Garretten Greddyへ、ターボ革命のレースとストリートの物語
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ターボチャージャーは、排気ガスのエネルギーを回収してエンジンにより多くの空気を圧縮する機械式過給機であり、1905年に最初の特許を取得し、レースサーキットを経て、今日では量産車の要となりました.このページでは、1938年の最初のトラックへの搭載から1962年の最初の量産車、ポルシェの1,000馬力のCan-Amモンスター、フォーミュラ1のターボ時代、そしてオイルショック後の小排気量ターボエンジンの台頭に至るまでの物語を、ひとつの時系列としてたどることができます.
ハイライト
- 最初のターボチャージャー搭載量産車: 1962 シボレー・コルヴェア・モンツァ・スパイダーとオールズモビル・ジェットファイア
- ポルシェ 917/30 Can-Am: 予選では 1,500馬力 超え、 32 psi の過給圧
- フォーミュラ1ターボ時代: 1977-1988、ピーク時には1リッターあたり推定 1,000馬力
- ポルシェ 917/30によるタラデガでの 221.160 mph の周回記録 (1975)
- 現代のダウンサイジングによる小型ターボエンジンでの 20-30% の燃費向上
ターボチャージャーの歴史: 排気から生まれたアイデア
ターボチャージャーの基本原理はシンプルで、工学的に非常にエレガントです.エンジンから排出される排気ガスはすでにエネルギーを運んでおり、そのエネルギーでタービンを回し、同じシャフト上のコンプレッサーで吸気を圧縮します.スーパーチャージャーとは異なり、この動力はエンジンのクランクシャフトからではなく、ほとんどの場合無駄に捨てられていた排気流から得られます.このアイデアは 1905 年の最初の特許で正式なものとなりましたが、自動車への搭載には40年以上かかりました.
最初の商用車への応用は輸送車両で実現しました.スイスのメーカーSaurerは 1938年にターボチャージャー搭載のトラック用エンジンを発表しました.ヨーロッパでは第二次世界大戦の瀬戸際にターボディーゼルの道路輸送トラックが登場し、戦争は航空技術でこの技術を成熟させました.P-38、B-17、P-47などのターボチャージャー搭載軍用機は、機械式スーパーチャージャーとは異なり、排気エネルギーを利用することで高高度でも性能を維持できました.
1962年: 最初のターボチャージャー搭載量産車が道路へ
ターボチャージャーと量産車の最初の出会いは、同じモデルイヤーに2つの異なるGM製品で実現しました: シボレー・コルヴェア・モンツァ・スパイダー と オールズモビル・ジェットファイア.オールズモビルは 215立方インチ のV8にターボを組み合わせて155馬力から 215馬力へ引き上げ、シボレーは 145立方インチ の直列6気筒を98から 150馬力へ高めました.両システムとも約 5 psi の過給圧とキャブレター式の「suck-through」構成で動作していました.今日の基準では非常に控えめですが、当時としては画期的なパワーアップでした.
ジェットファイアの道のりはより短いものでした.低圧縮比エンジンで避けられないノッキングを制御するため、「Turbo-Rocket fluid」と呼ばれるメタノールと水の噴射システムを必要としたこのモデルは、約 9,600台 の生産で2モデルイヤー後に生産中止となりました.一方コルヴェアは5年間販売され、 50,000台以上 を売り上げ、このオプションは1966年モデルイヤーの終わりに廃止されました.要するに、ターボチャージャーは最初の試みにおいて、技術的には正しいものの、商業的には時期尚早のアイデアだったのです.
レースサーキットでのターボ: インディ500からCan-Amの巨人たちへ
ターボチャージャーのモータースポーツへの導入は、量産車に先駆けて行われた. 1952年にカミンズの 6.4リッター ターボディーゼルエンジンを搭載したKurtis Kraftのスペシャルマシンが、フレッド・アガバシアンのドライブでインディ500のポールポジションを獲得.しかし、コース上の破片を吸い込むエアフィルターが原因でリタイアとなった.真の飛躍は 1966年に初のターボチャージャー付きOffenhauserがグリッドに現れたことで始まり、 1968年にはボビー・アンサーがターボOffyでインディ500を制し、これらのエンジンは予選において 54 psi のブーストで 1,200馬力 を発生させることができた.1973年の死亡事故を受け、ブーストは 約39 psi に制限された.
ポルシェ 917/10と917/30: 排気から1,500馬力
ポルシェは3リッターエンジン規定のため、917の4.5リッターエンジンでの継続を断念した.フェルディナント・ピエヒの主導の下、ハンス・メツガーとヴァレンティン・シェーファーが率いるチームは、ツインエグゾーストターボチャージャーによりエンジンを 1,000 PS(735 kW)まで高めた. 1971年7月30日にジョー・シフェールがホッケンハイムリンクでターボチャージャー付きの 917/10を初めて使用した.その後登場した 917/30は、 5.4リッター のツインターボ水平対向12気筒エンジンにより、予選において 1,500馬力 を超えるパワーを発生させ、ブーストは 32 psiに達した.マーク・ドナヒューは1973年のCan-Amシーズンで8戦中6勝を挙げ、 1975年にはタラデガで 221.160 mph の周回記録を樹立した.ドライバーがブーストを調整できるこのマシンは、1972年版のスロットルレスポンスが「オン・オフのスイッチ」のように評されたこともあり、ターラグの最も過激な姿を示していた.
フォーミュラ1のターボ時代: 1977年から1988年へ
ルノー RS01は、 1977年にシルバーストンでフォーミュラ1のターボ時代の幕を開けた.シングルターボと 500馬力 でコースに現れたこのマシンは、ライバルから「イエローティーポット(黄色いティーポット)」と揶揄された.しかし、その侮りは長くは続かなかった: 1979年にRS10がツインターボとインタークーラーをもたらし、ジャン=ピエール・ジャブイーユのディジョンでの優勝により、ターボは本格的な選択肢となった. 1983年までにBMW、ホンダ、ルノー、アルファロメオ、ハート、TAG/ポルシェがターボエンジンを供給し、予選では 45 psi のブーストと 700馬力 が語られるようになった. 1985年には 5.5 bar (約82 psi)のブーストと、推定 1,500馬力 - リッターあたり1,000馬力、1,200ポンドの車体に.
この時代のフィナーレは一種のショーだった: 1988年、 マクラーレン MP4/4 とホンダ RA168E ツインターボV6を擁したセナとプロストは、16戦中 15勝 を挙げた.FIAは 1989 年シーズンからターボエンジンを禁止したため、歴代の記録ではこの時代の終わりを1988年とするものと1989年とするものがある.実際の違いは、最後のマシンが走った年と禁止が発効した年のわずか1シーズンのずれに過ぎない.
市販車への波及: 70年代の苦難の台頭と80年代の黄金期
レーステクノロジーの市販車への還元は、一直線に進んだわけではなかった. BMW 2002 Turbo (1973-74)は 170馬力 と 240 lb-ft のトルクを発生させ、わずか 6.9:1 の圧縮比ながら 1,672台 しか生産されず、米国へは正規輸入されなかった.同じ年には ポルシェ 911 Turbo (930)が1975年モデルで 3.0リッター となり、 260馬力 を提供したが、それは「ホエールテール」ウイングの下にあるパフォーマンスと引き換えに、顕著なターボラグとスナップオーバーステアの傾向を伴っていた.これらの車は、ターボラグと制御性の問題がまだ解決されていないことを示していた.
より静かだがより永続的な一歩はメルセデスから来た: OM617A ターボディーゼルは、 1978年にW116セダンで初の量産ターボディーゼル車となり、ターボチャージャーを燃費と低排出ガスという言葉と結びつける時代の扉を開いた.80年代にはキャラクターが多様化した: フェラーリ 288 GTO (1984) は2.8リッターの ツインIHIターボV8により 400馬力 を発生し、わずか 277台 のみが生産され、F40の基礎を築いた. ビュイック・グランドナショナル / GNX (1987) は547台限定の GNX仕様で0-60を約5秒にまで縮め、クォーターマイルを 13.2秒 で走り切って、当時最速の加速を持つGM製品となった.クライスラー陣営では、 1984 年にダッジ・デイトナとプリムス・レーザーが 146馬力 のギャレットターボを提供し、1986年のシェルビー GLHSはこれを 175馬力へと引き上げた.初の量産可変ジオメトリーターボ(VGT)の適用は、 1989年にクライスラーCSXバリエーションで見られた.
日本メーカーによる80年代の爆発
1980年代、日本メーカーはターボチャージングを軽量シャシーとモータースポーツ由来の技術と組み合わせて限界に挑んだ.この時代は、ターボ付き日産車、ロータリーのマツダ車、そしてホンダの高回転エンジンとともに「黄金時代」と呼ばれる.この流れは90年代にも 日産 スカイラインGT-R R32-R34、 ホンダNSX、 マツダRX-7 FD、 トヨタスープラMK4 、そして スバルインプレッサWRX STI といったアイコンたちとともに続いた.ポルシェのレース部門もターボを手放さなかった: 1982年の 956は、2.8リッターのツインターボエンジンでル・マンでの1-2-3フィニッシュを達成し、米国市場向けに開発された 962 は 1984年から4年連続でIMSAタイトルを獲得した.
石油危機とダウンサイジング: ターボチャージングはなぜ量産車を席巻したのか?
ターボチャージャーの市販車における第二の春は、性能目標よりもむしろ経済的な強制から訪れた. 1973 年のOPEC禁輸措置後、米国車では出力の低下が起きた.小型化はこの危機への直接の対応として始まり、CAFE燃費基準を生み出した.小型車への移行は第一次禁輸以前に始まっていたものの、危機がその流れを恒久的なものにした.1970年以前の大排気量V8は 5.7~7.5リッター の排気量と高い馬力が標準だったが、その光景は閉じていきつつあった.
現代のエンジン downsizing では、大きな自然吸気エンジンの代わりに小さなターボエンジンを用いることで 20~30% の燃費向上が実現している.フォードのラインナップの大部分がEcoBoostで走るとの予測は、この方向性を要約している.シリンダーバンクの間にターボを配置するhot-veeレイアウトも、フォーミュラ1から進化して量産車では初めて BMW N63 エンジンで見られ、BMWとメルセデスはこのレイアウトで 600馬力 を超える出力を生み出している.
ターボラグとは何か、そしてエンジニアリングはどうやってそれを克服したのか?
ターボラグとは、アクセルを踏んだ瞬間にタービンが十分な回転数に達せず、パワーが立ち上がるまでの遅延のことです.70年代の911ターボでは、この遅延がドライビングキャラクターを決定づけるものでした.エンジニアリングの答えは、主に3つの方向に進みました:
- ツインスクロールターボ: 排気ガスの流れを別々のチャネルでタービンに導くことでラグを減らし、レスポンスを速めます.分割されたタービンハウジングの入口とマニホールドが必要です.
- 並列ツインターボ: より小さなターボを2基使用します.各ターボがより少ない排気量を担当するため高速で回転し、同じ出力でもラグが減少します.
- 小型ターボ+効率的な流れ: より小さなタービンは低回転数でも効率的に動作します.ツインスクロール設計はこの流れを最適化し、ラグを大幅に低減します.
歴史的な起源も忘れてはなりません.ポルシェ917/30のドライバー制御式ブースト調整は、ラグをレースの世界で管理した最初の手法のひとつでした.今日では、ツインスクロールやhot-veeレイアウトにより、ラグは日常使用で感じられないレベルまで低減されています.
まとめ: サーキットから公道へ、道からエンジンへ
ターボチャージャーの歴史は、ある部品の物語ではなく、ひとつのアプローチ、すなわちエネルギーを無駄にしないという考えの歴史です.ザウアーのトラックからジェットファイアへ、オフィーハウザーからRS01へ、917/30からMP4/4へと続く系譜は、その一歩一歩で同じ物理法則を異なるスケールで応用してきました.オイルショック後のダウンサイジングの波は、この技術を選択肢から標準へと変えました.今日では、600馬力を超えるhot-veeエンジンにおいてさえ、1905年の同じアイデアが働いています.ただし、はるかに静かで、効率的で、ラグのない形で.