エンジンの出力を使って駆動

クルマ好きから時おり耳にするスーチャーこと「スーパーチャージャー」。この装置が誕生したのは第二次世界大戦前のことで、元は飛行機が高高度を飛べるように開発されたものでした。航空技術からクルマに転用されたスーパーチャージャーは、日本でも昭和時代に導入されて、いちやく脚光を浴びることになりました。その歴史から新時代のターボチャージャーまで解説します。

最初に実用化されたのは航空機

技術の進歩というのは日々続いているもので、その多くは常識と基礎技術の積み重ねから生まれてくる。なんて小難しいことをいっても仕方がないのだけれど、実際、新しいアイデアが浮かんでもそのときには実現が不可能なことが多く、技術が徐々に積み上がっていってはじめて実用化できたケースがほとんどだ。

現代のクルマでは当たり前のように使われているターボチャージャーやスーパーチャージャーといった過給器も、元となった技術は第二次世界大戦前に生まれていて、最初に実用化されたのは航空機だった。

航空機というのはクルマとは違い、空を飛ぶ。当たり前のことだが、そこに問題があったのだ。エンジンの出力が低く空力解析もレベルが低かったころは、それほど高いところを飛べなかったので明らかにはならなかったのだが、エンジンが進化して高度を稼げるようになると、高空の空気の薄さからエンジンのパワーが出なくなってしまったのだ。

そこで考え出されたのが、スーパーチャージャーである。このシステムは、エンジンの出力軸を駆動源としてコンプレッサーを回すことで、シリンダー内に強制的に空気を送り込むというもの。そうすることで空気が薄い＝酸素量が少なく爆発力を得られないという状態を解消しようとしたわけだ。

それで高空でもパワーが出るようになったが、さらに高度が上がるともっと酸素が必要となるため、ギアや流体継手を使ってコンプレッサーの回転数を高度によって切り替える方式が編み出された。

ところが、このスーパーチャージャーはエンジンの出力を使って駆動しているため、たくさん仕事をさせようとするとその分、パワーロスも大きくなってしまう。その問題を解消するために考え出されたのが、排気ガスが流れる力を使ってコンプレッサーを回す、ターボチャージャーである。ターボチャージャーはスーパーチャージャーのようにベルトやギアを使って駆動する必要がないため、より高回転で回すことができる、というメリットもあった。

しかし、高回転で回せるがために、軸受けやコンプレッサー自体が熱くなりすぎてしまうという問題もあり、当時のターボチャージャーは耐用時間が短かったりもした。そこから少しずつ進化をしてきたのが、現代のターボチャージャーである。

ちなみに、空気を圧縮してエンジンに送ると、空気は熱を持ち、膨張しようとするため吸入効率が悪くなってしまう。そのため中間冷却器、いわゆるインタークーラーを通して吸入気を冷やすのだが、航空機の場合そのせいで空気抵抗が大きくなってしまいがち。そこで吸入気を冷やすために考えられたのが、水メタノールを噴射し気化潜熱を利用する方法だった。

2015年にBMWが「M4 GTS」に水メタノール噴射を採用したが、その元となるアイデアや機構は、BMWも含む航空機メーカーが80年以上前に実用化していたものなのだ。