發動機可變氣缸技術的案例
發動機可變氣缸技術
可變氣缸技術是指能夠根據道路情況或者駕駛員駕駛狀態對發動機氣缸工作狀態進行調節的一項節能新技術，在不需要大功率的輸出時，控制關閉一部分氣缸，以減少燃料消耗。
通常情況下用于多氣缸大排量發動機，如V6、V8、V12等發動機，因為這些汽車在日常行駛時并不需要大功率的輸出，特別是在越來越擁堵的城市，大排量多氣缸的搭配就顯得有點浪費，而小排量又無法滿足人們對于駕駛樂趣的需求，于是為了解決這樣的矛盾，可變氣缸技術應運而生，當然，今天的小排量發動機領域也同樣開始應用可變氣缸技術。
目前具有代表性的可變氣缸技術有可變氣缸管理、多段式排氣量調節系統、主動式可變氣缸管理系統等。
一、
一、可變氣缸管理
可變氣缸管理（VariableCylinderManagement，VCM）是本田公司所擁有的一種可變氣缸管理技術，它可以在行駛時將發動機的個別氣缸關閉，讓一臺3.5L V6發動機在3缸、4缸、6缸之間變化，排量則在1.75～3.5L之間變化，如下圖所示。這種技術的發動機安裝在第8代和第9代本田雅閣汽車3.5L上。
VCM技術可以智能地管理汽車發動機，當汽車進行爬坡、加速、起步等全負荷工作時，發動機的6個氣缸會全部投入工作；當汽車以中速巡航狀態行駛時，工作的氣缸數會減半，即只有3個氣缸工作；在高速巡航時，為了保證汽車的動力輸出，運行氣缸的數量會增加至4個。由于系統會自動關閉非工作缸的進氣門和排氣門，所以可避免與進、排氣相關的吸排損失，并進一步提高了燃油經濟性。
展開 日產的可變壓縮比發動機究竟厲害在哪里?
盡管電動車來勢洶洶，但發動機一時半會兒并不能被取代，至少車企和供應商都還沒有放棄，還在開發各路新技術，以期能夠滿足排放和油耗要求愈加嚴苛的法規。在經濟高效的大方向下，每家的手段各不相同，但究其根源，都是讓發動機變得更加“聰明”：在不同工況下，能夠及時靈活地調整自身狀態，提供適當的輸出性能。所以可以看到，近幾年發動機的新技術，幾乎離不開可變二字——可變氣門升程、可變正時、可變氣缸數（停缸技術）乃至可變截面渦輪，都是為了讓發動機能夠盡可能在不同工況下達到最優解。
在眾多的可變技術中，可變壓縮比是改善效果最明顯的，也是改變難度最大的。至今，僅有日產一家真正開始量產。兩年前，日產正式對外宣布可變壓縮比發動機達到量產狀態。目前，這款發動機已經搭載在了英菲尼迪QX50和已經在北美發布的天籟上。
從1998年開始研發，到2016年宣布量產，2017年正式推出，日產花了二十年的可變壓縮比技術究竟厲害在哪里呢？
壓縮比的數值直接代表著發動機的燃燒效率。壓縮比越高，發動機的燃燒效率越高，經濟性也就越好。所以，在追求經濟性時，可以明顯看到各個廠商對于高壓縮比的追求。比如馬自達的創馳藍天，曾表示想將壓縮比實現到18。目前一般車輛發動機的壓縮比在10-12，高壓縮比一般是14。但是，大學時候老師就會告訴你，壓縮比并不能被無限提高。因為在高壓縮比時，容易發生爆震，不僅不能提高性能，反而會對發動機帶來損害。阿特金森循環就此應運而生，通過犧牲一部分動力性能來減少和避免爆震問題。
所以，最好的狀態就是，在平時以高壓縮比工作，而在加速時，發動機能夠自動降低壓縮比來適應工況的改變，就可以同時兼顧經濟性與加速性，且不會讓發動機產生異常狀態。
但壓縮比的改變也是最難的。稍微了解發動機構造的就會知道，活塞通過曲柄連桿與曲軸相連，要想改變壓縮比，就得讓影響活塞運行的一個參數是可變的。
展開 【汽車知識】圖解發動機可變氣門的工作原理
● 配氣機構的作用
配氣機構主要包括正時齒輪系、凸輪軸、氣門傳動組件（氣門、推桿、搖臂等），主要的作用是根據發動機的工作情況，適時的開啟和關閉各氣缸的進、排氣門，以使得新鮮混合氣體及時充滿氣缸，廢氣得以及時排出氣缸外。
● 什么是氣門正時？為什么需要正時？
所謂氣門正時，可以簡單理解為氣門開啟和關閉的時刻。理論上在進氣行程中，活塞由上止點移至下止點時，進氣門打開、排氣門關閉；在排氣行程中，活塞由下止點移至上止點時，進氣門關閉、排氣門打開。
那為什么要正時呢？其實在實際的發動機工作中，為了增大氣缸內的進氣量，進氣門需要提前開啟、延遲關閉；同樣地，為了使氣缸內的廢氣排的更干凈，排氣門也需要提前開啟、延遲關閉，這樣才能保證發動機有效的運作。
● 可變氣門正時、可變氣門升程又是什么？
發動機在高轉速時，每個氣缸在一個工作循環內，吸氣和排氣的時間是非常短的，要想達到高的充氣效率，就必須延長氣缸的吸氣和排氣時間，也就是要求增大氣門的重疊角；而發動機在低轉速時，過大的氣門重疊角則容易使得廢氣倒灌，吸氣量反而會下降，從而導致發動機怠速不穩，低速扭矩偏低。
固定的氣門正時很難同時滿足發動機高轉速和低轉速兩種工況的需求，所以可變氣門正時應運而生。可變氣門正時可以根據發動機轉速和工況的不同而進行調節，使得發動機在高低速下都能獲得理想的進、排氣效率。
影響發動機動力的實質其實與單位時間內進入到氣缸內的氧氣量有關，而可變氣門正時系統只能改變氣門的開啟和關閉的時間，卻不能改變單位時間內的進氣量，變氣門升程就能滿足這個需求。如果把發動機的氣門看作是房子的一扇“門”的話，氣門正時可以理解為“門”打開的時間，氣門升程則相當于“門”打開的大小。
展開 可變截面渦輪技術
而對于產生回壓較小的大渦輪來說，雖然高轉速下可以擁有出色增壓效果，發動機也會擁有更強的動力表現，但是低速下渦輪更難以被驅動，因此渦輪遲滯也會更明顯。
為解決這個矛盾，讓渦輪增壓發動機在高低轉速下都能保證良好的增壓效果，VGT(Variable Geometry Turbocharger）或者叫VNT可變截面渦輪增壓技術便應運而生。在柴油發動機領域，VGT可變截面渦輪增壓技術早已得到了很廣泛的應用。由于汽油發動機的排氣溫度要遠遠高于柴油發動機，達到1000°C左右（柴油發動機為400°C左右），而VGT所使用的硬件材質很難承受如此高溫的環境，因此這項技術也遲遲未能在汽油機上應用。近年來，博格華納與保時捷聯手克服了這個難題，使用了耐高溫的航空材料技術，從而成功開發出了首款搭載可變截面渦輪增壓器的汽油發動機，保時捷則將這項技術稱為VTG（Variable Turbine Geometry）可變渦輪葉片技術。
工作原理
從原理上看，柴油機的VGT技術和保時捷的VTG并沒有本質的區別，基本的原理和結構都是相似的。下面，我們就通過保時捷的VTG技術來了解一下可變截面渦輪增壓器的工作原理。
VGT技術的核心部分就是可調渦流截面的導流葉片，從圖上我們可以看到，渦輪的外側增加了一環可由電子系統控制角度的導流葉片，導流葉片的相對位置是固定的，但是葉片角度可以調整，在系統工作時，廢氣會順著導流葉片送至渦輪葉片上，通過調整葉片角度，控制流過渦輪葉片的氣體的流量和流速，從而控制渦輪的轉速。當發動機低轉速排氣壓力較低的時候，導流葉片打開的角度較小。
根據流體力學原理，此時導入渦輪處的空氣流速就會加快，增大渦輪處的壓強，從而可以更容易推動渦輪轉動，從而有效減輕渦輪遲滯的現象，也改善了發動機低轉速時的響應時間和加速能力。
展開 
“可變噴嘴技術”，重新定義FDM 3D打印
△噴嘴示意圖
可變噴嘴技術
Sculpman的可變噴嘴技術放棄了圓柱形排布方式，通過擠出不同寬度的扁平矩形減少不必要的重復打印步驟。新噴嘴本身具有可無限旋轉的矩形開口，確保始終垂直于行進方向，在路徑規劃方面具有更大靈活性，同時改善層對齊和粘附。
△打印形狀差別
噴嘴還裝有兩個滑動元件，可以在打印中不斷改變開口大小，如同調整相機光圈一樣，甚至可以完全關閉以完全切斷材料流。
△無限旋轉能力
Sculpman的熱端系統將提供0到10毫米的開口配置，橫截面為0.5毫米，構建速度高達每小時500立方厘米。根據Sculpman的說法，新型噴嘴還有效地將擠出寬度與層高分離，因此用戶可以選擇較寬的擠出寬度加快構建速度，但無法通過進一步通過層高改善傾斜表面打印效果。
△擠出過程中連續可變的寬度
當前噴嘴設計與2.85毫米長絲兼容，無論是否帶有擠出驅動子組件。另外，Sculpman還在開發顆粒原料打印系統。據悉，這種可變噴嘴技術將在Formnext 2021的11號展廳D11展位展出。
△可環形打印
不得不說，這種設計確實讓南極熊眼前一亮。就像畫畫一樣，對于大面積涂色需求，寬線條最為合適；但是要進行精細描邊的話，還是細線條更為實用。這種改進相當于將噴頭變成了一個可以隨時改變寬度的“畫筆”，因此能夠兼具速度和精度。如果在實際操控上真的能夠實現精確打印，那無疑會讓大部分“雞肋”的FDM機器重獲新生！
展開 納米技術使特種鋁合金AA7075變得可焊接！
據物理學家組織網近日報道，美國加州大學洛杉磯分校的工程師借助納米碳化鈦顆粒（大小僅1nm），讓無法被焊接的常用特種鋁合金AA 7075變得可被焊接，得到的產品有望應用于汽車制造等領域，使其零件更輕便、更節能，同時堅固程度不變。
比較常見的鋁合金中強度最好的就是7075合金。它其幾乎與鋼一樣堅固，但重量僅為鋼的三分之一，普遍用在CNC切削制造的零部件，飛機機身和機翼、智能手機外殼和攀巖登山扣等上。但這種合金很難被焊接，特別是無法用汽車制造中使用的焊接方法焊接，使其無法被廣泛采用。這是因為，當這種合金在焊接過程中被加熱時，其分子結構會使其構成元素鋁、鋅、鎂和銅流動不均勻，導致焊接出來的產品存在裂縫。
現在，加州大學洛杉磯分校的工程師將碳化鈦納米顆粒注入AA 7075的焊絲內，讓這些納米顆粒充當連接件之間的填充材料。使用這種新方法，生產出的焊接接頭的抗拉強度高達392MPa。相比之下，廣泛用于飛機和汽車零部件的AA 6061鋁合金焊接接頭的抗拉強度僅為186MPa。
根據研究，焊后進行熱處理，可將AA 7075接頭的抗拉強度提高到551MPa，堪與鋼材相媲美。新研究還顯示，注入了納米粒子的填充焊絲也可以更容易地連接其他難以焊接的金屬和金屬合金。
該研究主要負責人說：“新技術有望使這種高強度的鋁合金廣泛應用于那些能大規模制造的產品，比如汽車或自行車上。公司可以使用他們已經擁有的相同工藝和設備，將這種超強鋁合金納入其制造工藝中，使其產品更輕便、更節能，同時仍能保持其強度。”研究人員已經與一家自行車制造商合作，使用該合金制造自行車車身。（來源：科技日報）
展開 可穿戴熱管理技術——全球變暖下保持健康的黑科技
雖然這些數字看似抽象且與我們的日常生活相距甚遠，但全球變暖和氣候變化正在以直接而深遠的方式影響著我們的生活。越來越多的證據表明，大規模氣候系統的這種變化一直在影響人類健康，包括極端高溫、風暴、干旱和間接傳染病造成的直接死亡和發病。人體的熱量增加歸因于環境中的外部熱量和代謝過程中的內部熱量的整合。暴露在高于平均水平的環境中導致熱量增加迅速增加，會限制人體的熱穩態，并導致各種直接疾病，如心血管死亡、呼吸系統疾病、神經系統疾病和損傷。全球變暖不僅是一個“全球性”的問題，更是一個對我們許多人來說生死攸關的“個人”問題。
02
成果掠影
近期，芝加哥大學徐伯均團隊提出使用創新的可穿戴技術進行局部體溫調節，使人們更廣泛地適應極端天氣。該研究對最先進的熱管理方法和可穿戴傳感技術進行了全面總結，并詳細討論了在不斷加劇的全球變暖環境下利用這些技術預防熱相關疾病的可行性。此外，文章提出了一個創新的健康管理閉環概念，通過可穿戴傳感器實時監測環境和人體生理信息并提供實時反饋，同時利用熱管理技術根據信息進行動態調節，使人體能夠長期保持在健康和舒適的局部熱環境中。這種方法為個人和社會更好地適應全球變暖所帶來的挑戰提供了有益的解決方案。相關研究成果以“Stay healthy under global warming: A review of wearable technology for thermoregulation”為題發表于《EcoMat》。
展開 超持久耐用型無人機利用可變浮力推進技術實現飛行
英國高地與島嶼大學工程學教授Andrew Rae領導的團隊成功讓史上最大的可變浮力推進無人機起飛。通過設計，鳳凰無人機可以不斷地變化，使自己變得比空氣更輕或者更重，從而產生推動力，讓飛機前進。
原型機機身裝有氦氣，可像氣球一樣讓飛機上升。氣囊可以吸入外界空氣并對其進行壓縮，使飛機變重進行下沉。在利用碳纖維機翼滑行的過程中，“上升和下潛”運動能夠推動飛機前行。https://www.hongyantu.com/goodlist/sz/11058.html
Rae提到，“這類系統可以讓鳳凰無人機完全實現自給自足”，“泵和閥門所需的電力由電池提供，電池通過安裝于機翼和尾翼的靈活性輕型太陽能板進行充電”。
鳳凰無人機長15米，翼展寬10.5米，3月在英國樸次茅斯的Drystack工廠內多次試飛成功，飛行距離120米。這個項目為期三年，飛行測試用來證明可變浮力推進無人機的可行性。https://www.hongyantu.com/goodlist/sz/11044.html
超持久耐用型自動無人機背后的制造團隊，包括了學術界和工業界的代表。英國國家復合材料中心和英國布里斯托大學提供了碳纖維機翼、尾部結構件、機翼蒙皮以及吊艙。
基于這種技術的飛行器可以用作準衛星，能為電信業務提供更廉價的選項。目前，同等功能的飛機非常復雜并且昂貴。與此相比，鳳凰無人機是可以在消費后被舍棄的，能為用戶提供以前沒有過的選項。https://www.hongyantu.com/goodlist/sz/11034.html
鳳凰無人機團隊目前正在尋找主制造商進行合作，將技術運用到下一階段的開發中。該項目由英國創新署（Innovate UK）通過英國航空技術研究所（Aerospace Technology Institute）進行贊助。
展開 全北大學研究團隊開發顯示用量子點光致發光色彩可變技術
CINNO Research產業資訊，近日，根據韓媒韓國講師新聞報道，韓國全北大學宣布稱，李承熙教授研究團隊(工科研究生院納米融合工程系、高分子納米工程系、JBNU-KIST產學研融合系)的研究教授金民秀利用有機和無機復合納米散射體成功開發出可實現顯示量子點光致發光色轉換效率最大化的技術。
?左起分別為：金民秀研究教授、李多妍(畢業生)、鄭河英(碩士在讀生)
量子點(Quantum dots) 作為新一代顯示材料，因其能夠實現高色域顯示和更加多樣化的顏色表現而備受矚目。當前，商業化的量子點顯示將這些量子點做成sheet形態在聚合物基質上，插入到液晶顯示的背光(backlight)前，或者最近在Blue OLED之上，以噴墨印刷技術形成Red、Green像素，將每個像素點實現從藍色光到紅色及綠色光變換的方式，應用于高端電視領域。此時，量子點接受特定顏色，用另一種顏色進行色彩轉換，稱為光致發光(Photoluminescence)，當這種光致發光效率作為顯示屏應用時，是非常關鍵的要素。
為提高這種光致發光效率，研究者們一直嘗試通過不同的量子點合成方式。而李承熙教授的研究團隊則在高分子基質內，成功構建了有機-無機復合納米散射體，開發出了一種新技術，即使使用相同的量子點，也能顯著提高色彩轉換效率。這種納米散射體結合了聚合物分散液晶（PDLC），一種在智能窗戶應用中展現出巨大潛力的材料，以及具有高UV反射率的二氧化鈦（titanium dioxide）納米粒子的復合體，這種材料常用于UV阻隔劑。
通過光聚合相分離技術，形成了PDLC類型的納米散射體，促使該色彩轉換層內光向及散射特性的優化，使藍光在沒有色色轉換的情況下不會泄露，從而繼續與內部的量子點相互作用，從而實現色彩轉換效率的最大化。
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