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什么是阿特金森循环发动机?什么样的发动机最省油?

发动机的特性与发动机的形式息息相关。

很多人都会说某某发动机很省油,某某发动机很平顺,但是大家知道吗,发动机的特性与发动机的形式息息相关。

什么是阿特金森循环发动机?

1882年,James Atkinson发明了一款发动机,这款发动机压缩行程和做功行程,活塞的位移是不一样的。阿特金森发动机使用了较为复杂的连杆作为动力从活塞到曲轴的输出。

通常,我们认为发动机的活塞的往复运动的行程是相同的,但是如果我们能改变活塞的压缩行程或改变膨胀行程那么是一定对发动机的做功效率有帮助。压缩行程和膨胀行程对应的就是发动机的压缩比和膨胀比。在没有可变气门正时的年代,提高压缩比变得非常困难,但是智慧的人类确利用巧妙的机械连杆实现了可变膨胀比,使发动机的膨胀行程大于压缩行程,这就是阿特金森发动机的核心原理。

通俗的讲,就是阿特金森循环通过一系列的机械连杆,使活塞下压的行程小于上升的行程,使活塞的循环往复运动变得不等长。那么这么做有什么好处呢?既能有效的改良了进排气情况,更长的膨胀行程也能更有效的利用燃烧后废气,在气缸内仍然存有的高压,也可以说间接提高了压缩比,所以燃油效率也比奥托循环更高一些。

阿特金森发动机的优点是效率高,更省油,但是缺点也很明显:那就是因为活塞往复运动行程不等,所以在发动机低速以及低转速的情况下动力相应不够灵敏。而且活塞行程长也不利于发动机高转速运转加速性能也会被限制,同时发动机本身的平顺性也难以得到保证。

什么是奥托循环发动机?

1862年法国一位工程师首先提出四冲程循环原理,1876年德国工程师尼古拉斯·奥托利用这个原理发明了发动机,因这种发动机具有转动平稳、噪声小等优良性能,对工业影响很大,故把这种循环命名为奥托循环,采用奥托循环的发动机即为奥拓循环发动机。

奥托循环又称四冲程循环,内燃机热力循环的一种,为定容加热的理想热力循环。奥托循环的一个周期是由吸气过程、压缩过程、膨胀做功过程和排气过程。和阿特金斯发动机不同的是,奥托循环的活塞行程是等长的,压缩比和膨胀比是相同的。

这四个冲程构成,首先活塞向下运动使燃料与空气的混合体通过一个或者多个气门进入气缸,关闭进气门,活塞向上运动压缩混合气体,然后在接近压缩冲程顶点时由火花塞点燃混合气体,燃烧空气爆炸所产生的推力迫使活塞向下运动,完成做功冲程,最后将燃烧过的气体通过排气门排出气缸。

相比较阿特金森循环发动机,奥托循环虽然在燃油效率上是短板,但是胜在发动机结构比较简单,成本低,而且不存在阿特金森发动机高不成低不就的情况。整体表现均衡。

其实发动机的形式除了阿特金森循环和奥托循环,还有一个并不常见的米勒循环。

1940年,miller遵循阿特金森可变压缩比发动机的思路,但是舍弃了复杂的连杆结构,另辟蹊径采用配气时机来制造可变压缩比的效果。其解决方式为:在吸气冲程结束时,推迟气门的关闭,这就将吸入的混合气又“吐”出去一部分,再关闭气门,开始压缩冲程,也就是可变气门正时的先驱:通过控制气门的开启和关闭的时机,来达到可变压缩比的目的,这就是米勒循环。

而到了今天,我们有了更多的技术,我们可以控制气门的开闭时机、喷油的时机、喷油量甚至喷油嘴的角度、我们甚至可以在同一部发动机上实现阿特金森循环和奥托循环。在低速及高负载时发动机采用奥拓循环来获得更多动力,在巡航状态下采用阿特金森循环来获得更多的燃油效率和经济性。

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