ディーゼルエンジンがターボばかりなのはなぜか——安藤眞の『テクノロジーのすべて』第45弾

• 2020/02/10

• 安藤 眞

  

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ディーゼルといえばターボ。いまでは全数といって差し支えないフォーマットになった。あらためて、なぜディーゼルエンジンにはターボ過給が組み合わされるのかを考えてみる。
TEXT：安藤 眞（ANDO Makoto）

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　欧州のガソリンエンジンは、気付けばダウンサイジングターボ一辺倒。自然吸気エンジンを探すのが難しいほどだ。
　ところが日本に目を転じると、自然吸気エンジンとダウンサイジングターボが混在。トヨタは “ダイナミックフォース” と称する自然吸気エンジンの新シリーズを発表する一方、ホンダは積極的にダウンサイジングターボを展開しており、どちらかに収斂する様子は見られない。

　一方で、ディーゼルエンジンはまるで様相が異なる。乗用車用から大型トラック用まで、ほぼすべてがターボ過給エンジンだ。一体この違いは、どこから来るのだろうか？
　答えは簡単で、ディーゼルエンジンは過給しないと、商品性も環境性能も成り立たないからだ。

　ディーゼルは圧縮上死点直前で燃料を噴射するため、理論空燃比相当の燃料を噴いても空気とは完全には混じり合わず、燃え残りが出て黒煙がモウモウになる。だから全負荷時でもリーンで燃やすしかなく、トルクが出ない。排気量が同じ無過給エンジン同士で比較すると、ディーゼルはガソリンエンジンの6〜７割しかトルクが出ないのはこのためだ。

　古い無過給ディーゼルを知っている人はわかると思うが、同一モデルでもディーゼルエンジンはガソリンエンジンより3〜4割がた排気量が大きく、しかも2.0ℓを超えても自動車税は高くならなかった。それはこうした特性が考慮されていたからだ。
　しかもディーゼルエンジンはストロークが長くてピストンも重いため、高回転まで回せずパワーも出ない。これではガソリンエンジンとは勝負できないから、過給機に頼るしかないのである。

　しかし実際には、ディーゼルのターボ化が進められたのは、排ガス対策をパスするという側面が強かった。NOx規制をパスするには、燃料噴射タイミングを遅らせたり、EGRを入れたりする必要があるが、噴射タイミングが遅ければトルクは落ちるし、EGRを入れれば利用できる酸素が減って、黒煙は増えるしトルクも出なくなる。
　それを解決する手段がターボチャージャーで、新鮮な空気を大量に押し込めば、酸素濃度が高まって黒煙は減らせるし、燃やせる燃料が増えてトルクも出る。吸入気体の体積が増えれば、それによる熱の吸収量も大きくなり、燃焼温度が低下してNOxも減る。すなわちNOx規制をパスするには、過給するのは必須だったのである。

　もちろん、ディーゼルと過給は相性が良いという側面もある。ディーゼルエンジンは基本的にノッキングしないから、機械的強度限界まで過給圧が高められ、小さな排気量から大きなトルクを引き出せるのは、みなさんご存じだと思う。
　しかし、それはむしろ「たまたま」であり、ディーゼルがターボ化された最大の理由は、排ガス対策に必須だったから。ディーゼルエンジンにとってのターボチャージャーは、単に出力増強装置というだけでなく、排ガス対策に欠くことのできない存在なのである。