近年來,“阿特金森”在各種汽車報道中出現得越來越多,但很多人看到這四個字估計(jì)都不知其然。
小編第一次對阿特金森感(gǎn)興趣是在兩(liǎng)年前馬自達阿特茲上市時,看到廣告中各種宣傳阿特(tè)茲的創馳藍天技術可實現(xiàn)發動機壓(yā)縮比達到13:1,這個數值遠(yuǎn)高於當時(shí)市麵上售賣的傳統能源車型。於是小(xiǎo)編進一步查閱資料,終於明(míng)白了——哦,這一切原來都源自於這四個(gè)字,阿特金森。
一、阿特金森發動機的淵源
所謂的阿特金森實際上是一種以人命名的發動機循環形式。
1875年,一位來自德國的技術大牛發明了四衝程內燃機,也就是我們目前絕大多數汽油發動機使用的進氣、壓(yā)縮、作功、排氣四種(zhǒng)行程循環的發動機,秉持歐(ōu)洲人“誰發明,誰命名”的一貫作風,這種(zhǒng)四衝程的循環原理被命名(míng)為奧拓循環(huán)。
到了1880年,一位來自英國(guó)的技(jì)術大牛,我(wǒ)們的男豬腳——阿特金森(sēn),在原(yuán)來(lái)的奧拓循環上進行了改良,通(tōng)過改變軸杆行程讓發動(dòng)機的壓縮行程小(xiǎo)於膨(péng)脹行程,形成發(fā)動機的膨(péng)脹比高於壓縮比,提高了(le)熱效率,降低了燃油(yóu)的消耗。
阿特金森先後(hòu)提出(chū)過三種結構,下圖是他在1887年所提交第二種專利的方案,也是目前眾所周知的方案。而另外兩種,由於(yú)與(yǔ)目前的四衝程內燃機相去甚遠,已經漸漸淹沒在了茫茫“機”海之中。
然而,由於其改變軸杆行程的機械方法過於複雜(zá),因此,這種阿特金森發動機一直都(dōu)沒(méi)有得到廣泛的商業利用。
時間轉眼到了1957年,又一位來自美國的技術大牛米勒,他覺(jiào)得阿特金森循環(huán)使用的那些機(jī)械連杆太麻煩了(le),於是想出了一(yī)種方法——當發(fā)動機的進氣行程結束時,讓發動機的進氣門早一點關閉,這樣氣缸內的混合氣體就(jiù)比奧拓循環時要(yào)少,這樣也減少了壓縮行程。然後再通過機械增壓的手(shǒu)段(duàn)保持下一次進氣的壓(yā)力(lì)。這種循環方式因此就被稱作為米勒循環。
米勒循(xún)環
當然(rán)米勒那個時期知識產(chǎn)權意(yì)識已經相當強了,所以他早早地申請了專利,這項專利在上世紀90年代被馬自達應用推廣,他們的2.3L V6發動機還蟬聯1995-1998年沃德全球十(shí)佳發動機。
奧(ào)拓與阿特金森發動機工作原理對比
而我們(men)現在常提到的阿特金森發動機,實際上也是利用調節進氣門關(guān)閉的時間來實現膨脹比大於壓縮比的,隻是現(xiàn)代的阿特金森循環是通過延遲進氣門關閉的(de)時間,在活塞(sāi)進行壓(yā)縮行程時將氣體擠(jǐ)出氣缸的形式來實現縮(suō)短壓縮行(háng)程的。隻是各家運用的技術手段都不盡相同,所以還是稱(chēng)為阿特金森(sēn)發動機而不是(shì)米勒發動機。(最重(chóng)要的是人家有專利(lì)啊,嗬嗬)
二、阿特(tè)金森發動機迎來春天(tiān)
通過上麵(miàn)的介紹,我(wǒ)們可以知道奧拓循(xún)環的發動機是進氣(qì)行程=壓縮行程,因此膨脹(zhàng)比=壓縮比,而阿特金森循環與之不同的是膨脹比>壓縮比,所實現(xiàn)的效果便是熱效率更高,燃油經濟性更好。
其實道理很簡單,因為你吸入的混合氣體少了,然而發動(dòng)機燃燒做功後活塞還是會運動到下止(zhǐ)點,然後再排氣、進行下一次的循環。相當於你幹的同樣的活,但是吃得卻更少,當然更(gèng)省!
但是,天下沒有免(miǎn)費的午餐,人家吃得少,做著同樣的事情,難免會肚子餓(è)沒力(lì)氣。阿特金森循環的(de)發動機因為進氣少,因此會表現出動力不足的情(qíng)況,所以阿特金森發動機作為傳統內燃機(jī)一直因為它有較明顯的缺點而沒有被(bèi)廣泛應用。
直到混合動力的概念(niàn)逐漸提出,阿特金森發動機才迎來了新的轉機——因為電動機能夠在需要的時候提供動力,從而(ér)完美地解決了阿特金森發動機(jī)動力不足的問題。它(tā)們如同一對互補(bǔ)的“好基友(yǒu)”,一(yī)個需(xū)要動力,一個需要(yào)環保,簡直完美。所以,在講(jiǎng)究(jiū)節能環保與新能源(yuán)的今天,阿特金森(sēn)發動機才會(huì)越來越受到重視,這項(xiàng)發明真正迎來了春天。
看看我們傳祺GA3S PHEV搭(dā)載的這台1.5L阿特金森發動機,百(bǎi)公裏油耗低至1.7L,百公裏加速達到9.9秒,是(shì)不(bú)是“驚呆”了。
盡管機理上大家都大同小異,但是廣汽研究院自主(zhǔ)開發的這款1.5L阿(ā)特(tè)金森發動(dòng)機還是具有(yǒu)其鮮明的技術特(tè)色。
廣汽研究院自主開發的1.5L阿特金(jīn)森發動機
1、高效緊湊的進(jìn)排氣係統設計
要想(xiǎng)自(zì)然(rán)吸氣發動機效率(lǜ)高,高效的(de)進排氣係統是必不可少的,在保證緊湊的布置空間的要求下,同時保(bǎo)證了(le)進氣不均勻度不能高於1.5%的基本設計需(xū)求,並且結合油耗與性能的綜合要求,著(zhe)重對進(jìn)排氣歧(qí)管長度進行了(le)設計,讓發動機(jī)痛快呼吸。
2、高效(xiào)的燃燒係統
要(yào)想發動機們效率高,最簡單的方法就是提高壓縮比,盡管阿特金森本身的特性就能允許更(gèng)高的機械壓(yā)縮比,但要在此基礎上更進一步,廣汽研究院的攻城(chéng)獅團隊苦心鑽研更加絲滑又激情(qíng)的氣道結構,也就(jiù)是所謂的高流量係數&高滾流比氣道。配合(hé)能夠在上止(zhǐ)點附近產生更強氣流運動的全擠氣的燃燒室設計,向反動分子“爆震”大聲say NO,縱享(xiǎng)高效燃燒。
3、自主開發的軟件模塊
如果結構設計是一款發動機的外在顏值,那麽發動機管理係統的設(shè)計與標定就是一(yī)款發動機的內在氣質,而GA3S PHEV搭載(zǎi)的1.5L阿特金森(sēn)發動(dòng)機就是這樣一款內外兼修的好機。考慮(lǜ)到阿特金森循環獨特的進氣形式,在壓縮衝程初期部分進氣被壓回進氣歧管,導致傳統(tǒng)的ECU(發動機大腦)充氣模型無法(fǎ)準確地計算實際發(fā)動機的進氣量,因此我們的攻城獅團隊建立了一個數學模型,自(zì)主開發了一套(tào)充氣軟件,並對ECU進行了特殊開(kāi)發。
當然,現在(zài)越來越多的企業也將阿特金森循環運用到傳動(dòng)內燃機上——在不(bú)同工況下,通過各種手段使發動機在阿特金森(sēn)循環和奧拓(tuò)循環之(zhī)間切換,使發動機得到動力和燃油經濟性的雙贏。