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インタークーラーターボとは?仕組み/構造は?ターボチャージャーとの違いまで解説!

自動車用エンジンのパワーアップの手段はいろいろあり、ターボチャージャーを活用したターボエンジンもそのひとつですが、さらに出力を挙げる手段として「インタークーラーターボ」というものがあります。

今回はインタークーラーターボエンジンについてご説明します。

インタークーラーターボとは

ポロ エンジン

ターボエンジンは自然吸気エンジンにターボチャージャーを組み合わせたエンジンですが、そこにさらに「インタークーラー」を追加したエンジンです。

ターボエンジンについては以下の記事で詳しくご説明していますが、ターボチャージャーは排気ガスのエネルギーを活用してコンプレッサーを回し、吸気の空気を圧縮して密度を高めるための装置です。

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吸気の密度が高くなるとその分燃焼できる燃料の量が増え、エンジン出力やトルクを高めることが可能となります。

ですがインタークーラーはこのターボチャージャーの効果をさらに高めるためのシステムで、現在のターボエンジンには不可欠なものとなっています。

インタークーラーの効果

インタークーラーは熱交換器の一種で、ターボチャージャーで圧縮された吸気の温度を下げる効果を持ちます。

エンジンの冷却水を冷却するラジエーターと同じような熱交換器で、走行風をインタークーラーのコアに当ててコアの内部を通る吸気の温度を下げます。

MEMO

ターボチャージャーで圧縮された空気は密度が高くなりますが、同時に圧縮によって温度も上昇しています。

そのままの状態でエンジンのシリンダーに送り込んでも密度の高い空気でエンジン出力は上げられるのですが、一方で温度の高い吸気はエンジンの「ノッキング」を誘発させる原因にもなります。

ノッキングはシリンダー内で燃料を空気の混合気を圧縮した際に、温度が高くなりすぎて燃料が自己着火して異常燃焼する現象です。

ターボエンジンは吸気を圧縮するという構造上ノッキングが起こりやすいエンジンであり、エンジンの圧縮比なども低めに設定する必要があるのですが、そこにインタークーラーを組み合わせることでより高い出力を実現できます。

ターボチャージャーで圧縮されて高温になった吸気をインタークーラーで冷却し、密度をさらに高めるとともに温度自体も下げることができるからです。

その効果からインタークーラーは現在ターボエンジンには必ずと言っていいほど組み合わされており、ターボエンジン=インタークーラーターボエンジンといっても過言ではありません。

なおノッキングはガソリンエンジン特有の問題で、ディーゼルエンジンにターボを組み合わせたディーゼルターボエンジンに対しては構造の違いからノッキングは問題になりません。

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その場合はインタークーラーは出力上昇に対しての効果を主とします。

インタークーラーの種類

インタークーラーはその種類や設置場所によっていくつかタイプがあり、現在でも新たな構造のインタークーラーが登場しています。

インタークーラーは主にその搭載位置と冷却方法によって違いがあり、その種類をご説明しましょう。

搭載位置:車両前方位置

インタークーラーの基本は空冷式のインタークーラーなのですが、その搭載位置としてもっともオーソドックスなものがエンジンの前方に配置するものです。

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MEMO

空冷式インタークーラーは走行風を当てて冷却するので、効率を考えると設置場所は車の中で最も走行風の当たる位置が良いわけです。

となるともちろん車両の一番前であるバンパーの後ろあたりがベストポジションでなのですが、そこには他にも重要な部品が多数あり、かなりの混戦地域です。

まず水冷式のエンジンには欠かせない水冷ラジエーターがあり、インタークーラー以上に設置場所が重要なのでラジエーターの設置場所が最初に決定されます。

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また他にもエアコン付きの車ではエアコン冷媒の冷却用に専用のコンデンサーと呼ばれる熱交換器、エンジンオイルの冷却を行うオイルクーラーなどもあり、それらの熱交換器とインタークーラーは設置場所を取り合う部品です。

車両前方のインタークーラーの設置場所としては主に2つあり、一つは水冷ラジエーターのすぐ後ろに並行に設置されるものです。この場合インタークーラーに当たる走行風はラジエーターを冷却した後の空気となります。

もう一つはラジエーターと別の場所に設置する方法で、ラジエーターの下側の空間に設置したり、フェンダー横と言われるヘッドライトの下の空間に設置されることもあります。この場合走行風はインタークーラーに直接当たるものの、その他の部品が邪魔してラジエーターほどの効率が出ない場合もあります。

車のボディの作り方や走行風の流れによっても変わりますが、どちらのほうが良いかは車次第です。

ラジエーターの後ろに設置する方法も別の位置に設置する方法も、どちらもインタークーラーの設置位置としては一般的なもので、各自動車会社の設計ノウハウや車ごとの要件によって最適解がかわります。

設置位置:エンジン上側

インタークーラーの設置位置にはもう一つ一般的なものがあり、エンジンの上に直接設置するものです。

この方式は小型車に特に多い方式ですが、エンジン本体の真上に設置して、左右の吸気と排気を繋ぐ形になっています。

冷却するための走行風はボンネットの上に開けたダクトから導入され、インタークーラーに直接走行風を当てることが出来ます。

この方式ではラジエーターやボディなど邪魔な部品が他にないのでインタークーラーの効率が良くなる一方、空気の流れ的にはエンジンという大きな部品が下にあることで悪い面もあります。

国産車でも軽自動車や中、小型のスポーツタイプの車でボンネットにダクトが付いている車を見かけますが、これは全てエンジン上部にインタークーラーを設置してあるタイプです。

ボンネットのダクトからインタークーラーまでの間は走行風を効率的に導入するためのゴムの蛇腹(ダクト)が付いており、柔軟性のあるダクトでボンネットに密着しています。

この方式と車両前方式のどちらが良いかはやはり設計条件や車両条件によって違いますが、車が小さく車両前方に十分なスペースが確保できない場合などに使われます。

空冷式と水冷式

インタークーラーは空冷式が一般的ですが、もう一つの方式として水冷式インタークーラーというものもあります。

エンジンは現在水冷式が一般的であり、冷却水をエンジン本体に循環させることで温度をコントロールしています。

MEMO

水冷式インタークーラーはこの水冷システムにインタークーラーも織り込むものであり、冷却はラジエーターに頼ることとなります。

走行風よりも熱容量の大きな冷却水による熱交換は効率的で、さらに空冷式のように設置場所によってインタークーラーの効率が変わることもありません。

そのため水冷式インタークーラーは設置場所にかなりの自由度があり、またコンパクトにまとめることが出来ます。

その反面インタークーラーの冷却性能がラジエーターで冷却できる冷却水の温度に左右されるため、冷却水温度が高くなっている場合にはインタークーラーの効率が低下するデメリットを持ちます。

そのためこれまで水冷式インタークーラーはあまり採用されておらず、もし採用するにしても水冷インタークーラー専用のラジエーターを設置する必要があるなど、どんどんシステムが大型化する点もあります。

ですが近年ダウンサイジングターボエンジンという小型ターボエンジンが主流となってきたことで、水冷インタークーラーにも再度注目が当たっており、採用例はどんどん増えています。

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水冷式はコンパクトにまとめられれば非常に有効なシステムであり、またレスポンスの良さや綿密なコントロールが可能という面もあるので、燃費を重視するダウンサイジングターボエンジンでは有効です。

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インタークーラーの名称

現在インタークーラーという名称はターボエンジンの冷却器という認識が一般的となっていますが、実は「インタークーラー」は本来の使い方とは異なっています。

実はインタークーラーはもともと航空機用エンジンに使われていた部品で、多段式の過給機システムがもととなっています。

MEMO

一段目の過給機と2段目の過給機の間で冷却するために使われていたのがインタークーラーで、間に挟むので”インター”クーラーという名称となっています。

現在のエンジン直前にクーラーを挟む形式は「アフタークーラー」という名称が正式なものです。

ですが航空機開発の中でもアフタークーラーという呼び方はそのうちなくなり、インタークーラーという名称が定着しました。

自動車用エンジンでは多段式の過給機というのはほとんど使われませんが、航空機の名称が定着していたことからインタークーラーという名称は最初から定着しており、アフタークーラーと呼ばれることはありません。

ですが船舶用エンジンではいまでもアフタークーラーと呼ばれることもあります。

MEMO

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インタークーラーターボのメリット・デメリット

メリット、デメリット

インタークーラーターボのメリットは前述したとおりエンジン出力の向上にありますが、いくつかデメリットもあります。

インタークーラーターボのメリット

インタークーラーを設置することによる効果は前述で簡単にご説明しましたが、どのぐらいの効果があるのかを詳しくご説明します。

出力向上および効率向上

 

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現在ターボエンジンにはほぼ全てにインタークーラーが設置されているのでその効果は一体化してしまっていますが、1980年代には同一車種でインタークーラーありなしの仕様がありました。

少々古いクルマとなってしまいますが、インタークーラーを付けた際のエンジンスペックがどのぐらいになるかを見てみましょう。

今回例に挙げるのは、1981年発売の日産 スカイラインR30型です。

スペック2000ターボインタークーラーRS/RS-X2000RSターボ2000RSGTシリーズ
エンジン型式FJ20ET型 1,990cc 直列4気筒DOHC 4バルブインタークーラーターボFJ20ET型 1,990cc 直列4気筒DOHC 4バルブターボFJ20E型 1,990cc 直列4気筒DOHC 4バルブL20ET型 1,998cc 直列6気筒OHCターボ
最高出力205PS/6,400rpm190PS/6,400rpm150PS/6,000rpm145PS/5,600rpm
最大トルク25.0kgm/4,400rpm23.0kgm/4,800rpm18.5kgm/4,800rpm21.0kgf-m/3,200rpm

※直列4気筒、直列6気筒、DOHC、エンジンの詳細は以下の記事をご参照ください。

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R30スカイラインには何種類ものエンジンラインナップがあり、当時の国内の競争の激しさから自然吸気エンジン、ターボエンジン、インタークーラー付きターボエンジンと、同一車種でもそれぞれのエンジンスペックが比較できるようになっています。

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R30型スカイラインの主力エンジンは2.0L 直列4気筒エンジンであるFJ20型ですが、同一機種で自然吸気エンジンFJ20E型、ターボチャージャーのみのFJ20ET型、FJ20ET型にインタークーラーを追加したRSシリーズがあります。

スペックを比較してみると、自然吸気エンジンからターボチャージャーを追加したことで、出力40馬力アップ、トルク5kgf程度の性能向上がされています。

それに対してインタークーラーの追加でさらに15馬力の出力向上と2kgfのトルク向上がなされており、当時のインタークーラーの効果はこのくらいというのがわかります。

自然吸気エンジンにターボチャージャーを追加することで大きな性能向上は果たせますが、インタークーラーはそれをさらに底上げする効果があるのです。

エネルギー効率が良い

インタークーラーはエンジン出力を向上させますが、そのために使われるエネルギーは走行風でありエネルギー効率は良いシステムです。

エンジンの出力アップには効果に見合うだけのデメリット、例えば燃費の悪化やトルクの低下などがある場合が多いのですが、インタークーラーの場合にはそういったデメリットはあまり大きくありません。

ポイント

吸気を冷却するためのエネルギーは走行風なので車が走行していれば得られますし、インタークーラーが設置さえされていれば効果が得られるからです。

厳密に言えば走行風を生み出しているのはエンジンによる走行なので、燃料のエネルギーの一部を使っていることにはなるのですが、それまではラジエーターなどの冷却のみにしか使っていなかったものを更に活用しているので、エネルギー回収の役割もあるわけです。

当然インタークーラーの設置にはコストがかかるものの、そのコストに見合う効果は十分に得られるのです。

インタークーラーターボのデメリット

インタークーラーターボは便利なメリットを持っているものの、いくつかデメリットもあります。

設置場所にスペースが必要

インタークーラーは部品としては大型なものであり、その設置には結構なスペースが必要です。

インタークーラー本体である熱交換器は走行風を当てる必要があることから、風が当たる面積が重要であり大きく平べったい形状になります。

また容積もある程度必要なので長方形の大型部品となり、設置場所は結構限られます。空冷インタークーラーではラジエーターなどとの関係もあるので場所に制限もあり、インタークーラー設置のために他の部品を移動させる場合も少なくありません。

車のエンジンルームのスペースは年々狭くなっていく一方で、搭載しなければならないデバイスは増加しています。

その中でインタークーラーを設置しなければならないのは大変なのですが、ターボエンジンには不可欠な部品なので設計時に設置に苦労するのです。

その点において水冷インタークーラーは設置場所をある程度自由にできるのは、空冷インタークーラーに対する大きなメリットにもなります。

空冷インタークーラーはダクト関係が多い

インタークーラーは熱交換器本体の設置場所も問題ですが、インタークーラーにつながるダクト関係の部品も増加します。

インタークーラーが車両前方に設置されている場合、インタークーラーにつなげる必要のあるダクトは吸気側、排気側があります。

ポイント

ターボチャージャーからインタークーラーまでつながるダクトにはターボチャージャーで圧縮された空気が通り、それがインタークーラーを通って吸気側に戻ります。

その際もインタークーラーからエンジンに戻る吸気ダクトが必要で、総延長としてはエンジンの外周をぐるっと半周するほどのダクトが必要となります。

またターボチャージャーにつながるダクトも混在していますので、インタークーラーターボエンジンの吸気系ダクトは非常に複雑な取り回しとなるため、レイアウトの難しさと複雑な形状による部品のコスト増加も起こります。

この点についてはエンジン上置きのインタークーラーや水冷インタークーラーなどのエンジンに取り付けるタイプなら、ダクトも短く取り回しも楽というメリットを持ちます。

レスポンスの悪化

インタークーラーによる吸気の圧縮は空気の密度を高める効果がありますが、ターボチャージャーによる過給圧が不十分な場合にはエンジンのレスポンスを悪化させることもあります。

インタークーラーで冷却された吸気は密度を高めるとともに体積が減少しますが、吸気を送る圧力が少なければ吸気がシリンダーに到達するのに時間がかかることになります。

そうなるとエンジンの出力が上がるのにタイムラグがあることになり、エンジンレスポンスの低下に繋がります。

ターボチャージャー自体も同様な問題を持っており「ターボラグ」という名称でターボエンジンの大きなデメリットです。

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MEMO

このレスポンスの低下はターボチャージャーの効率の悪い低回転域で起きるもので、また吸気ダクトの総延長が長いほど起こりやすくなります。

そのためこの点においてもエンジン上置きや水冷インタークーラーは有利であり、近年水冷インタークーラーの評価が高まっている理由でもあります。

最近の主流であるダウンサイジングターボエンジンでは、小型でレスポンスのよいターボチャージャーを採用するため車両前方置きのインタークーラーでも十分に改善していますが、フォルクスワーゲンなどは水冷インタークーラーとすることでさらに効果を高めています。

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インタークーラーターボの評価・口コミ

インタークーラーターボに対する口コミや評価はTwitter上にもいくつも投稿されていますので、その中からいくつかご紹介していきます。

寒いほうが速くなる

この方は普段おとなしい走りをされているようですが、気温の低いシーズンにインタークーラーターボ車をしっかり走らせたらその速さにびっくりされたそうです。

インタークーラーはその機構から気温が低ければ低いほど冷却効果も高くなるので、気温の低くなる冬などにはエンジンの出力が高めになります。

その分低回転時のレスポンス低下やターボラグは大きくなりますが、加速が始まれば一気に速い車になるのです。

インタークーラーターボはCMにも

インタークーラーターボという言葉は登場当時は車の魅力を伝える言葉にも使われており、1980年台〜1990年代のテレビCMでもよく聞いたフレーズです。

ターボによるパワー戦争の切り札的な存在でしたので、当時はインタークーラーと聞くだけでも大きな話題となりました。

現在はインタークーラーターボが一般的になりすぎてそういった効果はなくなりましたが、当時のCMを見返してみると結構面白いものです。

軽自動車にもインタークーラーターボ

ターボによるパワー競争は軽自動車にも及んでおり、各社はこぞってインタークーラーターボエンジンを投入しました。

軽自動車に対してもその効果は高く、低速トルクの強化によって非常に加速の良い軽自動車が生まれました。

かなりピーキーな性格の車となってしまう面もありますが、速さという点では刺激的な車となっています。

MEMO

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インタークーラーターボの搭載車

インタークーラーターボを搭載した車は現在では珍しくありませんが、その中からいくつか代表的な車種をご紹介します。

三菱 ランサーエボリューションX

 

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国産車にもインタークーラーターボの車種は何車種もありますが、高出力のスポーツカーの中でも有名なのが、この三菱 ランサー エボリューションXです。

ランサーエボリューションは三菱を代表するスポーツカーで、スポーツカーとしては中型車にあたりますが、その性能は非常に高性能でインタークーラーターボエンジンのトップクラスのエンジンです。

スペックランサー GSRエボリューションX
エンジン形式4B11
エンジンスペック1,998cc 直列4気筒 DOHC 16バルブ インタークーラーターボ
最高出力300ps(221kW)/6,500rpm
最大トルク43.0kgf・m(422N・m)/3,500rpm

ランサーエボリューションはこの10代目で最終型となり、その出力やトルクは熟成の局地に達しています。

最高出力300馬力は中型のスポーツカーとしては非常に高く、またトルクの太さはラリーカー譲りの走行性能に磨きをかけています。

ランサーエボリューションのインタークーラーはエンジンの上に配置されるタイプのもので、ボンネット上にダクトが開いて外気を取り込む形になっています。

ダクトはランサーエボリューションのデザインの上でも特徴的なものであり、パワフルな車を表現する上でもアイコン的なものです。

なおランエボ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。

三菱 ランサーエボリューションランエボは速いのか?加速性能から0-100km/h加速タイムまで解説!

ダイハツ ミラTR-XXアバンツァート

 

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ダイハツにもインタークーラーターボを搭載した車はいくつもありますが、その中でパワフルさで代表的な車種として、ミラのスポーツバージョンであるTR-XXアバンツァートがあります。

ミラは軽自動車ではありますが、インタークーラーターボの搭載によって軽自動車屈指のスペックを持つ車に仕上がっています。

スペックミラ TR-XX アバンツァート
エンジン形式EF-RL
エンジンスペック659cc 直列3気筒 DOHC 12バルブ インタークーラーターボ
最高出力64ps(47kW)/6,800rpm
最大トルク10.7kgf・m(104.9N・m)/4,000rpm

※直列3気筒エンジンの詳細は以下の記事をご参照ください。

日産 NOTE 直3エンジン直列3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!

エンジン出力は軽自動車には上限規制があるので最高出力64馬力ですが、最大トルクについては上限がないので軽自動車にしてはかなりの高さとなっています。

10.7kgfというトルクは660ccエンジンにしては非常に高く、現在あるターボエンジンの軽自動車より少し高くなっています。

その走行感覚は軽自動車とは思えないパワフルな加速を持っており、ターボラグは大きく扱いにくい面もありますが、強力なトルクは楽しい車です。

ミラ TR-XXに限らず、乗用車系の軽自動車はインタークーラーはエンジン上部搭載が主で、現在の最新車種でも同じ形態がとられています。

フォルクスワーゲン ポロ

フォルクスワーゲン ポロ

フォルクスワーゲンはダウンサイジングターボエンジンを積極的に採用しているメーカーで、インタークーラーターボエンジンとしては最新型のエンジンを生み出しています。

フォルクスワーゲンのダウンサイジングターボエンジンは同社のさまざまな車種に採用されており、TSIというシリーズのこのエンジンには水冷インタークーラーが積極的に採用されています。

そのフォルクスワーゲンのエントリーモデルがポロシリーズで、最新型は非常に高性能な車種になっています。

スペックポロ
エンジン形式EA211
エンジンスペック999cc 直列3気筒 DOHC 12バルブ 水冷インタークーラーターボ
最高出力95ps(70KW)/5,000rpm〜5,500rpm
最大トルク17.8kgf・m(175N・m)/2,000rpm〜3,500rpm

ポロは国産車で言えばコンパクトカーの部類にあり、エンジン性能とともに燃費性能や重量面も重量であり、水冷インタークーラーを採用したTSIエンジンはその点で優秀なエンジンです。

ポイント

スペック的には最高出力は標準的ですが、最大トルクはなかなか高く、ダウンサイジングターボエンジンの特徴である低速トルク重視の小型ターボチャージャーの効果です。

また水冷インタークーラーはレスポンスの良さも特徴で、小型車に重要な街乗りに乗りやすいエンジンとなります。

さらに低速トルクの太さとレスポンスは加速時のエンジン回転数を低く抑えられるので燃費にも良い影響があります。

水冷インタークーラーは性能やコスト面でいくつかデメリットもあるものの、今後採用が増えていく技術でもあります。

なおポロ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。

VWポロのフロントVWポロのフルモデルチェンジ!新型の内装や画像を公開【東京モーターショー2017】

インタークーラーターボの今後

インタークーラーターボはダウンサイジングターボエンジンが流行している現在のトレンドにマッチしており、今後もそのトレンドはまだまだ続きます。

またインタークーラーは空冷式もまだ採用はあるものの、水冷式も少しづつ増加していくでしょう。

なおターボ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。

メーターターボエンジン車は燃費が悪い?燃費向上は走り方次第で可能?! オイル交換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!