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ターボチャージャー (turbo charger) は、内燃機関において、より高出力を得るために利用される過給機の一方式。

◆ 概要

排気管から廃棄されていた排気ガスのエネルギー(運動エネルギー・圧力)を利用しタービンを高速回転させ、その回転力で遠心式圧縮機を駆動することにより圧縮した空気をエンジン内に送り込む。これにより、内燃機関本来の吸気量を超える混合気を吸入・燃焼させることで、見かけの排気量を超える出力を得る仕組みである。

多くのターボチャージャーは排気ガスの運動エネルギーを主に使う動圧過給であるが、舶用の2ストロークディーゼルエンジンでは、排気ガスの圧力変動をなくし一定圧にしてその圧力を利用して過給する静圧過給が用いられる。

過給器としての効率は良く、船舶や発電機など一定速で運転されるものでは、インペラやコンプレッサー、A/R比の設定が楽になるため、特に向いている。

タービンの回転速度は、自動車用ガソリンエンジンなど、小型のものの場合200,000rpm(毎分20万回転)を超えるものもある。高温の排気ガス(8〜900℃)を直接受けるため、その熱によりタービンやハウジングが赤く発光するほどである。

タービンの軸受けにはボールベアリングが使われるものもあるが、通常はエンジンオイルの圧送によるフローティングメタル式軸受けである。エンジンオイルは、高温の排気にさらされるタービンからの熱伝導によって加熱される軸受けの潤滑と冷却を行う。そのため自然吸気エンジンやスーパーチャージャー付きエンジンに比べ使用環境が苛酷であり、高性能または専用のオイルを使用したり交換周期を短くするなど、管理を厳密にする必要がある。また高負荷運転後すぐにエンジンを停止してしまうとエンジン内のポンプによるオイル循環が止まってしまうため、高温のタービン軸と軸受けメタルが直接接し焼き付きに至る場合や、高温の軸受け周辺に滞留したオイルによりスラッジが発生してしまう原因となるため、ある程度無負荷運転(クールダウン/アフターアイドル)をした後にエンジンを止める事が取扱説明書などでも推奨されている。主に純正装着のターボにおいては軸受け周辺のオイルギャラリーが水冷化されている場合が多く、前述の運転後のケアは特に不要であると言われているがクールダウンの励行は怠らないほうがよい。

◆ 歴史

スイスの蒸気タービン技術者であるアルフレッド・ビュッヒによって発明されこれは今日で言うターボコンパウンドエンジンでもあった。、1905年に特許が取得された。1912年にはドイツのルドルフ・ディーゼルがディーゼル機関車の低回転域のトルクを向上させるために、ビュッヒの在籍していたズルツァーと提携し、ターボチャージャーを導入しようと試みた鈴木孝著『20世紀のエンジン史』。ディーゼルエンジンには、1940年代に導入され、従来の機械式過給機に代わって効率向上に著しく寄与した。

ディーゼルエンジン以外での最初の適用例のひとつはゼネラル・エレクトリックの技術者であるサンフォード・モスがV型12気筒エンジンの航空機用エンジン「リバティ」に搭載したものである。高度4,300mのコロラド州パイクスピークで試験され、高度の上昇によりもたらされる内燃機関の出力低下を低減することが確認された。

航空機用の高高度性能の向上のための手段として発想自体は古くから存在したが、この分野ではアメリカが他国よりも先行しており、ボーイング社が開発したB-17爆撃機に1938年に搭載された、カーチス・ライト社製の星形空冷式1000ps級エンジン「ライト・サイクロンR-1820系」が史上初の実用例である。アメリカが他国に先行してターボチャージャーを実用化できたのは、頻繁に交換する消耗品と割り切って設計した事によるものであり、経済的に豊かな国だからこそできたと言える。

他国の高高度性能向上のための手段としてはスーパーチャージャーの採用が中心であったが、第二次世界大戦中には、アメリカの他にソ連、ドイツ等でも軍用機エンジンに採用された。

戦時中の日本でも航空機用ターボチャージャー開発は進められていたが、試作レベルのものが三菱 局地戦闘機雷電に装着されて使われたケースはあるが、実装に問題があり実用化は出来なかった前間孝則著『マン・マシンの昭和伝説』。特に高温に耐える特殊金属の欠乏(代替金属の使用)は、排気タービンのみならず小型高出力エンジン(誉)やジェットエンジン(ネ20)の開発・生産にも影響を及ぼした。ようやく一〇〇式司令部偵察機四型において実用化がなされたものの、程なくして終戦となった。

市販のガソリン自動車用としては1962年にアメリカのゼネラルモーターズ(GM)が「オールズモビルF85」と「シボレー・コルベア」にオプションで設定したのが最初となる。ただしコルベア自体の操縦安定性に難があったため、短期間で市場から消え、一般化するまでに至っていない。欧州車では1973年のBMW・2002Turboに初採用された。

1978年にはB&Wが舶用2ストロークディーゼルエンジンに静圧過給方式のターボチャージャーを導入し、熱効率が一気に上昇した鈴木孝著『20世紀のエンジン史』。

日本車では1979年の日産・セドリック / グロリアに初採用された。

◆ 種類 (主に自動車用語)

・ シングルターボ - ターボチャージャーを1基搭載

  ・ ビッグシングルターボ(俗に言うドッカンターボ)

  ・ ツインスクロールターボ

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