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最近幾年豐田和馬自達紛紛推出了高壓縮比和高熱效率的發動機,似乎對現有技術有了新的突破。而馬自達的藍天二代發動機的熱效率更是號稱達到了50%,百公里油耗達到3.3L堪比混動,這不得不讓人感嘆內燃機似乎還有很大的發展前景,還有新天地可以開闢。那為什麼馬自達和豐田能做到那麼高的熱效率?我們聽到最多的相關技術就是其發動機採用了阿特金森循環或者是米勒循環又或者是奧託和阿特金森雙循環。

那麼什麼是奧託循環、阿特金森循環和米勒循環呢?它們之間又有什麼不同呢?我來分享下自己的認識。

奧託循環

由吸氣、壓縮、做功、排氣四個步驟組成一個循環週期,又叫四衝程發動機,由德國人尼古拉斯-奧拓根據前人理論發明並應用。礙於當時技術和知識的限制並不存在如今考慮的氣門可變性,更不會考慮注重燃油經濟性和動力提升,但放在那個年代可以說已經是開拓者的存在了,不可能對它要求太高。奧拓循環過程中壓縮行程和做功行程是一樣的,所以其最大的特點就是:壓縮比=膨脹比,所以理論上發動機在各個階段不會出現乏力、扭矩缺失的情況。因其性能出色、穩定性和耐用性較高,如今也是被各大車企廣泛應用起來。

要點:壓縮比=膨脹比

阿特金森循環

阿特金森循環是在奧託循環基礎上致力於提高熱效率而研發出來了。雖然阿特金森結構可以從機械端使發動機的膨脹比大於壓縮比,但是由於其結構複雜、穩定性差、動力傳遞損失大導致其成本高、可維修性低,量產後的性價比不如當時的奧託循環。所以阿特金森循環特殊的連桿、曲軸結構一直沒有被廣泛使用,但是對於阿特金森的這種循環理念一些車企也沒放棄過對其的研發。

要點:膨脹比大於壓縮比

結構特點:特殊結構的曲軸通過擺桿連接活塞連桿,從機械結構上改變壓縮和膨脹行程從而實現膨脹比大於壓縮比。

米勒循環

米勒循環的目的和阿特金森循環是一樣的,讓發動機的膨脹比大於壓縮比。但不同之處就是米勒循環捨棄了阿特金森複雜的機械結構而是通過改變氣門的運行狀態來「模擬」阿特金森循環的效果。意思就是通過進氣門晚關的設計來把一部分已經吸進氣缸的混合氣體再壓回進氣歧管然後再關閉氣門壓縮,而燃燒做功後活塞會運行的下止點,這樣發動機的實際壓縮比是小於膨脹比的從而達到阿特金森循環的效果。

要點:膨脹比大於壓縮比

結構特點:捨棄阿特金森複雜的機械結構通過氣門的開關控制來「模擬」達到阿特金森循環的效果。

雙循環

理論上通過改變氣門的開關和時間控制就可以讓發動機達到「米勒循環」效果,那麼針對氣門正時系統的設計就可以讓發動機在不同工況採用不同的循環方式驅動。我們看看豐田如何實現的:它利用了其最新的「智能廣角可變氣門正時系統」簡稱VVT-IW,改油壓為電控,提高正時正時角度可變範圍等通過精準控制和寬範圍調節可以讓發動機在不同工況運行。

特點:奧託循環和阿特金森循環自由切換,既能保證動力還經濟省油。

總結:看了以上你會發現阿特金森循環和米勒循環的目的是一樣的只不過解決辦法不同,從結構上看米勒循環更切實際。而我們現在說的阿特金森循環其實並不是真正意義上的阿特金森循環,它和米勒循環的原理大差不差,可以把它看做是米勒循環的兩個名字。豐田之所以稱自己是阿特金森循環完全是避免利用馬自達的米勒循環名字,因為阿特金森循環專利早已過期,而馬自達重拾米勒循環後為其註冊了很多相關專利。從原理上看可以最簡單的理解為:現在阿特金森循環≈米勒循環,只是叫法不同。

當然從技術上講,豐田的阿特金森和馬自達的米勒循環還是有差異的,最大的差異就是馬自達有機械增壓器。


「奧託循環」又叫四衝程循環,由吸氣、壓縮、膨脹、排氣四個過程組成,這也是內燃機的鼻祖模型了,世界上第一個內燃發動機就是基於這套原理實現的,1876年實現首次應用到發動機。「奧託循環」發動機的膨脹比和壓縮比相同,畢竟是第一代發動機技術,能動就不錯了。

「阿特金森循環」是奧託循環改良版,別看這名字最近在日系車上當作很大的噱頭來吹噓,最著名的馬自達創馳藍天發動機,好像很高大上,實際上這套技術最早實現於1882年,也算是老技術了。阿特金森循環發動機主要的改進就是提高了效率,但降低了功率密度,其缺點是在低轉速時效率低、扭力較差。「阿特金森循環」發動機的膨脹比大於壓縮比,提高了熱效率,相比「奧託循環」先進了不少。

「米勒循環」也是奧託循環改良版,最早在1947年提出,主要區別在於:

1、米勒循環發動機依賴於機械增壓器。

2、米勒循環發動機在壓縮衝程期間,進氣門保持打開狀態,因此發動機將壓縮機械增壓器的壓力,而不會壓縮氣缸壁的壓力。 由此將使效率提高約15%。

核心原理是通過改變進氣門關閉角度控制發動機負荷,從而減少了部分負荷下發動機的泵氣損失,發動機的膨脹比大於壓縮比,在膨脹行程中可最大限度的將熱能轉化為機械能,解決了採用節氣門負荷控制的奧拓循環時發動機泵氣損失大、油耗高、污染物排放大等一系列問題。「米勒循環」發動機的膨脹比也大於壓縮比,同時是為了提高了熱效率。

總結:

「奧託循環」發動機膨脹比和壓縮比相同。

「阿特金森循環」和「米勒循環」作為「奧託循環」的改良版,其膨脹比都大於壓縮比,提高了熱效率,只是實現方式不同而已。

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其實就是氣門開啟和活塞運動節奏的搭配 不同的開啟角度和不同的壓縮力度就延伸出了這些 就比如夫妻生活中的各種體位 雖然這個比喻露骨點


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