【今さら聴けない】スーパーチャージャーとは何か?

かつて市販車の多くにも搭載されていたスーパーチャージャー。よく聞く「ターボチャージャーとは違うの?」という質問に答えるためにも今日は「スーパーチャージャー」について、ご紹介してまいります。

「スーパーチャージャー」。その働きについて感がえてみる

まずは、「過給」について説明しておきましょう

「過給器」の事です。と言ってしまうと、余りにも味気ないので、過給器について、説明しておきましょう。

エンジンは燃料を爆発させる事で「動力」を発生させますね。この爆発の効率を上げるために使われるのが「過給器」です。普通、エンジンには、大気圧に応じた分の空気が送り込まれます。そうすると、当然、シリンダーの大きさ、つまり「排気量」に応じた分の空気、そして燃料が送り込まれます。高い動力が欲しければ、それだけ大きな排気量のエンジンを積み込めば良いのですが、そうなると、エンジンどんどん重くなってしまいます。多くのエンジンは鋳物の鉄で出来ているので、とても重いのです。そうなると、エンジンの重さ自体が、折角作り出した動力を無駄に使ってしまうことになるのですね。

そこで、発想されるたのが「エンジンに、大気圧よりも高い気圧で空気を送り込めば、それだけ多くの燃料が燃やせる」という事です。いくらたくさんの燃料をエンジンに送り込んでも、空気(酸素)が無ければ燃やすことはできません。そこで、空気の圧力を高めて上げる事で、燃料をより多く爆発させてしまおうというのです。この方法ならば、エンジンの排気量は大きくしなくても、エンジンが出す動力(出力)は、より大きなものにできるのです。

「過給器」スーパーチャージャーとターボチャージャーの違い

一般的に、過給器は2つの種類があります。よく聞く「ターボ(ターボチャージャー)」と「スーパーチャージャー」です。ターボチャージャーは、エンジンが出す排気を外に出す前に、一度、タービンと呼ばれる風車にぶつけることで、コンプレッサーと呼ばれる圧縮機を動かします。このことで、外側からの取り込む空気に圧力をかけて、より多くの空気をエンジンに送り込もう(吸気)とする仕組みですが、スーパーチャージャーは「機械式」と呼ばれる方法をとります。

ターボチャージャーは排気を使った風車でコンプレッサーを動かすので、風車が回り出すのに必要な排気がエンジンから送り出されるまでは何も働きません。これが「ターボラグ」と言われる現象です。スーパーチャージャーには、その欠点がありません。

ターボラグの無い、安定した過給

何故、スーパーチャージャーには「ターボラグ」のような現象が起きないのでしょう。風車の代わりに機械を使っているからです。この機械は、エンジンから動力をタイヤに伝えるためのクランクシャフトや、電動モーターでコンプレッサーを動かすのです。そのため、エンジンがかかればすぐにコンプレッサーが動き出して、加圧された空気がエンジンに送り込まれます。つまり「ラグ」タイムがなくエンジンが効率的に燃料を爆発させることができるのです。

飛行機に使われていたスーパーチャージャー

この仕組は、かなり古いエンジンでも使われていました。特に進んでいたのは飛行機です。(当たり前ですが)飛行機は空を飛びます。人間でも3,000mを越えるような山では酸素が不足して高山病に掛かったりするように、更に高いところを飛ぶ飛行機では薄い空気、不足する酸素でエンジンが効率よく燃料を爆発させることができなくなってしまいます。そのため、スーパーチャージャーを搭載して、薄い空気を平地と同様の圧力まで高めてエンジンを動かしていたのです。しかし、この仕組はプロペラエンジンの時代までです。その後は、全く違う仕組みの「ジェットエンジン」が搭載された飛行機が主流になっているので、スーパーチャージャーを組み込んだエンジン(レシプロエンジン)は、ジェットエンジンが詰めない小型の飛行機以外には使われていません。

映画の「小道具」としてのスーパーチャージャー

自動車にも比較的早くから取り入れられています。映画に出てくるクルマでボンネットから「ボコん」と機械が飛び出してエンジンが丸裸に見えるものがありますが、その多くはスーパーチャージャーを後付で搭載した改造車です。いかにも「このクルマ、速いんだぜ」と言いたげな雰囲気を出していますよね。でも、純正のスーパーチャージャー搭載車では、空気抵抗が大きくなってしまったり、やはりエンジンそのものが風や雨で傷んでしまうので、通常はボンネットの中で、エンジンの傍らについているものがほとんどです。

スーパーチャージャーにも「欠点」はある

国産車でのスーパーチャージャー搭載状況

では、日本車での搭載はどうなっているのでしょうか。日本車の場合、搭載例が多かったのは1980年代後半から90年代の前半が多かったようです。当時、スポーティーなクルマにはターボ搭載車が多かったのですがターボラグが大きかったため、これに対抗するような形でトヨタからはMR2やレビン・トレのにスーパーチャージャー搭載されています。また、より大きなマークⅡなどのセダンタイプには、ターボが効き始めた時におきるショックが乗り心地を落とす一方で、エンジン排気量を2,000ccに抑えて5ナンバーのままで、より大きな動力を得たいためにスーパーチャージャーが搭載されています。また、現行の660ccエンジンが認められる前の軽自動車でも搭載されたものが多くありました。

スーパーチャージャーの欠点とは

ただ、スーパーチャージャーにはターボラグが無い代わりに、幾つかの欠点があります。そのため、軽自動車で660ccの排気量が認められ、普通車でもターボの欠点が改善されてくるとスーパーチャージャー搭載車両が減ってしまいます。では、その欠点とは何なのでしょうか?

その一つは、スーパーチャージャーがコンプレッサーを動かすための動力源です。先ほど書いたように、エンジンのクランクシャフトからコンプレッサーを回すようにしている場合、ある程度の出力が出始めると、コンプレッサーを動かすための動力が大きくなりすぎて、邪魔な存在になってしまうのです。逆にターボでは、出力が大きくなるほど排気が風車をどんどんと回してくれるので、コンプレッサーは大きく活躍してくれるので、これは大きな違いです。

また、コンプレッサーの動力源を電動モーターにしているものだと、小さな排気量の車両には良いのですが、やはりモーターの寿命やメンテナンスなどで不利になってしまう状態です。

海外でも搭載車は減っている?

海外に目を移してみると、やはり日本車に比べてもともと排気量の大きなエンジンが多く、そのため、更に大きな動力を得たい、そのことで低速でも安定した乗り心地を実現したいなどの理由で、特に北米向けの車種などでの搭載は続いているようです。しかし、現状では過給器を搭載するならばターボを使うケースの方が多いようす。

まとめ

日産では、一時期、ターボとスーパーチャージャーの両方を搭載した「ツィンチャージャーエンジン」としてマーチRが使っていた時期もありました。確かに、低速域ではスーパーチャージャー、中高速域からターボの美味しいとこ取りができるのですが、その分、エンジンのメカニズムも複雑になってしまい、なかなか後続車種が続かなかったと記憶しています。

それでも、低速域で太いトルクが必要な車種などでは生き残っていく技術だと思います。スーパーチャージャーが単に「廃れた」ということではなく、適材適所で生き続けていく技術として感じていただければ嬉しいです。