同じ排気量であれば、ターボチャージャーを搭載したエンジンは、自然吸気エンジンよりもはるかに高い出力を発揮します。さらに、ターボチャージャーエンジンの固有の構造上、自然吸気エンジンにターボチャージャーを追加するよりも、ブースト圧やターボチャージャー出力をさらに高める方がはるかに容易です。だからこそ、ターボチャージャー搭載車は改造の可能性が非常に高いのです。では、ターボチャージャーの出力を最大限に高めるにはどうすれば良いのでしょうか？その方法をご紹介します。
質問 1: ターボチャージャー付きエンジンは、なぜ自然吸気エンジンよりも高い馬力を生み出せるのでしょうか?
なぜターボチャージャー付きエンジンは、同じ排気量の自然吸気エンジンよりも高い出力を発揮するのでしょうか？それは、ターボチャージャー付きエンジンは燃焼室に多くの空気を取り込むため、より多くの馬力を引き出せるからです。その動作は次のようになります。まず、エンジンの排気ガスが排気側タービン（駆動輪）に排出されます。排気ガスは排気ブレードを押した後、フロントパイプに入り、ミッドからリアにかけての排気マニホールドに排出されます。
排気駆動輪が動き始めると、反対側の吸気圧縮輪も回転し、中央の吸気ポートから圧縮室へ空気を吸い込みます。圧縮された空気はタービンから排出され、パイプを通ってインタークーラーで冷却された後、最終的にシリンダー内で圧縮され、燃焼・爆発を引き起こします。
ターボチャージャーの基本的な動作原理は、エンジンの燃焼後の排気ガスが排気タービンブレードを駆動し、排気タービンブレードが吸気タービンブレードを駆動して空気を吸い込み、エンジンの燃焼室に送り込むというものです。これにより、より多くの空気が燃焼室に噴射され、より強力な爆発力が発生し、エンジンは強力な出力を発揮できるようになります。 
ターボチャージャーシステムを標準装備したエンジンは、自然吸気エンジンよりもはるかに強力です。そのため、圧縮比を高めたり、ターボチャージャーをより大容量で空気流量の多いものに交換したりすることで、すぐに馬力を向上させることができます。また、空気がフィルターからエンジンに吸い込まれる過程で、エアフィルターの後ろにあるフローメーターが測定した空気流量をECUに伝え、燃料インジェクターに適切な量の燃料を噴射するよう指示します。加速時には、マニホールド圧力センサーがマニホールド圧力を検知し、設定されたブースト圧力値を超えるとアクチュエーター排気圧リリーフバルブを開いて余分な排気ガスを排出し、最大ブースト圧力を維持します。スロットル戻し時には、スロットルボディの前、ターボチャージャーの後にある吸気圧リリーフバルブが負圧によって開き、パイプライン内の正圧の空気をエアフローメーターに戻すか、排気ガスを直接放出して、ブーストされたガスがターボチャージャーに逆流しないようにします。これがターボチャージャー付きエンジンの動作プロセスです。
ターボチャージャーの作動により、吸気マニホールド全体に空気が充満され、正圧状態が実現します。高圧の空気がいつでも燃焼室に流入できるため、燃焼室はより多くの空気で満たされ、エンジンが単独で空気を吸入する場合よりも強力な燃焼と爆発力が得られます。これが、ターボチャージャー付きエンジンがよりパワフルな理由です。
写真のWRX STI（VAF）は、ギャレット製3071Rターボチャージャーに換装されており、エアフローが大きく、500馬力アップが見込まれます。ただし、周辺システムや配管の調整も必要となります。これは日本車ではターボチャージャーを大型化する際の一般的な手法です。質問 2: 大型ターボチャージャーの需要はいつ高まりますか?
エンジンの排気量や使用条件に応じて、ターボチャージャーにはさまざまなサイズがあります。違いは押し出す空気の量にあります。簡単に言えば、小型のターボチャージャーはより早く作動し、すぐに正圧に達します。低回転を重視する一般的な市街地走行や、オートマチックトランスミッション車の場合は、小型のターボチャージャーが適しています。では、どのような場合に大型のターボチャージャーにアップグレードする必要があるのでしょうか？一般的に2つの状況があります。1つは、既存のターボチャージャーが高回転および高負荷で圧力を維持できなくなった場合です。つまり、高回転でターボゲージのブースト圧が低下し、高回転でターボチャージャーによって送り出される空気の量がエンジンに吸い込まれる空気の量に対して不十分であることを示しています。そのため、ゲージ圧が低下し始めます。これは、ターボチャージャーがフル出力でエンジンに十分な空気量を提供していないことを意味します。ドライバーが期待する圧力値を達成するには、より大きなターボチャージャーに交換する必要があります。
ターボのアップグレードが大きすぎる場合、または高いブースト圧力を設定する予定の場合は、アップグレード後のエンジンが高圧と高温に耐えられるように、エンジンの内部ピストンとコネクティングロッドをより強力な鍛造部品に交換することをお勧めします。 
ターボチャージャーをアップグレードした後は、ターボチャージャーと中間排気管をつなぐダウンパイプをストレートタイプに交換する必要があります。これは、このパイプに純正触媒コンバーターが設置されているため、高温の排気ガスが滞留する可能性があるためです。排気ガスの排出性を改善する対策を講じないと、排気温度が過度に上昇し、エンジンまたは触媒コンバーターに損傷を与える可能性があります。もう一つの理由は加速性能の向上です。これは基本的に、同じ時間内にシリンダーにより多くのガスを送り込むことを意味します。しかし、ターボチャージャーを大型化すると、シリンダーからの排気ガスが不足し、ターボチャージャーが最大ブースト圧に達することができないため、低回転域でエンジンラグが発生する可能性があります。この現象はターボチャージャーの大型化によって顕著に増幅されるため、ドライバーにとって非常に厄介な問題となります。いずれにせよ、ターボチャージャー付きエンジンで純正ターボチャージャーの限界を突破し、さらなる高出力化を目指すのであれば、大型ターボチャージャーへの交換は不可欠です。改造方法やターボチャージャーのサイズ調整については、引き続きご説明いたします。
現在、工場で改造されたターボチャージャーを通して空気の流れを増やす方法は、欧州車ではますます一般的になりつつあり、多くの日本の工場で改造されたターボチャージャー付きエンジンも同様の改造方法を徐々に採用しており、全体的な結果はかなり良好です。 
一部の日本車ではターボ圧力コントローラーを調整することでブースト圧力を高め、馬力を向上させることができますが、高回転での持続的な加速はターボチャージャーのサイズを大きくするほど効果的ではありません。 
ターボチャージャーのエアフローを調整した場合は、燃料供給が十分かどうかを再検討することをお勧めします。不十分な場合は、コンピューターまたはチップを改造することでエンジンの耐久性を確保できます。質問 3: ターボチャージャーのサイズを大きくする方法にはどのようなものがありますか?
現在、ターボチャージャーのサイズを大きくする方法は主に2つあります。1つ目は、元のターボチャージャーを、より空気流量の多い、より大きなターボチャージャーに交換することです。このタイプの改造は過去には一般的で、効果は明らかでした。欠点は、排気マニホールド、ダウンパイプ、吸気管など、周囲のシステムも調整する必要があることです。アップグレードが大きすぎる場合は、エンジンが正常に動作することを保証するために、燃料供給および冷却システムも強化する必要があります。しかし、元のターボエンジン周辺の冷却パイプは非常に複雑であるため、このアプローチはますます非現実的になっています。一部の車両では、ターボチャージャーマニホールドがエンジンマウントと一体化されています。したがって、元のターボチャージャーを外観とサイズが異なるより大きなものに交換して、より多くの馬力を得ることはますます非現実的になっています。その結果、別のターボチャージャー拡大技術が登場しました。
燃料供給不足は、燃料インジェクターや燃料ポンプの性能不足が原因である場合があります。この場合、噴射量の多い部品に交換する必要があります。また、インタークーラーを適切に大型化することで、吸入空気温度の冷却効果を高めることも、ターボチャージャーを大型化する際に重要なポイントです。ターボチャージャーのサイズを大きくする新たな方法として、既存のターボチャージャーを改造する方法があります。まず、吸排気ハウジングの直径を拡大し、次に直径の大きい鍛造ブレードを取り付けます。これにより、センターベアリングに影響を与えることなく、ターボチャージャーの気流を増加させることができます。これは、追加の排気マニホールドを製造する必要がなく、既存のオイルラインとウォーターラインをそのまま使用できるためです。したがって、既存のターボチャージャーを改造する方が、より迅速かつ費用対効果の高い方法です。BMW、VAG、スズキ、ホンダ、GT-R R35などのエンジンとモデルはすべて、この方法を使用してターボチャージャーのサイズを拡大し、気流を改善できます。
現行世代の欧州製ターボチャージャー付きエンジンは、排気マニホールドと排気タービンハウジングが一体型設計となっているため、ターボチャージャーの交換が困難になっています。そのため、ターボチャージャーのサイズを大きくする別の方法として、既存のターボチャージャーを改造する方法が開発されました。前述のターボチャージャー大型化技術に加え、かつてはハイブリッドターボチャージャーも主流でした。ハイブリッドターボチャージャーとは、大型の吸気タービンと小型の排気タービンを組み合わせた、全く新しいターボチャージャーです。その目的は、小排気量エンジンでも大型の吸気タービンブレードを駆動することで、低速レスポンスを維持しながら高い吸気流量を実現することです（排気タービンブレードは小型の方が駆動しやすいため）。
TrustのTD05Hタービンを例に挙げると、TD05ドライブホイールとTD06コンプレッサーホイールを組み合わせることで、TD05のトルクとTD06の馬力を両立させています。しかし、この組み合わせは極端なものになりがちです。排気圧の上昇やブレードの溶融などの問題が発生する可能性が高くなるためです。高速回転時に排気圧を素早く解放し、排気温度の蓄積による高温問題を軽減するために、排気ガス放出能力の高いウェイストゲート排気圧リリーフバルブと組み合わせるのが最適です。
改造によって元のタービンの空気流量を増やす最も早い方法は、吸気ブレードの直径を大きくすることです。そうすることで、同じタービン速度でより多くの空気を「吹き出す」ことができます。より大きな直径の吸気ブレードを取り付けるには、まず吸気タービンハウジングの内側を研磨する必要があります。黄色の矢印が指している部分が研磨です。質問 4: ターボチャージャーのサイズを大きくする場合、他にどのような予防措置を講じる必要がありますか?
ターボチャージャーのサイズは、オーナーの具体的な使用要件によって異なります。大型ターボチャージャーはエンジンに供給する空気量を増やしますが、同時にエンジンを駆動するために排気圧も高める必要があります。低回転域での排気圧が不足し、ターボチャージャーを素早く駆動できない場合、顕著なターボラグが発生します。そのため、大型ターボチャージャーにアップグレードする際には、適切なエンジン排気がターボチャージャーの性能を最大限に引き出すための基本的な要件となります。
現在、大口径のインテークブレードを製造する方法としては、CNC加工によるアルミインゴットの鍛造が一般的です。この鍛造ブレードは、軽量、高強度、金型不要で大量生産が可能という利点がありますが、ブレード単価が高いという欠点があります。ターボチャージャー自体のサイズと容量以外にも、A/R 比もブースト応答に影響を与える重要なパラメータです。A はターボチャージャーの排気ポートの直径、R は吸気タービンの中心から排気ポートの中心までの距離に等しくなります。ターボチャージャーの排気ポートの内径が 50mm、吸気インペラから排気ポートの中心までの距離が 62.5mm の場合、A/R 比は 0.8 になります。この値は、ブーストのタイミングと高速出力のパフォーマンスに関係します。一般的に、A/R 比が小さいターボチャージャーは、低速域でのブースト応答が速くなりますが、回転数が上昇すると出口抵抗によって出力が制限されます。逆に、A/R 比が大きいターボチャージャーは、低速域での応答が悪くなりますが、回転数が上昇するとより多くの空気を供給できます。
このターボチャージャーは、JPターボB250X大型ターボチャージャーで、多くのスイフトスポーツモデルで人気のアップグレードキットです。純正ターボチャージャーよりも吸排気ブレード径が大きく、シャフトには軽量なボールベアリングを採用することで、低速時のエンジンレスポンスが向上しています。理論上は、エンジンからの排気ガスがターボチャージャーを駆動するのに十分な量であれば、ターボチャージャーの大型化とブースト圧の上昇がエンジン効率の向上に効果的です。しかし、現実には、ターボチャージャー付きエンジンは高温、高圧、高摩擦といった課題に直面します。ターボチャージャー改造の最も重要な前提条件は、エンジンが低中速域で十分なトルクを発生し、高回転域で最大の馬力を発揮できるようにすることです。価格が最優先事項でなければ、これらの条件は重要ではありません。オーナーが洗練性、スムーズさ、燃費を優先する場合、ターボチャージャーのサイズ、空燃比、ブースト圧は控えめに低く設定する必要があります。しかし、これは強力な出力を保証するものではありません。目標とするパフォーマンスに挑戦したい場合は、空燃比の高いターボチャージャーが望ましい選択肢です。しかし、そのためにはエンジン内部の部品の強化、排気量の増加など、多大な資金と時間の投資が必要となるプロジェクトが必要になります。したがって、高馬力のセットアップの場合、最終的には資金が全てを決定します。
新世代モデルでは、より大型のターボチャージャーを搭載したり、同じエンジンを搭載しながらもより高出力なモデルのターボチャージャーを流用したりすることも可能です。例えば、VW Golf GTIは、Golf RやAudi S3の純正ターボチャージャーを流用しています。これらのターボチャージャーは空気量が大きい場合が多く、システムの類似性が高いため、改造方法として主流となっています。ただし、ターボチャージャーを改造するよりも費用がかかるという欠点があります。
