▷ターボラリー用エンジンのアンチラグシステムはどうなっているのか 🔧

まず、「ラグ」とは何かを理解する必要があります。過給機では、ドライバーがアクセルを強く踏んでも、エンジンは「もっと強く」という要求に対してリニアに反応しない。その代わり、排気ガスの流れが加速するため、トルクを得ることができるのです。これらがターボチャージャーを効果的に押すための臨界速度に達すると、エンジンは突然「余分な」トルクを発揮するようになるのです。

高出力ターボエンジンの本当の問題は、スロットルレスポンス時間にある

より大きなパワーを要求してから「キック」を得るまでの時間を「ラグ」と呼ぶ。

このラグは、ターボチャージャーシステムの慣性から生じるものだ。ターボチャージャーは、ご存知のように、排気マニホールドから排出される燃焼ガスのエネルギーを利用してタービンを回す装置です。このタービンは、エンジンの吸気口に入る空気を圧縮する別のタービンとつながっている。

この2つのタービンは少なからぬ質量を持っているので、加速や制動は数ミリ秒の問題ではない。さらに、ターボチャージャーには最適な作動領域があり、それ以下では有効な「ブースト圧」が得られない。

つまり、ターボチャージャーのタービンが低回転で回っていると、インテークマニホールド内の空気を圧縮する能力がないのである。ターボを前提としたエンジンのため、ターボ非吹付時の燃焼室内の有効圧縮比が低く、全開でガソリンを噴射したり、大きなパワーを得ることができない。

ドライバーがスロットルを強く踏み込むと、スロットルバルブが開いてエンジンに入る空気とガソリンの量が増加する連鎖効果が始まる。空気と燃料が増えれば、排気ガスとそのエネルギーも増えるので、ターボチャージャーのタービンを少し速く駆動することができます。その結果、吸気が圧縮され、燃焼室への空気の流入量が増え、パワーが増し、排気ガスのエネルギーが増え、ターボチャージャーのタービンがさらに駆動する…ということを繰り返し、なんとかドライバーの要求に応えられる限界ターボ速度に到達します。

ドライバーにとって、右足でエンジンの反応を「ミリ単位」で管理できることは、コーナーでの車のヨーイングを管理したり、リアを自在に落としたり、ラインを修正するのに不可欠である。

このノックオン効果により、ドライバーは、ターボチャージャーを充電しながら、タイムラグによる時間をなくすために、先のことを予測して、車輪でトルクが必要になる2秒前までスロットルを踏まなければならなくなるのです。

ターボエンジンのこの大きな欠点は、レースチームにとって大きな頭痛の種でした。ターボチャージャーによってエンジンの比パワーが増すことを認識しながら、カーコントロールへの悪影響を軽減しなければなりませんでした。

しかし、1994年の世界ラリーで、アンチラグシステム「バンバン」を導入し、応答時間をなくすという「偉大なる完全解」を達成したのです。通常のエンジンでは、圧縮空気がシリンダーに押し込まれ続けてエンジンがもたなくなるのを防ぐために、バルブで圧縮空気を逃がします。

アンティラグシステムでは、吸気タービンの圧縮空気を直接排気マニホールドにバイパスさせるようにしているのです。同時に、ドライバーが加速を止めても、吸気側のスロットルは（15～20％程度）開いたままで、あたかもドライバーがスロットルを握っているような状態になります。

三菱WRCエンジンの複雑な過給ガス配管系

しかしエンジンの電子コントロールユニットが、そのマネジメントに手を加えるのです。何をするかというと、スパークプラグの発火点をできるだけ遅らせるのである。こうして、エンジンのピストンがすでに膨張行程にあるときに、混合気を点火する。そのため、燃焼によるエネルギーの大部分は、排気ストロークでシリンダーを通過し、燃焼した混合気とそのエネルギーをガスタービンに送ることになる。さらに、これらのガスは吸気タービンから排気マニホールドに入ってくる高圧の空気と混合される。

このように、ターボチャージャーには高速・高温の排気ガスというエネルギーが残っており、高圧で空気を圧縮し続けるのである。

1994年、WRCのステージでアンチラグシステムが使われ始めた

このアンチラグシステムは、ある意味でターボチャージャーを航空機エンジンに似たサーマルターボマシンとして使うことと等価であり、このターボチャージャーを使うことで、ターボチャージャーの性能を高めることができる。

ターボチャージャーで発生したクリーンな空気の圧力は高いままなので、ドライバーがスロットルを踏むと、バイパスバルブが排気マニホールドへの圧縮空気の流れを遮断し、吸気肺に戻すように切り替え、ほぼ瞬時にマニホールド圧力を発生させるのです。電子エンジンマネージメントとターボチャージャーのエアフローを管理するバルブの改良によって、この動作原理を使用しているにもかかわらず非常にリーンなエンジンで、この状況に至ることができたのです。

しかしなぜロードカーに使われないのでしょうか。

ロードカーには装着するシステムではない

こうしたアンチラグシステムがロードカーに適していない理由は、いくつか挙げられます。 6690>

第二の理由は、燃焼室ではなく排気マニホールドでガスを燃やすと、ターボチャージャーのガスタービンに大きな熱応力がかかり、その信頼性に悪影響を及ぼすからである。

第3の理由は、圧縮ストロークの最適なポイント以外で燃料を燃やすと効率が悪いため、汚染物質排出量が増加することです。

そして第4の理由は、ツインインインレットでより小さな直径のターボチャージャーを使用し、（ターボや特定のガソリンエンジンの場合）可変形状を使用できるストリートカーでは、このようなシステムは不要であることです。

残念ながら、FIAは、WRCやWTCCで使われる「ワールド」1.6リッターエンジンで、こうしたアンチラグ・システムを冗長化する可変容量タービンの実験を禁止し、将来のF1エンジンでも禁止している。つまり、ガソリンエンジン用の可変ジオメトリータービンの開発によって実現できるロードカーへの恩恵は、競争の中では集約されないということだ。 FIAのもの。

良いニュースは、F1の電気モーター結合ターボチャージャーが、バンバン反ラグシステムに頼ることなくラグ解消に取り組むことができ、この解決策はロードカーにも応用できるだろう、ということ。しかし、その話はまた別の機会に。

レポート原文は2013年12月掲載、ピストンドス
のためにレスキュー。