当奥托遇上阿特金森 谈一谈发动机的不同工作模式这两年,随着混合动力车的流行,一个人火了起来,那就是阿特金森,这个人是一个英国工程师,当年研究发动机的时候,遇上了一个叫尼古拉斯·奥托的德国工程师。
尼古拉斯·奥托和他的专利
尼古拉斯·奥托这个家伙,在1876年把吸气、压缩、做工、排气四个冲程的汽油机实现工程化后,就赶忙申请了专利,并且把四冲程汽油机的循环方式列为奥托循环。这样等到阿特金森要研发新发动机时,不能沿用典型的四冲程循环方式了,只能另辟蹊径,于是同学脑洞一开,在1882年搞出了一款采用全新曲柄连杆结构的阿特金森发动机,同样申请了专利,而这种循环方式也就被称为阿特金森循环(Atkinson cycle)。那么,奥托循环的发动机和阿特金森循环的发动机到底有啥区别呢?

奥托循环发动机工作模式

早期的阿特金森循环发动机结构
传统的发动机,采用了奥托循环,在吸满空气之后,进气门关闭,然后压缩、做功、排气这样循环,分为吸气、压缩、做工、排气四个冲程。而阿特金森循环是怎样的呢,就是在吸气之后,它的进气门晚关闭,相当于把一部分空气排出去,或者说没有吸满一管空气。

阿特森金同学申请的专利

阿特金森循环最早的阿特金森循环由于要规避奥托同学的专利,采用了一套复杂的连杆来实现,使得它的膨胀比大于压缩比。后来在1940年的时候,米勒改进了这套结,让进气门晚关闭,不过目的依然是实现膨胀比大于压缩比。目前米勒循环的专利在马自达手上,因此,丰田、本田这些家伙的发动机结构虽然和这些一致,但是还是称为阿特金森循环。

可变进气正时技术让阿特金森循环更容易实现。那么,阿特金森循环的好处在哪里呢?其最主要的好处它的膨胀比大于压缩比,所以具备更好的热力学效率,也就有了更好的经济性,但是相应的动力会减弱。很多人会意识到,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发动机之上呢?

阿特金森循环的低速扭矩表现很差首先,在低速时,本来就稀薄的混合气在“反流”之后变得更少,这让该类发动机低速扭矩表现很差,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,厂商也不愿因此而让自己的商品落后于别家。其次,较长的活塞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“升功率”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发动机,往往行程与活塞直径的比值会很低。在民用车上,为了平衡,通常行程与缸径两个数据是接近的。这就让阿特金森循环发动机的处境非常尴尬,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城市交通中形式的汽车非常不利。

丰田混动车型用电动机弥补阿特金森循环发动机不足但是为什么阿特金森循环又火了起来呢,主要是混合动力的功劳。由于阿特金森循环本身动力性存在严重的不足,但是呢,由于有了电动机的存在,它在一定程度上会添补动力的不足,所以阿特金森循环就可以实现全域。而内燃机本身是否具有高效率,对于一辆混动车是否省油也是至关重要的。

马自达的创驰蓝天发动机可以在奥托与阿特金森循环之间切换,所以这些拥有高效阿特金森循环的自然吸气发动机的日系混动车,都非常省油。而即便是没有采用混合动力的马自然创驰蓝天技术,虽然没有实现全域,就是采用了可以在奥托与阿特金森循环切换的工作模式,照顾到动力性,在地板油全力加速的时候,就必须要切回奥托循环。但是燃油经济性依然做到了同级别的领先水平。
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