ムダを減らせばパワーに変わる!? 最近よく聞く「電動ターボ」って何？

　この記事をまとめると

■電動ターボについて詳しく解説

■2014年に採用されたMGU-Hの応用テクノロジー

■市販車への採用も増えている

　MGU-Hの応用テクノロジー

　捨てるエネルギーはまったくない、とまで思わせるのが、メルセデス・ベンツが採用を広める電動ターボシステムだ。レースファン、とくにF1に興味のある人ならすでにご存じかと思うが、2014年に採用されたMGU-H（Motor Generator Unit Heat）の応用テクノロジーである。

　排気ガスを使って過給器を作動させるターボチャージャーシステムは、アクセルオンによって排気流量が増大し、タービンが回転して吸入気を加圧。その加圧吸入気がシリンダー内に送り込まれるが、その間時間差が生じることになる。これがよく知られたターボの「タイムラグ」だが、F1で採用されたMGU-Hは、タービンシャフトの位置に小型モーター／発電機を配置。アクセルオンのタイミングでモーターが作動。タービン（吸気側のコンプレッサー）を排気流でなく電動モーターによって回転させ、即座に吸入気の加圧（過給）を始めるシステムである。

　タービンブレードが排気の流れを待つ前に、モーターがコンプレッサーを駆動するかたちになるので、タイムラグは極小、即座にターボの過給効果が得られることになる。さらに、このモーターを駆動する電源は、十分な排気流量が得られタービンが回転している間の余剰能力を使ってモータユニットが発電、充電。この充電された電力を使ってモーターを駆動する考え方で、運動エネルギーを電気エネルギーとして回生するMGU-K（Motor Generator Unit Kinetic）と合わせ、回生エネルギーと位置付けることができる。

　シリンダー内で燃焼された混合気は排気ガスとしてエンジン外に排出される。しかし、排気ガスが持つ熱エネルギーは相当に高く、無駄に捨ててしまうのはもったいない、という発想がターボチャージャー誕生の原点的な発想だった。いや、正確に言えばそうではない。空気密度が薄くなる高空域を飛ぶ飛行機（レシプロエンジン）が、エンジン出力の低下を補うため、そのまま大気中に放散している排気ガスのエネルギーに着目。この力を利用して吸入気を圧縮できれば、空気密度の薄い高空域でも出力確保（理想的な燃焼）に必要な十分な量の酸素をシリンダー内に送り込むことが出来る、と考えたわけである。

　結果的に、タービン（コンプレッサー）を回す力は、それまで大気中に捨てていた排気ガスのエネルギーを使うことになり、排気ガスの有効活用というかたちになったわけである。いま振り返っても、目からウロコの非常に賢い考え方、メカニズム、と感心するばかりだが、そのルーツは100年以上も前にさかのぼる。

　ターボチャージャーが認知されたのは1905年

　ターボチャージャーの概念がはっきりとしたかたちで認知されたのは、1905年、スイス人エンジニアのアルフレッド・Ｊ・ビュッヒが特許の申請を行ったタイミングと解釈してよいだろう。装着機関は定置用のディーゼルエンジンだったが、吸入気を加圧する考え方は、すぐに航空機エンジニアの目に止まることになった。フランス人エンジニアのオーギュスト・ラトーが航空機用エンジンへの応用を考え、アメリカGE（ゼネラル・エレクトリック）社のサンフォード・モスがラトーの考え方を発展させた。

　モスは、パッカード社のリバティ型V12にターボを装着。第1次世界大戦が終了する1918年には試験飛行を繰り返す状況だった。これが第2次世界大戦直前の1936年頃になる、アメリカの軍用機で広く採用されるようになり、同大戦中ヨーロッパ戦線の空を飛んだすべての航空機に装着される進化の歩みを見せていた。

※写真はイメージ

　一方、航空機以外のターボチャージャーは、第2次世界大戦頃になると多くのディーゼル機関に装着され、鉄道、船舶用として活用されていた。自動車への応用は、第2次世界大戦後の1949年になってからのことで、ディーゼルトラックへの応用が始まっていた。この動きは1965年頃にはほとんどのトラックメーカーに定着し、ドイツのエーベルシュペッヒアー社、アメリカのエアリサーチ社などが有名なターボメーカーだった。

　ガソリン機関への適用は、市販車よりモーターレーシングが先だった。1963年、オーバルトラック（スロットルの開度変化が少ない）を使うインディカーで初採用となり、1968年のインディ500でイーグル・オッフィーが初優勝を記録。ただし、インディは1965年からメタノール燃料に変更されていたため、正確な意味でいうガソリン機関と言ってはいけないのかもしれない。

※1965年のロータス38がインディ500に参戦した写真

Comments

中国とかに安い電動タービンが売ってるよね
あちらは効果無さそうだけど

船舶は昔からモーターチャージャーを採用している。タービンが軽自動車程あり写真を見て驚いた。