阀门决定燃效：专门针对燃效降低成本（一）

　　日立汽车系统的VEL现已在日产汽车的V型6缸发动机“VQ37VHR”中投入使用。VEL通过用马达转动偏心轴来错开驱动阀门的连杆机构的支点，使阀门升程连续变化。日立汽车系统为进一步普及该系统，正在开发比V6发动机用VEL成本更低的4缸发动机用VEL（图4）。

图4：4缸发动机用可变阀门升程机构“VEL”
日立汽车系统正在开发的4缸发动机用VEL。在结构上，与现在使用的V型6缸发动机用VEL没有太大区别，不过降低了转速极限并降低了成本，还注重了工作的控制和燃效。

　　据日立汽车系统介绍，V6发动机用VEL面向跑车发动机，因此采用了高达7500rpm的性能参数，所以成本升高。但是，如果用于普通发动机，就不需要支持如此高的转速。如果将发动机转速提高到6000rpm左右，便能够将部件承受的负荷减少4～5成，能够降低材料的强度和刚性并省去热处理。从而能够大幅降低成本。

　　另一方面，已广泛普及的VTC也在改进之中。现在作为主流的油压驱动式VTC方面，已开发出工作范围比原来更大的机型。其被称作“中间锁定VTC”（图5）。原来的VTC配备了在不能获得足够油压的800～1000rpm以下低转速范围内将阀门正时锁定在最迟位置的机构。因此，要求在VTC的工作正时位于最迟位置时发动机也能够启动，这成为扩大VTC工作范围的制约。

图5：中间锁定VTC
通过比原来的VTC扩大工作范围，实现了阿特金森循环等。外观跟原来的VTC相同，中间锁定装置也没大变化

　　但是，最近整车厂商要求推迟阀门关闭正时、采用提高膨胀比超过压缩比的阿特金森循环来提高燃效。在发动机启动时，如果这样推迟阀门关闭正时，会导致尤其在低温下的发动机启动性降低。

　　而中间锁定VTC配备有在最快角和最迟角之间锁定阀门正时的机构，能够在不降低发动机启动性的前提下扩大工作范围，实现阿特金森循环。日立汽车系统以外的部件厂商也在开发这种VTC，比如：富士重工业在新开发的水平对置发动机“FB型”中采用了美国Borg Warner制造的中间锁定VTC（富士重工业称之为AVCS）。

图6：电动VTC
工作速度比油压驱动的原VTC快，即使发动机停止运行也能够工作

　　另外，日立汽车系统预测到中间锁定VTC之后的发展趋势，开发出了电动VTC（图6）。电动VTC不用油压而用马达改变阀门正时，在油压低的低转速范围内也能够高精度控制阀门正时。并且，工作速度也很快，“是油压VTC的3倍左右”（日立汽车系统）。因此，还能够扩大工作范围。

　　虽然电动的可变阀门正时机构已被电装用于丰田汽车的V型8缸发动机，不过日立的电动VTC提高了响应性并减少了耗电量。日立预计电动VTC将从2014年开始全面采用。

　　上述VEL和电动VTC也可以与怠速系统及混合动力系统等配套使用。在怠速系统和混合动力系统中，车辆反复停止和前进，发动机反复停止和重启。在如上所述重启发动机时，如果使用电动VTC推迟阀门关闭正时，便能够降低启动马达产生的发动机启动扭矩。能够实现发动机的快速重启和降低启动马达的成本。另外，如果混合动力车在减速时使用VEL进行气缸间歇，则能够降低发动机的阻力、增加再生能量。

柴油发动机也采用可变阀门升程机构

　　正如通过UniAir和VEL所看到的，可变阀门升程机构过去主要用来减少泵气损失。因此，泵气损失本来就少的柴油发动机基本没采用过该机构。

　　在这种背景下，马自达宣布将在现在开发的新一代柴油发动机“SKYACTIV-D”的排气阀门上采用可变阀门升程机构。马自达尚未公布该发动机所采用的机构的具体参数，不过基本上采用凸轮切换方式。虽然并不是上面介绍的连续可变型，不过可变阀门升程机构被柴油发动机采用的案例备受关注。

　　该公司在柴油发动机中采用可变阀门升程机构的目的不是减少泵气损失，而是确保启动性。SKYACTIV-D的最大特点是将压缩比降到了14，这在柴油发动机中为世界最低。这样能够延长从燃料喷射到着火的延迟时间，因此燃料气化，燃烧变得均匀。

　　这不仅能够减少煤烟的产生，而且避免了局部的高温燃烧，因此还能够削减NOx排量。另外，由于不用延迟燃料喷射来减少NOx、最大燃烧压力降低使得运动类部件重量减轻并减少了机械损失等原因，燃效也得以提高。

　　不过，如果降低压缩比，尤其在低温下的发动机启动性就会降低，启动后的暖机运行也不稳定，容易陷入半失火状态。因此，SKYACTIV-D在排气阀上配备可变阀门升程机构，在吸气行程中稍微打开排气阀（图7）。通过使排气孔中的废气逆流回气缸内来提高吸气温度并促进压缩时的温度升高。从而提高着火的稳定性。（未完待续，记者：鹤原吉郎）

图7：SKYACTIV-D的可变阀门升程机构
在吸气行程中打开排气阀，使废气逆流回气缸内以提高压缩温度