阿特金森循环发动机效率高(阿特金森循环发动机这么好)
首先要说阿特金森循环并没有您想象的那么好;其次丰田已经将阿特金森循环用在了燃油车上;再其次阿特金森循环不能单独存在,至少以目前的技术来看无法单独存在,要么在燃油车上与奥托组成双循环形式、要么配合电机组成混动,因为阿特金森循环(米勒循环)的功率密度有些太差,单独存在会令驾驶者很头疼!
阿特金身循环是个很古老的技术,如果它全方位的好,早就取代奥托循环了;丰田或者其它主机厂所搞的阿特金森循环的确做到了膨胀行程大于压缩行程,但并没有改变几何的膨胀行程、压缩行程,只是通过更加成熟、完善的可变气门技术模拟出了阿特金森循环的效果,但活塞的几何膨胀行程依然等于压缩行程,只是利用进气门延迟关闭(压缩冲程进行了一部分之后,进气门才会关闭),将可用空气利用晚关的进气门压出一部分,之后进气门关闭、已经上行一部分行程的活塞才真正意义上进入压缩冲程,简单点说纯正的阿特金森循环的物理膨胀行程的确大于物理压缩行程,但由于结构太过于复杂、易出故障而被雪藏;而现如今的所谓阿特金森循环只是通过可变气门技术将实际的压缩行程缩小(物理压缩行程不变),而模拟出了压缩行程小于膨胀行程的效果,而省油的原理在于同样的压缩行程下、谁的膨胀行程更大,那么谁就可以做更多的功,别问鄙人为什么,工程热力学上就是这么写的,所以阿特金森循环下烧更少的油、可以换来更多的功没问题,但“功”的质量就与奥托存在明显的不同了。。。
阿特金森循环可以看作有五个冲程
传统奥托循环发动机有进气、压缩、做功、排气四个冲程,而阿特金森循环可以有进气、晚关进气门的压缩排气、压缩、做功、排气五个冲程(比喻),因为当活塞上行开始压缩气体的时候,进气门还没有关闭,所以一部分气体被顺着打开的进气门压出,所以这个过程并不属于真正意义的压缩冲程,而当活塞上行了一段行程后,进气门彻底关闭,此时才算真正意义上进入压缩冲程,由于活塞上行已经走了一段路程,所以真正压缩冲程距离变短,所以这样就缩短了压缩冲程,同时由于压缩行程的变短,导致等效压缩比也同时降低(正如下图所示,实际压缩行程变短,导致缸内最大容积变小,所以最大缸内容积与燃烧室容积的比值同时变小,所以压缩比变小)。。。
阿特金森循环的致命缺点
阿特金森循环是存在缺点的,而这个缺点非常的致命!还是那句话,如果阿特金森循环既省油、又能保证动力,那么它早就取代奥托循环而成为内燃机首选循环方式了,之所以不能单独存在就是因为其功率密度太低,单独使用就等同于降排量一样,而且阿特金森循环还没有办法配合增压技术,道理也很简单怎么增压也扛不住阿特金森的晚关进气门往出吐啊,可用空气都给吐出去了,还增什么压?而动力弱也同样是由于其在真正进入压缩冲程之前,将可用空气吐出了一部分,空气少了、燃烧还能保证么?
发动机产生更强动力的本质是什么?说到底就是在每一个循环、烧掉更多的燃油、单位时间内获得更大的能量而已;比如一台2.0L自然吸气发动机,每个气缸0.5L,按照理想的空燃比14.7来计算,每个循环可以烧掉约0.034L的燃油,如果想增强动力,要么增加排量、要么上增增压(不改变物理容积,而强行向气缸内压入空气),这两种方式都可以让
每个循环的进气量增加、从而烧掉更多的油、获得更大的动力。。。
我们再来看看发动机在阿特金森循环状态下都做了些什么;还是用上文中2.0L自然吸气发动机为例(阿循环配不了增压,前文已经有提到过),每个气缸0.5L,也就是说每个气缸可以吸入最大为0.5L的空气,结果由于进入假压缩冲程时(上文提到的第五循环),吸入的0.5L空气被压出去一部分(进气门没关),假设压出去0.2L(实际没有这么多),这个时候缸内的可用空气变成了0.3L,如果还是按照理想空燃比14.7来计算,此时能喷出的燃油只能达到0.020L,可以烧的混合气体变少了,每循环产生的动力自然就低了,发动机的功率、扭矩自然都上不去了(不要去较真功率或扭矩,无论功率还是扭矩,都是靠烧更多的油获得的,每循环可用混合气量降低,功率、扭矩自然都会降低);如果上文例子中的2.0L全时阿特金森循环化发动机,它的实际排量相当于奥托循环的1.2L(当然这只是个例子,但实际上2.0L纯阿特金森发动机的动力至少赶不上1.6L的奥托循环发动机),这样我们就有了一个比较准确的答案,我们花2.0L发动机的价格,买回了一个只有1.2L排量动力的发动机,换做是您能同意么?愿意买么?
所以单独存在的阿特金森循环化发动机是不存在的,换句话说是没有存在价值的,奥托循环发动机的排量是实打实的,说2.0L的排量就是2.0L的排量;而2.0L的阿特金森循环化发动机最多也就是1.4-1.6L排量的实际水平,这样的产品谁会买?涡轮增压技术之所以能得到广泛推广在于其以小博大,而阿特金森循环则完全是大不如小,所以丰田也好、其它主机厂也罢都不会令其单独存在,单独存在就完全是个废品,所以阿特金森循环是会用在燃油车上,但不会单独存在,而是和奥托组成了双循环的方式,通过成熟的VVT技术,让发动机在部分工况下,实现阿特金森化,比如车子在匀速行驶的时候,对功率、扭矩都无过大需求,这个时候就可以切阿特金森循环,而车子需要给油加速的时候,立刻切回奥托循环。。。
传统的阿特金身循环发动机有两大缺点,其一就是结构复杂(如上图)、其二就是动力变现太疲软;不过以现有技术倒是扫清了障碍,比如通过更加成熟的VVT(可变气门正时)缩短了压缩行程,从而在不改变发动机常规结构的情况下模拟出了阿特金森循环;又通过配合电机组成混动、配合奥托组成双循环的方式来弥补动力不足的问题,加速工况用电机、或者是奥托循环,而阿特金森则用于匀速的工况,这样一来阿特金森的短处就被弥补,而可以发挥省油的长处了;所以说阿特金森循环已经被丰田用在了燃油车上,只不过不是单独存在,而是与奥托组成了双循环,实际上单阿特金森循环循环的发动机
没有存在意义。。
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