Forskare vid schweiziska statens laboratorier för materialvetenskap och teknik (EMPA) har utvecklat en innovativ, elektro-hydrauliskt manövrerbar ventil för förbränningsmotorer, som möjliggör helt fri korrigering av slag och tidtagning. Tekniken är robust och kostnadseffektiv. Denna ventilstyrning monterades på en serietillverkad motor, som kördes framgångsrikt i flera månader. Den nya tekniken sparar upp till 20 procent bränsle.
Ventilstyrningen fungerar som ett "andningsorgan" för förbränningsmotorer: det hanterar behovet av frisk luft och utsläpp av avgaser, det så kallade "gasutbytet". Idag används endast mekaniskt drivna kamaxlar i serieproduktion för detta ändamål, ofta utrustade med en ytterligare mekanism, av vilka några är ganska komplicerade. Detta gör det möjligt att modifiera ventilens rörelsesmönster, som alstras av kamaxeln, vilket inte är möjligt utan ökad friktion.
Optimerat gasutbyte och mindre friktion sparar bränsle.
Patrik Soltic och hans team på Empa's Automotive Powertrain Technologies-laboratorium, tillsammans med hydraulikspecialisten Wolfgang Schneider, uppfann och utvecklade en elektrohydraulisk ventilstyrning som är betydligt mer flexibel än dagens serieproducerad teknik.
Ventilerna manövreras hydrauliskt och styrs elektriskt via en magnetventil. Så snart en styrström flyter, öppnas en speciellt konstruerad hydraulisk ventil, som bidrar till att hydraulvätska kan öppna gasväxlarventilen i önskad utsträckning.
När strömmen stängs av stängs gasväxlarventilen igen av fjäderkraften och en stor del av den hydrauliska energin som krävs för öppning, matas tillbaka till det hydrauliska systemet. Systemet uppnår ett betydligt lägre energibehov över ett brett driftområde jämfört med kamaxeldrivna system. Tillsammans med ett optimerat gasutbyte är bränsleförbrukningen för testgnisttändningsmotorn ungefär 20 procent lägre än med konventionell ventilstyrning med ett gasreglage i kombination med kamaxlar i det låga belastningsområdet som är typiskt för personbilar.
Som en del av detta "FlexWork" -projektet som finansierades av SFOE, sattes den nya ventilstyrningen i drift i en personbilsmotor som drivs med naturgas och härstammar från en VW 1.4l TSI-motor. De erforderliga komponenterna tillverkades av Empas egen verkstad. Styrsystemet för testmotorn utvecklades av Empa-forskarna själva. Ventiltåget har kört på en Empa-testbänk sedan oktober 2018 och har redan överlevt många miljoner cykler i bränslet motordrift felfritt.
FlexWork-ventilstyrningen behöver endast billiga komponenter. Inga dyra, mycket snabba växlingsventiler och inga komplexa sensorer krävs. Ventilstyrning presenterades för tekniska experter i tidningen MTZ Worldwide den 16 augusti.
