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AUDI  2.0  TFSIエンジン雑感

 2009年のエンジン・オブザイヤーの1.8L~2・0Lクラスの賞を獲得したアウディ2.0・TFSIエンジンの姿が少しだけ見えてきた。このエンジンは横置き仕様でA3、縦置き仕様でQ5、そしてA4に採用された最新のエンジンだが、原型は同社に以前からあるVWとの共同開発の2.0Lエンジンだろう。
 排気量は1984ccで、ボア×ストロークは82.5mm×92.8mmというロングストロークのエンジンだ。型式名がALTと呼ばれた時代は5バルブ・DOHCの自然吸気で、130ps/5700rpm、最大トルク19.9kgm/3300rpmを発生していた。このエンジンは連続可変式カムシャフトコントロール機構やマップ式冷却制御を採用していた。マップ式冷却とは、通常時は水温を100度Cていどとし、高負荷時だけ80度Cに下げるというもので、内部摩擦抵抗を低減する手法の一つだ。かなりの高水温制御である。補助水温計を付けたりしたら「オーバーヒートしている!」となることは必至である。
 5バルブ、つまり吸気3バルブ、排気2バルブとしたのは、スモールボアでより大きな吸気バルブ面積を稼ぐためと考えられる。ビッグボアの場合は、4バルブ式で吸気バルブ面積を最大限に追求した方が吸気バルブ面積を稼ぐことができるが、スモールボアの場合は5バルブ式が有利となるからだ。こうした性能を追求しているにもかかわらず、最高出力回転数、最大トルク回転数ともに低めにしていることが注目できる。つまりより低い回転でトルクを稼ごうというコンセプトなのだ。
 このエンジンをベースに、TFSI(ターボ付きFSI。FSIは通常は燃料直噴とされているが正確にはFuel Stratified Injectionの略で「成層燃料(直接)噴射」という意味になる)にしたのが2005年に登場したBGB型だ。この時点で、エンジンはほぼ新設計となり、シリンダーヘッドのバルブレイアウトも通常の4バルブ式に改められた。そしてターボと直噴(FSI)を組み合わせることで、高出力、大トルク、低燃費=CO2削減を目指すコンセプトが確立されたのだ。
 この時点では200ps/5100~6000rpm、28.5kgm/1800~5000rpmという高出力、大トルクでそれが1800~5000rpmもの回転数でフラットに持続するという驚くべき特性が実現した。
そしてターボにもかかわらず圧縮比は10.3という高圧縮比となっている。これは直噴により燃焼室に噴射した燃料の気化に伴う冷却性能を生かし、ノック限界を高めているからだ。
 なお燃費は8.2L/100km(EUモード)。
 
 そして、2009年モデルから一段と進化した2.0TFSIが登場する。この新エンジンは、再び大幅な新設計となり、CDN型と呼ばれる。同系列に2.5L・5気筒のTT-RS用の2.5Lもラインアップされている。主要な改良点は、可変バルブリフト(AVS)をV6エンジンに続いて採用し、可変オイルポンプなども新採用していることだ。
Q5080137_small.jpg

 シリンダーブロックはねずみ鋳鉄製で、この重量は33kgと軽くアルミブロックと同等と思われる。つまり薄肉鋳造技術が高いのだ。鋳鉄製の理由は振動減衰性が優れているからだそうだ。2本のバランサーシャフトをクランクケース下側に装備。直列4気筒エンジン特有の振動を徹底的に押さえ込み滑らかな回転フィーリングを実現しようという執念は相当なものである。
 カムシャフトは60度の範囲で連続可変バルブタイミング機構を持ち、同時にAVSと呼ばれるハイ/ロー切り替え式の可変バルブリフトシステムを装備している。つまり考えられるデバイスはすべて装備しているのだ。
 この可変バルブリフト機構は、排気側のカムシャフトに採用されている。(AUDIのAVSは最初にV6エンジンに採用されているが、このケースでは吸気側に装備)。排気カムシャフトは2重構造になっており、中側とカムプロフィールを備えた外側はスプラインで噛合している。ハイ/ローの切り替えは、1対のカム上に取り付けられたソレノイドバルブで作動するピンにより行われる。スクリュー状の溝にピンが突出すると、外側のカムケースがスライドしてローカムからハイカムに切り替わるという仕組みで、ロー側はバルブリフトは6.35㎜、ハイ側は10.0㎜となる。ロー側は遅開きのタイミングで、このときは吸気バルブは早開きとなる。ロー、ハイの切り替えは3000rpmだ。
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ハイ・ローリフト切替機構

 なお吸気ポートにはタンブル・フラップバルブを装備し、さらに連続可変バルタイも作動するというシステムを採用している。
 これらのシステムのコンセプトは、低回転時にはタンブル流を発生させて燃焼を改善し、
排気側のバルブは低く、かつバルブタイミングのオーバーラップを負荷によりコントロールすることで、燃焼室の掃気を促進すると同時に、排気ポート直後のターボへの排気パルスを強め、またできるだけスロットルを大きく開けることでポンピングロスを低減するというものだ。つまり、燃費、CO2の低減をはかると同時に、ハイリフトも実現するため、高出力化も達成するというものだろう。
 AVSはカムのハイ/ロー切り替えであり、ホンダのVTECの発想同様といえるが、使い方はかなりコンセプトが異なり、ターボを生かすデザインになっているところが特徴だ。
 もちろん新設計化にあたり、内部の摩擦抵抗低減も徹底されているようで、メインベアリング径は58→52㎜とされ、ピストン変更、ピストンリングの低張力化、高精度シリンダーホーニングなどが行われている。
 直噴の燃圧は従来の100気圧から150気圧にアップされ、ボルグワーナー製ターボの小型化、可変オイルポンプの採用なども行われている。圧縮比は9.8で、BGB型より少し低められているが、これは最高過給圧が高められているからだろう。
 カム駆動はチェーン式、バルブ駆動はローラーロッカーアーム式で、ピヴォットは油圧ラッシュアジャスターを採用している。
 オイルポンプは日本のエンジンがトロコイド式であるのに対し、より安定した油圧が得られるチェーン駆動のギヤポンプ式であることはドイツ製ならではだが、油圧をモニターして、ギヤポンプのギヤの噛み合い幅を制御して、吐出圧をコントロール式し、摩擦抵抗を低減しているのは芸が細かいといわざるをえない。3500rpmまでは2bar弱、それ以上で3.3barという油圧制御を行っているのだ。全体に油圧が低いことにも注目したい。
pump 2

 このオイルポンプ以外にも、エンジン上部に設置されたブローバイ/オイルセパレーターもきわめて凝った設計になっており、インテークとターボINLETの2ポートで圧力を取る2重のセパレーター、各ポートに対してはノンリターンバルブを備えで分離されたオイルはサイクロン形状の通路を通ってオイルパンに還流されるなどそのこだわりは圧巻で、クランクケース内部の圧力を下げて内部摩擦抵抗を減らすとともに、ブローバイガスを押さえ込んだ優れた設計だ。またオイルカートリッジも、エンジン後面の上部に設置するなどサービス性もきわめて高い。
 この新TFSIは、211ps/4300~6000rpm、35.7kgm/1500~4200rpmという出力を発揮する。
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 なおFSI、つまり成層燃料噴射だが、どうやら始動時や冷間時は2段噴射を行い、1段目は点火プラグの近くにリッチな噴射をすることで着火性を高めるなど成層燃焼制御をしていることがポイントと思われる。またこの成層燃焼を行うことで冷間始動直後の排気ガス温度を上げ、触媒を瞬時に活性化させようとしているわけだ。
 ただ、アメリカ仕様はさらに冷間始動直後の排ガス規制が厳しいため、2次エアポンプも追加装備している。
 
 CDN型は、直列4気筒エンジンとはいえ、振動バランサー、ターボチャージャー、連続可変バルブタイミング機構、可変バルブリフト機構、高圧の直噴、可変油圧ポンプ制御などきわめてコストの高いシステムをもれなく装備し、さらに高価なHLA(油圧ラッシュアジャスター)やローラーロッカーアームの採用や、エンジン内部の摩擦抵抗を提言するために細部までこだわった設計は現在のエンジンのレベルから見て突出しており、特に日本のエンジンと比べると格段の差が生じていることが判る。確かに日本には2.0Lの4気筒エンジンで300psレベルに達するタイプもあるが、設計の精緻さにおいては残念ながらその差を認めないわけにはいかない。
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プリウス狂想症候群

 案の定というべきか、トヨタ・プリウスはすでに20万台近い受注状況とか。これはもうプリウスというクルマがどうとか言う以前の社会的なブームなんだろう。もちろんプリウスだけでなくホンダ・インサイトもホンダの販売の牽引役を果たしている。つまりハイブリッドというシステムが、一般的に認知され、そのイメージと、政府が主導したスクラップ・インセンティブ、エコカー減税+補助によって購買意欲が盛り上がっていることも大きな要因になっている。
 プリウスが、従来の普通の新型車の予約・受注・販売ははるかに突出しているのは、今回の新型からトヨタの全販売チャンネル、トヨタ店、トヨペット店、カローラ店、ネッツ店で販売を開始したことも大きな理由だろう。販売上、有利な車種を全チャンネルに流すことで、チャンネルごとに激しいプリウス販売競争が行われていることだろう。赤字を計上したトヨタ自工の苦境を救済する忠誠心競争のようなトヨタならではの側面もあると思う。

 従来のプリウスは、燃費マニア層、社会動向に敏感なインテリ層が主な顧客であったいわれるが現在はもはや普通の人が購入に走っていると思われるが、その中心はカローラやマークXを購入していた層ではないのだろうか?
 ただ、いずれにしてもプリウスはもちろん、インサイト、アクセラなどいずれも新型車を購入した人は、ダッシュボードのディスプレー上で樹を育てることを目標に、ECOモードで走ることが常態化するような気がする。
 プリウスに至っては満タンで1600㎞以上、つまり40㎞/Lといった燃費で走行も可能なのだが、最近はこうした超燃費走行を試みることが新たなドライビングプレジャーだという人まで登場している。
 しかし、本当にそうなのか? 視野狭窄ではないのか?
 面白いことにプリウスの試乗レポートを読むと、モーターが生み出すトルクが強力なこと、想像以上に強力な加速が得られる…などはしっかりと記述されているが、ハンドリング、乗り心地、快適性などに割かれるスペースは少なく、2代目よりステアリングがしっかりしているとか、17インチタイヤ装備車は少し乗り心地が固いとか、ブレーキのフィーリングはやはりまだ違和感が残るなどが散見できるていどである。もっとも受注台数の10万台程度は、注文した人は実際に試乗せずに予約したそうだから、ドライブ・フィーリングはあまり問題ではないともいえるかもしれない。
 ただ、単純に移動手段のツールと割り切ったとしても、長距離ドライブでどう感じるかなどは無視できないと思うのだが、今のところ特段の注意が払われているとは思えない。
 従来型プリウスはアメリカの都市部では一定の評価を得たが、ヨーロッパでは特筆すべき存在ではなかった。新型プリウスは、動力性能を高めることでヨーロッパでイメージアップをはかることが大きな目的にひとつだが、果たして現地の評価はどうなるのであろうか?

 カーサイトで行われている「e燃費」(全国の奇特なユーザーが報告する燃費データベース)では、今のところ旧型インサイトが依然としてトップで25.2㎞/L、2位が軽自動車のスズキ・ツインで24.1㎞/L、3位が新型プリウスで22.6㎞/L、現行のインサイトは16位で19.7㎞/L。最近は総じて軽自動車勢が20㎞/Lを軒並み凌駕している。
 ただ、このwebでのデータは、メーカーとしてホンダ、トヨタ、軽自動車に集中しており、日産やマツダ、三菱などのクルマがほとんど顔を出さず、かなりデータ収集の偏りがあることをうかがわせ、100%鵜呑みにはできないと思う。
 数年前まではヨーロッパが燃費、CO2排出量に関する社会的な関心が最も深く、アメリカや日本では平均的なユーザー層は燃費マインドが高いとはいえなかった。初代プリウスに熱中するような燃費マニアは少数派であったが、現在のブームで日本人の自動車オーナー層の嗜好、心理は大きく変化したのだろうか? まだ判断はできないと思う。

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