VW Polo 分解調査 (下)

1.2TDIターボディーゼルエンジン、サスペンションの構造

2014/12/15

要 約

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 VW Polo 分解調査 (上)サプライヤーリストとエンジンルーム、運転席周りの分解(2014.11.28 No.1354)に続き、VW Poloの車両分解見学会(公益財団法人埼玉県産業振興公社 次世代自動車支援センター埼玉と、一般社団法人日本自動車部品工業会の共催、2014年11月5日~6日)の内容をレポートする。今回は、1.2TDIターボディーゼルエンジンとフロント及びリヤサスペンションについて解説する。

 1.2TDIターボディーゼルエンジンは空冷インタークーラー付き可変ノズルターボチャージャーにより低回転域から高トルクを発生し、コモンレール式直噴、電制スワールコントロール、電制EGR、酸化触媒+DPF等を使って欧州Euro5規制に対応している。サスペンションは、フロントがストラットタイプ、リヤがトーションビームタイプで、VWがGolfとPoloに長年使って磨かれたサスペンションで、世界中のCセグメント以下のFF車が模範としてきたサスペンションである。今回分解されたPoloは、日本では販売されていない1.2Lディーゼルエンジンを搭載した英国仕様の2012年モデルである。


過去の分解レポート

日産 ノート (2014年9月掲載)
 (上):主要安全技術と先進運転支援システム
 (下):スーパーチャージャーを採用したドライブユニット

ホンダ アコードハイブリッド (2014年2月掲載)
 (上):PCUとシャシ関連部品
 (中):電池関連部品と電動サーボブレーキシステム
 (下):ドライブユニット

ホンダ フィットハイブリッド (2013年12月掲載)
 (1) 電池関連部品と電動サーボブレーキシステム
 (2) エンジンとモーター内蔵7速デュアルクラッチトランスミッション

トヨタ アクア (2012年11月掲載)
 (1) 主要部品サプライヤーと電池関連部品
 (2) 燃費35.4km/Lを達成したハイブリッドシステム

日産 リーフ
 (1) 分解調査 (2012年2月掲載)
 (2) 主要部品の分解展示報告(2012年9月掲載)
 (3) カットボディーの展示取材報告 (2012年11月掲載)

トヨタ プリウス (2010年3月掲載)
 プリウスの分解実験


VW Polo (2012年モデル、英国仕様)のスペック

車両 VW Polo 2012年英国仕様(右ハンドル車)
車両サイズ 全長 3,970 X 全幅 1,682 X 全高 1,462 mm、ホイールベース 2,470mm
車両重量 1,132kg
燃費 (NEDC) Combined 26.3, Urban 21.7, Extra-urban 30.3 (km/L)
ディーゼルエンジン 1.2L 直列3気筒(インタークーラー付直噴ターボ)Euro5対応仕様、
DOHC 12バルブ、圧縮比16.5、
最高出力55kW(75PS)/4200rpm、
最大トルク180Nm/2000rpm。
トランスミッション 5速マニュアル
価格 13,634ポンド(英国ロンドン)
生産拠点 南アフリカ Uitenhage工場

資料:(公財)埼玉県産業振興公社 次世代自動車支援センター埼玉 「平成26年度 車両分解研究会」資料より、MarkLines作成



1.2TDIターボディーゼルエンジン

 このエンジンはEuro5規制対応として、高圧燃料をコモンレールに供給し高精度な直噴、スワールコントロールやEGR等の適切な燃焼行うための制御を行っている。また低回転域から高回転まで充分なトルクを発生するため、可変ノズルターボチャージャーと空冷インタークーラーを採用している。さらに静粛性のためにバランスシャフトが採用されている。

項目 採用技術
低エミッション コモンレールシステム+直噴(ソレノイド式インジェクター)
電制スワールコントロールバルブ
EGRクーラー
電制EGRバルブ
酸化触媒(OCC)+NOx吸蔵還元触媒(LNT)
ディーゼル微粒子捕集フィルター(DPF)
低回転から高トルク 可変ノズルターボチャージャー
空冷インタークーラー
静粛性 バランスシャフト
高剛性ブロック


エンジンシステム図

 

エンジンルーム配置とエンジンアッセンブリー

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エンジンヘッドカバーの上の中央部にコモンレールが配置され、そこから燃料が各インジェクターへ分配され、燃焼室に直噴される。車両前方に吸気系、車両後方に排気系があり、エンジン直後にターボチャージャーが配置されている。
吸気系の配管は、以下の順に空気取り入れ口からインテークマニホールドに繋がれている。
・フロントエンドモジュールの空気取り入れ口
・エアクリーナー
・ターボチャージャー
・インタークーラー
・スロットルバルブ
・インテークマニホールド

 

フューエル系

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コモンレールに高圧の燃料が供給されて、各気筒ごとのソレノイド式インジェクターに配管がつながり、噴射量、タイミングを高精度に制御されて、燃焼室へ真上からダイレクトに燃料が噴射される。多段噴射により、数回に分けて噴射することにより、燃焼の圧力ピークを拡げることで、燃費低減と窒素酸化物(NOx)発生の抑制を行い、さらに振動騒音の低減にも効果がある。コモンレールはBosch製、フューエルインジェクターはDelphi製。

 

ターボチャージャー

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・可変ノズルターボチャージャーは、エンジン回転数に応じて排気タービン内のノズルベーンの角度を制御して、排気ガスの通路面積を変えることで、排気ガスの流速を適切に制御する。
・低回転数域の排気ガス流量が少ない時に、通路面積を狭くすることで、排気ガスの流速を速くし、タービン回転数を上げて、エンジンレスポンス、エンジントルクの向上を図る。
・高回転数域では、通路面積を拡げ、排気圧力を下げて排気抵抗を下げてエンジン出力を向上させる。
・ターボチャージャーはHoneywell(Garrett)製。

 

吸気系

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空冷インタークーラーはフロントエンドモジュールに組み込まれ、ラジエーターの下に配置される。 燃料噴射量、スワールコントロールバルブと合わせて、スロットルバルブが電子制御される。
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・インテークマニホールドはプライマリーポートとセカンダリーポートの2つのポートからシリンダーヘッドに吸入空気を送り込む。
・セカンダリーポートにはスワールコントロールバルブが設置され、吸入空気量に応じて燃焼室へのスワール流が適切に流れ込むように、バルブの開度を制御する。
・低出力時にはスワールコントロールバルブを閉じて、プライマリーポートからだけ吸気を行うことで、空気量が少なくても燃焼室内に強い渦流を作り、燃焼ムラを抑制する。
・高出力時にはスワールコントロールバルブを開き、セカンダリーポートからも吸気を行い、高出力に必要な空気量を送り込む。
・インテークマニホールドは樹脂製。
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・EGRクーラーはエキゾーストマニホールドからの排気ガスを、水冷で冷却した上で、インテークマニホールドへと排気還流させる。これにより燃焼温度を下げ、NOx低減と燃費向上を行う。
・このEGRシステムはターボチャージャーの上流のエキゾーストマニホールドから排気還流をとる高圧式EGRである。高圧式EGRではターボチャージャーからの過給圧が高い場合は、インテークマニホールド側の圧力が排気側より高くEGRが還流できなくなるため、EGR制御バルブに逆止弁の機能を設けている。

 

エンジン本体系

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このディーゼルエンジンのブロックは鋳鉄製で、最近のガソリンエンジンの薄肉のアルミ製ブロックと比べると各部の肉厚が厚く、振動と静粛性のために高剛性を意識した形状となっている。クランクシャフト中心軸をエンジンブロック内に収まるようにロングスカートタイプの形状とし、クランクシャフト周りの剛性を確保している。
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・シリンダーヘッドは吸気側にプライマリーポートとセカンダリーポートの2つのポートが組み込まれている。前述のインテークマニホールドのスワールコントロールバルブの開閉によりセカンダリーポートの空気量が出力に応じ制御される。
・高圧縮比のため、シリンダーヘッドの下面は完全にフラットで、燃焼室はピストン側に設けられる。
・カムシャフトの保持は独立したベアリングキャップではなく、全体を一体化して支持剛性を高めている。
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ピストンは上面にくぼみがあり、その部分が燃焼室となる。 バランスシャフトはエンジンブロックの下面に組み付けられ、クランクシャフトの下に配置される。クランクシャフトからチェーンで駆動される。写真は組み付け状態のエンジン下方から見たもの。
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エンジンオイルフィルターとエンジンオイルクーラー(水冷)は樹脂製で、エンジンブロック側面に取り付けられる。 フライホイールはダブルマスフライホイールではなく、オーソドックスな一体品であるが、振動低減のために厚みを増し慣性重量を確保している。

 

排気系

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ターボチャージャー直後のエンジンルーム内に酸化触媒が配置されている。DPFはフレキシブルパイプを介して、フロア下に配置される。ターボチャージャー、酸化触媒までエンジン本体とリジット結合されてオーバーハングが長いため、振動の振れ幅の大きさを吸収するためフレキシブルパイプを採用している。今回の車両はEuro5対応モデルであるが、1.4TDI(2014年モデル)よりEuro6対応として、尿素SCRシステムが追加されている。

 

 

 



フロント&リヤサスペンション

 Poloのサスペンション形式はフロントストラットタイプ、リヤトーションビームタイプのサスペンションである。

 VWはこの前後サスペンションの組み合わせを1974年の初代Golfに採用して以来、これまで細かな改良を加えながら磨き続け、現在GolfとPoloに引き継がれている。Golfは5代目以降リヤサスペンションをマルチリンクに変更したが、現在の7代目から下級グレードに再びこのトーションビームサスペンションを復活し併用している。この前後サスペンションは初代Golfが最初の採用車種ではなかったが、Golfの性能と居住空間の広さが卓越して優れていたことから、それ以来世界中のFF車が模倣し、現在もCセグメント以下の大半の車にこの組み合わせが採用されている。

 

フロントサスペンション

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サスペンションメンバーが車体側サイドメンバーの低い位置に締結するレイアウトとなっており、双方のオフセットが小さく、剛性の高い部位で結合されており、車体側骨格にサスペンションからの大きな入力や振動を車体がしっかりと受け止められる構造になっている。これにより補強の追加をせずに、効率良く操縦安定性、乗り心地、静粛性を確保することに繋がっている。
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ステアリングギヤの運転席側マウントはサスペンションメンバーに剛結(リジットマウント)される。これはステアリング剛性を高め、ステアリング操作に対するレスポンスと正確性が目的である。一方その寄与率が低い車両左側マウントは、振動の低減からインシュレーターゴムを介してソフトマウントされる。本車両のステアリングギヤは電動ポンプで駆動される油圧パワーステアリングであるが、2014年モデルから、電動パワーステアリングに変更されている。
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・トランスバースリンクのリンク長は約390mm前後で、コンパクトクラスとしては充分な長さが確保されている。これにより適正なサスペンションジオメトリーの設定やホイールストローク時のサスペンションブッシュのこじれを小さくし、操縦安定性と乗り心地の性能を確保している。
・スタビライザーは前輪車軸から前後寸法が短い位置に配置され、スタビライザーのアーム長を短くすることで、効率良くスタビライザーの直径を細くすることが可能となり、軽量となっている。
サスペンションボールジョイントのトランスバースリンクへの取り付けはボルト締結タイプ。ロードホイール締結はアクスルからのスタッドボルトではなく、ホイールボルトタイプ。

 

リヤサスペンション

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トーションビームサスペンションのオーソドックスなレイアウトである。左右を繋ぐトーションバー部分は前よりに配置され、一輪一方だけの上下入力時はトーションバーが捻じれることで、半独立サスペンションとして機能する。タイヤサイズの幅広化で横方向入力が大きくなり、トーションビーム部、トレーリングアーム部共に横剛性確保のため閉断面の構造となっている。
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ショックアブソーバーはサイドメンバーの外側端部に繋がるタイヤハウス内側に真っすぐ直立に配置し、ショックアブソーバーの性能特性を使いやすい配置としている。バンパーラバーはウレタン製。
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コイルスプリングの車体入力部、及びサスペンションブッシュ車体取り付け部はサイドメンバー下の剛性の高い部位に配置している。

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