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“阿特金森循环式”发动机的工作原理以及优缺点分别是什么?
阿特金百森发动机的特点是高压缩比,长膨胀行程,其排气行程做功行程进气行程压缩行程,其活塞的做功行程要比进气行程大,这样进气量可以相对减少,通过进气门关闭延迟,使得部分混合度气体被推回到进气歧管中,这样每次进入燃烧室的理论空燃比的混合气体量便相对减少了,面做功行程又相对增加了做功量,所以燃油经济性得到了提高。
阿特金森循环是一种高压缩比,长膨胀行程的内燃机工作循环,具有极佳的部分负荷经济性,但全负荷动力性能较差。部分负荷时利用进气回流使进入气缸的部分混合问气流会进气管,以增大节气门开度降低节流损失,采用远高于正常汽油机的压缩比以提高热效率,长的膨胀行程可以充答分利用燃烧气体的膨胀功,减少废气带走的能量,同样提高热效率,但由于压缩比过高不能使充气效率过高,故整机动力性能差。由于循环膨胀冲程增加过大,在结构上实现有很大的难度专,需要借助特殊的曲轴和连杆系统来实现,其技术难度相当高。现代阿特金森循环发动机(Atkinson
cycle
engine)使用属电子控制装置和进气阀定时装置,使燃烧在气缸中的油/气混合物的体积膨胀得更大,借此让动力装置能更高效地利用燃油。
什么是阿特金森循环?
阿特金森循环是一种高压缩比,长膨胀行程的内燃机工作循环,巧妙的只用一个飞轮带曲柄连杆机构实现了4个冲程。
使得发动机的压缩行程小于膨胀行程,这种巧妙的设计,不仅改善了发动机的进气效率,也使得发动机的膨胀比高于压缩比,有效地提高了发动机效率,这种发动机的工作原理被称为阿特金森循环。
阿特金森循环发动机的适用场合
由于低速扭矩小,阿特金森循环发动机配合电机就是一个很好的解决方案,在低速下,车辆甚至完全可以用电机作为动力,而到了中高速匀速行驶时,在合适的发动机转速内,阿特金森循环发动机热效率更高,提高燃油经济性,当然这类车最大的特点就是动力不足,市场定位也非常明确,就是一个特点是省油。
但随着消费者对车辆动力的需求越来越高,加上越来越多的年轻人成为购车群体,在高价位的市场,动力显然比油耗更加重要,阿特金森循环发动机目前仅在少数日系品牌上使用
丰田「米勒循环」发动机技术解析:缺少TURBO是硬伤
问题:
丰田阿特金森循环发动机技术水平怎样,双擎动力有哪些技术亮点?
近期有些网友咨询丰田混动汽车的技术与品质问题,在此统一做个总结。
首先丰田使用的内燃机并非标准阿特金森结构,结构特点是功能相当的「米勒循环」;至于错误的命名当然有原因,是规避些什么就不讨论了,不过需要说明两点。
阿特金森循环由英国工程师Atkinson于1882年发明
米勒循环由美国工程师Miller于1947年发明
网络上有些说法称这些技术都是由日系车企创造,显然这是错误的;包括知名度很高的托森差速器(老款普拉多装备),发明者也是美国工程师Vernon Gleasman。所以日系汽车的成长主要基于借鉴,这不能说是错,但是也不要神话了学习能力并不咋滴的日本主机厂。
米勒循环·优缺点
不论阿特金森还是米勒循环结构,实现的结果都是「压缩比<膨胀比」;这样的描述也许不好理解,因为什么是压缩比呢?——概念为活塞在气缸内,由下止点到上止点扫过的容积与动作叫做压缩,气缸总容积减去扫过的容积剩下的空间叫做燃烧室;气缸总容积与燃烧室容积的比例叫做压缩比,参考下图理解吧。
正常的「奥托循环」发动机的压缩比与膨胀比是相同,什么是膨胀比?所谓的膨胀实际指混合油气燃烧做功后的运动状态,可理解为热能推动活塞从上止点到下止点的动作。
两个止点的间距是不变的,那么活塞压缩的行程,则应当等于膨胀做功时的下行行程;两者完全相同就是奥托循环了,那么究竟什么是米勒循环呢?其实说白了就会再简单不过,两个冲程的行程仍旧是相同的,但是奥托循环可以延时关闭进气门,气门的开合步骤如下。
进气冲程-进气门开·排气门关
压缩冲程-进气门关·排气门关
膨胀冲程-进气门关·排气门关
排气冲程-进气门关·排气门开(实际存在瞬间的两组气门同时打开)
压实关闭气门是在压缩冲程中通过特殊的气门凸轮轴实现,简而言之为活塞从下止点开始上行的时候,奥托循环发动机会直接关闭进气门;但是米勒循环会等待活塞往上运动一定距离后再关闭,那么实际压缩行程就要比活塞上行行程短,但是膨胀冲程还是标准的从上止点到下止点,这就是米勒循环——有什么意义呢?
优点:延时关闭气门且活塞上行,此时就不是进行压缩,而是通过活塞实现像“针筒滋水”一样,把气缸内部的混合油气往外推;部分混合气会被推到进气歧管里,那么在关闭气门后,缸内的混合气是不是就比标准排量的空气燃料比少了呢?
答案就是这样喽,结果则是以更少的混合气燃烧做功,做到标准的膨胀比以实现正常运行;这种设计被认定为节油,不过个人认为只能满足对性能要求极低的用户。
缺点:内燃机做功的基础是燃烧燃油,燃烧的本质是碳氢化合物的氧化还原反应;热能虽然是反应的结果,但是空气中的氧气只是作为催化气体,燃油本身才是“能量”。
所以米勒循环发动机在压缩冲程中,把部分混合气挤回进气歧管,耗油量实际是减少了,但是更少的燃油转化出的热能当然也会更低。这就是此类发动机的最大扭矩都非常差的原因,2.5L排量也只有221N·m,这连中等水平的1.5T-奥托循环发动机都不如。而扭矩低则只有依靠拉升转速实现相对高功率,然而扭矩技术过小,结果这是2.5L-131kw的水平,这倒是算不错的1.5T发动机的标准了。
双擎系统
严格意义上的米勒循环并不适合燃油动力汽车,除非通过高压直喷技术提升蒸发性能与燃效,以高效率增压器实现高氧浓度的富氧燃烧;以这两种方式可以实现相对大的扭矩,参考骁云1.5T-米勒循环机。
最大功率136kw
最大扭矩288N·m(1500~3700rpm)
这台机器驱动接近1.6吨的SUV,能够实现的10秒破百;如果换用丰田2.5L-米勒机,加速能力不会比普通后驱面包车更强。所以NA技术的米勒循环发动机只能用于混合动力汽车,说白了就是依靠电动机的恒扭矩和高转速的特点,补偿内燃机的动力的缺失。
这种设计是合理的, 因为电机的转化效率可以超过90%,而内燃机峰值也不过40%;所以以电机作为核心动力元,车辆的综合能耗可以有效的下降。
然而丰田双擎系统使用的ECVT比较尴尬,雷凌卡罗拉的双电机总功率只是50多千瓦,凯美瑞也不过88kw;所谓的ECVT并非传统锥轮钢带的无级变速器,而是集成发电机与驱动电机的“动力系统”,内燃机串联发电机控制一个前进挡,驱动电机当然也只有一个前进挡。
那么问题就很突出了,以双擎凯美瑞为例,去掉发电电机的功率参数后,驱动电机还有多大点呢?很显然是小微型电动汽车的动力标准,电驱系统动力储备无法有效补偿内燃机的不足,最终是综合性能仍旧挺弱;想要让性能不理想的汽车节油,唯一的方式就是温和的驾驶。这就是丰田双擎技术的真实水平,实际价值更适合定位入门级。
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