可変ジオメトリーターボチャージャーの仕組み：メリット、故障、メンテナンス

エンジンのさまざまな過給方式の中には、固定ジオメトリーまたは可変ジオメトリーのターボチャージャーがあり、VGTとして知られています。どちらの場合も目的は同じで、排気ガスの慣性を利用して、エンジンが自力で吸入できる量以上の空気をシリンダーに送り込み、出力を高めることです。

ただし、従来型ターボを備えた過給エンジンの主な欠点の一つは、低回転で走行しているとき、排気ガスには吸気を圧縮するタービンを回転させるだけの力が不足していることです。逆に、高回転域では排気ガスの流量が非常に多く、タービンを強い力で回すため、ウェイストゲートバルブの作動が必要になり、排気ガスが持つエネルギーの一部が無駄になります。

この欠点を解決するのが可変ジオメトリーターボチャージャーです。後ほど見ていくように、低回転域でも高回転域でも吸気を効率的に圧縮する能力に優れています。

可変ジオメトリーターボチャージャーの初期の開発は1950年代半ばにさかのぼりますが、これを量産車に初めて採用したのは、90年代初頭のFiat Croma ターボディーゼルで、1.9リッターエンジンに搭載されました。このエンジンは直噴を採用した最初期のディーゼルの一つでもありました。現在では、タービンを加速させるために小型の電動モーターを直接用いる方式も開発されています。低回転域での過給エンジンのレスポンスを改善するために使われるその他のターボとしては、ツインスクロールターボがあります。

可変ジオメトリーターボはどのように機能するのか？

固定式ターボと可変式（VGT）の違いは、後者が排気ガスがタービンに当たる速度を変えられる機構を備えており、より迅速にタービンを加速できる点にあります。空気の量を変えるのではなく、その入口断面積を変えます。

このために、可動式のベーンまたはブレードを備えており、エンジンが低回転のときには閉じて、排気ガスを加速させ、タービンへの押す力を高めます。高回転で走行するときにはブレードが開き、排気ガスの入口断面積が広がるため、速度は下がります。これにより、最大過給圧に達するエンジン回転数をより高い領域に移すことができます。

ベーンの制御は、圧力または負圧アクチュエーターを使った機械式システムで行うこともできますが、近年のエンジンでは一般的に小型の電動モーターを用いる方式が主流で、これはエンジンの電子制御ユニット（ECU）によって作動します。

可変ジオメトリーターボの仕組みについては、この動画で詳しくご覧いただけます：

https://www.youtube.com/watch?v=AuQor-YnbZ8

可変ジオメトリーターボにはどんなメリットがあるのか？

可変ジオメトリーターボの動作原理を理解すれば、そのメリットは明らかです：

• ターボ過給エンジンに特有の、低回転からの加速時の「ターボラグ」、つまりレスポンスの遅れ§h37;を低減または解消します。
• エンジンのあらゆる回転域で過給システムの動作を最適化し、よりフラットなトルクカーブを実現します。
• 可動ブレードを介して過給圧を制御するため、ウェイストゲートバルブ（「ウェイストゲート」）は不要です。
• 逐次式ツインターボよりもシンプルなソリューションです。とはいえ、複数のターボチャージャーを備えた高性能エンジンもあり、その場合も少なくとも一つは可変ジオメトリーです。
• トルクの供給を最適化することで性能が向上し、その結果、燃費と排出ガスも改善されます

Porscheは、ガソリンエンジンに可変ジオメトリーターボを初めて採用したメーカーの一つです。現在では、高性能を狙うよりも効率向上を目的として、小型エンジンにも採用されています。最近の例としては、新型Alfa Romeo Tonaleの1.5リッターハイブリッドエンジンがあります。

可変ジオメトリーターボのメンテナンス、手入れ、故障

可動部品が多く、しかもそれらが高温と排気ガスの流れにさらされるため、可変ジオメトリーターボは固定ジオメトリー式よりも多くのトラブルを抱えやすくなります。

最も多い故障は、可変ベーンの固着です。この場合の問題は、可変ターボが固定ジオメトリー式として機能するようにはならないことです。ブレードが固着すると、エンジンは特定の回転域でしか正常に動作しなくなります。症状としては、明らかな出力低下とそれに伴う燃費の悪化があります。また、出力の供給に段差が生じることや、エンジンが押し出さないように感じる空白の領域もよく見られます。

エアフローメーター、EGR、DPF（パティキュレートフィルター）と同様に、可変ジオメトリーターボが固着する主な原因の一つは、主に市街地を走行したり、常に非常に低い回転数で走行したりすることです。その場合、燃焼によってカーボンが多く発生します。

したがって、可変ジオメトリーターボの故障を防ぐ最善の方法は、走行を市街地だけに限定しない§h85;ことです。ときどき郊外の道路に出て、エンジンを中回転域や高回転域でも働かせるようにしてください。もちろん、適切なエンジンオイルを使用し、メンテナンスの間隔を守ることも欠かせません。