阿特金森循环究竟有多神?

2017-09-11 17:56 类型:汽车配件 来源: 编辑:佚名

有所了解的群众应该会注意到,在该车上市的时候,丰田在大肆宣传一种叫阿特金森循环的发动机。包括即将上市的本田雅阁混动版也将搭载2.0T的阿特金森循环,就连大众即将推出的1.5T EA211发动机也采用了阿特金森循环,此发动机号称百公里油耗比目前1.4T EA211还要降1L,可谓是来势汹汹。

阿特金森循环几乎是以一种黑科技的姿态出现,让大家肃然起敬。今天疆哥将带你了解这个号称发动机界的“黑暗森林法则”。

,阿特金森循环

什么是阿特金森循环?

下图是大家熟悉的发动机曲柄连杆方式,传统的曲柄连杆形式的发动机在一个循环内,有进气-压缩-做功-排气四个冲程,这种循环的发动机是奥托在1876年发明的,而这种发动机的循环方式则被命名为奥托循环。

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奥托循环的发明,是人类将汽油燃烧的化学能转化为机械旋转运动的动能的里程碑。那么,发动机的运动形式只有奥托循环吗?当然不是!除了马自达的转子发动机,还有一种大家没见过的循环模式,叫阿特金森循环,如下图。这是一套复杂的曲柄连杆方式。

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这时大家会奇怪,为什么要专门搞一套这么复杂的方式去实现阿特金森循环呢?此处略去发动机示功图的专业解释,直接奉上阿特金森的核心理念(其逼格之高,可以堪称为发动机界的“黑暗森林法则”):要提高热效率(也就是省油),必须要让做功行程大于压缩行程(也就是点火后推动活塞往回走的路程要大于点火前活塞压缩混合气的路程)。

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而我们熟悉的发动机的曲柄连杆机构由于结构限制,做功行程等于压缩行程。这也就是为什么真正的阿特金森要采用这么复杂的一套曲柄连杆机构了。

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然而,请大家注意,疆哥在前文描述阿特金森循环时,用了“真正的”这几个字,那么,难道有假?

你猜对了,真正的阿特金森循环由于其结构复杂,加工和后期维修困难,被各大车企给战略性放弃了。但是,阿特金森的理念还在。于是,工程师开始琢磨,不就是要做功行程大于压缩行程嘛,既然不能增加做功行程,那我们就不如想办法减少压缩行程呗。那么,在不改变发动机传统曲柄连杆结构的基础上,怎么实现呢?工程师脑洞大开,开启了“作弊模式”。

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如果在发动机压缩行程的初期,让进气门晚关,这时,把一部分混合气偷偷的挤出气缸后,再关闭进气门开始压缩行程,这样一来,真正意义上的压缩行程就不能从活塞的下止点开始计算了,而是从进气门关闭那一刻算起。自然而然,就实现了做功行程大于压缩行程(解释得好累)。于是,这种循环方式被命名为米勒循环。因此,现在各大车企宣传的阿特金森循环,其实都是米勒循环。

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阿特金森循环的特点

普通发动机的热效率大约为30%,而配备了VVT(可变气门正时)的发动机热效率约32%;在此基础上利用缸内直喷+分层燃烧技术,能把发动机热效率提高至34%;而丰田的普锐斯利用阿特金森循环号称热效率高达38%。可见阿特金森循环的最大特点是省油。

然而,通过将部分混合气推出气缸的工作方式必然也会损失部分动力。举个例子,1.8L的阿特金森循环,在发动机压缩行程前期,将部分混合气推出到气缸外时,此时发动机的真正压缩行程量可能就只有1.5L甚至是更低,所以其动力性必然是有损失的。丰田的雷凌双擎发动机排量为1.8L,而其最大功率仅有73KW,而大众1.6L的普通发动机,最大功率有81KW,可见阿特金森循环的特点用一句话可以总结为:通过牺牲车辆的部分动力性来换取经济性。

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哪些车用了阿特金森循环?

由于阿特金森发动机的特点,很少在量产车上单独使用(单独使用起步动力太肉,用户无法接受)。目前汽油车上,主要是马自达的创驰蓝天发动机在用;而更为普遍的应用是在混动车型上,如丰田系的普锐斯、卡罗拉、雷凌等混动版,雷克萨斯的CT200、RX450h混动版,本田系的雅阁混动版等。

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混动车型在车辆起步阶段,由电动机驱动,电动机低速扭矩大,使汽车加速快,以此来弥补了阿特金森循环发动机的动力性不足缺陷。而到了中高速匀速行驶时,阿特金森循环的发动机热效率高,又可以提高燃油的经济性。

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另外,日产也在创新,在今年的巴黎车展上,亮相了他们的新技术,可变压缩比的双循环发动机(阿特金森循环+奥托循环),该发动机将搭载在全新QX50上。用于解决目前阿特金森循环中动力性与经济性矛盾。

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总结

阿特金森循环(米勒循环)从1940年提出后,不断有厂商对其进行研发,从理论上讲,并不是逆天的黑科技。由于其发动机的动力特点,在早些年没有被大家关注,而随着新能源车的发展趋势,现在慢慢的被各大媒体的厂商宣传,出现在大家眼前。目前来看,阿特金森循环的局限性太大,导致应用范围受限于混动车型。相信在不远的将来,随着新能源政策的激励,会有更多提高热效率的新科技出现。


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