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VW 1.4L・TSIエンジンに気筒休止システムを採用

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 フォルクスワーゲンは2012年の初頭から、主力エンジンである1.4LのTSIエンジン(140ps仕様)に気筒休止(シャットオフ)システムを採用すると発表した。
 このシステムは、低負荷から中負荷運転の時には4気筒のうちの2気筒を一時的に停止することによって、燃費を大幅に向上させることができる。2気筒での運転時には4気筒運転時よりスロットル開度が大きくなり、運転している2気筒の負荷が大きくなることでポンピング損失を低減できるからだ。
 この気筒停止システムを搭載した1.4TSIはNEDC(新欧州ドライビングサイクル)で、100kmあたり0.4Lの燃料、8g/kmのCO2を削減できるとしている。
 このエンジンにニュートラルギヤでエンジンを停止するアイドリングストップシステムを組み合わせた場合は、最大で100km あたり約0.6Lの燃料削減が可能としている。
 
 この技術は、一定速度で巡航している場合にもっとも大きな恩恵を得ることができる。 たとえば、3速または4速ギヤを使用して50 km/hで走行している場合、100kmあたり約1 Lの燃料を、5速ギヤで70km/hで巡航した場合は0.7L/100kmの節約をすることができる。 これにより、TSIエンジンは、将来施行されるEU-6 排ガス基準を難なくクリアするのだ。
 4気筒から2気等への切り替え時や2気筒で走行している場合も、この1.4LのTSIは静粛性に優れ、振動も抑えられているなど、高い効率と快適性をともに実現する。

 気筒停止システムは、1.4TSI エンジンの回転数が1400~4000rpm、トルクが25~75Nm の範囲内にあれば作動する。 これは、欧州ドライビングサイクルのおよそ70%の走行距離にあたる。 気筒休止システム作動中にドライバーが大きくアクセルペダルを踏み込むと、停止中の2番、3番シリンダーが再び瞬時に動き始める。
 つまりアクセルペダルセンサーからの情報によりドライバーの運転モードを検知するわけだ。運転パターンが不均一な場合、つまり交差点やロータリーを通過中、郊外でスポーティなドライブモードの場合などにはこのシステムは作動しない。
 
 なお、フォルクスワーゲンは、このシステムは大量生産されている直噴・4気筒ターボ過給用としては世界初としている。
 気筒休止(可変排気量)エンジンは、1981年のキャデラックV8エンジンが世界初とされ、82年には三菱が4気筒の気筒休止システムを採用したMD型エンジンをミラージュに搭載している。三菱はその後、4気筒エンジンに加えV6エンジンにも気筒休止システムを採用しMIVEC-MDと呼称した。
 これ以外にメルセデスベンツの12気筒エンジン、ホンダ・シビック・ハイブリッド、同じくホンダのインスパイアのV6エンジンにも採用(呼称はVCM)。このエンジンは、エリシオン、アメリカ仕様のオデッセイなどに採用されている。
 このように気筒休止システム自体は目新しくはない。
 VWの場合は、最新のエンジンのため徹底したフリクションの低減が行われていること、従来のポート噴射式では難しかった正確な燃料制御が直噴システムにより可能になり、さらに気筒休止システムの制御ソフトウエアを大幅に進化させることで、選りすぐれた気筒休止システムが実現できたわけだ。
 
 1.4LのTSIエンジンの気筒休止システムのメカニズムは、第2、第3気筒の吸排気カムシャフトに可変スリーブ&スライド機構を持ち、通常のカムプロファイルと、ゼロリフト・プロファイルを切り替えるようになっている。
 可変スリーブの作動は、らせん状の溝にピンが挿入されることで瞬時に、数mmだけスライドし、ロックボールで固定されるようになっており、これはアウディが採用している可変バルブリフト機構と同じ仕組みだ。カムの機械的な切り替え時間は13~36ミリセカンドで、これはそのときのエンジン回転数による。
 気筒休止の切り替え時には同時に、点火時期とスロットル開度コントロールが自動的に行われ、トルクショックを発生しないようにしている。
 通常の4気筒運転時は、ノーマルのカムがローラーカムフォロワーを作動させる。2気等を気筒休止させる場合はスリーブがスライドしてゼロリフト・カムに切り替わるため、吸排気バルブはバルブスプリングの力により閉じたままとなる。同時にエンジンECUの指令により、2、3気筒の燃料噴射は停止される。
 この気筒休止システムのトータル重量は3.0kgだ。

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Re: 気筒休止のメリット

お返事ありがとうございました。
休止する気筒のバルブを閉じることによる損失よりも、稼働する気筒のポンピングロスが少なくなることによるメリットが勝るので価値があると理解しました。

自分は今POLO 1.2TSIに乗っていますがエンジンブレーキの効きがこれまで乗ってきたクルマの中ではもっとも少ない (=効きが悪い) と感じています。(むろん大きくギヤを落とせば効くのですが...)。このことから排気量の小さいエンジンはロスは少ないと体感できました。

VW車におけるエンジンのダウンサイジングは有利に働くのでしょうね。逆に言うと排気量の小さなエンジンでは気筒停止を導入するメリットは少ないのかなとも思いました。

Re: 気筒休止のメリット

休止する気筒はバルブを閉じた状態になります。ですから、圧縮行程では燃焼室内の空気を圧縮する
ためエネルギーを損失しますが、圧縮行程を過ぎると圧縮された空気の反発力が得られるので、けっ
きょくエネルギー損失は相殺されまして、純粋な機械的な摩擦抵抗だけが損失としてカウントされる
ということになります。

気筒休止のメリット

この技術のポイントは、記事中にあるポンピングロスに勝る燃費改善あるいは排出削減かと思いますが、そこに疑問があります。

ポンピングロスが発生することは頭の中では理解できるのですが、気筒停止したシリンダーでは圧縮と膨張が繰り返されており、それによる損失も大きな損失ではないかと思います。

経験的に排気量わずか数ccの模型エンジンを指で回すだけでも力が要ることを知っているのでなおさらそう感じました。ポンピングロスがスロットルバルブ以降の吸排気の損失としても、閉じたシリンダーを押したり引いたりする損失よりは小さいのではないかと推測します。

気筒停止のメリットをポンピングロスで語ってしまって良いのでしょうか?
燃費は確かに良くなっていますが、あるいは排出ガスの改善が主目的ではないかという感想も抱きました。
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