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(gū)計都不知其然。
小編第一(yī)次對阿特金森感(gǎn)興趣是在兩年前(qián)馬自(zì)達阿特茲(zī)上市時,看(kàn)到廣告中各種宣傳阿特茲(zī)的創馳藍天技術可實現(xiàn)發動機壓縮(suō)比達到13:1,這個數值遠高於當時市麵上售賣的(de)傳統能源車型。於是小(xiǎo)編(biān)進(jìn)一步查閱資料(liào),終於明白了——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(yuān)源(yuán)
所(suǒ)謂的阿特金森實際上是一種以人命(mìng)名的發動機循環形式。
1875年(nián),一位來自德國的技術大牛發明(míng)了四衝(chōng)程內燃機,也就(jiù)是我們目前絕大多數汽油發動機(jī)使(shǐ)用的進氣、壓縮、作功(gōng)、排氣四種行程(chéng)循環(huán)的發動機,秉持歐洲人(rén)“誰發明,誰命名”的(de)一貫作風,這種四衝程的(de)循環原理被命(mìng)名為奧拓(tuò)循環。
到了1880年,一位來自(zì)英國的技(jì)術大牛,我們的男豬(zhū)腳——阿特金森,在原來的奧拓循環上進行(háng)了改良,通過改變軸杆行程讓發動機的壓縮(suō)行程小於膨脹行程(chéng),形(xíng)成發動機的膨脹比高於壓縮(suō)比,提高了熱效率,降低了燃油的消耗。
阿特金森(sēn)先後提出過三種結構,下圖是他在1887年所提交(jiāo)第二種專利的方案,也是目前眾所周知的方案。而另外兩種,由於與目(mù)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(biàn)軸杆行程的(de)機械方法過於複雜,因此,這種阿特金森發動機一直都沒有得到廣泛的商業利用。
時間轉眼到了1957年,又一位來自(zì)美國的技術大牛米勒,他覺得阿特金(jīn)森循環使用的那些機械連杆太麻煩了,於是想出了一種方法——當發動機的進氣行程結束時,讓發動機的進(jìn)氣門早一點關閉(bì),這樣氣缸內的混合氣體(tǐ)就比奧(ào)拓循(xún)環時要少,這樣(yàng)也減少了(le)壓縮行(háng)程。然後再通過機械增壓(yā)的手段保持下一次進氣(qì)的(de)壓力。這種循環方式因此就被稱作為米勒循環。
米勒循環
當然米勒(lè)那個時期知識(shí)產權意識已經相(xiàng)當強了,所(suǒ)以他早早地(dì)申請了專利,這項(xiàng)專(zhuān)利在上世紀90年(nián)代被馬自達應用推廣,他(tā)們的2.3L V6發動機還蟬聯1995-1998年沃德(dé)全球十佳發動機。
奧拓與阿特金森發動機工作原理對比
而我們(men)現在常提到(dào)的阿特金(jīn)森發動(dòng)機,實際上也(yě)是利(lì)用調(diào)節進氣門關閉的時間來(lái)實現膨脹比大於壓縮比的,隻是現代的阿特金森循環是通過延遲進氣門關閉的時間,在活塞進行(háng)壓縮行程時(shí)將氣體擠出氣缸的形式來實現縮短(duǎn)壓縮行(háng)程的。隻是各家(jiā)運用的(de)技術手段都不盡相同(tóng),所以還是稱為阿特金森發動機而不是米勒發動機。(最重要的是人家有專利啊,嗬嗬)
二、阿特金森發動機(jī)迎來春天(tiān)
通過上麵的介紹,我們可以知道奧拓循環的發動機是進氣(qì)行程=壓縮行程(chéng),因此膨脹比=壓縮比(bǐ),而阿特金森循(xún)環與之不同的是膨脹比>壓縮比,所實現的效果便是熱效率更(gèng)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(tǐ)少了,然而發動機(jī)燃燒做功後活塞還是會運動(dòng)到下止(zhǐ)點,然後(hòu)再排氣、進行下一次(cì)的循環。相當(dāng)於(yú)你幹的同樣的活,但是(shì)吃得卻更少,當然更省!
但是(shì),天下沒有免費的午餐,人家吃得少,做著同樣的事情,難免會肚(dù)子餓沒力氣。阿特金(jīn)森循環的發動機因為進氣少,因此會表現出動力不足的情況,所以(yǐ)阿特金森發動機作為傳統內燃機一直因為它有較明顯的缺點而沒有被廣泛應用。
直到混合動力的概念逐漸提出(chū),阿特(tè)金森(sēn)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(dòng)力(lì),從而完(wán)美地解決(jué)了阿特金森發動機動力(lì)不足的問題。它們如同一對互補的“好(hǎo)基友”,一個需要動力,一個需要環保,簡直完美。所以(yǐ),在講究節能環保與新(xīn)能源的今天,阿特金森發動機才會越來越(yuè)受到重視,這項發明真正迎來了春天。
看看我(wǒ)們傳祺GA3S PHEV搭載的這台1.5L阿特金森發動(dòng)機,百(bǎi)公裏油耗低至1.7L,百公裏加速達到9.9秒,是不是“驚呆”了。
盡管機理上大家都大同小異,但是廣汽研(yán)究院自主開發的這款1.5L阿特金森發動機還是具有其鮮明的技(jì)術特色。
廣汽研究院(yuàn)自主開發的1.5L阿特金森發動(dòng)機
1、高效緊湊(còu)的(de)進排氣係統設計
要想(xiǎng)自然吸氣發動機效率(lǜ)高,高效(xiào)的進排氣係統是必不可少的,在(zài)保證(zhèng)緊湊的布置空間的要求下,同時保證了(le)進氣不(bú)均勻度不能高於1.5%的基(jī)本設(shè)計需求,並(bìng)且結合油耗與性能的綜合要求,著重對進排氣歧管長度進(jìn)行了設計,讓發動機痛快呼吸。
2、高效(xiào)的燃燒係統
要想發(fā)動機們效率高,最簡單的方法就是(shì)提高壓縮比,盡管阿特金森本身的特性就能(néng)允許更高的機械壓(yā)縮比,但要在(zài)此基礎上更進一步,廣汽研究院的攻城獅團隊苦心鑽研更加絲滑又激情的氣道(dào)結構,也就是所謂(wèi)的高流量係數(shù)&高滾流比氣道。配合能夠在上止點附(fù)近產生更(gèng)強氣流運動的(de)全擠(jǐ)氣的燃燒室(shì)設計(jì),向反動分子“爆震”大聲say NO,縱(zòng)享高(gāo)效(xiào)燃燒。
3、自主(zhǔ)開發的軟件模塊
如(rú)果結構設計是一款發動(dòng)機的(de)外(wài)在顏(yán)值,那麽發動(dòng)機管(guǎn)理係統的設計(jì)與標定就是一款發動機的內在氣(qì)質,而GA3S PHEV搭載的1.5L阿特金森(sēn)發動機就是這樣一款內外兼(jiān)修的好機。考慮到阿特金森循環獨特的進氣形式(shì),在壓縮衝程初期部分進氣被壓回進氣歧管,導致傳統的ECU(發動機大腦)充(chōng)氣模型無法準確地計算實際發動機的進氣量,因此我們的(de)攻城獅(shī)團隊(duì)建立了一個數學(xué)模型,自主開發了一套(tào)充氣軟件,並對ECU進行了特殊開發。
當然,現在(zài)越來越(yuè)多的企業也將阿特金森循環運用到傳動內燃機上——在不同工況(kuàng)下,通(tōng)過各種手段使發動機在阿特金森循環和奧拓循環之間切換,使(shǐ)發動機得到動力和燃油經濟性的雙贏(yíng)。
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