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ターボディーゼルという用語は、ターボチャージャーを搭載したディーゼルエンジン全般を指します。他のエンジンタイプと同様に、ディーゼルエンジンにターボチャージャーを取り付けると、特にインタークーラーと組み合わせた場合、効率と出力が大幅に向上します。[ 1 ]
ディーゼルエンジンのターボチャージャー化は、1920年代に大型船舶用エンジンや定置式エンジンで始まった。1950年代半ばにはトラックにターボディーゼルエンジンが搭載されるようになり、1970年代後半には乗用車にも搭載されるようになった。1990年代以降、ターボディーゼルエンジンの圧縮比は低下傾向にある。
ディーゼルエンジンは、一般的にターボチャージャーとの相性が良い。その理由は2つある。
ターボチャージャー付きガソリンエンジンの場合、インタークーラーを使用して吸気を冷却し、その密度を高めることができます。[ 4 ]
ターボチャージャーは、20 世紀初頭にスイスのエンジニアで、ゲブリューダー・スルツァー・エンジン製造会社のディーゼルエンジン研究責任者であったアルフレッド・ビューヒによって発明されました。ターボチャージャーは、もともとディーゼルエンジンに使用することを目的としており、ビューヒの 1905 年の特許には、ターボチャージャーがディーゼルエンジンにもたらす効率改善について言及されています。[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]しかし、最初に量産されたターボチャージャー付きエンジンは、1925 年まで製造されず、ドイツの客船プロイセン号とハンゼシュタット・ダンツィヒ号で使用された 10 気筒ターボディーゼル船舶用エンジンでした。[ 8 ] [ 9 ]ターボチャージャーにより、出力は1,750 PS (1,287 kW)から2,500 PS (1,839 kW)に増加しました。[ 10 ] 1925年、ビュッヒはシーケンシャルターボチャージングを発明した。ヘルムート・プッハー（2012）によれば、これは現代のターボチャージング技術の始まりを告げるものである。[ 11 ]
1920年代後半までに、スルザー・ブラザーズ、MAN、ダイムラー・ベンツ、パックスマンなど、いくつかのメーカーが船舶用および定置用の大型ターボディーゼルを生産していました。[ 12 ] [ 13 ]その後の技術の進歩により、より高速で動作する小型エンジンにターボチャージャーを使用することが可能になり、1940年代後半にはターボディーゼル機関車エンジンが登場し始めました。[ 14 ] [ 15 ] 1951年、MANはK6V 30/45 mHA、1 MWのプロトタイプエンジンを製造しました。これは当時としては極めて低い燃料消費量135.8 g/PSh（184.6 g/kWh）で、効率45.7パーセントに相当しました。[ 16 ]これは、5段軸流圧縮機と9段ラジアル圧縮機、インタークーラーを組み合わせた先進的なターボチャージャー設計のおかげで可能になった。[ 17 ]
道路走行車両へのターボディーゼルエンジンの使用は、1950年代初頭のトラックから始まった。プロトタイプのMAN MK26トラックは1951年に発表され[ 18 ] 、続いて1954年には量産モデルのMAN 750TL1ターボディーゼルが発表された[ 19 ]。ボルボ・タイタン・ターボトラックも1954年に発表された[ 20 ]。 1960年代後半には、ますます強力なトラックエンジンの需要により、カミンズ、デトロイト・ディーゼル、スカニアAB、キャタピラー社がターボディーゼルを生産するようになった。
1952年、カミンズ・ディーゼル・スペシャルは、インディアナポリス500マイルレースに出場した最初のターボチャージャー搭載車となり、ポールポジションを獲得した。[ 21 ]この車は、 283kW （380hp ）を発揮する6.6L （403立方インチ）直列6気筒エンジンを搭載していた。[ 22 ] [ 23 ]
1960年代から1970年代にかけて、乗用車用の小型ターボディーゼルエンジンの研究が複数の企業によって行われた。ローバーは1963年に2.5L 4気筒ターボディーゼルのプロトタイプを製造し、メルセデス・ベンツは1976年のメルセデス・ベンツC111-IID実験車両に5気筒インタークーラー付きターボディーゼルエンジンを使用した。[ 24 ]
最初のターボディーゼル量産車は、1978年半ばから米国で販売されたメルセデス・ベンツ300SD（W116）セダンで、 OM617 5気筒エンジンを搭載していた。[ 25 ] 1年後、プジョー604 Dターボがヨーロッパで販売された最初のターボディーゼル車となった。ターボディーゼル車は1980年代後半から1990年代前半にかけてヨーロッパで広く製造・販売されるようになり、その傾向は現在まで続いている。[ 26 ] [ 27 ]
1990年代以降、ターボディーゼルエンジンの圧縮比は低下傾向にある。これは、圧縮比の低いターボチャージャー付きエンジンの方が、比出力と排気ガス排出特性が優れているためである。かつては、間接噴射式エンジンの圧縮比は18.5以上であった。 1990年代後半にコモンレール式エンジンが導入されると、圧縮比は16.5～18.5の範囲に低下した。2016年以降にユーロ6排出ガス規制に適合するために製造された一部のディーゼルエンジンは、圧縮比が14.0となっている。[ 28 ]： 182-183
ターボチャージャーはディーゼルエンジンの出力を大幅に向上させ、最高出力重量比を同等のガソリンエンジンのそれに近い値にすることができる。[ 29 ]
過去 10 年間で小型および大型ターボディーゼルエンジンの出力、燃費、騒音、振動、ハーシュネスが改善されたことで、特定の市場、特にヨーロッパでは広く採用されるようになり、ヨーロッパでは (2014 年現在) 新車登録の 50% 以上を占めています。 [ 30 ] [ 31 ]ターボディーゼルエンジンは、一般的に自然吸気ディーゼルエンジンよりも自動車用途において柔軟性が高いと考えられています。ターボディーゼルエンジンは、速度範囲全体でより許容できるトルクの広がりを持つように設計することも、商用用に製造される場合は、正確な用途に応じて特定の速度でのトルク出力を向上させるように設計することもできます。自然吸気ディーゼルエンジンは、ほぼ例外なく、同じ容量のガソリンエンジンよりも出力が低く、同時に、ディーゼルエンジンの圧縮比がはるかに高いことによる大きなストレスに耐えるために、ピストンやクランクシャフトなどのより強力な (したがってより重い) 内部部品を必要とします。これらの要因により、自然吸気ディーゼルエンジンの出力重量比は劣ります。ターボチャージャーユニットは重量が非常に軽いにもかかわらず、出力、トルク、効率を大幅に向上させることができます。ターボチャージャーを装着することで、ディーゼルエンジンの出力重量比を同等のガソリンエンジンと同等のレベルまで高めることができ、自動車メーカーがどのタイプの動力装置を選択するかにかかわらず、全車種で同等の出力と操縦性を目指す場合、ターボディーゼルは自動車用途において魅力的な選択肢となります。
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