閥門(mén)決定燃效：專門(mén)針對(duì)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(dòng)機(jī)“VQ37VHR”中投入使用。VEL通過(guò)用馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)偏心軸來(lái)錯(cuò)開(kāi)驅(qū)動(dòng)閥門(mén)的連桿機(jī)構(gòu)的支點(diǎn)，使閥門(mén)升程連續(xù)變化。日立汽車系統(tǒng)為進(jìn)一步普及該系統(tǒng)，正在開(kāi)發(fā)比V6發(fā)動(dòng)機(jī)用VEL成本更低的4缸發(fā)動(dòng)機(jī)用VEL（圖4）。

圖4：4缸發(fā)動(dòng)機(jī)用可變閥門(mén)升程機(jī)構(gòu)“VEL”
日立汽車系統(tǒng)正在開(kāi)發(fā)的4缸發(fā)動(dòng)機(jī)用VEL。在結(jié)構(gòu)上，與現(xiàn)在使用的V型6缸發(fā)動(dòng)機(jī)用VEL沒(méi)有太大區(qū)別，不過(guò)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(dòng)機(jī)用VEL面向跑車發(fā)動(dòng)機(jī)，因此采用了高達(dá)7500rpm的性能參數(shù)，所以成本升高。但是，如果用于普通發(fā)動(dòng)機(jī)，就不需要支持如此高的轉(zhuǎn)速。如果將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速提高到6000rpm左右，便能夠?qū)⒉考惺艿呢?fù)荷減少4～5成，能夠降低材料的強(qiáng)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(xiàn)在作為主流的油壓驅(qū)動(dòng)式VTC方面，已開(kāi)發(fā)出工作范圍比原來(lái)更大的機(jī)型。其被稱作“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(zhuǎn)速范圍內(nèi)將閥門(mén)正時(shí)鎖定在最遲位置的機(jī)構(gòu)。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(jī)也能夠啟動(dòng)，這成為擴(kuò)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(kuò)大工作范圍，實(shí)現(xiàn)了阿特金森循環(huán)等。外觀跟原來(lái)的VTC相同，中間鎖定裝置也沒(méi)大變化

　　但是，最近整車廠商要求推遲閥門(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(jī)啟動(dòng)時(shí)，如果這樣推遲閥門(mén)關(guān)閉正時(shí)，會(huì)導(dǎo)致尤其在低溫下的發(fā)動(dòng)機(jī)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(jī)構(gòu)，能夠在不降低發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)性的前提下擴(kuò)大工作范圍，實(shí)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(kāi)發(fā)這種VTC，比如：富士重工業(yè)在新開(kāi)發(fā)的水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)“FB型”中采用了美國(guó)Borg Warner制造的中間鎖定VTC（富士重工業(yè)稱之為AVCS）。

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

　　另外，日立汽車系統(tǒng)預(yù)測(cè)到中間鎖定VTC之后的發(fā)展趨勢(shì)，開(kāi)發(fā)出了電動(dòng)VTC（圖6）。電動(dòng)VTC不用油壓而用馬達(dá)改變閥門(mén)正時(shí)，在油壓低的低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)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”（日立汽車系統(tǒng)）。因此，還能夠擴(kuò)大工作范圍。

　　雖然電動(dòng)的可變閥門(mén)正時(shí)機(jī)構(gòu)已被電裝用于豐田汽車的V型8缸發(fā)動(dòng)機(jī)，不過(guò)日立的電動(dòng)VTC提高了響應(yīng)性并減少了耗電量。日立預(yù)計(jì)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(tǒng)及混合動(dòng)力系統(tǒng)等配套使用。在怠速系統(tǒng)和混合動(dòng)力系統(tǒng)中，車輛反復(fù)停止和前進(jìn)，發(fā)動(dòng)機(jī)反復(fù)停止和重啟。在如上所述重啟發(fā)動(dòng)機(jī)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(dá)產(chǎn)生的發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)扭矩。能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的快速重啟和降低啟動(dòng)馬達(dá)的成本。另外，如果混合動(dòng)力車在減速時(shí)使用VEL進(jìn)行氣缸間歇，則能夠降低發(fā)動(dòng)機(jī)的阻力、增加再生能量。

柴油發(fā)動(dòng)機(jī)也采用可變閥門(mén)升程機(jī)構(gòu)

　　正如通過(guò)UniAir和VEL所看到的，可變閥門(mén)升程機(jī)構(gòu)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(jī)基本沒(méi)采用過(guò)該機(jī)構(gòu)。

　　在這種背景下，馬自達(dá)宣布將在現(xiàn)在開(kāi)發(fā)的新一代柴油發(fā)動(dòng)機(jī)“SKYACTIV-D”的排氣閥門(mén)上采用可變閥門(mén)升程機(jī)構(gòu)。馬自達(dá)尚未公布該發(fā)動(dòng)機(jī)所采用的機(jī)構(gòu)的具體參數(shù)，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(xù)可變型，不過(guò)可變閥門(mén)升程機(jī)構(gòu)被柴油發(fā)動(dòng)機(jī)采用的案例備受關(guān)注。

　　該公司在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中采用可變閥門(mén)升程機(jī)構(gòu)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(jī)中為世界最低。這樣能夠延長(zhǎng)從燃料噴射到著火的延遲時(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(yùn)動(dòng)類部件重量減輕并減少了機(jī)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(jī)啟動(dòng)性就會(huì)降低，啟動(dòng)后的暖機(jī)運(yùn)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(mén)升程機(jī)構(gòu)，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(nèi)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(mén)升程機(jī)構(gòu)
在吸氣行程中打開(kāi)排氣閥，使廢氣逆流回氣缸內(nèi)以提高壓縮溫度