ディーゼルエンジンは乗用車やトラックなどに扱われるエンジンで、自動車用エンジンの主要なものの一つです。
そんなディーゼルエンジンですが、ディーゼルエンジンにはほぼ全てにターボチャージャーがついた「ディーゼルターボ」エンジンとなっています。
今回はそんなディーゼルターボエンジンについてご説明します。
ディーゼルターボとは
ディーゼルエンジンは自動車用エンジンの中では高い低速トルクが特徴のエンジンで、乗用車用にも商用車用にも幅広く使われています。
ディーゼルターボはそのディーゼルエンジンに過給機であるターボチャージャーを組み合わせたエンジンで、現在ではほぼすべての自動車用ディーゼルエンジンがディーゼルターボとなっています。
ディーゼルエンジンはターボチャージャーが必ずしも必要なエンジンではないのですが、ディーゼルエンジンはターボチャージャーと非常に相性がよく性能の底上げが可能となるので、採用するのに大きなメリットがあるのです。
ではまずディーゼルターボの概要と効果をご説明します。
ディーゼルターボの概要
ディーゼルエンジンもターボチャージャーもそれぞれ専用の記事でご説明していますが、ここでは簡単に概要をご説明します。
ターボチャージャーの構造
ターボチャージャーは過給機の一種類で、エンジンに吸い込む吸気の密度を高めてエンジンの出力やトルクを高めることができる部品です。
ターボチャージャー自体はエンジンのパワーアップ手段として昔から使われており、ディーゼルエンジンだけでなくガソリンエンジンでも幅広く採用されています。
レシプロエンジンは吸入空気量が増えると効率が高まる特徴があり、ターボチャージャーによる過給はエンジン出力を比較的簡単に上げる手段です。
レシプロエンジンとは?種類は?仕組みや構造まですべて解説!ターボチャージャーはタービンの回転によって吸気を圧縮しますが、その動力は排気ガスの余剰エネルギーを使っており、エンジンが無駄にしていたエネルギーを回収することも出来ます。
ガソリンエンジンではターボ付き過給エンジンと、装着していない自然吸気エンジンの両方とも様々な種類がありますが、一方でディーゼルエンジンはほぼ全てにターボチャージャーが装着される違いがあります。
NAエンジン(自然吸気エンジン)とは?メリット5つ!音が最強の魅力?!なおターボチャージャーの詳細は以下の記事でも解説しているので、詳しく知りたい方はこちらもあわせて参考にしてみてください。
ターボエンジンとは?仕組み/構造は?メリット2つとデメリット4つ!ディーゼルエンジンの不満点
ディーゼルエンジンはエンジンの回転数が低い時にはトルクが高く加速もよいのですが、一方で回転数が上がっていくとガソリンエンジンより出力が不足して鈍い走行感覚が問題となります。
(クリーン)ディーゼルエンジンのトルクが大きい理由!トルクの大きい車種ランキングとともに解説!レシプロエンジンは一般的に低速トルク重視の場合には高回転域の出力が不足し、高回転域の出力重視にすると低速トルクが不足する特徴があります。
ガソリンエンジンは後者が有利で、乗用車用としてはレスポンスの良い走りが大きなメリットです。
ですがディーゼルエンジンで自然吸気式の場合、走り出しは太いトルクで良いのですが、その一方でスピードの乗りが遅くてガソリンエンジンと比べると走りが鈍く感じます。
そこでディーゼルエンジンは出力とレスポンスを向上させるためにターボチャージャーを活用することが一般的になっており、ターボの効果でディーゼルエンジンの鈍さを改善することを目的にしています。
ディーゼルターボ化によって最高出力、レスポンスを高め、走行感の向上と最高速度の上昇を行います。
またディーゼルエンジンはターボチャージャーを装着するのに有利な特徴をいくつも持っており、ガソリンエンジンより相性が良いことも採用数の多さを支えています。
なおディーゼルエンジンの詳細は以下の記事でも解説しているので、詳しく知りたい方はこちらもあわせて参考にしてみてください。
ディーゼルエンジンとは?仕組み/構造を簡単にわかりやすく解説!ディーゼルエンジンとターボの相性の良さ
ディーゼルエンジンは構造の特徴から、ターボチャージャーを装着する上ではガソリンエンジンより有利です。その有利な点はおもに3つあります。
ノッキングを起こさない
ガソリンエンジンでターボチャージャーを採用する場合に大きな障害となるのは「ノッキング」という現象なのですが、ディーゼルエンジンは構造上この現象が起こらないのでターボチャージャーを採用しやすいのです。
ノッキングはエンジンの内部で燃料が異常燃焼を起こす現象で、あらかじめ燃料と空気を混合させるガソリンエンジンで問題となります。
ターボで過給されるとシリンダー内での圧縮時の温度上昇が大きくなり、それが燃料の発火温度に達すると異常なタイミングで燃焼が始まってしまいます。
そのためガソリンエンジンはピストンでの圧縮比を低めに抑える必要があり、ターボエンジンは圧縮比をさげなくてはなりません。
ですがディーゼルエンジンは空気のみ圧縮したところに燃料を噴射する構造上ノッキングが起こることはなく、エンジンの圧縮比をガソリンエンジンより高く設定することが出来ます。
ノッキングの問題がないぶんターボチャージャーでの過給も高めることができるので、効率の良いエンジンにすることが出来ます。
スロットルチャンバーが不要
レシプロエンジンは出力調整に燃料の量と空気の量の割合調整が必要ですが、ディーゼルエンジンとガソリンエンジンはその方式が違います。
ガソリンエンジンはスロットルチャンバーという弁によって空気量を調整して出力を調整しますが、このスロットルチャンバーは空気の流れを絞る形にしているので、空気の流れを妨げる抵抗となってしまいます。
この抵抗を「ポンピングロス」と呼びますが、ターボチャージャーは空気の圧力を高めてシリンダーに送り込むのですが、スロットルチャンバーはそれに対して邪魔する部品です。
一方でディーゼルエンジンは燃料の噴射量によって出力を調整するエンジンで、空気量はコントロールされておらずシリンダーに自然に吸入できるだけ吸入されます。
そのためスロットルチャンバーは不要なエンジンで、ポンピングロスがないことがガソリンエンジンより有利な点です。
この特徴からディーゼルエンジンはターボチャージャーによる過給の効果を最大限受けることができ、非常に特徴の噛み合った相性の良さを持ちます。
なおガソリンエンジンとディーゼルエンジンの違いについては、以下の記事でさらに詳しく解説しています。詳細まで知りたい方はこちらもあわせて参考にしてみてください。
ガソリンエンジンとディーゼルエンジンの違い3つ!比較すると熱効率や寿命が全然違う?!低回転での排気エネルギーの高さ
スロットルチャンバーが無いという特徴は低回転時のエンジン効率が高いという点があり、排気ガスのエネルギーで可動するターボチャージャーを効率よく動かすことが出来ます。
ガソリンエンジンでは低回転時にはスロットルチャンバーを大きく絞って空気量を少なくしており、ポンピングロスが非常に大きな状態です。
そのためガソリンエンジンのターボチャージャーは低回転時には効率が悪く、出力やトルク向上の妨げとなっています。そのため停止時からの発進加速が鈍くなってしまうのです。
ですがディーゼルエンジンはスロットルチャンバーがない分低回転時からエンジンの効率が高く、これがディーゼルエンジンが低速トルクが太い理由でもあります。
低回転時から燃焼エネルギーも高いのでターボチャージャーの効率も高く、発進時からターボの効果を最大限活用できます。
これら2つの特徴からディーゼルエンジンはターボチャージャーと非常に相性がよく、ディーゼルエンジンに不足する高回転域の出力上昇に効果的なので、多くのディーゼルエンジンに採用されているのです。
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ディーゼルターボのメリット・デメリット
ディーゼルターボには相性の良さによる大きなメリットがありますが、その反面でいくつかのデメリットもあります。
ディーゼルターボのメリット
ディーゼルターボのメリットはやはり出力上昇効果にあり、どのぐらいの効果があるか実際のエンジンスペックを比較してみましょう。
とはいえターボのない自然吸気ディーゼルエンジンは結構昔のエンジンになりますので、今回はトヨタの代表的な乗用車用エンジンのL型ディーゼルエンジンで見てみます。
エンジンスペック | 2Lエンジン | 2L-T エンジン | 2L-TE エンジン | 2L-THE エンジン |
エンジン型式 | 2,446L 直列4気筒 OHC8バルブ ディーゼルエンジン | 2,446L 直列4気筒 OHC8バルブ ターボ ディーゼルエンジン | 2,446L 直列4気筒 OHC8バルブ ターボディーゼルエンジン 電子制御スピル弁 | 2,446L 直列4気筒 OHC8バルブ 高圧過給ターボ ディーゼルエンジン 電子制御スピル弁 |
最高出力 | 54kW(73ps)/ 4,000rpm | 63kW(85ps)/ 4,000rpm | 71kW(97ps)/ 3,800rpm | 74kW(100ps)/ 3,800rpm |
最大トルク | 149N・m(15.2kgf・m)/2,400rpm | 188N・m(19.2kgf・m)/2,400rpm | 221N・m(22.5kgf・m)/2,400rpm | 220N・m(22.5kgf・m)/2,400rpm |
圧縮比 | 22.2 | 21.0 | 21.0 | 21.0 |
※直列4気筒、OHC(=SOHC)、の詳細は以下の記事をご参照ください。
直列4気筒エンジンの特徴!どんな音?搭載車を日本車/外車の車種からそれぞれ紹介!SOHCエンジンとは?仕組み/構造は?メリット3つデメリット3つ!自然吸気式の2Lエンジンをターボ化したのが2L-Tエンジンですが、排気量は変わらないもののターボ化によって出力で12馬力、トルクで4.0kgfの増加代があります。
エンジン自体の圧縮比は22.2から21.0に下がっているにもかかわらず、スペックは上昇しています。
ガソリンエンジンではターボチャージャーで最高出力の増加代が大きいですが、ディーゼルエンジンの場合にはトルクの増加代のほうが効果が高くなります。
また2L-Tエンジン以降にも何度か改良が行われており、燃料噴射系が電子制御化された2L-TEでは更に12馬力、トルクで3.3kgf増加しています。
その後にはターボチャージャーが高過給化された2L-THEエンジンが登場し、2L系エンジンでは最も高出力の100馬力に達しています。
トルクも初期2Lエンジンから1.5倍もの増加を見せており、ターボ化とその後の改良で乗用車用のディーゼルエンジンは大きなスペックアップを果たしているのです。
ディーゼルターボのデメリット
ディーゼルターボには大きなメリットがある一方でいくつかのデメリットがあります。ですがこれらのデメリットは採用をやめるほどのデメリットにはなりません。
エンジンオイル交換頻度の増加
ターボチャージャーの採用には付き物のデメリットですが、ターボの冷却用にエンジンオイルを使用する関係上、エンジンオイルの交換頻度が高くなるデメリットが生まれます。
ターボチャージャーは排気ガスのエネルギーでタービンを回転させているので、高温の排気ガスが常に流れ込んでいます。
その状態でタービンは毎分数万回転以上しているので回転するシャフトには大きな負荷がかかっており、冷却をしないと軸とベアリングが焼き付いてしまいます。
冷却水ではあまりに高温のため冷却できないのでターボチャージャーの冷却はエンジンオイルを循環することで行います。
このためターボエンジンのエンジンオイルは熱による劣化が早く、自然吸気エンジンよりも早い感覚で交換しなければなりません。
エンジンによって交換インターバルは違いますが、だいたい自然吸気エンジンの半分程度の6ヶ月もしくは5,000kmごとに交換する場合が多いです。
エンジンオイル交換頻度が多くなればそれだけメンテナンス費用が増えますので、ディーゼルターボエンジンはこの面で維持費が増加します。
なおターボエンジンのエンジンオイル交換については、以下の記事でさらに詳しく解説しています。詳細まで知りたい方はこちらもあわせて参考にしてみてください。
ターボ車のエンジンオイルの交換時期は?おすすめのオイルはこれ!ディーゼルエンジンの寿命への影響
エンジンのターボ化は比較的簡単にエンジンのスペックを向上させることができますが、一方でエンジン本体の寿命に影響する面も出てきます。
ターボチャージャーによる吸気の圧縮はエンジン内部での燃焼エネルギーを高めることで出力やトルクを高めますが、燃焼エネルギーが高いということはその分エンジン本体にかかる負荷も増えることになります。
その影響はエンジンのシリンダーブロックやシリンダーヘッドなどの本体系、ピストンやクランクシャフト、コンロッドなどの主要な可動部品に高い圧力と衝撃を与えることになるため、エンジン本体部品の耐久性や寿命に対しては悪影響があるのです。
ですがディーゼルエンジンの開発時にはターボによる負荷の増加を考慮した設計がされますので、エンジンの寿命と耐久性を自然吸気エンジンより高める形で信頼性を確保しています。
ディーゼルエンジンの寿命/耐久性は走行距離や年数だとどれくらい?なので実質的には影響はありませんが、その設計によって次のデメリットが起こります。
重量とコストの増加
もう一つ増加するのがターボチャージャーの追加による重量とコストであり、これはターボチャージャーを採用するなら仕方ない面です。
ターボチャージャーはほぼ全体が金属製ですのでそれなりに重量がかさみ、さらにターボと接続する専用の吸気管や排気管、冷却用オイル配管など、他の部品も必要となります。
またターボエンジンにはさらなる高出力化を狙ってインタークーラーが一緒に採用されることが多く、インタークーラー分の重量増加もあります。
それに加えて前述した本体系を頑丈にしたことでの重量増加もあり、ディーゼルターボエンジンはかなりの重量を持つエンジンとなります。
さらにこれらは自然吸気エンジンに対して純粋に増加する点なので、コストも純増します。
ディーゼルエンジンはただでさえ高コストになりやすいエンジンですので、ターボ関係部品のコスト増加は結構大きなデメリットです。
ですがこれらのデメリットを差し置いても出力やトルク増加のメリットのほうが大きく、現在ではディーゼルエンジンにターボチャージャーは不可欠な存在となっています。
ディーゼルターボの評価・口コミ
ディーゼルターボは近年国内にも搭載車種が増えているので、その評価は上がっています。
今回はTwitter上から関連したツイートをいくつかご紹介します。
ディーゼルターボの圧倒的な加速
以前エクストレイルディーゼル(6MT)を試乗したときは、圧倒的なトルクと加速感に笑ってしまった。ディーラーの方がドヤと「これがディーゼルターボのパワーです」。二人してニヤリとした。
— 呉風 (@gofuweb) February 17, 2012
ディーゼルエンジン車は昔は鈍重でつまらない車と思われていましたが、最新のディーゼルターボ車は加速は鋭くパワーもあり、かなり楽しい車になりました。
ガソリンエンジン車に慣れている人がディーゼルターボ車に乗ると、その圧倒的な加速感からくる速さにニヤッとしてしまうのもわかります。
私も実際に乗った時には、楽しさにワクワクしたものです。
排気量が小さくてもよいパワー
職人さんのCX3乗ってみたがpower有るな~🎵
1500とは思えないトルク❗
さすがディーゼルターボだな👍 pic.twitter.com/HA7ZEkFyho— サラマンダーカブ (@saramandercub) July 27, 2017
国内でディーゼルターボを積極的に展開しているのはマツダですが、そのマツダの1,500ccディーゼルターボは少ない排気量なのにしっかりしたトルクを持つエンジンです。
昔はある程度排気量がないとトルクも出ませんでしたが、効率化とさまざまな改良によって最新のディーゼルターボは小排気量でも十分な性能が出るようになっています。
重さはやはりネック
直進発信や、走行時での車線変更加速は申し分ないが、2.2ディーゼルターボエンジンはフロントヘビーで、静止時の舵は重い。1.5ディーゼルターボとの組み合わせがお先だろうが、車両重量換算の減税制度が足かせとなっている。 https://t.co/dY0QbAuiwo
— SUMIKAZU (@sigint34) December 19, 2015
ディーゼルターボの太いトルクと素晴らしい加速感はエンジンの重さなど感じさせないものですが、その重さが問題となるのは停車時の据え切りのときです。
据え切りの際にはパワーステアリングの補助はあるもののエンジン重量がタイヤに大きく作用しており、ドライバーの負担が大きくなります。この点はガソリンエンジンに対して大きく劣る部分ですね。
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ディーゼルターボの搭載車
ディーゼルターボエンジンの搭載車はこれまで欧州車がメインでしたが、ここ10年ぐらいで国産車にも数多くのディーゼルターボ車が登場しました。
その中から代表的な何車種かをご紹介します。
マツダ デミオ
国内メーカーでディーゼルターボを最も積極的に採用しているのがマツダですが、そのマツダの最量販車種がコンパクトカーのデミオです。
デミオは非常にコンパクトな車で国内では小排気量のガソリンエンジンが搭載されることの多い車種なのですが、マツダはそこにガソリンエンジンと一緒にディーゼルターボエンジンをラインナップしています。
スペックと燃費には違いがあり、ディーゼルエンジンも高い人気があります。
スペック | xD(ディーゼルターボ) | 15C(自然吸気ガソリン) |
エンジン形式 | S5-DPTS(SKYACTIV-D) | P5-VPS(SKYACTIV-G) |
エンジンスペック | 1,498cc 直列4気筒DOHC16バルブ ターボ+インタークーラー | 1,496cc 直列4気筒DOHC16バルブ |
最高出力 | 105ps(77kW)/4,000rpm | 110ps(81kW)/6,000rpm |
最大トルク | 25.5kgf・m(250N・m)/1,500rpm~2,500rpm | 14.4kgf・m(141N・m)/4,000rpm |
燃費(JC08モード) | 26.4km/L | 19.0km/L |
※SKYACTIV-D、DOHC、エンジンの詳細は以下の記事をご参照ください。
スカイアクティブD(クリーンディーゼル)とは?欠点2つ!不具合や故障が多く耐久性に難あり?!DOHCエンジンとは?仕組み/構造は?ツインカムとの違いとは?!デミオには主にディーゼルターボとガソリンエンジンの2種類があり、両者とも1.5Lエンジンですが、そのスペックは大きな差があります。
両方共それぞれのエンジンの特徴をしっかりもっており、ガソリンエンジンは最高出力がわずかに高いのが特徴です。
ですがディーゼルターボは出力では5馬力差しか無いのに対し、ディーゼルエンジンとターボの効果によってトルクは10kgfも上です。
この高いトルクによってデミオはコンパクトカーとは思えないほどのしっかりした加速性能を持っており、その走りの良さによってディーゼルエンジン仕様のほうが人気が高い車種です。
また燃費がディーゼルエンジンのほうが7km/Lも上で高い性能を持っており、また燃料は価格の安い軽油ですので燃料代も節約できます。
ですが価格面ではディーゼルターボのほうが高く、500,000円もの価格差が燃料代でペイできるかが肝となる車種です。
なおデミオについては以下の記事でも取り上げているので、興味のある方はこちらもあわせて参考にしてみてください。
デミオの加速性能を解説!0-100km/h加速タイムはどのくらい?デミオは雪道に弱い?雪道走行の性能について徹底分析しました!日産 エクストレイル2代目
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ディーゼルエンジンはそのトルクの高さからSUVにも多く採用されるエンジンですが、マツダのほかに日産自動車もディーゼルターボエンジンを中型SUVであるエクストレイルに搭載しています。
現行車は3代目エクストレイルですが、現行車はガソリンエンジンとガソリンハイブリッドのみとなっており、ディーゼルターボは前型車である2代目エクストレイルに採用されています。
ディーゼルターボはフルタイム4WDの車種に搭載され、燃費は少し悪いですが圧倒的なトルクの高さで人気は高い車種です。
スペック | 20GT(ディーゼルターボ) | 20X(自然吸気ガソリン) |
エンジン形式 | M9R | MR20DD |
エンジンスペック | 1,995cc 直列4気筒DOHC16バルブ ターボ+インタークーラー | 1,997cc 直列4気筒DOHC16バルブ |
最高出力 | 173ps(127kW)/3,750rpm | 147ps(108kW)/6,000rpm |
最大トルク | 36.7kgf・m(360N・m)/2,000rpm | 21.1kgf・m(207N・m)/4,400rpm |
燃費(JC08モード) | 14.2km/L(4WD) | 16.9km/L(FF) |
2代目のエクストレイルにもガソリンエンジン仕様がありこちらも同じ2.0Lエンジンですが、エクストレイルの場合はディーゼルエンジンのほうが最高出力、最大トルクとも高く、完全に上級エンジンとなっています。
特にトルクが非常に高く、36.7kgfはオフロード走行をする車としては非常に頼もしいスペックです。
ディーゼルターボの燃費があまり良くないのがネックで、価格もガソリン車より数十万円高いですが、エクストレイルはなによりオフロード走行を重視したSUVですのでディーゼルエンジンには高い魅力があります。
なおエクストレイルについては以下の記事でも取り上げているので、興味のある方はこちらもあわせて参考にしてみてください。
エクストレイルの口コミ/評判!価格から外装や走行性能まで全てチェック!エクストレイルの燃費は悪い?街乗りや高速の実燃費は?改善し向上させる方法まで解説!トヨタ ランドクルーザー200系
乗用車用のディーゼルターボエンジンは国内では直4エンジン程度の小型エンジンが主流ですが、海外ではV6やV8などの大型ディーゼルターボエンジンも存在します。
その中でトヨタが大型SUV ランドクルーザーに採用しているエンジンの中で、海外車種専用に展開しているエンジンに、V8ツインターボディーゼルエンジンというパワフルなエンジンがあります。
V8エンジンの特徴!どんな音?搭載車を日本車/外車の車種からそれぞれ紹介!ツインターボエンジンとは?仕組みは?搭載車を日本車/外車の車種からそれぞれ紹介!ツインターボエンジンはその名の通りターボチャージャーが2基装着されたエンジンであり、非常に高い出力を出すことができます。
ディーゼルターボエンジンでもその効果は高く、ディーゼルエンジンで不足しがちな最大出力を伸ばし、さらに強大な低速トルクを発生させます。
スペック | 200系 ツインターボディーゼル |
エンジン形式 | 1VD-FTV |
エンジンスペック | 4,461cc V型8気筒DOHC 32バルブ インタークーラー ツインターボディーゼル |
最高出力 | 265PS(195kW)/3,400rpm |
最大トルク | 650N・m(65.8kgf・m)/1,600rpm~2,800rpm |
4.5L V8エンジンにしては最高出力は265馬力と少し控えめですが、このエンジンの実力は最大トルクの圧倒的な高さになります。
65.8kgfという非常に強大なトルクはランドクルーザーのような大型で重量のある車種を難なく加速させるスペックです。
またランドクルーザーもオフロード走行を行う車ですので、そのトルクはオフロードにおいて本領を発揮します。
国内ではランドクルーザーにV8ツインターボという高スペックエンジンは不要でラインナップにも入っていませんが、海外ではハイスペックの大型SUVには高い需要があり、とくにトヨタのランドクルーザーは非常に人気が高い車種です。
なおランドクルーザーについては以下の記事でも取り上げているので、興味のある方はこちらもあわせて参考にしてみてください。
ランクルの走破性を徹底解剖!クロカン・オフロード性能はいかに?!ランドクルーザーは雪道に弱い?雪道走行の性能について分析してみました!ディーゼルターボの今後
ディーゼルエンジンにターボチャージャーを装着する流れは、その相性の良さもあって今後も間違いなく主流となっていきます。
むしろ自然吸気のディーゼルエンジンに現状競争力がないので、競争力を与えるためにはターボ化は必須です。
ですが現在世界的にはディーゼルエンジンは排気ガス規制の厳しさから採用が難しくなってきており、各社から開発中止の情報もいくつもあがってきています。
そのためディーゼルターボエンジンは今後縮小傾向にあるのは間違いなく、それに変わってハイブリッド車や電気自動車、高効率ガソリン車が環境対応車の中心になりそうです。
なおディーゼルエンジンについては以下の記事でも取り上げているので、興味のある方はこちらもあわせて参考にしてみてください。
「ハイブリッド」vs「クリーンディーゼル」の違い8つ!燃費や維持費まで比較!(クリーン)ディーゼルの煤問題とは?除去・洗浄や対策方法まで全て解説!