豐田雙擎技術水平如何,所謂的「阿特金森循環發動機」好嗎?

2021-01-09 汽車科學島

#老司機聊汽車知識#

問題:

豐田阿特金森循環發動機技術水平怎樣,雙擎動力有哪些技術亮點?近期有些網友諮詢豐田混動汽車的技術與品質問題,在此統一做個總結。

首先豐田使用的內燃機並非標準阿特金森結構,結構特點是功能相當的「米勒循環」;至於錯誤的命名當然有原因,是規避些什麼就不討論了,不夠需要說明兩點。

阿特金森循環由英國工程師Atkinson於1882年發明米勒循環由美國工程師Miller於1947年發明網絡上有些說法稱這些技術都是由日系車企創造,顯然這是錯誤的;包括知名度很高的託森差速器(老款普拉多裝備),發明者也是美國工程師Vernon Gleasman。所以日系汽車的成長主要基於借鑑,這不能說是錯,但是也不要神話了學習能力並不咋滴的日本主機廠。

01米勒循環·優缺點

不論阿特金森還是米勒循環結構,實現的結果都是「壓縮比<膨脹比」;這樣的描述也許不好理解,因為什麼是壓縮比呢?——概念為活塞在氣缸內,由下止點到上止點掃過的容積與動作叫做壓縮,氣缸總容積減去掃過的容積剩下的空間叫做燃燒室;氣缸總容積與燃燒室容積的比例叫做壓縮比,參考下圖理解吧。

正常的「奧託循環」發動機的壓縮比與膨脹比是相同,什麼是膨脹比?所謂的膨脹實際指混合油氣燃燒做功後的運動狀態,可理解為熱能推動活塞從上止點到下止點的動作。

兩個止點的間距是不變的,那麼活塞壓縮的行程,則應當等於膨脹做功時的下行行程;兩者完全相同就是奧託循環了,那麼究竟什麼是米勒循環呢?其實說白了就會再簡單不過,兩個衝程的行程仍舊是相同的,但是奧託循環可以延時關閉進氣門,氣門的開合步驟如下。

進氣衝程-進氣門開·排氣門關壓縮衝程-進氣門關·排氣門關膨脹衝程-進氣門關·排氣門關排氣衝程-進氣門關·排氣門開(實際存在瞬間的兩組氣門同時打開)壓實關閉氣門是在壓縮衝程中通過特殊的氣門凸輪軸實現,簡而言之為活塞從下止點開始上行的時候,奧託循環發動機會直接關閉進氣門;但是米勒循環會等待活塞往上運動一定距離後再關閉,那麼實際壓縮行程就要比活塞上行行程短,但是膨脹衝程還是標準的從上止點到下止點,這就是米勒循環——有什麼意義呢?

優點:延時關閉氣門且活塞上行,此時就不是進行壓縮,而是通過活塞實現像「針筒滋水」一樣,把氣缸內部的混合油氣往外推;部分混合氣會被推到進氣歧管裡,那麼在關閉氣門後,缸內的混合氣是不是就比標準排量的空氣燃料比少了呢?

答案就是這樣嘍,結果則是以更少的混合氣燃燒做功,做到標準的膨脹比以實現正常運行;這種設計被認定為節油,不過個人認為只能滿足對性能要求極低的用戶。

缺點:內燃機做功的基礎是燃燒燃油,燃燒的本質是碳氫化合物的氧化還原反應;熱能雖然是反應的結果,但是空氣中的氧氣只是作為催化氣體,燃油本身才是「能量」。

所以米勒循環發動機在壓縮衝程中,把部分混合氣擠回進氣歧管,耗油量實際是減少了,但是更少的燃油轉化出的熱能當然也會更低。這就是此類發動機的最大扭矩都非常差的原因,2.5L排量也只有221N·m,這連中等水平的1.5T-奧託循環發動機都不如。而扭矩低則只有依靠拉升轉速實現相對高功率,然而扭矩技術過小,結果這是2.5L-131kw的水平,這倒是算不錯的1.5T發動機的標準了。

02雙擎系統

嚴格意義上的米勒循環並不適合燃油動力汽車,除非通過高壓直噴技術提升蒸發性能與燃效,以高效率增壓器實現高氧濃度的富氧燃燒;以這兩種方式可以實現相對大的扭矩,參考驍雲1.5T-米勒循環機。

最大功率136kw最大扭矩288N·m(1500~3700rpm)這臺機器驅動接近1.6噸的SUV,能夠實現的10秒破百;如果換用豐田2.5L-米勒機,加速能力不會比普通後驅麵包車更強。所以NA技術的米勒循環發動機只能用於混合動力汽車,說白了就是依靠電動機的恆扭矩和高轉速的特點,補償內燃機的動力的缺失。

這種設計是合理的, 因為電機的轉化效率可以超過90%,而內燃機峰值也不過40%;所以以電機作為核心動力元,車輛的綜合能耗可以有效的下降。

然而豐田雙擎系統使用的ECVT比較尷尬,雷凌卡羅拉的雙電機總功率只是50多千瓦,凱美瑞也不過88kw;所謂的ECVT並非傳統錐輪鋼帶的無級變速器,而是集成發電機與驅動電機的「動力系統」,內燃機串聯發電機控制一個前進擋,驅動電機當然也只有一個前進擋。

那麼問題就很突出了,以雙擎凱美瑞為例,去掉發電電機的功率參數後,驅動電機還有多大點呢?很顯然是小微型電動汽車的動力標準,電驅系統動力儲備無法有效補償內燃機的不足,最終是綜合性能仍舊挺弱;想要讓性能不理想的汽車節油,唯一的方式就是溫和的駕駛。這就是豐田雙擎技術的真實水平,實際價值更適合定位入門級。

編輯:天和Auto-汽車科學島

天和MCN授權發布

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