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瑞士联邦材料科学与技术实验室(EMPA)的一组研究人员一直在努力改进内燃机的“呼吸器官”,该器官负责控制新鲜空气的吸入和废气的排放。
如今,机械驱动凸轮轴在量产发动机中被用于实现这一目标,借助于额外的复杂机构,可以修改凸轮轴给出的运动模式。
然而,这些技术并不灵活,发动机制造商一直希望有一种技术能够适应不断变化的燃料特性,使气门在低速下快速移动,以及冲程适应和气缸选择性大范围可变气门正时。
为了实现这一目标,由EMPA汽车动力总成技术实验室的Patrik Soltic和他的团队领导的研究人员开发了一种电液气门总成,该气门总成由液压驱动,并通过电磁线圈进行电气控制。
当控制电流流动时,液压阀打开,使流体在毫秒内打开所需的气体交换阀。当电流关闭时,阀门由弹簧关闭,这一运动将打开阀门所需的能量输送回系统。与凸轮轴驱动系统相比,这种方法在较宽的工作范围内需要更低的能量。
在乘用车典型的低负荷范围内,一辆1.4升大众汽车的测试火花点火发动机的燃油消耗比传统气门控制低约20%。
但是这个系统的主要优点是它的灵活性。每个气缸的开启和关闭时间和气门升程可以完全不受限制地选择,因此发动机的工作状态可以随循环而变化,例如通过智能负载控制、废气再循环,或在驾驶员不注意的情况下停用不需要的气缸。
这意味着发动机对新的可再生燃料(如甲醇或乙醇)具有很强的适应性,这些燃料允许更多的残余气体留在汽缸中。天然气、沼气和合成气也可以使用,替代燃烧概念也可以实施。该系统使用水和乙二醇(发动机冷却剂)的混合物作为液压油,而不是油。