初心者向けブーストアップについて~ターボ車エンジン壊れる前の予防策

ターボ車に乗ると手軽にパワーアップ出来る方法「ブーストアップ」を行いたくなります。

でも、クルマに詳しい人からはアレもこれもしないと壊れるよ、、なんて言われます。

あれもこれも、、、

なんだかよくわからない部品を交換するように薦められたり。。

「そんな金ねーよ!」って言うと

「じゃあやめとけ」とか言われるし。。

自分も軽自動車乗ってる頃は

何でもええからブースト上げたら速くなるんちゃうん?

みたいな感覚で安くて手頃なVVCなんてのを使ってブースト上げたりしてましたが、

ただ単にブースト上げただけの状態で
ガンガンアクセル踏んで飛ばしてると
大事なクルマのエンジンが壊れました。

そして修理するにも費用やらいろいろ大変で廃車になりました。。

チューニングの諸先輩方や整備工場の方々からよく言われた言葉。

「これやらないと壊れますよ」

そう言われても意味が全くわからなかったのですが、実際に一台ブースト上げたことによってバッチリ壊してるので今はブーストアップするなら壊さないようにいろいろ対策するという方法でブーストアップしています。

チューニング上級者や整備士さんはもっとたくさん壊れたの見てるのでやっぱり最初から言うこと聞いておいたほうが身のためだったんですよね。。

ノーマルでも負荷かけすぎると壊れるのに、
ブーストアップなんて
さらに負荷高めることするんだから
壊れないほうがおかしい。

これがブーストアップへの根本的な理解となりますよ。

はい、なので

壊さない対策しても壊れるときは壊れます。

そんなもんです。

では

素人向けの言葉しか使えませんので素人言葉で書き残しておきます。




壊さないブーストアップの基礎

さて、

チューニング初心者の頃は

ブースト上げて壊れると言われても具体的に何が悪いのかわかりません。

ブーコンなんかで手軽にブーストアップしたら

トルクアップするわパワーアップするわでエンジン絶好調なんて思いがちです。

しかし、ブーストだけ上げてその他何も手を付けずにノーマルでエンジン吹かしまくってると、近い将来エンジンのどこかが必ず壊れます。

なんで壊れたのかあの頃はわからなかった。。

しかし、

今はその理屈がわかったのでブーストアップする際の基礎的な対策や体験したことを書いておきます。

死ぬほど長い文章になると思いますので、

パワーアップ出来たら何でもいいや

という以前の私みたいな感じの方

この辺で止めておいてまた今度見に来てください。

いずれ白煙吹いたりラジエーターの水が減ったり、エンジンからヤバイ音がしたりと困惑する時が来るかもしれません。

その時でも遅くないかもしれません。

いや、

遅いか。。

壊れる症状の進行具合はエンジン開けないとわからないので、あくまでもブーストアップしたいけど壊れる前に予防するという観点で対策を書き残しておきます。

めちゃ長くなります。

では

はじめに、

ブーストアップとは何か?

これの説明は省きたいのですが、コレ省くと

なんでブーストアップしたら壊れるのか?

という話につながらないので一応書いときます。

ブーストというのは加給という意味です。

ブースト圧つまり過給圧を高めることをブーストアップと言います。

加給というのは混合気(空気とガソリンの霧化されたもの)をエンジン内部へ供給することで、その加給の圧力を高めることをブーストアップと言います

で、過給圧あげたらなんでパワーアップするのか?

エンジンは空気とガソリンが混ざった混合気を吸い込むことでエンジン内で混合気に点火して爆発させて排気します。爆発した混合気はエキマニからタービンへと吐き出されアウトレット触媒マフラーを通って外へ出ていきます。

ターボ車はエンジンが吐き出す排気ガスの圧力を利用してタービンの羽をまわしています。

タービンの羽にエンジンからの排気が猛烈に強く当たりタービン内の羽と軸が回ります。

同時に、排気側と繋がった反対側の吸気側の羽がぐるぐる周ります。

この吸気側の羽の回転によって自然吸気では到底吸い込めないような大量の空気(酸素や窒素など)を吸い込みます。

つまり、

過給圧上げるということはエンジンの燃焼室へ送り込む空気とガソリンが増えるわけです。

爆発する空気とガソリンの混合気が増えると爆発力が増える

イコール

ピストンを動かす力が強くなる

イコール

パワーがアップする

となる感じですね。

ターボ車の場合、排気量660ccでも1000cc並のトルクが出たりするのはエンジンの爆発力が大きいからです。

爆発力が大きくなれば発生する熱も大きくなります。

それは後で書くとして、、

ここで大事なのが送り込む混合気のコントロールなんですね。

空気とガソリンの加給を制御することが大事

さて、

クルマのエンジンは吸い込む空気の量に対してエンジン内へ噴射する燃料の量を調整しています。多くの場合ECU(コンピューター)でその制御を行います。

うちの180sxに搭載されるSR20DETはエアフロが吸い込む空気の量(圧力)を電流化してコンピューターへ数値的知らせる仕組みです。エアフロ車というのは皆そういう仕組みです。

過給圧を上げることは混合気を増やしてエンジンに送り込むということですよね。

この混合気を調整する役割ををクルマの部位で説明しますと

  1. エアクリーナーを空気が通る
  2. エアフロメーターに空気が触れる
  3. 吸い込んだ空気はサクションパイプを通っていく
  4. 途中インタークーラーで冷却される
  5. インタークーラーからインテークパイプ
  6. インテークパイプからスロットルバルブを経由してインテークマニホールドへ
  7. (入った空気と吹き出す燃料の量をECUが計算して調整する)
  8. 各気筒へ空気量に見合った燃料を噴射(インジェクターによる燃料霧化)
  9. 空気は混合気となってシリンダー入る
  10. 混合気がピストンによって圧縮される
  11. プラグで点火され混合気はシリンダー内で爆発(すごい熱と圧力発生
  12. 混合気は爆発して燃えたので排気となる
  13. 排気はエンジンのエキゾーストバルブから抜けエキマニへ
  14. エンジンから出た排気はエキマニを通ってタービンへ
  15. タービン内で出ていく排気と回転に使うエネルギーを振り分ける(アクチュエータ
  16. タービン内に残った排気がタービンを回す
  17. タービン回転により吸気側の空気をパワフルに吸い込む

そしてエアクリから空気を吸い込む、、

へ戻る。

これの繰り返しといった具合です。

ノーマルのままだと箇条書きのとおりで空気と燃料流れますが、ターボ車の場合給排気系で一部パーツ交換してたりしますよね。

吸い込むのとは別に、

ついでに書いておきますと

  1. ヌケの良いエキマニのせいでブースト上がりやすくなる
  2. ヌケの良いフロントパイプのせいでブースト上がりやすくなる
  3. ヌケの良いマフラーのせいでブースト上がりやすくなる

というパーツ交換によるブーストへの影響もありますが、この程度ではノーマルのECUで対応可能な場合が多いです。

この箇条書きの部分でテキストの色変えてるとこ、
ブーストアップの対策で部品買えないといけないとこになります。

途中、他にも大事な調整機能なんかがあるのですが、だいたいの流れを書くとこんな感じです。

ノーマルからのブーストアップで注意したい対策

何が言いたいかというと、

この

増やした空気を吸ったり燃料を送ったりする制御の機能と
爆発力アップにより熱が出てしまった場合の対処を考えた部品の交換が必要になる
わけです、

要は、

  • ブースト上げる=タービンがノーマル以上に回る。
  • すると吸い込む空気が増える
  • 吸い込む空気が増えると燃料噴射も合わせて増やす必要がある
  • 吸い込んだ混合気が多いほど爆発力も高まる。
  • 爆発力が高まるので(パワーアップするので)激しい熱が出る

だから、

ブーストアップ後は

あちこち調整しないと

熱や圧力(負荷)で

エンジンが早めに壊れるよって話です。

では先に上げた行程で、それぞれの役割において交換すべき部品の話なんかをしていきます。

しかし、話は長くなりすぎたので

対策は箇条書きで書いていくことにします。

先程の20ほどの箇条書き、

それぞれの行程で

なんで対策が必要なのか箇条書しときます。

空気吸い込むところから廃棄するまでの流れに準じて書いときます。

  1. エアクリーナーを交換すると空気を吸い込みやすくなる
    (解説)せっかくブースト上げるんだからタービンが空気を吸い込ませようとする力を高めるために空気の最初の入り口を入りやすくする。
    ここだけ交換しただけでは別にブーストアップにはならない。
  2. エアフロメーター計測できる空気量(電圧)に限界がある
    (解説)ここ大事、ブーストアップして吸い込む空気量が増えたのに純正のエアフロメーターでは流入空気量が計りきれない症状になる。空気量が計りきれないとなると実際に送り込まれた空気がやたらと多くなってるのに燃料噴射や点火のタイミングなどが調整されてない状態のエンジン負荷状態が生まれるので危ない。
    エアフロメーターで検知した空気量をECUでデータ化してインジェクターでの燃料噴射量を決定するのですが、エアフロメーターが貧弱なままだと正しくインジェクターを動かせないので適正な混合比での混合気を作り出せなくなる。それはつまり希薄燃料による超高温爆発やら燃料濃すぎによる異常タイミングでの燃焼の誘発に繋がり、それら高温や燃焼タイミング問題はエンジンのブロックや構成部品を熱で曲げたり溶かしたりと一撃でエンジンブローへ繋ががりうる問題箇所となります。
  3. サクションパイプ変わると空気の流れが変わる(増えたり逆流したり)
    (解説)アルミなどで抵抗の少ないものにすることで流入空気をスムーズに取り込みやすく出来るが、バックタービンなどアクセルオフ時の吸気の吹き替えしによりアイドリング不調やアクセルオフ時のストールの原因となる。
  4. 吸気はインタークーラーで冷却しないとノッキングしまくる
    (解説)タービンにより強引に吸い込まれた空気はエアクリーナーから入ってきてサクションパイプからエンジンシリンダーに入るまでの間にめちゃくちゃ押し込まれます。押し込まれる=圧縮されちゃって空気なのにものすごい熱を持ちます。
    空気は熱を持つと空気中の酸素が著しく減少します。酸素が薄い空気をいくら押し込んでもエンジンのシリンダー内では良い燃焼が生まれません。酸素薄いのに流れる空気量だけが激しくエアフロメーターを刺激するので燃料もそれに合わせて噴射されます。
    しかし、本来の酸素含有量でない空気を多く送られても燃料の量とバランスのとれた燃焼が出来ないため燃焼できなかったガソリンが燃焼室に残り異常に熱が高まったエンジン内部でタイミングのずれた爆発を誘引してしまいプレイグニッションという異常燃焼の原因になったり点火時期に合わない燃焼を誘引することがあります。これによりプラグが溶けたり、ピストンヘッドを損傷させるリスクが高まります。
    希薄燃料の時と逆ですね。
    そういう理由で燃焼効率を正常にしたい。そのためには圧送される空気の量が増えても含まれる酸素の量は適量のまま送り込みたい。そうなると圧送する空気そのものを冷やすことでなんとか対応できるので大型のインタークーラーをつけてよく冷える位置で吸入空気(圧送空気)を冷やしてエンジンへ送り込めばいい。
    なのでインタークーラーを大型化したり冷却効率を上げることでエンジンへの多大なる損傷を防ぐ事ができる。同時に取り込む酸素量をより多くできるためパワーを著しく上げやすい環境が生まれる。

    私のSR20DETも純正インタークーラーではブースト上げなくてもマフラー替えてECU変えただけでノッキング出まくってましたがインタークーラーを前置きにしたらノッキングがピタッと治まりました。そしてその後のブーストアップが行いやすくなりました。
  5. ブースト上げるとインテークパイプめちゃ汚れることがある
    (解説)ブーストアップによる高負荷や熱でオイルの上がり下がりが出やすくなり、、ここは割愛します。冷却とオイル管理が大事という感じです。
  6. 吸い込む空気多すぎてスロットルバルブが空気を邪魔してたりして
    (解説)エアクリからインテークまでスムーズに来た空気がここで糞詰まりに、、なんてこともあるようですが、個人的には無視してます。
  7. 空気量に対してECUが計算した燃料の量を押し出せる燃料ポンプの能力が必須
    (解説)結局のところ、燃調燃調とよく耳にする言葉。この燃料調整が重要な対策になってきます。燃料の噴射やタイミングの調整を全て統率してるのがECU(コンピューター)です。
    このECUが噴射する燃料の量が純正指定の量のままだと危険です。ブーストアップによって空気ばっかり押し込まれると本来適正とECUが判断して吹き出した混合気が空気が多すぎてガソリンが少ない希薄燃料となります
    物理的には希薄燃料のほうが爆発力が大きく激しい熱を発生させるようですが、市販車はエンジンの構造上、あまりにも薄い希薄燃料の爆発には熱的にも圧力的にも耐えられないようです。なので耐えられる限度のラインで爆発力を高めるため空気の量に対して吹き出す燃料の量を調整する必要があります
    タービンの回転数をグ~ンと速くしてブーストアップしたことで多くの空気が押し込まれますがそれに対する燃料噴射を調整する計算と命令をするのがECUです。このECUの燃料噴射に対するマップ(回転数や負荷に応じた指示)を書き換えないとエンジンが壊れる元になるというわけです。同時にECUが命令する燃料の量をしっかりと送り出せる燃料ポンプを装着しないとこれまた燃料不足で希薄燃料となりチリチリ、ドカーン!とエンジンを壊すことになります。

  8. 燃料吹き出すインジェクターがノーマルだと容量不足
    (解説)ブーストアッブして大量の空気を押し込まれたエアフロがECUへ信号を送る。ECUの判断によりこりゃ空気多いから燃料をドーンと送り込まなければ!と指示を出したが純正インジェクターが吹き出せるガソリンの量は少なすぎる。するとECUの信号は正しくても実際にエンジンに送られるガソリンと空気による混合気はインジェクターの吐き出し不足で薄くなってしまいます。薄くなると希薄燃料でチリチリ、、ドカーン!と壊れてしまいます。
  9. 空気は混合気となってシリンダー入る
    (解説)ECUによる燃料噴射量の決定、これを受けて燃料ポンプとインジェクターがしっかりと燃料を送り出し噴射できる状態であれば最大級のパワーを出すための爆発準備が整いました。
  10. 混合気がピストンによって圧縮され点火
    (解説)ノーマル時よりも大幅に増えた燃料と空気の混合気が押し込まれたエンジンのシリンダー。そこに点火するスパークプラグも番手を上げて熱対策しておかないと焼け落ちて棚落ちなんてことになりかねません。
  11. すごい熱と圧力発生によりプラグ溶けたりガスケット抜けたり
    (解説)エンジンのブロックの素材や強度にもよりますがSR20DETの場合8番プラグを使っていれば300馬力程度では問題ない感じです。軽自動車のときも同様に8番使ってました。9番などのレーシングプラグを使うと冷間時のエンジン始動ができなくなったりすることもあるのでブーストや燃焼温度次第ですが8番がちょうどいい。
    また爆発力の急激な上昇は純正でメーカーが想定する設計の強度を遥かに超えることもあるのでエンジンヘッドとエンジン下部のクランク室を繋ぐヘッドガスケットを焼き潰したり損傷させることがあります
    ヘッドガスケット抜けなんて表現をしますが、ガスケットが抜けるとエンジン冷却用のクーランドがブロックから漏れ出してエンジン燃焼室内へ入り込んだり、エンジンオイルが外へ漏れ出したりする恐れがあります。
    ブースト0.8k~1.0kを超える設定をするなら交換したほうがいいと言われてます。私のSRエンジンは1.0kgでブーストかけてますがこの辺まではノーマルガスケットで耐えれるようです。1.2k以上となるとメタルガスケットへの交換は必須になるようです。
  12. 混合気が爆発してすごい熱を持って排気が生まれる(オイル温度危険、水温危険
    (解説)先に挙げた行程のとおり、ブーストアップすることでエンジン内部での燃焼温度や負荷による熱の発生が過大になります。そのため純正馬力で使ってたエンジンオイルでは性能が不足しエンジンの焼付きを起こしたりします。
    ブースト挙げてエンジン回転上げて負荷をかけまくるならエンジンオイルの粘度を上げて、高付加時高温時の性能低下の低いオイルを選択することが望ましいです
    私は以前軽自動車でブーストアップしてた時最後はこのオイルで泣きました。普段は10W40いれてたのにケチって0W-30入れた途端に熱によりオーバーヒート。ガスケットが抜けてクーラントが燃焼室へ入り込むようになり終了。
    オイル交換の頻度も早めにして品質のいいオイルを使うことが熱対策とエンジン損傷の防止につながります。またブーストの上げ方やエンジンの設計にもよりますがノーマルのラジエーターでは冷却が間に合わない事が多いです。
    サーキット走行など一般道ではあり得ないほど高回転をキープする乗り方をする場合はブーストアップしなくてもラジエーターの交換は必須。ブーストアップしてサーキット走行するなら絶対に大容量のラジエーターに交換しておくべきです。

  13. 排気はエンジンのエキゾーストバルブから抜けエキマニへ
    (解説)ものすごい熱を持った排気がエキマニなど排気系統を通過していきます。これもエンジンルーム内の各所へさまざまな熱害をもたらします。
  14. エンジンから出た排気はエキマニを通ってタービンへ(オイル温度危険、水温危険
    (解説)ブーストアップしたらタービンへの排気はノーマル時とは比較にならないほど高温になります。
    アクセル踏むとタービン周りの空気が熱され、その熱風が室内へ入り込むことさえあります。ノーマル時にはありえないほどの熱がエンジンルーム内に広がります。つまりそれだけタービン内を通るオイルも高温になってるということです。ブーストアップ時はノーマル時とは違って油温、水温の上昇も早まりますからラジエーター交換やオイルクーラー装着などの冷却対策は重要になります。

  15. タービン内で出ていく排気と回転に使うエネルギーを振り分ける制御(ブースト圧を制御しないと燃料不足になる
    (解説)ブーストアップ時はブースト圧制御についても管理する必要があります。タービンの排気側ハウジングにはバイパスバルブという排気を逃がすバルブがあります。
    このバルブを閉じたままだとタービンは金属の風車みたいなものなので排気圧力をそのまま受け続けひたすら回転を高速化し続けます。その結果、金属的に限界まで回り続けて焼き付いてしまいます。
    このタービンを回転させる圧力を制御しないとタービンが壊れるためアクチュエーターというバネを使ってタービンの回転数を制御します。
    アクチュエータはエンジンが吸入する空気の圧力とアクチュエータ内の金属バネの力によりバイパスバルブを適度に開く調整をします。このバイパスバルブの開閉調整によりブースト圧を安定させます。
    そしてこのアクチュエータに送り込まれる空気を制御するのにソレノイドバルブという部品があります。
    市販品のブーストコントローラーはこのソレノイドバルブによるアクチュエータへの空気量を電気的に制御する部品です。
    機械式ブーストコントローラーと言われるVVCも同様で、純正のソレノイドバルブの動作を遅れさせたり弱めたりするためにアクチュエーターからソレノイドバルブまでの配管で空気を外部へ分岐させソレノイドバルブへの空気流量を変化させてソレノイドバルブがアクチュエータを作動させることを遅らせる目的で取り付けられたりします。
    初心者の頃はブーストコントローラーを着けたらブーストアップできると思いがちです。たしかに設定ブーストは上がりますしパワーも体感アップします。
    しかし、ブーストコントローラー(ソレノイドバルブ)はあくまでもアクチュエータの動作を遅らせるだけであってタービンの性能を超えるようなブースト値を与えてもパワーには繋がりません。
    同時にアクチュエータの性能を超えるようなブーストの立ち上がりも期待できません。ブーストコントローラーはあくまでもアクチュエータとセットでブーストのかかり具合を調整するものでタービンの保護や現状のクルマに装着される空気や燃料の制御に対して加給をコントロールしやすくするものという位置づけで見るほうが自然かと思います。
    単純にブースト圧を限界まで上げたければアクチュエータ強化するなどしてバイパスバルブを広がりにくくするだけで良いわけです。
    ブーストコントローラーは純正のアクチュエータでは広がりすぎるバイパスバルブを程度良く抑え込むためにアクチュエーターの動きを制御するものですがブーストの立ち上がりに瞬発力が欲しい場合は強化アクチュエータでバネ応力を強めるほうが良いです。ブーストの立ち上がりと加給の安定を求める場合は強化アクチュエーターとEVC(ブーストコントローラー)を使い過給圧の制御を行えばタービン保護からエンジン保護に繋がるというものです。
    ただし、VVCやEVCを単純に取り付けるだけでもブーストアップには繋がりますのでその際は熱害と燃料系統の限界を考慮したある程度低めのブースト圧を設定しておくことが重要です。
  16. タービン内を通る排気がタービンを激しく回す(オイル温度危険、水温危険
    (解説)兎にも角にも冷却が大事です。
  17. ヌケの良いエキマニのせいでブースト上がりやすくなる
    (体験談)エキマニではあんまりブーストが上がりやすいとかは感じなかった。なのでパワーも上がった感じは体感してない。音が変わるだけかな。
  18. ヌケの良いフロントパイプのせいでブースト上がりやすくなる
    (体験談)これは著しく体感できた。触媒抜くのと同時にやるといきなりブーストの立ち上がりが速くなりトルクバンドが速く立ち上がるのでパワーアップを体感しやすい。
  19. ヌケの良いマフラーのせいでブースト上がりやすくなる
    (体験談)純正マフラーから太いマフラーに替えただけではたいして体感は出来ないけど、ブースト計見るとブーストの立ち上がりは若干速くなってた。
  20. タービン回転により吸気側の空気をパワフルに吸い込む
    (解説)結論、ブーストアップにより大量の空気を吸い込みます。
    その結果、それに見合った燃料を送り込むシステムが必要になります。
    せっかくなので空気も入りやすいシステムに変更します。
    その結果、純正の冷却システムや構造では冷却不足が顕著になり熱による故障や損傷を誘発しやすくなります。
    なので空気量、燃料の量をECUが支配できる大容量部品に変更し出力するパワーに見合った冷却対策を徹底する。
    これらが揃った状態ならバンバン空気吸い込んで気持ちよく走れる。

以上です。

とりあえず

絶対ここの部品対策しといたほうがいいよ

って感じのとこは赤文字にしておきました。

ブーストアップも方法はいろいろです。

単純に純正タービンの回転数をノーマル以上までまわして吸い込む風量を上げたり、タービン自体を大きな風量のものに換装して吸い込む風量をあげるなど。

初歩的なブーストアップ(EVCやVVCを使ってそのままブースト圧を上げる)でも対策は必要です。

どちらにせよ、エンジンは純正のECUが安全に設定する燃料と空気の比率と違う空気や燃料の量を吸い込むことになります。

ノーマルのECUは少々ブースト圧がノーマルより上がってもエンジン壊れない程度に混合気を多くしたり燃料濃くしたりしますが、これ以上はエンジンを長持ちさせる上で良くないという理由で設定されたブースト圧(混合気の量)になるとブーストカットなどの制御を行うようになってるのが一般的です。

なのでブーストコントローラーなんかで最大ブースト値を少しアップする程度ならハイオクガソリンと8番プラグの装着くらいでも壊れずに済む車種もあるかもしれません。

でも、ブースト1kとかかけちゃうとほとんどのエンジンは諸所不具合が出るんじゃないかなと思う次第です。