ターボエンジンの過給圧を制御する機械式のアクチュエーターには弱点があり、ターボチャージャーの性能がフルに発揮されていないと言われている。機械式のアクチュエーターに電子式のコントローラーを付け加えることで過給圧の立ち上がりが改善し、ターボチャージャーの本来の性能が引き出せるようになるらしい。一体どの程度、改善する余地があるのか、ＢＮＲ３２を実験車両として使用し、その可能性を検証する。
実験の結果から、立ち上がりの特性に関する部分で改善の余地があるのは、インターセプトポイント付近の狭い領域だけであることが分かった。それも、ドライバーが明確に体感できると思えるほど大きな差は認められなかった。電子式のコントローラーを取り付けたとしても、いわゆる過給圧の立ち上がりの早さに圧倒的な優位性があるとは考え難い結果となった。
ターボチャージャーの過給圧を目標値に制御するためには、排気の一部をバイパスしてタービンに送る排気の量を制御する必要がある。この、バイパス通路に設けられたバルブをスイングバルブ、またはウェストゲートバルブと呼び、構造は過給された吸気の圧力を動力源とした機械式のアクチュエーターによってバルブが開閉する仕組みになっている。市販車では、多くの車がこの方式を採用している。スイングバルブの動作は単純な閉と開ではなく、アクチュエーターの機械的な要素で決まる動作範囲内で、空気圧の大小により無段階に開閉量が変化する。実際の動作は次のようになる。タービンの回転数が上昇すると、タービンと同軸上にあるコンプレッサーが吸気を圧縮し、過給圧が高まる。過給圧の上昇に比例してアクチュエーターのロッドが推移し、徐々にスイングバルブが開き始める。スイングバルブはタービンに送られる排気の量を制御し、タービンの回転数を調節する。アクチュエーターのスプリングの力と過給圧がバランスすることでスイングバルブの開閉量は収束し、その時の過給圧が最大過給圧の目標値と言うことになる。
ここで問題とされているのは、過給圧が目標値に達する前からスイングバルブが開き始めることにある。その結果、ターボチャージャーの能力をフルに使い切ることができず、過給圧の上昇が緩やかになり、実際の走行時には過給圧の立ち上がりの遅さとなって現れ、フィーリングを悪くしていると言う。スイングバルブの特性を過給圧が目標値に達したところで唐突に開く設定にすれば解決されそうに思えるが、それだとオーバーシュートやハンチングの問題が発生する。それらを全て完璧に制御するのは、機械式では困難である。
一方、市販されている後付けの電子式コントローラーでは、電磁駆動のバルブによってアクチュエーターに送る過給圧を自在に制御することにより、スイングバルブの開閉量を最適な状態に制御することが可能とされている。それにより、最大過給圧をスイッチやダイヤル操作で任意の値に設定することができる他、スイングバルブの開閉するタイミングを緻密に制御することで過給圧の立ち上り特性に味付けをすることもできる。その結果、オーバーシュートやハンチングを抑制し、機械式の制御だけでは不可能な素早い過給圧の立ち上りを実現することができるとされている。
と言うことで、どのくらいスイングバルブは早い時期から開き始めているのか、ＢＮＲ３２で確かめることにした。まず、通常時の立ち上りの早さを調べる。次に、スイングバルブを閉じたままの状態に固定し、ターボチャージャーの本来の能力がフルに発揮される状態で立ち上がりの早さを調べる。両者を比較し、立ち上がりの遅れ具合からスイングバルブの開き始めるタイミングを観察する。
スイングバルブの固定方法は、コレクタータンクとアクチュエーター間のゴムホースを抜き取り、ボルトで栓をする。これで、スイングバルブは排気の力で押されない限り開くことはない。おそらく、過給圧は燃料噴射のリミッターが作動するまで上昇し続けるはずだ。
実験の手順は、エンジンの回転数を一度２，０００ｒｐｍに固定した後にアクセル全開で加速を開始し、過給圧計の針が目盛３．５と７．０を通過する時のエンジン回転数を読み取る。尚、過給圧の上がり方はギヤによって微妙に変わるので、中間を取って３速とした。高価な機材があればエンジンの回転数と過給圧の推移を詳細に記録することができるが、そんな物は持っていない。目盛の細かい後付けの過給圧計もないので、数値を読み取るのはテクニックを要するが、納得の行くまで何度も練習を重ねてデータを取った。
データ取りは３通りの状態で行った。
１．通常の状態。
（ただし最大過給圧はオリフィスの調整で約７００ｍｍＨｇに設定）２．配管を外した状態。
（スイングバルブは閉じたままとなり最大過給圧は無限大）３．配管を元に戻してＰＣＭソレノイドバルブを常時ＯＦＦにした状態。
（最大過給圧は約４００ｍｍＨｇ程度）結果は以下の通りである。
| データ番号 | 季節 | 外気温度 | エンジン回転数 | 最大過給圧 | |
| 目盛３．５ （３５０ｍｍＨｇ） |
目盛７．０ （７００ｍｍＨｇ） |
||||
| １ | 夏 | ３５．０℃ | ３，６００ｒｐｍ | ４，８００ｒｐｍ | ７００ｍｍＨｇ |
| ２ | 夏 | ３３．０℃ | ３，６００ｒｐｍ | ４，６００ｒｐｍ | 無限大 |
| ３ | 夏 | ３５．０℃ | ３，８００ｒｐｍ | −−− | ４００ｍｍＨｇ |
データ１は、オーバーシュートで過給圧計の針が目盛７．０をほんの少し超え、その後に目盛７．０で針はピタリと安定している。オーバーシュートによるトルクの段付きはなく、加速感はスムーズである。
データ２は、過給圧が際限なく上昇するので、過給圧計の針が目盛７を超えた時点でアクセルを戻している。スイングバルブが開き始めることによる過給圧の低下がないので、データ１よりも回転数が２００ｒｐｍほど低い時点で過給圧の針が目盛７．０に到達している。しかし、目盛３．５では差が見られない。
データ３は、最大過給圧が大幅に低くなっているため、過給圧計の針は目盛７．０まで達していない。過給圧計の針が目盛３．５に達したところで既にスイングバルブは開き初めているようで、その時の回転数は２００ｒｐｍほど高い方に移動している。
過給圧がインターセプトポイントに達する前にスイングバルブが開き始めていることは、これらの結果から確認できた。ただし、立ち上りの中間域では差が一切なく、差が現れるのは過給圧がインターセプトポイントに到達する直前に限られていることが分かる。しかも、その差は決して大きなものではなかった。後付けの電子式コントローラーで立ち上りを早くすることができる領域は狭く、改善できる余地は極めて小さいと考えられる。この僅かな違いに拘りを持ち、高価な電子式コントローラーを取付けることに大きな意味があるのだろうか。
エンジンの出力は夏場にくらべて冬場の方がパワー感が増し、ターボエンジンでは過給圧の立ち上がりも早くなるとされている。理由は、気温の低下により空気の密度が高まるからである。冬にもデータを取り、その違いを比較してみた。
データ番号 季節 外気温度 エンジン回転数 最大過給圧 目盛３．５
（３５０ｍｍＨｇ）目盛７．０
（７００ｍｍＨｇ）１ 夏 ３５．０℃ ３，６００ｒｐｍ ４，８００ｒｐｍ ７００ｍｍＨｇ ４ 冬 ４．５℃ ３，１００ｒｐｍ ４，２００ｒｐｍ ７００ｍｍＨｇ
外気温度が低いと過給圧の立ち上りが大幅に早くなっているのが分かる。しかも、立ち上りの全域で早くなっている。電子式のコントローラーを使用することで改善される余地は微々たるものであったが、それに対して気温（季節）などの要因で変化する量は何倍も大きいことが、この結果から良く分かる。これだけ差があれば、体感的にも違いが明確に感じ取れるのもうなずける。
過給圧の立ち上り、と言う表現が普通に用いられているが、これにはふたつの意味合いがある。ひとつには、今回の実験でも取り上げたように、全負荷時におけるエンジンの回転数に対する過給圧の立ち上り特性である。もうひとつは、過給圧が十分に高まる中高回転域での、アクセルの踏み込みに対する過給圧の立ち上がり特性である。例えば、全開加速のギヤのシフトアップなどで、アクセルの戻しによる過給圧の落ち込みからアクセルを踏み直した時、いかに素早く過給圧が立ち上がるかと言ったものがこれに該当する。両者の早い遅いは多くの場合で比例する関係にあり、低速寄りのギヤになるほど両者の区別が曖昧になるのも事実であるが、現象は完全に別のものである。前者は数値化して比較するのが容易なため、今回はそちらに限定して過給圧の立ち上りを観察した。反対に、ドライバーの体感として微妙な変化を感じ取りやすいのは、むしろ後者ではないだろうか。後付けの電子式コントローラーを装着して立ち上がりが早くなったと言う話しを良く聞くが、どちらの現象を指しているのかはっきりしない場合が圧倒的に多い。深く考えずに雰囲気で判断しているのだろうか。
今回の実験結果は、あくまでも１台のＢＮＲ３２のものであるが、ノーマル車両の場合、過給圧の立ち上がり特性でインターセプトポイント付近に僅かな遅れが観察された。しかし、オーバーシュートは少なく、立ち上がりの特性は良いバランスが取れていると思う。運転した時、体感的にも問題は特に感じられなかった。それよりも、気温（季節）の変化による影響が想像以上に立ち上がりの特性を悪くしていることが分かった。
過給圧をもっと細かく読み取ることができる計器を用いれば、視覚的な印象が変わる可能性はある。また、車種によっては最初から過給圧の制御が不安定なものがあったり、チューニングをしていく過程で問題を起こし易いものもあるようだ。後付けの電子式コントローラーについては、設定の自由度が大きいこと、様々な付加機能があることなど、これらの点では圧倒的に優れている。電子式のコントローラーは使い方次第だなと思う。
２００７/０１/２８