小さな過給機が作動します。これにより、排気ガスの流れが弱い状態でも過給効果が得られ、アクセルを踏んだ瞬間から力強い加速が得られます。街乗りや低速走行時でもスムーズな加速感を味わうことができ、発進時の力不足も解消されます。

エンジン回転数が上がり、排気ガスの量が増えてくると、大きな過給機が作動を開始します。あるいは、小さな過給機と大きな過給機が同時に作動し、より多くの空気をエンジンに送り込みます。これにより、高速走行時や追い越し時など、高い出力を必要とする状況で、圧倒的な加速力を発揮します。まるで背中を押されるような、力強い加速感は、ドライバーに特別な運転体験を提供します。

二段階順次作動過給機は、単一の過給機では実現できない、全回転域での出力向上と俊敏な反応速度を両立しています。アクセル操作に対するエンジンの反応遅れ（ターボラグ）も最小限に抑えられ、ドライバーの意図に忠実な走りを可能にします。高性能を追求する車にとって、二段階順次作動過給機は、なくてはならない技術の一つと言えるでしょう。

未来の技術への展望

将来の車は、技術の進歩によって大きく変わることが予想されます。その一つとして、排気の流れを利用してエンジンを過給する「シーケンシャルターボ」に注目が集まっています。これは、エンジンの回転数に応じて大小二つのターボを使い分ける技術です。低回転では小さなターボを使い、素早い加速を実現します。高回転では大きなターボに切り替えて、力強い走りを可能にします。

このシーケンシャルターボは、現在も進化を続けています。より精密な制御システムによって、ターボの切り替えをより滑らかに行うことが目指されています。また、ターボチャージャー自体の効率も向上させる研究開発が進められています。これにより、エンジンの出力向上と燃費の向上が同時に実現すると期待されています。

さらに、シーケンシャルターボは、電気モーターと組み合わせたハイブリッドシステムとの連携も期待されています。電気モーターのアシストにより、ターボの切り替え時のタイムラグを無くし、よりスムーズな加速を実現できます。また、電気モーターの力でターボを回転させることで、ターボラグと呼ばれるエンジンの反応の遅れを解消することも可能になります。

環境への配慮も重要な課題です。シーケンシャルターボは、エンジンの燃焼効率を高めることで、排気ガスに含まれる有害物質の削減に貢献します。ハイブリッドシステムとの組み合わせは、この効果をさらに高めることが期待されます。

高性能と環境性能を両立させるシーケンシャルターボシステムは、未来の車にとって重要な技術となるでしょう。より洗練された技術によって、運転する喜びをさらに高め、環境にも優しい車社会の実現に貢献していくはずです。これにより、人々の暮らしをより豊かにし、持続可能な社会の実現に向けて、大きな役割を果たしていくと考えられます。

まとめ

幾つかの過給機を巧みに操ることで、原動機の力を最大限に引き出す、順次過給という優れた技術について解説します。順次過給には、直列式と並列式という二つの方式があり、それぞれに良さがあります。

直列式は、原動機の回転数が低い時は小さな過給機を使い、回転数が上がると大きな過給機に切り替えることで、全域で滑らかな加速を得られます。まるでバトンの受け渡しのように、小さな過給機から大きな過給機へと過給の役割が移り変わる様子から、バトン式とも呼ばれています。低回転域では小さな過給機が素早く反応し、力強い立ち上がりを実現します。高回転域では大きな過給機が十分な空気を供給し、最高出力を引き出します。

並列式は、小さな過給機と大きな過給機を同時に作動させることで、より大きな力を生み出します。低回転域では小さな過給機が働き、回転数が上がるにつれて大きな過給機も加わり、二つの過給機が協調することで、爆発的な加速力を得られます。まるで、二人三脚で力を合わせるように、二つの過給機が共に働き、圧倒的な力を生み出します。

どちらの方式にも、切り替え時の滑らかさを保つための様々な工夫が凝らされています。切り替え時の段差を無くすことで、まるで一枚岩のような滑らかな加速が実現できます。

順次過給は、高性能な車にとって欠かせない技術となっています。環境への配慮も求められる現代において、原動機の小型化による燃費向上にも貢献しています。この技術は、高性能と環境性能の両立という難題に、一つの解決策を示していると言えるでしょう。今後も、順次過給は進化を続け、より高性能で環境に優しい車の実現に貢献していくと期待されています。まさに、車のパワーと効率を追求する、最先端技術の結晶と言えるでしょう。