ターボチャージャー

キャンプファイヤーで薪を燃やすとき、うちわで強くあおぐと炎が一気に激しく燃え上がります。火がよく燃えるためには、燃料となる薪だけでなく、酸素をたっぷり含んだ空気が必要だからです。車のエンジンもまったく同じ原理で動いています。エンジンシリンダーの中で燃料を燃やして動力を得ますが、空気を多く送り込むほど燃料をより多く燃焼させられ、大きなパワーを生み出せます。

しかし、一般的なエンジンはピストンが下がる際に、注射器のように外の空気を自ら吸い込みます。このときに吸い込める空気の量には自然と限界があります。ターボチャージャーは、この限界を突破するために、エンジンの外へ捨てられる熱い排気ガスを利用します。

煙突からそのまま逃げてしまう煙の強い圧力を使い、片側のタービン（風車）を超高速で回転させます。捨てられるはずだったゴミのようなエネルギーを、回転運動として蘇らせる第一歩です。

もう少し正確に言うと、ターボチャージャーは1本の軸でしっかりと連結された2つの風車で構成されています。排気ガスが通る通路に置かれた風車を「タービン」、新鮮な空気が入ってくる通路に置かれた風車を「コンプレッサー（圧縮機）」と呼びます。

排気ガスがタービンを毎分10万回から20万回を超える猛烈なスピードで回転させると、反対側のコンプレッサーもまったく同じ速度で回ります。このコンプレッサーが外の空気を力いっぱい圧縮し、エンジンの中へ押し込むのです。これを専門用語で過給（空気を過剰に供給すること）と呼びます。

空気がぎっしり圧縮されると、同じ体積の中に含まれる酸素分子の数がぐっと増えます。そのおかげで、排気量の小さな小型エンジンでも大型エンジン並みの酸素を取り込み、爆発的なパワーを発揮できるようになります。排気量を小さく抑えながらパワーを維持する「エンジンダウンサイジング」技術の核となる仕組みです。

空気を強く圧縮すると、温度が急上昇する性質があります。空気が熱くなると体積が膨張して単位体積あたりの酸素密度が下がってしまい、エンジン内部で異常燃焼が起きるリスクも高まります。そのため、現代の多くのターボエンジンには、圧縮した空気をしっかり冷やす冷却装置であるインタークーラーがセットで搭載されています。

また、アクセルを踏み込んだ瞬間に車の反応が一瞬遅れる現象が起きることもあります。アクセルを踏んでから燃料が燃え、その排気ガスが集まってタービンを勢いよく回すまでに、わずかな時間のズレが生じるからです。この遅れをターボラグ（Turbo Lag）と呼びます。

近年では電子制御技術や、タービンに流れ込む排気ガスの通り道をリアルタイムで調節する可変ノズル（可変ジオメトリー）技術の進化により、このタイムラグはほとんど気にならないレベルまで改善されました。環境性能とハイパワーという二兎を追うために、多くの最新エンジンがターボを採用しているのはこのためです。