引擎。 奥托循环和阿特金森循环之间的差异

一段时间以来，“阿特金森经济循环引擎”一词变得越来越普遍。 这个循环是什么？为什么它会降低油耗？

当今最常见的四冲程汽油发动机采用所谓的奥托循环，该循环由德国发明家尼古拉斯·奥托（Nikolaus Otto）于 XNUMX 世纪末开发，他是第一批成功的往复式内燃机之一的设计师。 这个循环的本质包括曲轴两转中执行的四个冲程：进气冲程、压缩冲程、工作冲程和排气冲程。

在进气冲程开始时，进气门打开，通过该进气门，空气燃料混合物通过活塞缩回从进气歧管中吸入。 在压缩冲程开始之前，进气门关闭，活塞返回头部压缩混合物。 当活塞到达其峰值位置时，混合物被电火花点燃。 由此产生的热废气膨胀并推动活塞，将其能量传递给它，当活塞尽可能远离头部时，排气阀打开。 排气冲程开始于返回活塞将废气推出气缸并进入排气歧管。

不幸的是，在做功冲程期间，并非废气中的所有能量都用于推动活塞（并通过连杆旋转曲轴）。 当呼气阀在呼气冲程开始时打开时，它们仍处于高压状态。 当我们听到一辆消声器坏了的汽车发出的噪音时，我们就可以了解到这一点——这是由于能量释放到空气中造成的。 这就是传统汽油发动机的效率仅为 35% 左右的原因。 如果有可能在工作冲程中增加活塞的冲程并利用这种能量......

这个想法来自英国发明家詹姆斯·阿特金森。 1882 年，他设计了一种发动机，由于有一个复杂的推杆系统将活塞连接到曲轴，动力冲程比压缩冲程长。 结果，在排气冲程开始时，废气的压力几乎等于大气压，它们的能量得到了充分利用。

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那么为什么阿特金森的想法没有得到更广泛的应用，为什么一个多世纪以来内燃机一直在使用效率较低的奥托循环呢？ 有两个原因：一个是阿特金森发动机的复杂性，另一个 - 更重要的是 - 它从排量单元获得的动力越少。

然而，随着越来越多地关注油耗和机动化对环境的影响，阿特金森发动机的高效率被人们铭记，尤其是在中速时。 他的概念被证明是一个很好的解决方案，特别是在混合动力汽车中，其中电动机可以补偿动力不足，尤其是在起步和加速时需要。

这就是为什么改良的阿特金森循环发动机被用于第一款大规模生产的混合动力汽车丰田普锐斯，然后是所有其他丰田和雷克萨斯混合动力车。

什么是改良的阿特金森循环？ 这个巧妙的解决方案使丰田发动机保留了传统四冲程发动机的经典、简单设计，并且活塞在每个冲程中移动相同的距离，有效冲程比压缩冲程长。

其实应该说不同：有效压缩周期比工作周期短。 这是通过延迟进气门的关闭来实现的，进气门在压缩冲程开始后不久关闭。 因此，空气-燃料混合物的一部分返回进气歧管。 这有两个后果：燃烧时产生的废气量较小，并且能够在排气冲程开始之前完全膨胀，将所有能量传递给活塞，并且压缩较少的混合物所需的能量较少，这减少内部发动机损失。 使用这种解决方案和其他解决方案，第四代 Toyota Prius 动力总成发动机能够实现高达 41% 的热效率，而以前只有柴油发动机才能提供。

该解决方案的美妙之处在于，延迟关闭进气门不需要重大的结构变化——使用电子控制机构来改变气门正时就足够了。

如果是这样，为什么不反过来呢？ 嗯，当然; 自然！ 可变占空比发动机已经生产了一段时间。 当动力需求较低时，例如在悠闲的道路上行驶时，发动机以阿特金森循环运行以降低油耗。 当需要最佳性能时——从前灯或超车——它会切换到奥托循环，使用所有可用的动力。 这款 1,2 升涡轮增压直喷发动机用于丰田 Auris 和新款丰田 C-HR 城市 SUV 等车型。 雷克萨斯 IS 200t、GS 200t、NX 200t、RX 200t 和 RC 200t 使用相同的两升发动机。