F1技術を取り入れた新世代のターボが間もなく登場 eターボでクルマはどうなる!?

 ターボといえば以前はスーパースポーツの象徴ともいえる存在だった。国産車ではまず高級車に採用され、80~90年代には多くのターボスポーツモデルが誕生した。

 しかし近年スポーツモデルの存在は一部だけで、多くはダウンサイジングターボモデルに採用され、あまりスポーティな存在とは言えなくなった。

 このままターボの主流はエコ技術であるダウンサイジングターボになるのかと思っていたところ、おもしろそうな新技術「eターボ」の市販化が進んでいるという。

 この第3世代ともいえるターボは、自動車技術に新しい潮流を生むのだろうか!?

文:鈴木直也/写真:Porsche、BorgWarner、Daimler、NISSAN

【画像ギャラリー】モータースポーツからのフィードバック! F1の技術が市販車に生きるか!? eターボのイノベーション!


■スーパーカーブームとともに注目を集めたターボ!

当時は「ターボ」と付くだけで高性能だと感じた。自動車技術用語が一般にも使われるようになった最初の例ではないだろうか

 ターボに新たな革新が始まりつつある。

 スーパーカー世代のオジサンにとって、ターボといえば早瀬左近のポルシェ930ターボだが、これはパフォーマンス志向のターボ第一世代。

 これで火がついたのか、日本でも80年代後半にターボが大流行。火付け役は日産だったが、いちばん力を入れたのが三菱。この頃は主婦や子供向け商品にまで「ターボ」という言葉が浸透したほどで、バブルと言っていい勢いで「ターボ」は一世を風靡したのだった。

 しかし、栄枯盛衰は世の習い。バブル崩壊後の世の中は一転して節約志向へ舵を切り、燃費の悪さが嫌われてターボブームはあっけなく終焉を迎えてしまう。

米国部品メーカー大手のボルグワーナーが2022年より生産する「eターボ」。第3世代ターボともいえるこの新技術を用いた製品を欧州メーカーに供給する

 その反省から生まれたのが、ターボ第二世代となるダウンサイズターボだ。

 気筒数や排気量を削減し、それによって減少する馬力をターボで補うのが基本コンセプト。

 第一世代ターボも一応「捨てている排ガスエネルギーを回収するから省エネ」と謳ってはいたが、それはお題目だけだった。ダウンサイジングターボは、エンジン本体の小型軽量化や負荷率のアップによって、今度こそ真面目に燃費の向上に取り組んだのが重要なポイントだ。

 その狙いどおり欧州を中心にダウンサイジングターボは大きなシェアを確保。日本勢が得意とするハイブリッドと一時は互角の戦いを繰り広げることとなった。

 そして、いよいよ市場デビュー間近なのが、第三世代ターボともいえる電動ターボ(eターボ)だ。

■F1からの技術フィードバック! モータースポーツで磨かれた技術が市販車に?

eターボの仕組みをきけば、多くの人が思い出すのはF1で採用されているMGU-Hだろう

 タービンとコンプレッサーをつなぐシャフトに小型モーターを組み込み、モーター駆動による過給レスポンス向上と排ガスエネルギーを利用した充電機能を追加。これまでウェストゲートから捨てていた排気エネルギーを回収してバッテリーに蓄え、加速時にはモーターが瞬時にコンプレッサー回転数アシストする。

 モータースポーツに詳しい人なら「それって今のF1のMGU-Hと同じでは?」とピンとくるかもしれないが、原理としてはまったく同じ。F1の場合はずっと大きなモーター/ジェネレータを装備して、加速時の駆動アシストにも利用しているだけの違いと言っていい。

 現在のF1のレギュレーションでは、運動エネルギーを回収してバッテリーに蓄えた電力は1ラップあたり2メガジュールまでしか使えないが、MGU-Hで回収したエネルギーを直接駆動モーター(MGU-K)に送り込めば、その制限なしに利用できる。

※MGU-H(Motor Generator Unit Heat)/2014年よりF1に導入。モーター兼発電機をターボにつなぎ、タービンを回す排気ガスのエネルギーを利用して発電を行う。モーターはタービンの回転制御も行う

※MGU-K(Motor Generator Unit Kinetic)/ブレーキング時に駆動系に接続したモーター兼発電機で発電することによって、運動エネルギーを電気に変換する。逆にこのモーターに電力を送り込むことでより大きな加速が得られる。

■立ちはだかるコストの壁! 夢の電動ターボは夢のまま終わるのか!?

現代のF1のレギュレーションでは、ターボやバッテリーなどの補機の開発が重要となってくる

 そのため、現代のF1エンジン開発の最前線はMGU-HやMGU-Kなどのエネルギー回生とそのマネジメントシステム。ボア・ストロークやECUまで共通では内燃機関部分で差をつけるのは難しく、ターボやバッテリーなどの補機の領域が開発の焦点となっている。

 結果として、現代のF1エンジンの全開時の熱効率は驚くほど向上し、一説には熱効率50%に達するという報道もある(論文が公開されていないので誰も確認できない)。そこで電動ターボに(MGU-H)よる熱エネルギー回収が大きな役割を果たしているのは間違いない。

 そんな「夢の電動ターボ」なのだが、やはり量産車に応用するとなると立ちはだかるのはコストの壁だ。

 高温のターボチャージャーのすぐそばで10万回転以上で小型発電機をブン回すんだから、シロートが考えたって技術的なハードルは高い。最近のニュースによると市販第一号はメルセデスAMGと噂されているが、やはり最初はスポーツカーや高級車への導入とならざるを得ない。

 そうなると、懸念されるのが燃費向上の実効性だ。

■普及のカギは費用対効果! 燃費効果が低ければマニア向けで終わる可能性も

近年ではフォーミュラeの技術も市販車開発に活かされている。どちらにせよコストと効果のバランスが量産化のポイントとなるだろう

 2021年モデルからEUが要求する走行1kmあたりCO2排出量95gという燃費規制は、リッターあたり走行距離に換算すると約24.5km/Lになり、これは電動化技術の助けを借りないと達成不可能なレベル。

 ハイブリッドで日本勢(というよりトヨタ)に後れをとる欧州メーカーは、48Vマイルドハイブリッドで当面を凌ぐ考えだが、電動ターボはその48Vシステムに統合されて車両トータルとしてエネルギー効率を高めるための補機として機能する。

※48Vマイルドハイブリッド/「LV148」という規格に基づいてドイツメーカーを中心に進められている。48Vのリチウムイオンバッテリーを用いて、減速時に発電した電力を活用して燃費を向上させる。

 つまり、市販型電動ターボはCO2排出量削減にどのくらい貢献できるのかが焦点。リーズナブルなコストで燃費効果があれば安いクルマまで普及して好循環が期待できるが、それが逆であればハイパワーターボのレスポンスを向上させるマニア向けパーツで終わる可能性もある。

 ぼく個人の見解としては、F1テクノロジーの応用に興味を惹かれるものの、コストパフォーマンスという面では量産車には難しいテーマなんじゃないかと思うなぁ。

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