阿特金森循環是什麼?
我們知道,發動機是一種將燃料的化學能轉化為機械能的裝置,在其中間還有一種熱能轉換,它的工作原理就是:吸、壓、功-排這四個步驟,從發動機的發明到現在,大部分的工作都是採用奧託循環。
四步活動行程相同,結構相對來說是最簡單的,隨著對發動機的深入研究,人們發現,如果壓縮行程(壓縮比)小於做功行程(膨脹比),就能起到節油的作用,於是1882年英國工程師詹姆士·阿特金森發明了新的循環,這就是阿特金斯循環,來理解具體的工作原理。
阿特金森循環是在奧託循環的基礎上改進的,吸氣-壓縮-做功-排氣四個過程基本沒有變化,通過一套複雜的曲軸連杆結構,實現了做功行程大於壓縮行程,這樣吸入和壓縮的空氣越少,燃油越少,達到最佳空燃比,做功行程相對較長,簡單地說,就是消耗越少的燃油幹更多的事,從而達到省油的目的,同時熱效率也隨之提高,正如之前普通發動機的熱效率一般在30%左右,通過可變氣門正時、缸內直噴和分層燃燒等技術,可以提高到32-34%,而 Atkinson循環現在與豐田最高的41%一樣,都是在 Atkinson循環技術上進一步升級的結果。
事實上,現在的阿特金森周期並不是真的阿特金森
因為阿特金森循環發動機結構相對複雜,無論是技術要求還是生產成本、後期維護費用都很高,而且複雜後可以在一定程度上降低可靠性,所以真正的阿特金森循環發動機並不受歡迎,並逐漸被淘汰。
美國工程師羅爾夫·米勒於1940年獲得了一項名為「米勒循環」的發明專利(後來被馬自達購買),該發明正式問世了,該專利對現在的發動機來說意義重大,只是在早期並未真正加以利用,直到1990年馬自達才開始使用它的大型房車,這才進入廣大消費者的視野。
何謂米勒循環?
假如阿特金森是奧託循環的升級版,那麼米勒循環則是阿特金森循環的進一步簡化,兩者都是基於奧託循環,通過壓縮比做功行程小的行程來降低油耗,只不過結構和工作原理不同。
米勒循環過程中,活塞由下而上的行程與做功行程相同,對於活塞來說,還是一個完整的奧託循環,但是使用延遲關閉進氣門的方法可以達到減小壓縮行程的目的,因為進氣門關閉時間較晚,吸入的空氣會有部分排出,所以實際壓縮的空氣量仍然較少,因此與阿特金森循環相比,其本質上並無太大差別,但其結構簡單,也不存在因複雜而帶來的缺陷,這正是目前所謂的「阿特金森循環發動機」真正採用的循環方式,因為馬自達以前掌握了專利,儘管2008年專利已經取消,但仍然保持著原來的循環方式。
艾金森(米勒)周期真的好嗎?
與奧託循環相比,米勒循環雖然省油了,也解決了結構複雜的問題,但這類發動機本身也有明顯的缺點,即動力不足,畢竟其本質還是用較少的燃料做較多的功,而且高膨脹比不利於發動機的高轉速輸出,最常見的形容詞就是「低扭不足」,其實高轉速動力表現也不怎麼樣,只是低速時的表現不如低速時那麼明顯,儘管對一輛車來說油耗的經濟性很重要,但動力同樣也是不容忽視的因素,車企有動力再降低油耗的難度要小些,畢竟不是所有人都像馬自達對技術的執著,所以綜合對比下,普通的奧託循環才是當今的主流,所以豐田或者其他品牌的燃油車都不會採用奧託循環。
為什麼豐田混動使用阿特金森循環引擎?
實際上,看到上面的介紹這個問題的答案已經很清楚了,因為更經濟、更省油,低扭不足的缺點可以通過電機來彌補,而且低速主要是通過電機來驅動,速度快了以後用發動機驅動還會有油耗上的優勢,所以阿特金森循環發動機對於豐田混動來說是一個很好的選擇。
小結:阿特金森(米勒)循環雖然看上去更先進,但在節油方面具有優勢的同時也存在著動力方面的不足,屬於優缺點都比較明顯的類型,所以不能直接用「好」來形容,只能是很好地滿足某些特殊需要,如非插電式混動,對普通燃料車而言,這並不太適合。