VW Tiguan 分解調査:1.4L TSIエンジン

ドライブシステム、シリンダーブロックなどのモジュール構造

2019/03/15

要約

  2019年2月にVW Tiguanの車両分解調査がひろしま産業振興機構のベンチマーク活動で実施された。VWのコンパクトクロスオーバーSUV、Tiguanは世界的なSUV人気の高まりを背景に販売が拡大している。特に欧州で2016年、北米、中国で2017年に投入された現行モデルから販売が急増。2018年のグローバル販売台数は前年比10.8%増の77万台となり、欧州で約18万台、米国で10.3万台、中国で30.3万台を売り上げている。(MarkLinesモデル別販売台数データ)

  VWは新プラットフォームMQB(横置きエンジン用車両モジュールマトリックス)の導入にあわせて、新しくEA211エンジンファミリーを開発した。このエンジンファミリーは、1.0L、1.2L、1.4Lの3種類の排気量があり、AからCセグメントまでの車両モデルを幅広くカバーしている。
  今回ベンチマークしたTiguanもMQBプラットフォームを採用しており、EA211エンジンファミリーの1.4L TSIエンジンを搭載している。このエンジンは2012年のMQB導入時から量産されているものと基本的な仕様は同一であるが、現在でも十分な競合力を持っている。本稿ではその概要と主要構造を紹介する。

VW Tiguan分解調査
VW Tiguan 分解調査

  EA211エンジンは、MQBを実現するための大きな鍵となっている。商品性を長期間維持するための先進技術のモジュール化、開発や生産の効率を高めるための構造のモジュール化等を成し遂げている。今回はこのモジュール部分に着目して報告する。

  なお同型エンジンの個々の部品の詳細については、下記レポートで紹介している。


関連レポート:
VW パサート車両分解調査(Ⅰ)1.4Lガソリンターボエンジン(2016年10月)

 

 



過去の分解レポート
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1.2Lダウンサイズターボエンジン(2018年10月)
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1.4Lガソリンターボエンジン(2016年10月)
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自動運転技術プロパイロット(2017年2月)
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132部品の写真集:TNGAのコンポーネント/部品の詳細写真と主要部品サプライヤー一覧(2016年4月)
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(Ⅱ)レクサス車と共通のFR高級車用シャシー技術(2016年5月)
(Ⅲ)車体構造と遮音吸音材 (2016年8月)
(Ⅳ)トヨタクラウン車両分解調査:写真集 (2016年9月)
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(上) サプライヤーリストとシャシー/シート/電装関係部品
(中) 軽量化・小型化を追求したターボエンジンと3軸ギヤトレーンのCVT
(下) 直線的骨格で合理性を追求した車体構造


エンジン概要

エンジンパッケージング
エンジンパッケージング

  1.4L TSIエンジンの特徴的なパッケージング、主要諸元、導入技術、主要構造について、その概要を紹介する。

  このエンジンのパッケージングについては、MQBプラットフォームに搭載するためにエンジンの搭載角を12度後方としている。さらにエンジン/トランスミッションの車両へのマウント位置も他のエンジンと同一とするモジュール構造としている。その結果、Tiguan以外にもGolfやPassatに展開されている。

  エンジンの主要諸元については、エンジン熱効率を改善するため、ベースエンジンはロングストローク(ストローク・ボア比率1.07)とし、圧縮比は10としている。出力を向上するため、インタークーラーターボを装着し、排気量2L並の出力(110kW)と2.5L並のトルク(250Nm)を実現している。使用燃料は、無鉛プレミアムガソリンとしている。

1.4L TSIエンジン主要諸元

1.4L TSIエンジンのモジュール構造
1.4L TSIエンジンのモジュール構造

  エンジンの導入技術については、TSI (Turbocharged Stratified Injection)技術、損失低減技術、機械抵抗低減技術などがある。

  TSI技術とは、インタークーラー付ターボチャージャーや燃料の直接噴射、Dual VVT等を組み合わせることにより、エンジンのダウンサイジングを実現するための技術である。高いノック性能を実現しており、過給エンジンでありながら、高圧縮比(圧縮比10)を実現している。

  損失低減技術とは、比較的エンジン負荷の低い市街地走行時に2気筒で運転する気筒数制御技術やアイドリングストップ技術であり、損失を少なくするためのエンジン制御を実現している。

  機械抵抗低減技術に関しては、クランクシャフトのジャーナル径の縮小、往復回転系の軽量化、ピストンスカート摺動抵抗の低減、ニードルベアリング内蔵ローラロッカーアーム、オルタネータデカップラーの採用による補機ベルト張力の低減等々の技術を導入し、細部にわたり抵抗低減のための工夫を図っている。


  エンジン主要構造については、モジュール構造を採用している。EA211エンジンファミリーは同一構造を採用し、エンジンの開発、調達、生産面でのシナジー効果によるコスト低減を図っている。

 

  以下ではエンジンのモジュール構造とその導入技術について紹介する。

 



ドライブシステムモジュール

  動弁系と補機の2つのドライブシステムで構成されている。

 

動弁系のドライブシステム

動弁系のドライブシステム
動弁系のドライブシステム

  動弁系はDOHCタイプで、吸気及び排気カムシャフトに各々VVTを装着したDual VVTシステムを採用し、吸排気バルブタイミングを独立して制御している。エンジンの運転条件に応じて、吸気バルブの「遅閉じ量」や吸排気バルブの「オーバーラップ量」を制御することにより、有効圧縮比や残留ガス量を最適化している。カムシャフトの駆動系は、タイミングベルトを使用し、チェーンと比べて軽量化を図るとともに、30%の抵抗低減を実現している。

 

補機のドライブシステムモジュール

補機のドライブシステム
補機のドライブシステム

  オルタネータ及びA/Cコンプレッサーは、ブラケットを介さず直接シリンダーブロックに固定され、軽量・コンパクト化を図っている。そして、これら補機類は、6山のVリブドベルトで駆動されている。デカップラーが、オルタネータプーリーに装着されており、オルタネータの回転トルク変動による衝撃トルクを抑えている。その結果、ベルト張力を従来比50%低減し、抵抗低減を図っている。

  通常のエンジンでは前方に置かれているウォーターポンプがエンジンの後方に配置されており、エンジン前方部分の補機ドライブの簡素化を図っている。

 



シリンダーヘッドカバーモジュール

バルブトレインモジュールとACV機構
バルブトレインモジュールとACT(気筒数制御)機構

  シリンダーヘッドカバーの中にカムシャフトを組み込んだモジュール構造としている。

  軽量化のため、カムシャフトはカムロブ部分とシャフト部分からできており、No1、No4気筒については、両部品を圧入して製作されている。

  気筒数制御は、No2及びNo3気筒のバルブ休止により実現している。カムにバルブ休止用カムロブと駆動用カムロブを設け、電磁バルブによりシャフト上でカムロブをスライドさせることによって切り替えている。

  プーリー側のカムシャフト軸受けにはボールベアリングが使用され、抵抗低減を図っている。これらの技術により10~20%の燃費改善を図っている。

 



ブロックモジュール

  シリンダーヘッド、シリンダーブロック及びウォーターポンプモジュールの3つで構成されている。

 

シリンダーヘッド

シリンダーヘッド
シリンダーヘッド

  抵抗低減のため、動弁系はローラロッカーアーム方式としている。このローラロッカーアームと油圧式ラッシュアジャスターは、自動車メーカーの系列を超えた共通化が進んでおり、Schaeffler製と思われる。

  エキゾーストマニホールドはシリンダーヘッドに一体化されている。これにより排気ガスから冷却水への熱交換量が大きくなり、エンジンの冷間時にはエンジン暖機を早めて室内のヒーター性能の改善を図り、高速道路走行時には排気ガス温度を低減して燃費改善を図っている。これらはダウンサイジングエンジンの課題を解決するために重要な技術である。

 

燃焼関係

  シリンダーヘッド側の燃焼室は、一般的なペントルーフタイプの燃焼室である。高圧インジェクターは5噴孔となっており、吸気ポートの間に置かれ、吸気のタンブル流方向に燃料を噴射している。燃焼室内の高圧インジェクターや吸気バルブおよび点火プラグの配置を最適化するため、外径12mmの小型点火プラグが使用されている。

  高圧噴射ポンプはカムシャフトにより駆動されている。運転状態により、燃料噴射回数や噴射圧力の制御を行っている。

  ピストン側燃焼室は、突起のない中凹形状となっている。燃料の壁面への付着を少なくし、直噴エンジンの課題であるPMエミッションを低減するための燃焼を実現している。

ピストン側燃焼室 ピストン側燃焼室
ピストン側燃焼室 ピストン側燃焼室

高圧噴射ポンプ 高圧インジェクター
高圧インジェクター 高圧噴射ポンプ

 

シリンダーブロック

  アルミ合金製シリンダーブロックは鋳鉄製薄肉ライナーを鋳込んでいる。ブロック側面にオイルクーラーの取付け部分やブロックベンチレーション構造を一体化し、外部配管などを極力省略している。

シリンダーブロック シリンダーブロック側面
シリンダーブロック シリンダーブロック側面


  エンジン冷却は2系統となっており、1つはシリンダーボアの冷却、もう1つは燃焼室の冷却となっている。それぞれ設定温度の違うサーモスタットで冷却水が制御されており、これらによりエンジン暖機性能の向上を図っている。

 

クランクシャフト

クランクシャフト
クランクシャフト

  クランクシャフトは鍛造製で、軸部の直径は比較的細く、軸受け部分に高周波焼入れを施している。軽量化や抵抗低減に力を入れているが、クランク剛性は低く、エンジンのNVH性能が課題と考えられる。そのため、クランクシャフトを支えるシリンダーブロックは高剛性の構造となっている。

 

ウォーターポンプモジュール

ウォーターポンプモジュールとウォーターポンププーリー
ウォーターポンプモジュールとウォーターポンププーリー

  ウォーターポンプモジュールは、ウォーターポンプ部分とサーモスタットケース部分で構成されている。エンジン冷却用のウォーターポンプは、エンジン後方にレイアウトされており、排気カムシャフトに取り付けられたウォーターポンププーリーでベルト駆動されている。エンジンの2系統冷却用のサーモスタットは、このケース部分に内蔵されている。

 



吸気・ターボモジュール

  ターボチャージャーと吸気マニホールドで構成されている。

 

ターボチャージャー

ターボチャージャー
ターボチャージャー

  ターボチャージャーは小型のシングルスクロールタービンを持った仕様であり、シリンダーヘッド内蔵のエキゾーストマニホールドに直接取り付けられている。このターボは、ウエストゲートを電子コントロールしており、特にローエンドトルクの向上とレスポンス改善を目標に制御されている。その結果、1,500rpmで最大トルクの250Nmを得ており、最大トルクまでのレスポンス時間も2.5sとしている。さらに過給域でのλ=1運転領域を拡大し、燃費改善を図っている。

 

吸気マニホールド

インタークーラー内蔵の吸気マニホールド
インタークーラー内蔵の吸気マニホールド

  吸気マニホールドは樹脂製で、水冷のインタークーラーを内蔵している。ターボチャージャーで過給された吸気は、スロットルバルブを通り、吸気マニホールドに入り、インタークーラーで冷却された後にエンジン内に導かれる。このインタークーラーは、水冷方式で非常にコンパクトな構造となっている。

 


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