ツインスクロールターボ：その仕組みと衰退の理由

ツインスクロールターボ：その仕組みと衰退の理由

排気の流れを制御する技術

車の出力向上において重要な役割を果たす装置の一つに、過給機があります。その中でも排気過給機は、エンジンの排気ガスを利用してタービンを回し、その回転力で圧縮機を駆動することで、より多くの空気をエンジンへ送り込み、出力を高める仕組みです。この排気過給機の効率を高める技術の一つとして、二つの渦巻き通路を持つ排気過給機があります。

排気過給機の中心部品であるタービン室は、渦巻き状の通路（渦巻き通路）を通して排気ガスをタービンへと導きます。この渦巻き通路を二つに分割し、排気の流れを二つの経路に分けることで、タービンの回転効率を高めようとするのが、二つの渦巻き通路を持つ排気過給機の考え方です。

エンジンの排気行程では、シリンダーから断続的に排気ガスが排出されます。通常の排気過給機では、複数のシリンダーからの排気ガスが一つの渦巻き通路に流れ込むため、排気ガスの圧力変動が大きくなり、タービンの回転が不安定になることがあります。二つの渦巻き通路を持つ排気過給機では、排気口の近いシリンダー同士をまとめてそれぞれの渦巻き通路に排気ガスを導くことで、排気干渉を減らし、よりスムーズな排気の流れを作り出すことができます。

これにより、タービンは効率的に回転し、低回転域から高い過給圧を得ることが可能になります。結果として、エンジンの出力向上と燃費の改善に貢献します。また、排気ガスの流れがスムーズになることで、ターボラグと呼ばれる過給圧の立ち上がりの遅れも軽減され、アクセル操作に対するエンジンの反応も良くなります。

二つの渦巻き通路を持つ排気過給機は、排気の流れを精密に制御することで、エンジンの性能を最大限に引き出す高度な技術と言えるでしょう。

低速域での性能向上

エンジンの回転数が低い領域、つまりアクセルペダルを踏み始めたばかりの時は、燃焼行程が少ないため、排出される排気ガスの量は少なく、その流れも弱くなります。 通常のターボ車では、この排気ガスの勢いを利用してタービンを回転させ、エンジンに空気を送り込むことで出力を高めていますが、排気ガスの勢いが弱い低速域ではタービンを十分に回転させることが難しく、出力向上効果が得られにくい という課題がありました。

この課題を解決するために開発されたのがツインスクロールターボです。ツインスクロールターボは、排気通路を二つの流路（スクロール）に分けています。エンジンの回転数が低い低速域では、排出される排気ガスを一方のスクロール（プライマリー側）に集中させます。これにより、少ない排気ガス量でも流速を高め、タービンを効率的に回転させることができます。まるで細い管に息を吹き込むことで勢いが増すように、排気ガスの流れを集約することでタービンを力強く回転させることができるのです。

これにより、低速域から力強い加速力を得ることが可能になります。街中での発進時や、坂道発進時など、エンジンの回転数が低い状況でもスムーズで力強い加速が得られるため、運転しやすさが向上します。また、小さな排気量でもタービンを回転させる力を高めることができるため、エンジンの反応速度も向上します。アクセルペダルを踏んだ際の反応が素早くなることで、より意のままに操れる感覚、つまり運転する楽しさも向上するのです。さらに、低速域でのトルクが向上することで、燃費の改善にも貢献します。

このように、ツインスクロールターボは、エンジンの低速域での性能を向上させるための重要な技術であり、快適な運転を実現するための工夫と言えるでしょう。

高速域での出力維持

自動車が速い速度で走る時、エンジンの回転数も上がり、たくさんの排気ガスが勢いよく出ていきます。この排気ガスをうまく処理しないと、エンジンの性能が落ちてしまうことがあります。排気ガスがスムーズに出ていかない状態を想像してみてください。まるで人が込み合った狭い通路を無理やり通ろうとするようなもので、動きが鈍くなってしまいます。エンジンの出力も同様に、排気ガスの流れが滞ると十分な力を発揮できなくなります。

このような問題を解決するために、二つの通り道を持つ「ツインスクロールターボ」という仕組みが有効です。この仕組みは、エンジンの回転数が低い時は排気ガスを一方の狭い通路（一次側）に集中させ、タービンを効率よく回します。回転数が上がると、もう一方の通路（二次側）も使って排気ガスの通り道を広げます。二つの通路を効果的に使うことで、エンジンの回転数に関わらず、排気の流れをスムーズに保つことができるのです。

高速道路で力強く加速する場面を考えてみましょう。エンジンの回転数がどんどん上がっていくと、大量の排気ガスが発生します。もし、排気ガスの出口が狭ければ、排気の流れが滞り、エンジンの回転が重くなってしまいます。しかし、ツインスクロールターボは高速域では両方の通路を開くことで、排気の流れをスムーズにし、エンジンの回転を妨げません。これにより、高速域でも力強い走りを維持することができるのです。まるで渋滞していた道路が急に広くなったように、排気ガスがスムーズに流れ出ることで、エンジンは気持ちよく回り、高い出力を維持できるのです。

複雑な構造と制御の難しさ

車は、走るための様々な部品が組み合わさってできています。その中でも、エンジンは車の心臓部と言えるでしょう。エンジンの性能を高める工夫の一つとして、以前はよく「二つの渦巻ターボ」という技術が使われていました。これは、ターボと呼ばれる、排気ガスを利用してエンジンに多くの空気を送り込む部品を、二つの渦巻きを持つ特殊な形にしたものです。

この技術は、エンジンの性能を大きく高める力を持っていましたが、複雑な構造であるがゆえに、広く使われるには至りませんでした。二つの渦巻きに排気ガスをうまく振り分けるには、高い技術力と精密な部品が必要で、どうしても製造費用がかさんでしまいます。そのため、たくさんの車を一度に作る量産車には、費用がかかりすぎるという理由で採用を見送られることが多かったのです。

また、排気ガスの流れを切り替える部品の耐久性も課題でした。排気ガスは高温で、その流れを精密に制御する部品は、常に大きな負担に強いられるため、壊れやすかったのです。さらに、二つの渦巻きに排気ガスをどのように振り分けるかを、状況に合わせて細かく制御する必要があり、これも技術的に難しい問題でした。

このような製造費用と耐久性、制御の難しさといった様々な課題が重なり、「二つの渦巻ターボ」は、優れた性能を持ちながらも、広く普及するには至らなかったのです。しかし、この技術開発で得られた知識や経験は、その後のエンジンの進化に大きく貢献しています。よりシンプルな構造で、同じような効果を得られる技術の開発へとつながり、より多くの人が、高性能なエンジンによる快適な運転を楽しめるようになりました。

技術の進歩と衰退

時代の流れとともに、車の技術も進み、時には過去の技術が忘れ去られていくことがあります。 近年、ターボ過給器の技術は目覚ましい発展を遂げ、かつて注目を集めた可変ジオメトリーターボやツインスクロールターボに取って代わる、新たな技術が登場しています。これらの新しい技術は、より単純な構造でありながら、ターボ過給器の性能を効率的に高めることを可能にしました。

ツインスクロールターボは、排気の流れを二つに分けることでターボの回転を効率的に高める技術でした。しかし、複雑な構造であるがゆえに製造コストが高く、制御も難しいという課題がありました。一方、最新の技術では、素材技術や制御技術の進歩により、より簡単な構造で同等以上の性能を実現できるようになりました。これにより、製造コストの削減と制御の容易化が両立され、ツインスクロールターボは徐々に姿を消しつつあります。

かつては高性能の証として、一部の高級車やスポーツカーに採用されていたツインスクロールターボですが、現在では主流とは言い難い状況です。最新のターボ過給器は、より緻密な制御技術と素材技術の向上により、エンジンの出力特性や燃費を向上させるだけでなく、排気ガスの浄化にも貢献しています。

このように、技術は常に進歩を続け、より効率的で高性能なものが求められます。かつて最先端だった技術も、時代の流れとともに衰退していくことは避けられない宿命と言えるでしょう。今後も技術革新は続き、車の性能は更に向上していくことでしょう。その中で、未来の技術がどのような進化を遂げるのか、そして過去のどの技術が再び脚光を浴びるのか、興味は尽きません。

未来への可能性

車は、人々の生活を支えるなくてはならない道具です。その車は、常に進化を続けており、未来の車は今よりももっと便利で、環境にも優しいものになるでしょう。

『未来への可能性』というタイトルにあるように、車の技術革新は留まることを知りません。かつて注目を集めた技術も、時代の流れとともに主流ではなくなることがありますが、その技術の根底にある考え方は、未来の技術開発のヒントとなることがあります。

一例として、排気の力を効率よく使う「二つの渦巻き過給機」の技術があります。これは、排気の流れる通り道を細かく調整することで、エンジンの力を高める技術です。現在では広く使われている技術ではありませんが、排気の力を無駄なく使うという考え方は、エンジンの性能を上げる上で大切な要素です。

将来、より高度な制御技術や新しい材料が開発されれば、この技術が再び注目される可能性があります。エンジンの熱を無駄なく力に変えることが求められる中、排気のエネルギーを効率的に使う技術として、再び脚光を浴びる日が来るかもしれません。

未来の車は、単なる移動手段ではなく、より快適で環境に配慮した、人々の生活を豊かにする存在になるでしょう。環境への負荷を減らしながら、より快適で安全な移動を実現するために、様々な技術開発が進められています。かつて注目された技術が新しい技術と融合し、進化を遂げることで、未来の車の可能性は無限に広がっていきます。