Innovativt ventiltog sparer 20% mere brændstof

Ventiltoget er forbrændingsmotorers "åndedrætsorgan":det styrer aspirationen af ​​frisk luft og udledning af udstødningsgasser, som kaldes "gasudveksling". I dag, kun mekanisk drevne knastaksler bruges til serieproduktion til dette formål, ofte udstyret med en ekstra mekanisme, hvoraf nogle er ret komplekse. Dette gør det muligt at ændre et ventilbevægelsesmønster givet af knastakslen, hvilket ikke er muligt uden øget friktion. På samme tid, fleksibilitet er ikke givet i det ønskede omfang. Det der efterspørges – blandt andet for tilpasning til skiftende brændstofegenskaber – er hurtige ventilbevægelser selv ved lave hastigheder, slagtilpasninger og cylinder-selektivt meget varierende ventiltiming.

Optimeret gasudveksling og mindre friktion sparer brændstof

Patrik Soltic og hans team på Empas Automotive Powertrain Technologies laboratorium, sammen med hydraulikspecialist Wolfgang Schneider, opfundet og udviklet et elektrohydraulisk ventiltog, der er væsentligt mere fleksibelt end nutidens serieproduktionsteknologi. Ventilerne aktiveres hydraulisk og styres elektrisk via en magnetspole. Så snart der løber en styrestrøm, en specielt designet hydraulisk ventil åbner, tillader hydraulisk væske at åbne gasudskiftningsventilen i det ønskede omfang i millisekunder mod en fjeder. Når strømmen er slukket, gasudskiftningsventilen lukkes igen af ​​fjederkraften og tilfører en stor del af den hydrauliske energi, der kræves for at åbne tilbage i det hydrauliske system. Systemet opnår et væsentligt lavere energibehov over et bredt driftsområde sammenlignet med knastakseldrevne systemer. Sammen med en optimeret gasudveksling, Brændstofforbruget for testmotoren med gnisttænding er omkring 20 procent lavere end ved konventionel ventilstyring ved hjælp af et gashåndtag i kombination med knastaksler i det lave belastningsområde, der er typisk for personbiler.

Kan tilpasses vedvarende brændstoffer

Ved at vælge driftsparametrene, åbnings- og lukningstider samt ventilløft for hver cylinder kan vælges helt ubegrænset. Det betyder, at hver motordriftstilstand kan varieres fra cyklus til cyklus, for eksempel ved intelligent laststyring, ved at vælge den resterende gasmængde i cylinderen (udstødningsgasrecirkulation), eller ved at deaktivere unødvendige cylindre uden at føreren bemærker det. Dette gør motoren særdeles velegnet til nye vedvarende brændstoffer:Iltholdige brændstoffer som methanol eller ethanol, for eksempel, lad mere restgas forblive i cylinderen. Naturgas, biogas og syngas genereret fra vind- og solenergi tilbyder øgede anti-knock egenskaber, og ventiltoget kan også reagere fleksibelt på dette. Ud over, alternative forbrændingskoncepter kan også implementeres forholdsvis let, for eksempel homogen selvantændelse:en brændstof-luftblanding antændes på det rigtige tidspunkt uden tændingsgnister ved at indstille de korrekte betingelser mod slutningen af ​​kompressionen. Blandingen forbrændes næsten uden forurening.

Cylinderhoved uden olie

En anden specialitet ved systemet, der er sat op hos Empa, er valget af hydraulikvæske:i stedet for at bruge olie som normalt, en blanding af vand-glycol, dvs. motorens kølevand, Kan bruges. På grund af dets fysiske egenskaber, dette medium er meget velegnet til hurtigskiftende hydrauliske systemer, da den er meget stiv og derfor skaber færre hydrauliske tab. Dette gør topstykket helt oliefrit, som kan gøre det muligt at bruge en billigere motorolie med forlængede udskiftningsintervaller til resten af ​​motoren.

Flere måneders testdrift

Som en del af "FlexWork"-projektet finansieret af SFOE, det nye ventiltog blev sat i drift i en personbilmotor drevet af naturgas og afledt af en VW 1.4l TSI -motor. De nødvendige komponenter blev fremstillet af Empas eget værksted. Kontrolsystemet til testmotoren blev udviklet af Empa -forskerne selv. Ventiltoget har kørt på en Empa-motortestbænk siden oktober 2018 og har allerede overlevet mange millioner cyklusser i fyret motordrift fejlfrit.

FlexWork-ventilstyringen har kun brug for billige komponenter. Ikke dyrt, meget hurtige koblingsventiler og ingen komplekse sensorer kræves. Ventiltogsystemet blev præsenteret for tekniske eksperter i bladet MTZ Worldwide den 16. august Empa er i diskussioner med motorfabrikanter om overførsel af denne teknologi, som ikke kun er velegnet til forbrændingsmotorer, men også til kompressorer.