创新的气门机构可节省 20% 的燃油

气门机构是内燃机的“呼吸器官”：它管理新鲜空气的吸入和废气的排放，这被称为“气体交换”。今天，为此目的，在批量生产中只使用机械驱动的凸轮轴，通常配备一个额外的机构，其中一些非常复杂。这允许修改由凸轮轴给出的气门运动模式，这在不增加摩擦力的情况下是不可能的。同时，灵活性没有达到预期的程度。需要什么——尤其是为了适应不断变化的燃料特性——是即使在低速时也能快速阀门运动、冲程适应和气缸选择性广泛可变的阀门正时。

优化的气体交换和更少的摩擦节省燃料

在 Empa 的汽车动力总成技术实验室，Patrik Soltic 和他的团队与液压专家 Wolfgang Schneider 一起发明并开发了一种电动液压气门机构，它比当今的批量生产技术更加灵活。阀门由液压驱动，并通过电磁线圈进行电动控制。一旦控制电流流动，一个专门设计的液压阀就会打开，允许液压流体在几毫秒内将换气阀打开到所需的程度，与弹簧相反。当电流关闭时，换气阀在弹簧力的作用下再次关闭，并将打开所需的大部分液压能输送回液压系统。与凸轮轴驱动系统相比，该系统在较宽的工作范围内实现了显着降低的能量需求。加上优化的气体交换，测试火花点火发动机的燃料消耗比在乘用车典型的低负载范围内使用节气门结合凸轮轴的传统气门控制降低约 20%。

适用于可再生燃料

通过选择操作参数，可以完全不受限制地选择每个气缸的开启和关闭时间以及气门升程。这意味着每个发动机的运行条件都可以随着循环而变化，例如通过智能负载控制，通过选择留在气缸中的残余气体量(废气再循环)，或通过在驾驶员不注意的情况下停用不需要的气缸。这使得发动机高度适应新的可再生燃料：例如，甲醇或乙醇等含氧燃料允许更多的残余气体留在气缸中。风能和太阳能产生的天然气、沼气和合成气提供了更高的抗爆性能，并且气门机构也可以灵活地对此做出反应。此外，替代燃烧概念也可以相对容易地实施，例如均质自燃：通过在压缩结束时设置正确的条件，在正确的时刻点燃燃料-空气混合物而不会产生点火火花。该混合物燃烧几乎没有污染。

气缸盖无油

Empa 设置的系统的另一个特点是液压油的选择：可以使用水-乙二醇混合物，即发动机冷却水，而不是像往常一样使用油。由于其物理特性，这种介质非常适合快速切换的液压系统，因为它非常坚硬，因此产生的液压损失更少。这使得气缸盖完全无油，从而可以将更便宜且更换间隔更长的发动机油用于发动机的其余部分。

几个月的试运行

作为 SFOE 资助的“FlexWork”项目的一部分，新的气门机构在一台由天然气驱动的乘用车发动机上投入运行，该发动机源自大众 1.4l TSI 发动机。所需的组件由 Empa 自己的车间制造。测试发动机的控制系统是由 Empa 研究人员自己开发的。自 2018 年 10 月以来，气门机构一直在 Empa 发动机测试台上运行，并且已经在点火发动机运行的数百万次循环中完美地存活下来。

FlexWork 阀门控制只需要低成本的组件。不需要昂贵的、非常快速的开关阀，也不需要复杂的传感器。气门机构系统于 8 月 16 日在 MTZ Worldwide 杂志上向技术专家展示。Empa 正在与发动机制造商讨论转让这项技术，该技术不仅适用于内燃机，也适用于压缩机。