奧托、阿特金森、米勒循環優缺點

對汽車感興趣或是打算買車的朋友應該都聽過阿特金森循環或米勒循環這些名詞,雖然聽起來相當高大上,但聽銷售顧問講完,總感覺云里霧里不知所云。最關鍵的是,聽完一番介紹后,自己對這項技術的優勢也并沒有了解的特別充分。通過這篇文章,車叔帶大家一起了解這幾種循環,并說明它們各自的優缺點,方便大家在選購過程中做出理性判斷,而不是被各種包裝的話術迷惑。

「車叔講堂」一文看懂奧托、阿特金森、米勒循環

 

奧托循環

 

奧托循環可以說是四沖程內燃機工作的基本循環,奧托循環的一個工作周期由吸氣、壓縮、膨脹做功和排氣四個沖程組成,并且在奧托循環的每個沖程,活塞行程都保持一致,它也是定容加熱的理想熱力循環。

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它同時也是主流內燃機的基本工作原理,雖然不同廠家在發動機的技術上有各自亮點,但它們也都是建立在奧托循環的基礎之上。

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奧托循環的優點是運轉平順,發動機結構相對簡單,對配氣機構不用做特殊調教就可以做到很高的升功率,而且在各轉速下發動機都能提供較好的動力輸出。但它同時也存在缺點,就是它的燃油效率比較差,已經不能滿足當代社會的需求。

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阿特金森循環

 

阿特金森循環應該是朋友們聽的比較多的一種內燃機循環,特別是豐田車型上經常會提到這項技術。在搞清楚阿特金森循環之前,我們先了解一下壓縮比和膨脹比,所謂壓縮比即壓縮行程中活塞運行至下止點的汽缸容積與活塞在上止點時汽缸容積的比值;而膨脹比指做功沖程結束時汽缸容積與做功沖程開始時汽缸容積的比值。在奧托循環中壓縮比與膨脹比相同,這對提高燃油效率并不能起到積極作用,而在阿特金森循環中,膨脹比會大于壓縮比,這意味著在壓縮行程較短的情況下,卻能夠有更長的做功行程,做功行程更長相當于在壓縮行程中取得了更多的能量。這就直接提升了燃油效率。

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阿特金森循環最初由英國工程師詹姆斯·阿特金森發明,在該循環發明之初,阿特金森本人設計了一套超復雜的連桿機構,使得活塞的做功行程大于活塞的壓縮行程。雖然他的想法以及設計非常天才,但這種復雜的連桿機構并不利于發動機高速運轉,而且后期維護非常麻煩。

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不過總有一些喜歡秀技術的品牌熱衷于實現這種復雜機構,畢竟難度更大的轉子發動機都能量產更何況相對簡單地往復式發動機。經過本田的一再努力,最終本田EXLink系列發動機被造了出來,但遺憾的是,這臺發動機的最高轉速只能維持在2000轉附近,該發動機無法通過提高轉速來壓榨更多動力,所以該發動機并不具備實用性,最終本田不得不放棄這種最忠于阿特金森原型的阿特金森發動機。

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而此后的發動機都是通過推遲關閉進氣門來實現阿特金森循環,在阿特金森循環里,當發動機開始壓縮行程后,進氣門并不會立即關閉,而是會在壓縮行程持續一小段時間后再關閉,此時會將部分混合氣從進氣管吐出汽缸。真正的壓縮行程會從進氣門關閉開始算起,所以做功行程自然會比壓縮行程更長一些。這樣一來也大幅提高了阿特金森循環的燃燒效率。

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但阿特金森循環也存在一些缺點,就是低扭偏弱。在壓縮行程,將本就稀薄的混合氣還吐出去一部分,這就使得燃燒變得更加困難,所以阿特金森循環更適用于發動機低負載的中高速工況。

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米勒循環

米勒循環的原理與阿特金森循環保持一致,都是讓發動機的膨脹比大于壓縮比從而榨取更多動力,但在實現方式上卻略有不同。米勒循環在進氣過程中,通過提前關閉進氣門讓實際進入汽缸的混合氣小于理論值,從而起到降低發動機實際壓縮比的作用,這樣一來得到的膨脹比也會大于壓縮比,所以燃燒效率也會得到相應提升。而且米勒循環因為提前關閉進氣門的緣故,可以適當地對汽缸內的油氣混合物起到降溫作用,所以米勒循環還能有效改善內燃機爆震現象。

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但米勒循環同樣存在缺點,因為進入汽缸的混合氣并沒有形成非常強烈的湍流,所以它會出現與阿特金森循環相同的問題,就是高負載情況下功率不足。

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不過現階段日系品牌對米勒循環和阿特金森循環實現的方式基本一致,都是通過推遲關閉進氣門實現降低壓縮比,只是馬自達對米勒循環進行了注冊,所以為了規避專利,其他品牌都會將自己的循環稱為阿特金森循環。而最忠于米勒循環原型的則是大眾品牌的發動機,它們往往通過提前關閉進氣門以降低發動機實際壓縮比從而提高發動機燃燒效率。

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不過在買車過程中,各位朋友大可不必擔心各種循環的缺點,因為各大品牌都會通過復雜的配氣機構讓發動機在阿特金森/米勒循環和奧托循環之間切換,從而彌補各循環的弱項讓車輛始終處于動力充沛且高效的狀態。

 
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