最近のダウンサイジングターボのトルクについて教えてください。 多気筒エンジンの官能性もいいですが、実用域のトルクが豊富で燃費もいいダウンサイジングターボは個人的に歓迎しています。

Question

例えばBMW 320iのエンジンでいうと1250回転からMAXトルクが出て、4800回転までずっと維持してくれますがこれなんでこんなトルク特性になるのでしょうか？エンジンという機械特性から考えれば不思議です。
それと試乗したときは、最大トルクが出ていると感じたのは2000回転弱くらいな気がしたのですがカタログ値と実際はやはり乖離があるものなのでしょうか？

Answer 1

runner_jiro_kさんへ

恐らく、ご質問の前提はTurboによる過給ですよね?
と言う事は、そのTurboによる特性が支配的に成ります。d(^^)
証拠は、、、
Maxトルクを発揮し出す1250rpmよりも低い回転〜アイドルの間で、極端にトルクが低下して行ってしまっている特性、に成りましょうか。ここはどう足掻いても、排ガスが来ないのでTurboが過給圧を発生させられない領域ですから、急落している。
ここをアイドル迄真っ直ぐに延ばしたければ、機械式過給器(但し内部圧縮を持つ高効率な物限定)を使うしか無いですし、そんな低回転から高過給圧を掛けられたら、今度は却ってノッキング対策で物凄く苦労する事に成るでしょう。

>なんでこんなトルク特性になるのでしょうか？
>エンジンという機械特性から考えれば不思議です。
その比較対象、リファレンスとしているトルク特性も又、吸気管の気柱共鳴による慣性過給で「作られた物」だから、です。d(^^;)
ガソリンエンジンであっても低回転大トルクな特性に作れるのは、太平洋戦争の頃のエンジンからも判ります。
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%A9%E3%82%A4%E3%83%88_R-3350#.E4.B8.BB.E8.A6.81.E8.AB.B8.E5.85.83.EF.BC.88R-3350-23.EF.BC.89
大型車ディーゼルと似た様なモンですよね。d(^.^;)
又、市販車世界初のミラーサイクルエンジン;KJ-ZEM
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%9E%E3%83%84%E3%83%80%E3%83%BBK%E5%9E%8B%E3%82%A8%E3%83%B3%E3%82%B8%E3%83%B3#KJ-ZEM
は北米においてNAの大排気量V8と同様なトルク特性を発揮して、大好評を博しました。(3Lのトルクを2Lの燃費で、と)
だから、高回転で胸のすく様な加速、ってな表現は、車、小型自動車という制約の中、使用法においての、昔から連綿と行われて来たチューンの結果で紡ぎ出された物であって、決してガソリンエンジン固有の特性では無い、と言う事なのです。d(^^)

>試乗
>最大トルクが出ていると感じたのは2000回転弱くらいな気がした
>カタログ値と実際はやはり乖離があるものなのでしょうか？
何せTurboによる過給ですから。d(^-^;)
負荷によって条件が様々に動く上に、Turboラグも加わりますのでネ。

----閑話休題----
もし、アイドル回転からクラッチ合わせに苦労しない程の大トルクを発揮して、それが高回転域で更に伸びて7500rpmを回り切る、のをダウンサイジングした、と言うのが良いと成ったら、実現させるのは不可能ではありません。但し、現状の技術の延長線上では未だ無理でしょう。
先ず、低回転で高過給を掛けたら、ノッキングという自己不正着火の”天井”に抵触します。
又、そんなに低回転域に的を絞ったチューニングをしちゃったら、高回転高出力域の”伸び”感の創出が難しく成るでしょう。
だから構成要件として
・理想の高膨張比サイクル、圧縮比14の達成
・スロットルバルブを止めて吸気弁閉じ時期連続可変機構にし、可変圧縮比の実現
をやった上で、リショルムとTurboのハイブリッド過給、という事に成るでしょう。
高膨張比で排気温が十分に下がるので、高過給でも過濃混合気での冷却が不要ですし、閉じ時期可変での連続可変圧縮比によって、低回転から高過給圧が掛けられる様に成る。
高回転域の伸びにはTurboが対応しつつも、機械式が常時過給圧を発生するので、Turboラグとも無縁に成るし、アイドルから大トルクに出来る。
場合によったら、排気側も弁駆動を可変式にして、高回転域では排気行程の開始を早めて(上死点前での弁開けを更に早める)、ブローダウン損失の増加に目を瞑ってでも燃焼室内のガス交換を優先した方が高出力に成るかもしれません。

アイドルから大気圧の2倍と言う高過給圧を常用し、排気量半分と言う大胆なダウンサイジングを断行する。
さて、これでどの位の重量容積出力価格に収まるか。。。d(^^;)
と言う事で、エンジンは未だ未だ未完成な存在なのです。

中々難しいですよね。補足をお待ちしております。

質問者からのお礼コメント

皆さん詳細に教えていただき大変勉強になりました。
ありがとうございました。

Answer 2

いろんな理由があるけど、こんなトルク特性になる理由は
過給圧を制御してそのトルクになるよう抑えているから
です。

なんでそのトルクになるよう抑えているのか？
一番大きいのは
１，ミッションまたはクラッチの許容トルクがそこまでだから
である事が一番多い。
あとは、商品企画上の大人の問題やエンジン側の耐久上の問題。

エンジンとしてはもっと出せるけど、何らかの理由でそこまでのトルクしかださない。
この手の、「不自然にフラット」な最大トルク特性はそういう理由です。
エンジン側の真の最大トルクは、もっと波打ちながら1250pm～4800rpmのあいだでもっと出るんだけど、「出ないようにそのトルクで押さえている」から、というわけですね。


＞それと試乗したときは、最大トルクが出ていると感じたのは2000回転弱
＞くらいな気がしたのですがカタログ値と実際はやはり乖離があるものなの
＞でしょうか

感覚というのは、非常にアバウトですが時に正確です。
エンジンとしては出ていたのにそう感じただけかもしれません。
その場合はミッション側の制御である可能性があります。正確にはロックアップクラッチ側の制御の関係です。

あるいは、本当に出ていなかったのかもしれません。
エンジンのカタログスペックは、エンジンダイナモに乗せてエンジン回転速度固定でスロットル開度を指示し、数分間放置した後、どのくらいのトルクが発生するのかを計測した結果です。
低いギアで加速する場合など、最大トルクを発生するのに必要な過給圧が立ち上がる前に、エンジン回転速度が上がってしまうの場合がります。
その場合、結果的に低速回転域ではカタログスペックとしての最大トルクが出ない場合が多々あります。
5速固定などで試してみてください。
あるいは、外気温などの関係で低速域ではそのトルク発生に必要な過給圧（正確には吸気量）が確保できない場合があります。そのせいかもしれません。

Answer 3

欧州、とくに独フォルクスワーゲン（VW）社が推進してきたガソリンエンジンのダウンサイジングとターボ＆スーパーチャージャー（SC）化の波は確実に日本にも波及している。ターボ&SCは走りの性能だけでなく燃費にも効くという概念が一般にも確実に浸透してきたようなのだ。

独VW社は、同社代表車種の先代ゴルフ後期モデルで、初めてダウンサイジングコンセプトを発表。それまで2リッター・ガソリンエンジンをメインとして、高性能モデルでは3.2リッターV6エンジンをも搭載してきた同車が、新開発TSI型1.4リッター・ターボエンジンに換装して話題になった。小さなエンジンをノーズに収めた効果は歴然としており、圧倒的に軽くなった鼻先を得て、抜群の回頭性をゴルフに与えた。この軽快なハンドリングの素晴らしさが世界で評価され、その後の世界のクルマの心臓の“ダウンサイジング”が進む。

いち早く国産車でダウンサイジングに取り組んだのは日産のコンパクトカー、ノート。2012年にターボではなく、同様の効果が得られるスーパーチャージャーで排気量ダウンに取り組んだ。日産ノートは、さらに4気筒から3気筒エンジンへエンジンのサイズ縮小に挑んだ。

搭載するパワーユニットは、ノートのために新開発したエンジンで、1.2リッター直噴ミラーサイクル直列３気筒可変バルブタイミング機構付きDOHCスーパーチャージャーで、最高出力98ps／5600rpm、最大トルク14.5kg.m／4400rpm。ターボがエンジンの排気でタービンを回しコンプレッサーを動かすのに対してスーパーチャージャーは、エンジンの駆動力でコンプレッサーを駆動する過給器で応答性がターボよりも速くあり、低回転域から太いトルクを発生する。加速・登坂時などのパワーが必要なシーンでスムーズな加速性能が得やすい。

組み合わせるトランスミッションはエクストロニックCVT。エンジン回転数に合わせ、電動クラッチでON／OFFを効率よく制御することで、低燃費と気持ちの良い加速性能を両立した。アイドリングストップなどの省エネ対策機構を組み合わせJC08モード燃費25.2km／リッター（S DIG-S）、24.0km／リッター（X DIG-S）を達成している。

トヨタ自動車も2015年4月に発売した新型「オーリス」でダウンサイズしたターボエンジンを採用した。しかも、かなり冒険と思えるグレード＆価格設定をしているのだ。排気量が最も小さい1.2リッターターボエンジン搭載車の価格を最も高く設定したのである。これまで排気量至上主義だったトヨタ車のヒエラルキーを無視したこのラインアップが消費者に受け入れられるのか、興味深い。

オーリスのエンジンは、1.2リッター直噴ターボ、1.5リッター自然吸気、1.8リッター自然吸気の3種類。1.2リッターターボエンジンは、排気量が小さいのでエンジンは小型で軽量、車両のノーズが軽いため軽快なハンドリングが得られ、燃費も良くなっている。その1.2リッターエンジンは、最高出力116ps（85kW）／5200～5600rpm、最大トルク18.9kg.m（185Nm）を1500～4000rpmの幅広い回転域で発生させ2リッタークラスに匹敵する性能を持つ。ただ、高価になりがちなターボエンジンの価格を吸収するため、1.8リッター車よりも装備を充実させて価格を高く設定したという。

トヨタでも「日本でターボモデルがどの程度売れるかは未知数」という。しかもターボ周辺部品の価格についても需要が増えれば安くなるという図式には、まだ至っていないという。今のところ、国産ダウンサイジングターボ車は、性能が良いけれど価格も高くなる傾向にあるようだ。

しかし、そうした一般論をホンダはブレークスルーしたようだ。同社の5ナンバーミニバンのベストセラー「ステップワゴン」をフルモデルチェンジし、2015年4月に発売した。5代目となる新型ステップワゴンは、先代と同じ3列シートのミニバンである。大人数で乗っても加速性能や燃費を損なわないように、排気量1.5リッター直噴ターボエンジンをホンダ車として初めて搭載した。この新エンジンは、街乗りなどの常用域で2.4リッター自然吸気エンジン並みのトルクと、JC08モードで17.0km／リッターの低燃費を実現する。そのアウトプットは最高出力150ps（110kW）／5500rpm、最大トルク20.7kg.m（203Nm）／1600~5000rpmだ。ほぼ全域で最大トルクが得られる素晴らしい特性のエンジンだ。

同エンジンのターボチャージャーには、エンジンの回転数の変化に対する応答性が良い三菱重工業製小径タービンを採用した。小径タービンを採用したことで、エンジンの回転数が低く排ガスの流量が少なくても、タービンを駆動させやすいため、低回転域から過給できる。また、過給圧を任意に調整できる「ウェイストゲート」を電動で制御し、過給領域での排気ロスを減らすことで燃費の悪化を防いだという。
この新型「ステップワゴン」は、ダウンサイジングターボ車のみのラインアップ。意識的に自然吸気エンジンのモデルは用意していない。今後とも同ステップワゴンには、自然吸気ガソリンエンジン車の追加は無いと言うが、ハイブリッド車の追加はあるかも知れない。その辺りの情報に筆者は責任が持てない（笑）。

ハイブリッド車の波で先行した日本、欧州で始まったダウンサイジングターボの波。そのふたつの大きな波が日本のマーケットで激突する。

CX-5で22km/Lまで行ったよ！という話をGolf Touranに乗る友達にしたら、「おーすごいな、ダウンサイジングターボくらい燃費がいいな」と言われました。そういえば、いまさらながらですが、Golf (Touran)をはじめとするダウンサイジングターボ（以下、DSターボ）は人の燃費がとても良いみたいですね。Touranで20km/L越えという話も良く聞きます。

で、SKYACTIVとDSターボを色々比較したくなり、調べてみました。比較と言いながらSKYACTIV偏重な内容になっていますが。


DSターボはVWを始めとする数多のメーカーが採用する方式です。車格に比べて小さなエンジンを搭載し、不足するパワーをスーパーチャージャーやターボなどの過給器で補い、さらに燃料を筒内直接噴射とすることで対ノック性の向上とともに高圧縮比化を実現する手法です。

ガソリンエンジンは基本的に高負荷であるほうが燃費が良い傾向があります。車格に比べて小さなエンジンを搭載し、車格に見合ったエンジンが搭載された車と同じように走行すれば、当然、エンジンは高負荷となります。ですから燃費が良くなります。また、エンジンそのものが小さいことによる軽量化や、摩擦損失の低減という面からも燃費向上効果が期待できます。
日本のメーカーは日本の国内道路事情に最適化したトランスミッション（CVT）を搭載したり、ハイブリッド化を進めることによって燃費向上を進めてきましたが、内燃機関そのものの効率向上にはそこまで積極的な姿勢を見せませんでした。最近になって、日産（ノート）、スバル（レヴォーグ）、ホンダ（ステップワゴン）が相次いでダウンサイジングターボモデルを投入し、トヨタにおいても新型オーリスにてDSターボモデルを投入という流れになっています。結局、日本メーカーもそのほとんどが欧州車にならう形となりました。

自然吸気にこだわっていたホンダ（ずいぶん前の話ですが）までもがDSターボを導入する一方で、SKYACTIV以降はターボを導入せず※にひたすら高効率エンジンの技術開発を進めているのがマツダです。マツダのパワートレイン開発本部長としてSKYACTIVエンジンの指揮をとった人見光男氏はDSターボの導入には否定的です。

※ディーゼルターボは別です。スロットルバルブを持たずに燃料噴射量でエンジン負荷を調整するディーゼルエンジンでは、過給器が無いと出力調整の幅が狭まってしまうためです。乗用車用のディーゼルエンジンにターボが付くのは当たり前と言っても過言ではないかも知れません。

マツダのSKYACTIVエンジンをはじめとするSKYACTIV技術は業績をV字回復させ、ユーザー評価も一気に高め、市場の評価も上々で、レビュー記事は右倣えでマツダ賛美です。
結局、ネット上の各種記事では定性的な話しか述べられず、DSターボとSKYACTIVエンジンはどっちがどの程度有利なのかという話が分かりません。今回はそれを調べてみました。

…が、値がわかるデータがほとんどありません。マツダが公開しているほとんどのグラフには軸に目盛りが振っておらず、結局定性的なことしか分かりませんでした。しかしそれでも相対的にどうなのか、というあたりは何となく分かる資料がありました。

以降、多少専門的な話が続きますが、私はただのプログラマであって人生のうちで内燃機関について勉強したことはありません。つまり素人の記述なので間違いも含まれていると思われますので、せいぜい「お話し」程度で読んでいただけると良いかと思います。

SKYACTIVエンジンは何がすごいのか

まずはSKYACTIVエンジンとは何だったのかおさらいしましょう。以下が専門知識が無くとも比較的読みやすいと思われます。


高効率エンジンの開発は、まず低減すべき損失と、その損失を制御できる因子を抽出するところから始まりました。
ガソリンエンジンの効率は図から分かるように圧縮比14.5程度までは比例して大きくなります。圧縮比を向上させるためにミラーサイクルエンジンという、バルブを遅めに閉じることで吸入気を逆流させ、圧縮行程よりも膨張行程を長くとる手法を使っています。

Answer 4

アクセルの開閉角（踏み込み量）によって出るトルクが違います
その曲線図と同じトルクと馬力を出すにはアクセル ベタ踏みした時に限られます
気温・気圧・湿度に左右されます

制御は排気でＯ2センサや温度計を使用して１回転毎に燃焼状態を監視し燃料噴射量をコントロールしているからです

Answer 5

性能曲線図は全負荷です。
あなたの試乗で感じたものが通常の使用でのエンジン特性です。
単にあなたが勘違いしているだけです。

Answer 6

ターボの過給圧と直噴インジェクターを制御してトルク特性を平坦にしています。
回転数に依存せずシリンダに同量のガソリンを入れるのですから、燃焼で発生するエネルギーは同じとなりトルクが一定になります。
特にBMWのエンジンはスロットルバルブを全開にしたまま、吸気バルブのリフト角で吸気制御を行うため、ポンピング損失無しに吸気が行えるため低回転からトルクを一定にすることができます。

単にターボ化されただけでなく、バルブトロニックによる吸気制御のたわものです。
スロットルバルブで吸気制御を行っているエンジンとは根本的に違いますから。

(runner_jiro_kさんへ)

Answer 7

出力曲線が 台形なのは


電子制御の恩恵です


ターボ自体も

ＶＧ や ウエストゲートも電制なので

Answer 8

ターボが効く回転数ですね。実際乗ると表の数値に近いと思います。

空気を圧縮してパワーを出しているのです。

NAが普通と思っている人には不思議に思うかも知れませんが、近年のダウンサイジングは低速からターボを効かして燃費を稼ぎます。

ATのスコスコ変化するミッションとの相性もいいので違和感なく巡航速度に達します。