なぜターボ車は、エンジンに負荷がかかっている時にしか大きなブーストが出ないのでしょうか？排気量と関係があるのでしょうか、それとも何かバルブ機構が制御しているのでしょうか？
つまり、ニュートラルで3000回転でエンジンを動かしても、ギアを入れて坂道を上っている時に3000回転でエンジンを動かしている時ほどのブーストは出ません。
まず、このトピックに関する優れた本を紹介しよう。Corky Bell’s Maximum Boost . ターボチャージャーの基本的な操作に加えて、時代遅れの難解なアプリケーションも含めて、しっかりとした扱いがなされていて、今でも興味深いものがあります。例えば、異なるタイプのキャブレターのターボチャージャーについての議論は、実用的ではないにしても知的な興味をそそるものだと思います。
ご質問のポイントをまとめると、ターボチャージャー付きエンジンの主要な側面のうち、興味のあるものをいくつか挙げてみましょう。
エアフロー : 内燃機関は事実上エアポンプであることを覚えておいてください。負荷がかかっている」状態で運転しているエンジンの話をしているのであれば、スロットルを開けていると考えていいでしょう。例えば、坂道を転がり落ちるときは、スロットルを開ける必要がないので、吸気から排気までの経路全体がより小さな空気の塊をポンプしていることになります。しかし、坂道を走る場合は、スロットルを開けて（ガスを出して）吸気口に空気を入れます。これにより、エンジンコンピュータが混合気に燃料を追加します。燃料と空気の混合物は燃焼してエネルギーを生成します。この燃焼からの排気は、その後、…
タービン** : ジェットエンジンの前部のように見える部分で、排気ガスの通り道に座っています。タービンは、回転するシャフトの一端に座っています。反対側にはコンプレッサーがあります。エンジンの吸気側で実際にブーストをかける部分です。排気ガスがタービンを通過すればするほど、タービンは回転してコンプレッサー側でブーストを作りたくなります。しかし、ここにも・・・。
wastegate** : これも排気ガスの通り道にあるバルブです。エンジンが現時点でブーストを必要としない場合に、排気のためのショートカットを提供します。ピークブースト制御に使用することができます（ブーストが高すぎると、物理的にエンジンを破壊することがあります）。これは、吸気経路内の特定の正圧までは閉じたままで、ブーストが上昇すると徐々に開く、純粋に機械的なスプリングバルブである可能性があります。また、エンジンコンピューターが直接制御している場合もあります。例えば、私の車（純正チューン）は、3速でピークブーストにとどまることを拒否して非常に迷惑していました。また、部分的にスロットルを開けてもブーストを上げようとしないのですが、エンジンコンピューターが「ダメだ」と言っていたのです。エンジンコンピューターが “いや、今のところはこれで十分だ "と言っていたのだ。
例えば、ギアを入れたまま下り坂を転がっていて、アクセルから足を離した状態でスロットルを閉じたとします。吸気から排気の経路を通過する空気量が足りなくて、ターボが回転するかどうかは別にしても、ウォッシュゲートがあろうとなかろうと。
しかし、次の上り坂を登ったところでシーンが変わる。スロットルを開けないと坂を上れないんです。ローギアだと回転数が高くなり、排気ガスのエネルギーが高くなり、タービンがすぐに回転してしまう。しかし、同じ加速を得るためにはローギアで部分的にスロットルを開ける必要があるため、エンジンコンピューターがある一定のポイントを超えるとブーストを拒否してしまい、排気ガスを遮断してしまうことがあります。
ハイギアの場合は回転数が下がり、坂道を上るためにはスロットルを大きく開けなければならない。しかし、排気ガスの量と速度が少ないので、ターボの正圧が十分に得られない可能性があります（例えば、私の車では5速で40mphくらい）。この状況でブーストをかけたくてもかけられない。
あなたはそれをかなり推測していたし、そうでない場合は wikipedia is your friend .
要約すると、ターボチャージャーは2つのタービンを同じ回転軸に連結して動作する。片方のタービンは排気ガスによってもう片方のタービンが回転する。2つ目のタービンは、エンジンの吸気口に空気を強制的に送り込むものです。
アイドル回転では、ブーストを出すための排気がほとんどない。スロットル開ければ、空気が入ってくるし、排気が出てくるし、ブーストも出る。
そうではありませんが… 全てのターボエンジンにウォシュゲートが使われているわけではないことを覚えておいてください。
何が起こるかというと、あなたのエンジンが無負荷で2000回転で回転しているとします、負荷をかけると回転数が下がり、2000回転に戻すためにはスロットルを追加しなければなりません、それはエンジンに燃料を送り込むことになります。燃料を捨てることで燃焼圧力が上がり、最終的には高い排気圧力がタービンを高速回転させ、さらにブーストを発生させて燃焼圧力を上げることになります（O2の供給量が増える）。ご覧の通り、無負荷のエンジンでは、たとえウォッシュゲートがなくても、ターボはあまり効果を発揮しません。
ここではもう少し複雑な話になりますが、ディーゼルエンジンでは似たような働きをしますが、違います。ディーゼルには吸気規制がなく、吸気は常に無制限で、燃料の噴射量によって出力が決定されます。そのため、ディーゼルエンジンは回転が上がると、エンジンが追いつくまで大量の煙を出します。ターボチャージされたディーゼルは、ターボチャージャー自体を吸気規制の一形態として利用しています。
あなたの車のエンジンは、ニュートラルで回転させているときとは対照的に、負荷がかかっているときに3000RPMまでエンジンを回転させるために、より多くの燃料を使用しています。これが簡単な答えです。
燃料が多いということは、排気ガスが多いということであり、ブーストが多いということです。逆にニュートラルで回転させているときは、燃料の使用量が減り、ターボを回転させるための排気ガスが減ります。これが、下り坂よりも上り坂の方がガスが重くなる理由でもあります。
また、スロットルを切った時には、車のマネージメントシステムが、恐らくはウエイトゲート/ブロウオフバルブを切り離してしまうでしょう。これは安全機能です。