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ツインスクロールターボとは?仕組み/構造は?BMWとレガシィが搭載車?!

ターボチャージャーはエンジンの性能を一気に向上させる装置として、小排気量エンジンから大排気量エンジンまでに数多く採用されてきました。

ツインターボにもいくつか種類がありその中にツインスクロールターボという効率の高いターボチャージャーがあります。

今回はそんなツインスクロールターボについてご説明します。

ツインスクロールターボとは

スバル エンジン

ツインスクロールターボはターボチャージャーの一種類で、内部の構造が普通のターボチャージャーと違いがあります。

ターボチャージャーはエンジンに大量の空気を供給するための装置で、吸気を圧縮するコンプレッサーと、そのコンプレッサーを可動させるためのタービンで成り立っています。

タービンには排気ガスを導入し、排気ガスによってタービンを回転させ、それによってコンプレッサーを回転させます。

排気ガスはエンジンで燃焼の終わったあとのガスですが、非常に高温でエネルギーが余っている状態なので、ターボチャージャーで活用することは燃焼エネルギーの節約にもなります。

ターボチャージャーはその効果によってエンジンの出力やトルクを比較的簡単に向上させることができるのですが、普通のターボチャージャーには欠点があり、それを改善するのがツインスクロールです。

ターボチャージャーの弱点

ターボチャージャーの設計の上で重要な点に「A/R比」というものがあり、タービン側の排気通路面積:Aと、タービン入り口からタービン中心までの距離:Rの比を表します。

このA/R比はターボチャージャーの特性と得意な領域を決定するもので、詳しい説明は省きますが一般的に次のような違いがあります。

低回転域重視ターボ高回転域重視ターボ
A:排気通路面積
R:タービン入り口~中心距離
A/R比
得意な領域低速トルク最高出力、最高速度
苦手な領域最高出力低速トルク

低回転域重視のターボは排気ガスが通る通路が小さいほうが効率がよく、またタービンまでの中心距離が大きいほど、ターボチャージャーは低回転域重視で、低速トルクの太さが特徴となります。

また高回転域重視のターボでは通路面積は大きいほうが効率がよく、エンジンの回転数の高い領域で性能を発揮できるターボとなります。

ですがそれぞれのターボは弱点も持っており、低回転域重視のターボは高回転域で効率が低下し、逆に高回転重視のターボは低回転域で不利となります。

そのためターボチャージャーの設計は搭載される車の使い方によって大きく変わり、スポーツカーなど最高出力重視ではA/R比が大きなターボを、コンパクトカーなどで低回転域で日常の使い勝手を優先するならA/R比が小さなターボのほうが有利です。

ターボエンジンにはこういった特徴があるので、どうしても弱点も持ってしまうことになります。

ツインスクロールターボの効果

通常のターボチャージャーには低回転域か高回転域かのどちらかに弱点があるのですが、ツインスクロールターボはその弱点をタービン内部の構造によって改善することができます。

ツインスクロールターボはタービンの内部に2つの通路を持っており、エンジンの低回転域と高回転域で切り替えることが可能です。

前述でA/R比についてご説明しましたが、ツインスクロールターボは運転中にA/R比を変化させられるターボといえ、Aの大きさを変化させることができます。

このときA/R比のRの値はターボチャージャーの大きさで変わるので一定ですが、Aの値を2種類に変化させることが可能です。

低回転域ではAが小さい方が効率が良いので、2つある通路の内、1つにしか排気は流れません。

ですが高回転域になるともう1つの通路が開き2つの通路を両方使うこととなるので、Aが大きくなることで高回転型のターボになるのです。

低回転と高回転の通路の切り替えはターボの入り口にあるバルブの切り替えで行っており、エンジン回転数に合わせて車のECU(Engine Control Unit)が判断して自動的に制御しています。

ツインスクロールターボと他のエンジンとの違い

ターボチャージャーの弱点は昔から知られており、その改善のためにツインスクロールターボ以外のターボシステムも開発されています。

シーケンシャルツインターボ

ツインターボは1つのエンジンに2基のターボチャージャーを装着したエンジンで、シーケンシャルツインターボはさらに低回転用と高回転用の2種類に分かれているのが特徴です。

シーケンシャルツインターボの基本的な考え方はツインスクロールターボと同じで、1基のターボチャージャーでは弱点があるなら2種類のターボを積めば良いというものです。

この考え方はターボとしてはツインスクロールターボより前からあるもので、実際に搭載した車種は1990年頃に登場しました。

ターボチャージャーは2基ありますが、シーケンシャルツインターボの場合は低回転域と高回転域で片方ずつしか使わないようになっており、排気管の中に切り替え用のバルブを持っています。

ですが似た名前でツインターボという場合には2基のターボチャージャーを併用するエンジンのことであり、小型のターボを2基まとめて使うことで低回転域から高回転域までをカバーしようというものです。

また近年はクアッドターボと呼ばれるターボチャージャーを4基持つエンジンも出てきていますが、これは低回転域と高回転域で使い分けるのではなく、全て併用して全体的なパワーの向上が大きな目的です。

ツインエントリーターボ

ツインスクロールターボと近い構造を持つターボチャージャーとして、ツインエントリーターボがあります。

ツインエントリーターボもタービン内に2つの通路を持つ構造を持っていますが、ツインエントリーターボの場合は低回転と高回転の切り替え構造は持っておらず、2つの通路には常に排気ガスが流れています。

ツインエントリーターボの目的はエンジンの各気筒から集まってきた排気ガスの排気干渉回避であり、低回転域と高回転域の両立という目的ではありません。

構造上はツインスクロールターボとツインエントリーターボはよく似ていますが、登場はツインエントリーターボのほうが早く構造も簡単と言えます。

一方でツインエントリーターボは弱点を相変わらず持っているので、効率の面ではツインスクロールターボに劣ります。

ツインスクロールターボのメリット・デメリット

メリット、デメリット

ツインスクロールターボにはいくつかのメリットともにデメリットもあり、それらの兼ね合いで採用されるかどうかが決まります。

ツインスクロールターボのメリット

ツインスクロールターボのメリットは前述でも少し触れましたが、メリットのみまとめました。

低速トルクと最高出力の両立

前述したようにツインスクロールターボの最大のメリットは低回転域と高回転域の両立ですが、それによって低速トルクと最高出力を両立できるようになります。

1980年~1990年ごろのターボエンジンに多かったのですが、ターボエンジンは最高出力重視のエンジンが多く、ターボチャージャーもA/R比の大きなシングルターボが主流でした。

そのためターボエンジン車は低速トルクが少なくて、発進と停止を繰り返す普段使いでは使いづらく、加速時にエンジン回転数が高めになるので燃費も悪くなっていました。

その低速トルク不足を改善する一つの方策がツインスクロールターボであり、低速トルクの改善はスポーツカーのような車種では加速の強化と普段使いで使いやすい太いトルクをもたらします。

一般的にはツインスクロールターボ化によって全域で扱いやすい車になると言えるでしょう。

ターボラグの削減

ツインスクロールターボの低回転域への適応性はもう一つ効果があり、ターボチャージャーの昔からの課題であったターボラグの削減にも繋がっています。

ターボラグはエンジンが低回転時に排気ガスのエネルギーが十分でないために起こるもので、タービンの効率が悪くて加速が鈍る現象です。

ターボチャージャーで最高出力を得ようとするとターボラグは大きくなる傾向にあり、いわゆる「ドッカンターボ」となります。

これは高回転域に対応させた結果、低回転域で効率が低下したことによるものです。

ですがツインスクロールターボは低回転域からターボチャージャーの効率を高めることができるので、ターボラグも少なくなり加速が良くなります。

またターボラグは運転感覚としても加速が一歩遅れて不快な感じを与えるものなので、運転性を向上させる効果もあります。

ツインスクロールターボでもターボラグは完全に無くせませんが、確実な改善が感じられるでしょう。

必要な搭載スペースの少なさ

ツインスクロールターボと同様の効果を持つシーケンシャルツインターボを比較した場合、ツインスクロールターボは関連部品も含めて省スペースで収められるメリットがあります。

シーケンシャルツインターボはターボチャージャーを2基搭載する関係上、どうしてもターボチャージャーの搭載スペースとそこにつながる吸気管と排気管のレイアウトでかなりのスペースが必要となります。

ですがツインスクロールターボはターボチャージャーが1基で済みますので、その分搭載スペースが少なくて済みます。

なにより吸気管と排気管のレイアウトはシンプルなものとなるので、部品の製造性や組み立て性などの面でも有利となります。

車のエンジンルームは年々搭載部品が増えて狭くなっており、そういった意味でもツインスクロールターボにはメリットがあります。

ツインスクロールターボのデメリット

ツインスクロールターボは普通のターボチャージャーよりは複雑な構造を持っているため、その面でのデメリットもいくつかあります。

切り替えバルブが必要

ツインスクロールターボには排気流れの切り替えのために排気管集合部にバルブが必要で、関連部品も含めて複雑な構造が必要となります。

排気系のバルブ自体はこれまで様々な箇所で使われているので信頼性の面は問題ないのですが、バルブ本体、および電子制御のコントロール装置の追加が必要なので部品点数はどうしても増加します。

またその分コストも増加しますので、切り替えが不要なシングルターボよりはコスト面でのデメリットが大きなターボと言えます。

そのためツインスクロールターボは高級車やスポーツカーに採用されることが多い一方で、小型車などに採用しづらい理由でもあります。

排気管の取り回しが不利

ツインスクロールターボはターボチャージャーが一基なので排気管の接続部が少ないのは良いのですが、コンパクトに収めようとするとエンジン本体からターボチャージャーまでの排気管は取り回しが難しくなります。

エンジンをコンパクトにまとめるためにはターボチャージャーをできるだけエンジン本体に近づけたいのですが、そうするとその間をつなげる排気管は取り回しに難しい形状が必要となります。

またその途中に切り替えバルブを取り付けなくてはならないので、余計スペースを圧迫することがあるのです。

前述の搭載スペースを節約できるメリットがツインスクロールターボにはありますが、コンパクトにするには一部の排気管にとっては難しい設計が必要となるのです。

ツインスクロールターボの評価・口コミ

ツインスクロールターボは結構採用例が多く、実際に乗ったことがある人も多いのでTwitterにはいくつもの評価などが投稿されています。

今回はその中からいくつかご紹介します。

ツインスクロールターボは自然

ツインスクロールターボはシングルターボに比べるとターボラグが少なく、より自然な加速感が得られる点がたしかにあります。

ターボラグがなくなるわけではありませんが、乗りにくさのあるシングルターボに比べると格段に扱いやすくなるでしょう。

軽自動車にもツインスクロールターボ

ツインスクロールターボは普通車で採用されることがほとんどですが、日本では軽自動車用としても結構採用されています。

最近ではダイハツの軽スポーツカーであるコペンに搭載されており、低速トルクがあってなかなか乗りやすい車に仕上がっているようですね。

ツインスクロールターボはつまらない?

ツインスクロールターボがシングルターボに比べて滑らかな加速になるのは確かなのですが、一方でシングルターボのようなドッカンといった強烈な加速が減るので面白さが無いという方もいらっしゃいます。

ターボラグは基本的には加速がワンテンポ遅れるデメリットなのですが、一方でターボラグがなくなった後は一気に加速が始まります。

そういった面にターボエンジンの魅力を感じている人は、ツインスクロールターボはつまらないと感じてしまいますよね。

ツインスクロールターボの搭載車

ツインスクロールターボは国産車のほかに海外車種にも幅広く採用されており、名だたるスポーツカーも数多くあります。

今回はそんな車種をいくつかご紹介します。

三菱 ランサーエボリューションX

 

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まずは国産ターボ車の代表的な車種である三菱 ランサーエボリューションをご紹介します。

ランサーエボリューションは世代がかなり多い車種ですが、ツインスクロールターボはランサーエボリューションⅣ~Ⅹまで採用されています。

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三菱の最上級のスポーツカーとして長らく高い人気を誇ってきましたが、その最終モデルがランサーエボリューションXです。

ポイント

エンジンはそれまでのランサーエボリューションの4G63エンジンから4B11エンジンに進化し、2.0Lエンジンながら300馬力という高いパワーを持ちます。

またトルクも43.0kgfと非常に太く、ラリーカーを元祖に持つランサーエボリューションの最終型としてふさわしいスペックとなっています。

これほどパワーとトルクで高いスペックを両立している中には、ツインスクロールターボの効果は欠かせません。

これに三菱伝統の4WDシステムが組み合わされ、どんな路面でもオールマイティに走れる車になっています。

スバル レガシィ

 

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三菱と長い間ライバル関係にあるメーカーは同じ国内メーカーのスバルで、ランサーエボリューションとスバル インプレッサはツインスクロールターボという面でも大きなつながりがあります。

ですがスバルはそれ以外にもツインスクロールターボの車種を持っており、その一つが同社のフラッグシップモデルであるレガシィです。

レガシィはスバルの最上級セダンで、セダンのB4およびステーションワゴンなどさまざまな顔を持つ車であり、パワーだけではなく日常の扱いやすさも重要な車種です。

5代目レガシィに搭載されたFA20型エンジンがツインスクロールターボの採用機種で、レガシィのラインナップとしては上級グレードにあたります。

スペックレガシィ B4 BMG型
エンジン形式FA20
エンジンスペック1,998cc 水平対向4気筒 DOHC 16バルブ 直噴 デュアルAVCS インタークーラーターボ
最高出力300ps(221kW)/5,600rpm
最大トルク40.8kgf・m(400N・m)/2,000rpm~4,800rpm

FA20型エンジンも三菱の4B11エンジンと同じ排気量で、奇しくも最高出力も300馬力と一緒です。

ですが最高出力に達する最高回転数はFA20型エンジンの方が低く、4B11エンジンよりも低回転向けのセッティングとなっています。

また最大トルクの値も少し低いものの、回転数が2,000rpmから発生するという点が特徴的で、より街乗りに適したエンジンです。

この特徴によりレガシィB4は非常にパワフルなセダンとなっており、常に走りを重視するスバルの車造りの考え方が最も表れていると言えるでしょう。

スバル レヴォーグ

スバル レヴォーグ

今回はスバルの車をもう一社酒ご紹介しますが、前述したレガシィが北米向けとなって大型化したことにあわせ、国内向けのステーションワゴンとして発売された車種がレヴォーグです。

レガシィツーリングワゴンの実質的な後継車であり、国内のスバル車の中で絶大な人気を誇ります。

レヴォーグには2種類のエンジンがありますが、両者ともツインスクロールターボが採用されておりパワフルな車種に仕上がっています。

スペックレヴォーグ 2.0 GTSレヴォーグ 1.6 GTS
エンジン形式FA20FB16
エンジンスペック1,998cc 水平対向4気筒 DOHC 16バルブ デュアルAVCS インタークーラーターボ1,599cc 水平対向4気筒 DOHC 16バルブ デュアルAVCS インタークーラーターボ
最高出力300ps(221kW)/5,600rpm170ps(125kW)/4,800rpm〜5,600rpm
最大トルク40.8kgf・m(400N・m)/2,000rpm~4,800rpm25.5kgf・m(250N・m)/1,800~4,800rpm

レヴォーグの上級モデルにはレガシィと同じFA20型エンジンが搭載されており、スペックは全く同じです。

ですが車としてはレガシィのほうがコンパクトであり、走行性能としてはレヴォーグのほうが軽快です。

またレヴォーグのもう一つのモデルには1.6Lのツインスクロールターボエンジンが搭載され、最大出力は控えめですが、最大トルクが1,800rpmから発揮されるトルクフルなエンジンとなっており、加速や扱いやすさは格段に向上しているといえるでしょう。

スバルには何機種かの水平対向ターボエンジンがありますが、FA20型とFB16型はその中でも最新の高スペックエンジンです。

BMW M2

BMW M2

輸入車の中でツインスクロールターボを積極的に採用しているメーカーがドイツの高級車ブランドであるBMWで、BMWの誇る直列6気筒ターボエンジンにツインスクロールターボが使われます。

直列6気筒ターボエンジンのN55B30エンジンは、現在では珍しくなった直列6気筒エンジンの現行機種で、パワフルなスペックと直列6気筒ならではの滑らかな吹け上がりが大きな特徴です。

その特徴からBMWの車種では上級グレードのモデルに採用されており、中型スポーツカーのM2にもN55B30エンジンモデルがあります。

スペックBMW M2 ベースグレードM2 コンペティション
エンジン形式N55B30AS55B30A
エンジンスペック2,979cc 直列6気筒 DOHC24バルブインタークーラー ツインスクロールターボ2,979cc 直列6気筒 DOHC24バルブインタークーラー ツインターボ
最高出力370ps(272kW)/6,500rpm410ps(302kW)/6,250rpm
最大トルク47.4kgf・m(465N・m)/1,400rpm~5,560rpm56.1kgf・m(550N・m)/2,350~5230rpm

N55B30AエンジンはM2のベースグレードに搭載され、スポーツカーである同車を代表する高性能エンジンです。

最大出力は370馬力と非常に強力ですが、もう一つの特徴は1,400rpmから発揮される強大なトルクにあります。

N55B30Aエンジンはとくにトルクを重視したエンジンとなっており、非常に強力な加速をM2に与えています。

ポイント

N55B30Aエンジンでも十分強力なスペックではあるのですが、M2にはさらなる上級グレードのコンペティションがあり、こちらはターボチャージャーを2基搭載したツインターボエンジンになっています。

エンジンの排気量は同じものの、ツインスクロールターボからツインターボに変更されたことで最高出力が410馬力まで上昇しています。

最大トルクも56kgfと強大であり、M2のベースグレードを上回る圧倒的なパワーがあります。

その分最大トルクが発揮される回転数は2,350rpmと上がっているので、この点がツインスクロールターボがツインターボに勝る箇所でしょう。

ツインスクロールターボの今後

ツインスクロールターボは現在も高性能エンジン向けに積極的に採用されており、1基のターボチャージャーで低回転から高回転まで対応できるという特徴は変わらずメリットがあります。

ですがさらなるスペックの向上にはツインターボが必要であり、ツインスクロールターボはそれよりも一般車向けで、今後も採用は続いていくでしょう。

ですが先日、ターボチャージャーで有名なドイツのボルグワーナー社が「デュアルボリュートターボチャージャー」という新型ターボを発表し、ツインスクロールターボを上回る効率のターボを開発しました。

量産車への採用はまだ先ですが、将来的にはツインスクロールターボを置き換える技術になるかもしれません。