不使用凸輪的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)

　　可變閥門(mén)機(jī)構(gòu)自由度最大化的終極狀態(tài)是電動(dòng)閥門(mén)。用螺線管直接驅(qū)動(dòng)閥門(mén)，能夠自由控制正時(shí)、升程和工作角。以前，有很多廠商致力于開(kāi)發(fā)電動(dòng)閥門(mén)，但面臨著成本、耗電量和螺線管過(guò)大等課題，尚未達(dá)到實(shí)用水平。

　　而五十鈴中央研究所正在開(kāi)發(fā)用電磁閥控制油壓以驅(qū)動(dòng)閥門(mén)的閥門(mén)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（無(wú)凸輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)）。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的缸內(nèi)壓力高，驅(qū)動(dòng)閥門(mén)需要很大的推力，但問(wèn)題在于閥門(mén)是直立的，無(wú)法增大螺線管直徑。該公司通過(guò)使螺線管只用于控制油壓，推進(jìn)小型化，解決了這一問(wèn)題（圖8）。

　　該發(fā)動(dòng)機(jī)的無(wú)凸輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)造是：打開(kāi)電磁閥施加油壓時(shí)、閥門(mén)打開(kāi)，釋放油壓時(shí)、利用永久磁鐵的磁力關(guān)閉閥門(mén)。在一個(gè)閥門(mén)上配備一個(gè)供應(yīng)液壓油的螺線管和一個(gè)控制排出的螺線管共2個(gè)螺線管（圖9）。

圖8：原來(lái)的閥門(mén)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（左）與無(wú)凸輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（右）的比較
打開(kāi)電磁閥時(shí)，油壓推動(dòng)閥門(mén)，閥門(mén)打開(kāi)。關(guān)閉電磁閥時(shí)，油壓釋放，利用永久磁鐵關(guān)閉閥門(mén)。

圖9：配備無(wú)凸輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)
實(shí)際上，一個(gè)閥門(mén)有兩個(gè)電磁閥，因此，6缸24閥的實(shí)驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)使用了48個(gè)電磁閥。

　　該系統(tǒng)是該公司在日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)（NEDO）的“創(chuàng)新性下一代低公害車綜合技術(shù)開(kāi)發(fā)”項(xiàng)目中開(kāi)發(fā)的未來(lái)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)之一。為提高熱效率，將力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)盡量提高壓縮比并在上止點(diǎn)附近開(kāi)始和終止燃燒的發(fā)動(dòng)機(jī)。

　　為了在上止點(diǎn)附近開(kāi)始和終止燃燒，需要在盡可能短的時(shí)間內(nèi)終止燃燒。而這時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題是，燃燒溫度升高，NOx發(fā)生量增加。因此，開(kāi)發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)配備了確保燃料所需空氣量并能實(shí)現(xiàn)大量EGR（廢氣再循環(huán)）的多級(jí)增壓（此次的發(fā)動(dòng)機(jī)中為三級(jí)渦輪）系統(tǒng)。

　　另一方面，如果提高壓縮比，能夠提高理論上的熱效率，但配備多級(jí)增壓系統(tǒng)時(shí)，最大缸內(nèi)壓力（Pmax）升高，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)要求的機(jī)械強(qiáng)度過(guò)高。因此開(kāi)發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)在Pmax過(guò)高的運(yùn)行條件下推遲吸氣閥門(mén)打開(kāi)正時(shí)來(lái)降低有效壓縮比。目標(biāo)是使其在通常的運(yùn)行條件下能夠以高壓縮比運(yùn)行，從而提高燃效。

　　不僅吸氣閥門(mén)，排氣閥也采用了無(wú)凸輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，這樣做的目的之一在于控制內(nèi)部EGR。鑒于采用普通EGR閥門(mén)的“外部EGR”響應(yīng)性低，為精密控制EGR量，正考慮增加提前關(guān)閉排氣閥以使廢氣留在缸內(nèi)的“內(nèi)部EGR”。

　　不過(guò)，現(xiàn)在尚未實(shí)施可變壓縮比運(yùn)行，正在日本國(guó)內(nèi)廢氣試驗(yàn)?zāi)Ｊ絁E05模式下限定于使用頻率高的輕中負(fù)荷范圍進(jìn)行試驗(yàn)。因此，無(wú)凸輪發(fā)動(dòng)機(jī)上的閥門(mén)正時(shí)和提升機(jī)構(gòu)也在這種運(yùn)行條件下優(yōu)化并進(jìn)行了試驗(yàn)。壓縮比提高到20的開(kāi)發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)與壓縮比為16.2的普通發(fā)動(dòng)機(jī)相比，按照J(rèn)E05模式換算，燃效提高了5.5％。另外，實(shí)驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)為6缸，不過(guò)利用閥門(mén)正時(shí)和升程控制自由度在輕負(fù)荷范圍內(nèi)停止3缸的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，按照J(rèn)E05模式換算，燃效提高了8.9％。

　　另外，此次實(shí)驗(yàn)中，驅(qū)動(dòng)凸輪的油壓并非由發(fā)動(dòng)機(jī)本身產(chǎn)生而是由外部油泵產(chǎn)生，將其驅(qū)動(dòng)損失考慮在內(nèi)，計(jì)算出了燃效。