閥門決定燃效：專門針對燃效降低成本（一）

　　日立汽車系統的VEL現已在日產汽車的V型6缸發動機“VQ37VHR”中投入使用。VEL通過用馬達轉動偏心軸來錯開驅動閥門的連桿機構的支點，使閥門升程連續變化。日立汽車系統為進一步普及該系統，正在開發比V6發動機用VEL成本更低的4缸發動機用VEL（圖4）。

圖4：4缸發動機用可變閥門升程機構“VEL”
日立汽車系統正在開發的4缸發動機用VEL。在結構上，與現在使用的V型6缸發動機用VEL沒有太大區別，不過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。

　　據日立汽車系統介紹，V6發動機用VEL面向跑車發動機，因此采用了高達7500rpm的性能參數，所以成本升高。但是，如果用于普通發動機，就不需要支持如此高的轉速。如果將發動機轉速提高到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也在改進之中。現在作為主流的油壓驅動式VTC方面，已開發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以下低轉速范圍內將閥門正時鎖定在最遲位置的機構。因此，要求在VTC的工作正時位于最遲位置時發動機也能夠啟動，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，實現了阿特金森循環等。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閉正時、采用提高膨脹比超過壓縮比的阿特金森循環來提高燃效。在發動機啟動時，如果這樣推遲閥門關閉正時，會導致尤其在低溫下的發動機啟動性降低。

　　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，能夠在不降低發動機啟動性的前提下擴大工作范圍，實現阿特金森循環。日立汽車系統以外的部件廠商也在開發這種VTC，比如：富士重工業在新開發的水平對置發動機“FB型”中采用了美國Borg Warner制造的中間鎖定VTC（富士重工業稱之為AVCS）。

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

　　另外，日立汽車系統預測到中間鎖定VTC之后的發展趨勢，開發出了電動VTC（圖6）。電動VTC不用油壓而用馬達改變閥門正時，在油壓低的低轉速范圍內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）。因此，還能夠擴大工作范圍。

　　雖然電動的可變閥門正時機構已被電裝用于豐田汽車的V型8缸發動機，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也可以與怠速系統及混合動力系統等配套使用。在怠速系統和混合動力系統中，車輛反復停止和前進，發動機反復停止和重啟。在如上所述重啟發動機時，如果使用電動VTC推遲閥門關閉正時，便能夠降低啟動馬達產生的發動機啟動扭矩。能夠實現發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，則能夠降低發動機的阻力、增加再生能量。

柴油發動機也采用可變閥門升程機構

　　正如通過UniAir和VEL所看到的，可變閥門升程機構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動機基本沒采用過該機構。

　　在這種背景下，馬自達宣布將在現在開發的新一代柴油發動機“SKYACTIV-D”的排氣閥門上采用可變閥門升程機構。馬自達尚未公布該發動機所采用的機構的具體參數，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可變型，不過可變閥門升程機構被柴油發動機采用的案例備受關注。

　　該公司在柴油發動機中采用可變閥門升程機構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，尤其在低溫下的發動機啟動性就會降低，啟動后的暖機運行也不穩定，容易陷入半失火狀態。因此，SKYACTIV-D在排氣閥上配備可變閥門升程機構，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。從而提高著火的穩定性。（未完待續，記者：鶴原吉郎）

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