解讀發(fā)動(dòng)機(jī)阿特金森與米勒循環(huán)

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1、阿特金森循環(huán)與米勒循環(huán)作者：牛牛參考：汽車之家-技術(shù)版怎樣有效地利用燃油產(chǎn)生的能源，是提升發(fā)動(dòng)機(jī)效率的一大關(guān)鍵，自發(fā)動(dòng)機(jī)誕生之日起，這個(gè)課題就一直在進(jìn)行。從19世紀(jì)末的阿特金森循環(huán)，到上世紀(jì)40年代的米勒循環(huán)，壓縮比這個(gè)原本恒定的數(shù)值，被一種“另類”的運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制打破。想要提升動(dòng)力，提高壓縮比是一個(gè)手段。想要提高燃油經(jīng)濟(jì)型，提高壓縮比也是一個(gè)手段。但壓縮比不能無限提升，而且在發(fā)動(dòng)機(jī)歷史中的“遠(yuǎn)古時(shí)代”，這個(gè)問題就更難解決了。不過人類的智慧經(jīng)常另辟蹊徑，既然無法提高壓縮比，那就把“膨脹比”搞大。●阿特金森循環(huán)

2、發(fā)動(dòng)機(jī)1882年，JamesAtkinson發(fā)明了一款發(fā)動(dòng)機(jī)，與當(dāng)時(shí)的奧托循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)不同的是，這款發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮行程和做功行程時(shí)，活塞的位移是不一樣的。阿特金森發(fā)動(dòng)機(jī)使用了較為復(fù)雜的連桿作為動(dòng)力從活塞到曲軸的輸出，而活塞實(shí)際行程如下圖所示（阿特金森發(fā)動(dòng)機(jī)活塞行程較長，動(dòng)畫中未予表現(xiàn)）?！夯钊谐逃伤{(lán)黃紅綠四個(gè)色塊表示，依次為：吸氣、壓縮、做功、排氣四個(gè)行程』這種設(shè)計(jì)很巧妙，用不同的連桿機(jī)制協(xié)同工作，使得各個(gè)行程幅度不同，不僅有效的改良了進(jìn)排氣情況，膨脹比大于壓縮比更是阿特金森發(fā)動(dòng)機(jī)最大的特點(diǎn)。更長的膨脹行程

3、可以更有效的利用燃燒后廢氣仍然存有的高壓，所以燃油效率也比奧托循環(huán)更高一些?！哼B桿的引入不僅影響了活塞行程，作用在曲軸上的力矩發(fā)生了改變』但復(fù)雜的連桿在體積上和故障情況都不如奧托發(fā)動(dòng)機(jī)，所以在汽車上未能普及，不過船用、發(fā)電等大型柴油機(jī)在很大程度上借鑒了阿特金森發(fā)動(dòng)機(jī)這種特性，可謂失之東隅收之桑榆。至于用晚閉進(jìn)氣門的方式，讓壓縮比小于膨脹比的形式是否存在于阿特金森發(fā)動(dòng)機(jī)，目前無從考證（很多文獻(xiàn)都認(rèn)為阿特金森循環(huán)運(yùn)用了晚閉進(jìn)氣門這個(gè)方式，但并無依據(jù)，連桿機(jī)構(gòu)對(duì)壓縮比的調(diào)整和較長的活塞行程才是阿特金森發(fā)動(dòng)機(jī)的

4、特色），但真真正正運(yùn)用這種技術(shù)的，是下面這種發(fā)動(dòng)機(jī)?！衩桌昭h(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)1940年，miller重拾這種不對(duì)等膨脹/壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)，但舍棄了復(fù)雜的連桿結(jié)構(gòu)，而是采用配氣時(shí)機(jī)來制造這種效果。其解決方式為：在吸氣沖程結(jié)束時(shí)，推遲氣門的關(guān)閉，這就將吸入的混合氣又“吐”出去一部分，再關(guān)閉氣門，開始?jí)嚎s沖程。上圖為常規(guī)奧拓循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)配氣相位，下圖為米勒循環(huán)配氣相位』『對(duì)比常規(guī)發(fā)動(dòng)機(jī)，米勒循環(huán)進(jìn)氣門晚閉，將吸入氣體部分反流排出，排氣門晚開，使做功時(shí)間加長』這么簡單的控制一個(gè)氣門開閉的時(shí)機(jī)就制造了膨脹比大于壓縮比的效果，相

5、比傳統(tǒng)奧托循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)，廢氣蘊(yùn)含的能量得以利用。（ps：難道當(dāng)年阿特金森不會(huì)想到用這種方式實(shí)現(xiàn)嗎？私認(rèn)為應(yīng)該是因?yàn)閵W托循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)的專利的問題，因而阿特金森不得不那么做，而到了米勒的年代，奧托發(fā)動(dòng)機(jī)的專利已經(jīng)過期了。）『1-2-3-4為傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)PV圖，6-2-3-5為阿特金森/米勒循環(huán)PV圖陰影部分可以理解為阿特金森/米勒額外的活塞行程及其利用的能量』●這類發(fā)動(dòng)機(jī)的缺陷很多讀者會(huì)意識(shí)到，有了可變進(jìn)氣正時(shí)技術(shù)，這種技術(shù)是非常容易實(shí)現(xiàn)的，但為什么這種技術(shù)未能普及廣泛發(fā)動(dòng)機(jī)之上呢？其原因如下：◆1、獨(dú)特的進(jìn)氣方

6、式讓低速扭矩很差在低速時(shí)，本來就稀薄的混合氣在“反流”之后變得更少，這讓該類發(fā)動(dòng)機(jī)低速扭矩表現(xiàn)很差，用于車輛起步顯然動(dòng)力不夠，誰都不愿意自己的愛車輸在起跑線上，廠商也不愿因此而讓自己的商品落后于別家。◆2、長活塞行程不利于高轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)較長的活塞行程確實(shí)可以充分的利用燃油的能量，提升經(jīng)濟(jì)性，但也因此限制了轉(zhuǎn)速的升高，加速性能也變差，并且“升功率”這個(gè)性能指標(biāo)會(huì)很低。而追求性能，尤其是追求高速性能的賽車發(fā)動(dòng)機(jī)，往往行程與活塞直徑的比值會(huì)很低。在民用車上，為了平衡，通常行程與缸徑兩個(gè)數(shù)據(jù)是接近的。這就讓阿特金森

7、/米勒循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)的處境非常尷尬，只在轉(zhuǎn)速的中間階段才能有效發(fā)揮動(dòng)力，這對(duì)于每天在路況復(fù)雜的城市交通中形式的汽車非常不利，所以普通汽車不會(huì)使用這種技術(shù)。但還有很多不平凡的汽車?！瘳F(xiàn)代阿特金森/米勒循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)從現(xiàn)實(shí)情況來看，目前市面上鮮有阿特金森循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)。雖然豐田普銳斯宣稱使用了阿特金森發(fā)動(dòng)機(jī)，但從實(shí)際結(jié)構(gòu)來看，本質(zhì)上是米勒循環(huán)的方式。這是因?yàn)樵?993年，馬自達(dá)重拾米勒循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)，裝備量產(chǎn)車上，為避免更多的麻煩，豐田只能說自己是阿特金森循環(huán)了。不過兩家公司走的是兩個(gè)不同的思路，馬自達(dá)使用米勒循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)是

8、為了用這種方式降低爆震提升動(dòng)力，因而裝備了機(jī)械增壓器來進(jìn)一步提升動(dòng)力（很令人費(fèi)解）。而豐田普銳斯是以節(jié)油為目的，發(fā)揮了阿特金森/米勒循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)質(zhì)優(yōu)勢。使用了機(jī)械增壓的米勒循環(huán)Mazda2.3S發(fā)動(dòng)機(jī)』因?yàn)榘⑻亟鹕?米勒循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)這種充分利用能源的特點(diǎn)，故被各種節(jié)油的混合動(dòng)力車型看中，它們并不在乎低速的“不在狀態(tài)”和高速的“不中用”，因?yàn)檫@兩個(gè)時(shí)段有電動(dòng)機(jī)在為車輪提供動(dòng)力，發(fā)動(dòng)機(jī)的大多時(shí)段都是在發(fā)電，所以發(fā)動(dòng)機(jī)可以在在油耗最優(yōu)異的轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)