閥門(mén)決定燃效：專(zhuān)門(mén)針對燃效降低成本（一）

　　日立汽車(chē)系統的VEL現已在日產(chǎn)汽車(chē)的V型6缸發(fā)動(dòng)機“VQ37VHR”中投入使用。VEL通過(guò)用馬達轉動(dòng)偏心軸來(lái)錯開(kāi)驅動(dòng)閥門(mén)的連桿機構的支點(diǎn)，使閥門(mén)升程連續變化。日立汽車(chē)系統為進(jìn)一步普及該系統，正在開(kāi)發(fā)比V6發(fā)動(dòng)機用VEL成本更低的4缸發(fā)動(dòng)機用VEL（圖4）。

圖4：4缸發(fā)動(dòng)機用可變閥門(mén)升程機構“VEL”
日立汽車(chē)系統正在開(kāi)發(fā)的4缸發(fā)動(dòng)機用VEL。在結構上，與現在使用的V型6缸發(fā)動(dòng)機用VEL沒(méi)有太大區別，不過(guò)降低了轉速極限并降低了成本，還注重了工作的控制和燃效。

　　據日立汽車(chē)系統介紹，V6發(fā)動(dòng)機用VEL面向跑車(chē)發(fā)動(dòng)機，因此采用了高達7500rpm的性能參數，所以成本升高。但是，如果用于普通發(fā)動(dòng)機，就不需要支持如此高的轉速。如果將發(fā)動(dòng)機轉速提高到6000rpm左右，便能夠將部件承受的負荷減少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(jìn)之中?，F在作為主流的油壓驅動(dòng)式VTC方面，已開(kāi)發(fā)出工作范圍比原來(lái)更大的機型。其被稱(chēng)作“中間鎖定VTC”（圖5）。原來(lái)的VTC配備了在不能獲得足夠油壓的800～1000rpm以下低轉速范圍內將閥門(mén)正時(shí)鎖定在最遲位置的機構。因此，要求在VTC的工作正時(shí)位于最遲位置時(shí)發(fā)動(dòng)機也能夠啟動(dòng)，這成為擴大VTC工作范圍的制約。

圖5：中間鎖定VTC
通過(guò)比原來(lái)的VTC擴大工作范圍，實(shí)現了阿特金森循環(huán)等。外觀(guān)跟原來(lái)的VTC相同，中間鎖定裝置也沒(méi)大變化

　　但是，最近整車(chē)廠(chǎng)商要求推遲閥門(mén)關(guān)閉正時(shí)、采用提高膨脹比超過(guò)壓縮比的阿特金森循環(huán)來(lái)提高燃效。在發(fā)動(dòng)機啟動(dòng)時(shí)，如果這樣推遲閥門(mén)關(guān)閉正時(shí)，會(huì )導致尤其在低溫下的發(fā)動(dòng)機啟動(dòng)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(mén)正時(shí)的機構，能夠在不降低發(fā)動(dòng)機啟動(dòng)性的前提下擴大工作范圍，實(shí)現阿特金森循環(huán)。日立汽車(chē)系統以外的部件廠(chǎng)商也在開(kāi)發(fā)這種VTC，比如：富士重工業(yè)在新開(kāi)發(fā)的水平對置發(fā)動(dòng)機“FB型”中采用了美國B(niǎo)org Warner制造的中間鎖定VTC（富士重工業(yè)稱(chēng)之為AVCS）。

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

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

　　雖然電動(dòng)的可變閥門(mén)正時(shí)機構已被電裝用于豐田汽車(chē)的V型8缸發(fā)動(dòng)機，不過(guò)日立的電動(dòng)VTC提高了響應性并減少了耗電量。日立預計電動(dòng)VTC將從2014年開(kāi)始全面采用。

　　上述VEL和電動(dòng)VTC也可以與怠速系統及混合動(dòng)力系統等配套使用。在怠速系統和混合動(dòng)力系統中，車(chē)輛反復停止和前進(jìn)，發(fā)動(dòng)機反復停止和重啟。在如上所述重啟發(fā)動(dòng)機時(shí)，如果使用電動(dòng)VTC推遲閥門(mén)關(guān)閉正時(shí)，便能夠降低啟動(dòng)馬達產(chǎn)生的發(fā)動(dòng)機啟動(dòng)扭矩。能夠實(shí)現發(fā)動(dòng)機的快速重啟和降低啟動(dòng)馬達的成本。另外，如果混合動(dòng)力車(chē)在減速時(shí)使用VEL進(jìn)行氣缸間歇，則能夠降低發(fā)動(dòng)機的阻力、增加再生能量。

柴油發(fā)動(dòng)機也采用可變閥門(mén)升程機構

　　正如通過(guò)UniAir和VEL所看到的，可變閥門(mén)升程機構過(guò)去主要用來(lái)減少泵氣損失。因此，泵氣損失本來(lái)就少的柴油發(fā)動(dòng)機基本沒(méi)采用過(guò)該機構。

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

　　該公司在柴油發(fā)動(dòng)機中采用可變閥門(mén)升程機構的目的不是減少泵氣損失，而是確保啟動(dòng)性。SKYACTIV-D的最大特點(diǎn)是將壓縮比降到了14，這在柴油發(fā)動(dòng)機中為世界最低。這樣能夠延長(cháng)從燃料噴射到著(zhù)火的延遲時(shí)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(lái)減少NOx、最大燃燒壓力降低使得運動(dòng)類(lèi)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(guò)，如果降低壓縮比，尤其在低溫下的發(fā)動(dòng)機啟動(dòng)性就會(huì )降低，啟動(dòng)后的暖機運行也不穩定，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(mén)升程機構，在吸氣行程中稍微打開(kāi)排氣閥（圖7）。通過(guò)使排氣孔中的廢氣逆流回氣缸內來(lái)提高吸氣溫度并促進(jìn)壓縮時(shí)的溫度升高。從而提高著(zhù)火的穩定性。（未完待續，記者：鶴原吉郎）

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