近年(nián)來,“阿特金森”在(zài)各種汽(qì)車報道中出現得越來越多,但很多(duō)人(rén)看到這四個字(zì)估計都不知其(qí)然(rán)。
小(xiǎo)編第一次對阿特金森感興趣是在兩年前馬自達阿特(tè)茲上市時,看到廣告中各種宣傳阿特茲的創馳藍天技術可(kě)實現發動機壓縮比(bǐ)達到13:1,這個數值遠高於當時市麵上售賣的傳統能源車型(xíng)。於是小編進一步查閱資料,終於明白了——哦,這(zhè)一切原來都源自於這四個字,阿特金森。
一、阿特金森發動機的淵源
所謂的(de)阿特(tè)金森實際上是一種以人命(mìng)名的(de)發(fā)動機循環形式。
1875年,一位來(lái)自德國的技術大牛發明(míng)了(le)四衝程內燃機,也就是我們(men)目前絕大多數汽油發動機使用的進氣、壓縮(suō)、作功、排氣四種行(háng)程循環的(de)發動機,秉持歐洲人“誰發明,誰命名”的一貫作風,這種四衝程的循環原理被命名為奧拓循環。
到了1880年,一(yī)位來(lái)自英國的技術大牛,我(wǒ)們的男豬腳——阿特金森(sēn),在原來的奧拓循環上進(jìn)行了改良,通過改變軸杆行程讓發動機的壓縮行(háng)程小於膨脹行程,形成發動機的膨脹比高於壓縮比,提高了熱效率,降低了燃油的消耗。
阿特金(jīn)森先後(hòu)提出過三種結構,下圖是他在1887年(nián)所提交第二種專利的方案,也(yě)是目前眾所周知的方案。而另外兩種,由於與目前的四衝程內燃機相去甚遠,已經漸(jiàn)漸淹沒(méi)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(yú)複雜,因此,這種阿特金森發動機(jī)一直都沒有得(dé)到廣(guǎng)泛的商(shāng)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(tā)覺得阿特(tè)金森循(xún)環使用的那些機械(xiè)連杆太麻煩了(le),於是想出了一種方法——當發動機的進氣行程結束(shù)時,讓發(fā)動機的進氣門早一點關閉,這樣氣缸內的混合氣體就比奧拓循環時要少,這樣也減少了壓縮行程。然後再通過機械增壓的手段保持下一次進氣的(de)壓力。這種循環方式因此就被稱作為米勒循環。
米勒循環
當然米勒那個時期知識產權意識已經相當強了(le),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(de)2.3L V6發(fā)動機還蟬聯1995-1998年沃德全球十佳發動機。
奧拓與阿(ā)特金森發動(dòng)機工作原理對比
而我(wǒ)們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閉的時間來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(qì)門關閉的時間,在活塞進行壓縮行程時將氣體擠出氣缸的形式來(lái)實現縮短壓縮行程的。隻是各家運用(yòng)的技(jì)術手段都不(bú)盡相同,所以還是稱為阿特金森發動機而不是米勒發動機。(最(zuì)重(chóng)要的是人家有專利啊,嗬(hē)嗬)
二、阿特金(jīn)森發動機迎來春天
通過上麵的介紹(shào),我們可以知道奧拓循(xún)環的發動(dòng)機是進氣行程=壓縮行程,因此膨脹比=壓縮比,而阿特金森循環與之(zhī)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(gèng)好。
其實道理很簡單,因(yīn)為你吸(xī)入的混合氣體少了,然而發動機燃燒做功後活塞還是會運動到下止點(diǎn),然後再排氣、進行下一(yī)次的循環。相當於你幹(gàn)的同樣的(de)活,但是吃得卻更少,當然更省!
但是,天下沒有免費的午餐,人家吃得少,做(zuò)著同樣的事情,難免會肚(dù)子餓沒力氣。阿特金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,所以阿特金森(sēn)發動機作為傳統內燃(rán)機一直(zhí)因為它(tā)有較明顯的缺點而沒有被廣泛應用。
直到混合動力的概念(niàn)逐漸提出,阿特金(jīn)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,從而完美地解決了阿特(tè)金森發動機動(dòng)力不足的(de)問題。它(tā)們如同一對互(hù)補的(de)“好基友”,一個需要(yào)動力,一個需要環保,簡直完美。所以,在講究節能(néng)環保與(yǔ)新能源的今天,阿特金森發動機才會越來越受到重視,這項發(fā)明真正迎來了(le)春天(tiān)。
看看我們傳祺(qí)GA3S PHEV搭載的這台1.5L阿特金森發(fā)動機,百公裏油耗低至1.7L,百公裏加(jiā)速(sù)達到9.9秒,是不是(shì)“驚呆”了。
盡管機理上大家都(dōu)大同小異,但是廣汽研究院自主開發的這款1.5L阿(ā)特金(jīn)森發動機還是具有其鮮明的技術特色。
廣汽研究院自(zì)主開(kāi)發的1.5L阿特金森(sēn)發動機
1、高效緊湊的進排氣(qì)係統(tǒng)設計
要想自然吸氣發動機效率高,高效的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,同時保證了進氣不均勻度不能高於1.5%的基本設(shè)計需求,並且結合油耗與性能的綜(zōng)合要求,著重對進排氣歧管長度進行了設計,讓(ràng)發動機痛快(kuài)呼吸。
2、高效(xiào)的燃燒係統
要想發動機們效率高,最簡(jiǎn)單(dān)的方法就是提高壓縮(suō)比,盡管(guǎn)阿特金森本身的特性就能允(yǔn)許(xǔ)更高的機械壓(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的氣道結構,也就是所謂的高流量係數&高(gāo)滾流(liú)比氣道。配合能夠在上止點附近產生更強氣流運動的(de)全擠氣的燃燒室設計,向反動分子“爆震(zhèn)”大聲say NO,縱享高效燃燒。
3、自主開(kāi)發的軟(ruǎn)件(jiàn)模塊
如果(guǒ)結構設計是一款發動機的外在顏值,那麽發動機管理(lǐ)係(xì)統的設(shè)計與標定就是一款發動機的內在氣質,而(ér)GA3S PHEV搭載的1.5L阿特金森發動機就是這樣一款內外兼修的好機。考慮到阿(ā)特金森循環獨(dú)特的進氣形式,在壓(yā)縮衝程初(chū)期部分進氣被壓(yā)回進氣歧管,導致傳統的ECU(發動機大腦)充氣模型(xíng)無法準確(què)地計算實際發動(dòng)機的進氣(qì)量,因此我們的(de)攻城獅團隊建立了一個數學模型,自主(zhǔ)開發了一套充(chōng)氣軟件,並對ECU進行了特殊(shū)開發。
當然,現(xiàn)在越來(lái)越多的企業也將阿(ā)特金森循環運用到傳動內燃(rán)機上——在不同工況(kuàng)下,通過各種手段使(shǐ)發動機在阿特金森循環和奧拓循環之間切換,使發(fā)動機得到動力和燃油經濟(jì)性的雙贏。