解读发动机阿特金森和米勒循环

阿特金森循环与米勒循环作者：牛牛参考：汽车之家-技术版怎样有效地利用燃油产生的能源，是提升效率的一大关键，自诞生之日起，这个课题就一直在进行。从19世纪末的阿特金森循环，到上世纪40年代的米勒循环，这个原本恒定的数值，被一种“另类”的运转机制打破。 想要提升动力，提高是一个手段。想要提高燃油经济型，提高也是一个手段。但不能无限提升，而且在历史中的“远古时代”，这个问题就更难解决了。不过人类的智慧经常另辟蹊径，既然无法提高，那就把“膨胀比”搞大。 阿特金森循环 1882年，James Atkinson发明了一款，与当时的奥托循环不同的是，这款压缩行程和做功行程时，的位移是不一样的。阿特金森使用了较为复杂的连杆作为动力从到的输出，而实际行程如下图所示（阿特金森行程较长，动画中未予表现）。行程由蓝黄红绿四个色块表示，依次为：吸气、压缩、做功、排气四个行程 这种设计很巧妙，用不同的连杆机制协同工作，使得各个行程幅度不同，不仅有效的改良了进排气情况，膨胀比大于更是阿特金森最大的特点。更长的膨胀行程可以更有效的利用燃烧后废气仍然存有的高压，所以燃油效率也比奥托循环更高一些。连杆的引入不仅影响了行程，作用在上的力矩发生了改变 但复杂的连杆在体积上和故障情况都不如奥托，所以在汽车上未能普及，不过船用、发电等大型柴油机在很大程度上借鉴了阿特金森这种特性，可谓失之东隅收之桑榆。至于用晚闭进的方式，让小于膨胀比的形式是否存在于阿特金森，目前无从考证（很多文献都认为阿特金森循环运用了晚闭进这个方式，但并无依据，连杆机构对的调整和较长的行程才是阿特金森的特色），但真真正正运用这种技术的，是下面这种。 米勒循环 1940年，miller重拾这种不对等膨胀/，但舍弃了复杂的连杆结构，而是采用配气时机来制造这种效果。其解决方式为：在吸气结束时，推迟的关闭，这就将吸入的混合气又“吐”出去一部分，再关闭，开始压缩。上图为常规循环配气相位，下图为米勒循环配气相位对比常规，米勒循环进晚闭，将吸入气体部分反流排出，排晚开，使做功时间加长 这么简单的控制一个开闭的时机就制造了膨胀比大于的效果，相比传统奥托循环，废气蕴含的能量得以利用。（ps：难道当年阿特金森不会想到用这种方式实现吗？私认为应该是因为奥托循环的专利的问题，因而阿特金森不得不那么做，而到了米勒的年代，奥托的专利已经过期了。）1-2-3-4为传统PV图，6-2-3-5为阿特金森/米勒循环PV图阴影部分可以理解为阿特金森/米勒额外的行程及其利用的能量 这类的缺陷 很多读者会意识到，有了可变进气正时技术，这种技术是非常容易实现的，但为什么这种技术未能普及广泛之上呢？其原因如下： 1、 独特的进气方式让低速很差 在低速时，本来就稀薄的混合气在“反流”之后变得更少，这让该类低速表现很差，用于车辆起步显然动力不够，谁都不愿意自己的爱车输在起跑线上，也不愿因此而让自己的商品落后于别家。 2、长行程不利于高转速运转 较长的行程确实可以充分的利用燃油的能量，提升经济性，但也因此限制了转速的升高，加速性能也变差，并且“升”这个性能指标会很低。而追求性能，尤其是追求高速性能的赛车，往往行程与直径的比值会很低。在民用车上，为了平衡，通常行程与两个数据是接近的。 这就让阿特金森/米勒循环的处境非常尴尬，只在转速的中间阶段才能有效发挥动力，这对于每天在路况复杂的交通中形式的汽车非常不利，所以普通汽车不会使用这种技术。但还有很多不平凡的汽车。 阿特金森/米勒循环 从现实情况来看，目前市面上鲜有阿特金森循环。虽然宣称使用了阿特金森，但从实际结构来看，本质上是米勒循环的方式。这是因为在1993年，重拾米勒循环，装备量产车上，为避免更多的麻烦，只能说自己是阿特金森循环了。 不过两家公司走的是两个不同的思路，使用米勒循环是为了用这种方式降低提升动力，因而装备了器来进一步提升动力（很令人费解）。而是以节油为目的，发挥了阿特金森/米勒循环的实质优势。使用了的米勒循环Mazda 2.3S 因为阿特金森/米勒循环这种充分利用能源的特点，故被各种节油的混合动力车型看中，它们并不在乎低速的“不在状态”和高速的“不中用”，因为这两个时段有电动机在为车轮提供动力，的大多时段都是在发电，所以可以在在油耗最优异的转速运转。用电动机的大弥补动力的缺陷，互补之后的动力总成，让混合动力车在动力和经济型上都有着突出的表现。然而想要通过阿特金森/米勒循环来制造高的也许不大合适，的即便已经量产却未得以发展，的提升也基本上是增压带来的功效而非该循环原本的意图。所以阿特金森/米勒循环更多的被用于混动汽车之上，省油才是它的职责。作者点评：学习和了解完了阿特金森循环和米勒循环，你要是有发觉眼前一亮，发现发动机其实就是如此简单，那我这篇文章就没有白整理。欢迎大家去我的博客，上面有动态的循环图片，这样更加直观。动态链接：本人从事发动机保养和修理，有任何车子方面的不懂之处，可以讨论，电话：15380794596