閥門決定燃效：專門針對燃效降低成本（一）

　　日立汽車系統(tǒng)的VEL現(xiàn)已在日產(chǎn)汽車的V型6缸發(fā)動機“VQ37VHR”中投入使用。VEL通過用馬達轉(zhuǎn)動偏心軸來錯開驅(qū)動閥門的連桿機構(gòu)的支點，使閥門升程連續(xù)變化。日立汽車系統(tǒng)為進一步普及該系統(tǒng)，正在開發(fā)比V6發(fā)動機用VEL成本更低的4缸發(fā)動機用VEL（圖4）。

圖4：4缸發(fā)動機用可變閥門升程機構(gòu)“VEL”
日立汽車系統(tǒng)正在開發(fā)的4缸發(fā)動機用VEL。在結(jié)構(gòu)上，與現(xiàn)在使用的V型6缸發(fā)動機用VEL沒有太大區(qū)別，不過降低了轉(zhuǎn)速極限并降低了成本，還注重了工作的控制和燃效。

　　據(jù)日立汽車系統(tǒng)介紹，V6發(fā)動機用VEL面向跑車發(fā)動機，因此采用了高達7500rpm的性能參數(shù)，所以成本升高。但是，如果用于普通發(fā)動機，就不需要支持如此高的轉(zhuǎn)速。如果將發(fā)動機轉(zhuǎn)速提高到6000rpm左右，便能夠?qū)⒉考惺艿呢摵蓽p少4～5成，能夠降低材料的強度和剛性并省去熱處理。從而能夠大幅降低成本。

　　另一方面，已廣泛普及的VTC也在改進之中?，F(xiàn)在作為主流的油壓驅(qū)動式VTC方面，已開發(fā)出工作范圍比原來更大的機型。其被稱作“中間鎖定VTC”（圖5）。原來的VTC配備了在不能獲得足夠油壓的800～1000rpm以下低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)將閥門正時鎖定在最遲位置的機構(gòu)。因此，要求在VTC的工作正時位于最遲位置時發(fā)動機也能夠啟動，這成為擴大VTC工作范圍的制約。

圖5：中間鎖定VTC
通過比原來的VTC擴大工作范圍，實現(xiàn)了阿特金森循環(huán)等。外觀跟原來的VTC相同，中間鎖定裝置也沒大變化

　　但是，最近整車廠商要求推遲閥門關(guān)閉正時、采用提高膨脹比超過壓縮比的阿特金森循環(huán)來提高燃效。在發(fā)動機啟動時，如果這樣推遲閥門關(guān)閉正時，會導致尤其在低溫下的發(fā)動機啟動性降低。

　　而中間鎖定VTC配備有在最快角和最遲角之間鎖定閥門正時的機構(gòu)，能夠在不降低發(fā)動機啟動性的前提下擴大工作范圍，實現(xiàn)阿特金森循環(huán)。日立汽車系統(tǒng)以外的部件廠商也在開發(fā)這種VTC，比如：富士重工業(yè)在新開發(fā)的水平對置發(fā)動機“FB型”中采用了美國Borg Warner制造的中間鎖定VTC（富士重工業(yè)稱之為AVCS）。

圖6：電動VTC
工作速度比油壓驅(qū)動的原VTC快，即使發(fā)動機停止運行也能夠工作

　　另外，日立汽車系統(tǒng)預測到中間鎖定VTC之后的發(fā)展趨勢，開發(fā)出了電動VTC（圖6）。電動VTC不用油壓而用馬達改變閥門正時，在油壓低的低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)也能夠高精度控制閥門正時。并且，工作速度也很快，“是油壓VTC的3倍左右”（日立汽車系統(tǒng)）。因此，還能夠擴大工作范圍。

　　雖然電動的可變閥門正時機構(gòu)已被電裝用于豐田汽車的V型8缸發(fā)動機，不過日立的電動VTC提高了響應性并減少了耗電量。日立預計電動VTC將從2014年開始全面采用。

　　上述VEL和電動VTC也可以與怠速系統(tǒng)及混合動力系統(tǒng)等配套使用。在怠速系統(tǒng)和混合動力系統(tǒng)中，車輛反復停止和前進，發(fā)動機反復停止和重啟。在如上所述重啟發(fā)動機時，如果使用電動VTC推遲閥門關(guān)閉正時，便能夠降低啟動馬達產(chǎn)生的發(fā)動機啟動扭矩。能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)動機的快速重啟和降低啟動馬達的成本。另外，如果混合動力車在減速時使用VEL進行氣缸間歇，則能夠降低發(fā)動機的阻力、增加再生能量。

柴油發(fā)動機也采用可變閥門升程機構(gòu)

　　正如通過UniAir和VEL所看到的，可變閥門升程機構(gòu)過去主要用來減少泵氣損失。因此，泵氣損失本來就少的柴油發(fā)動機基本沒采用過該機構(gòu)。

　　在這種背景下，馬自達宣布將在現(xiàn)在開發(fā)的新一代柴油發(fā)動機“SKYACTIV-D”的排氣閥門上采用可變閥門升程機構(gòu)。馬自達尚未公布該發(fā)動機所采用的機構(gòu)的具體參數(shù)，不過基本上采用凸輪切換方式。雖然并不是上面介紹的連續(xù)可變型，不過可變閥門升程機構(gòu)被柴油發(fā)動機采用的案例備受關(guān)注。

　　該公司在柴油發(fā)動機中采用可變閥門升程機構(gòu)的目的不是減少泵氣損失，而是確保啟動性。SKYACTIV-D的最大特點是將壓縮比降到了14，這在柴油發(fā)動機中為世界最低。這樣能夠延長從燃料噴射到著火的延遲時間，因此燃料氣化，燃燒變得均勻。

　　這不僅能夠減少煤煙的產(chǎn)生，而且避免了局部的高溫燃燒，因此還能夠削減NOx排量。另外，由于不用延遲燃料噴射來減少NOx、最大燃燒壓力降低使得運動類部件重量減輕并減少了機械損失等原因，燃效也得以提高。

　　不過，如果降低壓縮比，尤其在低溫下的發(fā)動機啟動性就會降低，啟動后的暖機運行也不穩(wěn)定，容易陷入半失火狀態(tài)。因此，SKYACTIV-D在排氣閥上配備可變閥門升程機構(gòu)，在吸氣行程中稍微打開排氣閥（圖7）。通過使排氣孔中的廢氣逆流回氣缸內(nèi)來提高吸氣溫度并促進壓縮時的溫度升高。從而提高著火的穩(wěn)定性。（未完待續(xù)，記者：鶴原吉郎）

圖7：SKYACTIV-D的可變閥門升程機構(gòu)
在吸氣行程中打開排氣閥，使廢氣逆流回氣缸內(nèi)以提高壓縮溫度