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都是专利惹的祸 阿特金森循环的那些事儿

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随着混动动力车型的逐渐增多,一个叫“阿特金森循环”的名词出现在大家的眼前?阿特金森到底是何神器?它有哪些可取之处?今天我们就来说说阿特金森循环背后那些故事。

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网易汽车12月25日报道 随着混动动力车型的逐渐增多,以及可变正时技术越来越强大,一个叫“阿特金森循环”的名词出现在大家的眼前?阿特金森到底是何神器?它对于汽车的发动机有哪些可取之处?今天我们就来说说阿特金森循环背后那些故事。

■ 由于规避奥托循环的专利,诞生了阿特金森循环

现在大家用的大多数汽油机都使用奥托循环(柴油机则使用迪塞尔循环,也就是发明柴油机的那位),这是由德国工程师尼古拉斯·奥托最先于1876年实现工程化(不过最先提出这个理论的是法国人),发明了基于此循环技术的内燃机,并且申请了专利。

典型奥托循环,拥有四个冲程

初期的汽油机动力压榨水平实在是有限,所以很多工程师都想办法提升发动机的动力水平,他们想到的一种途径就是提升压缩比,但是限于当时的基础工业技术,压缩比依然有限(即便是现在,由于汽油抗爆性的原因,压缩比也不能过大),他们就想着把膨胀比做大——如同同样用一种手枪子弹的手枪和冲锋枪,后者射程远一样,只是因为冲锋枪枪管长,火药气体做功的距离长而已。

前面提到了奥托循环的专利,这样问题来了,由于奥托先森把什么凸轮轴、正时带都注册了专利,等到英国工程师詹姆斯·阿特金森要研发一种新发动机时,就不能沿用奥托的结构了,不过英国人还挺执着,1882年,采用全新曲柄连杆结构的阿特金森发动机诞生了,而这种循环方式也就被称为阿特金森循环(Atkinson cycle)。

最初的阿特金森循环发动机,膨胀比更大

原始结构的阿特金森发动机的最典型结构特征就是这个略有些奇怪的曲轴(当然结构复杂导致制造和维护都很麻烦,这也是它推广不力的主要原因),直接导致了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。

阿特金森循环的典型结构特征:复杂的曲轴

■ 由于规避米勒循环的专利,新的阿特金森循环诞生了

美国人米勒在1940年代提出了米勒循环的理论构想,不过最终把它实现工程化的则是马自达,马自达对此也申请了诸多专利。米勒循环基于奥托循环(此时奥托的专利过期了……),但是使用晚关进气门的配气方式,同时借助机械增压装置,让反向推出的混合气能再次进入燃烧室,最终实现膨胀比更大的效果。

米勒循环的典型特征:晚关进气门

现代的阿特金森循环(以下阿特金森循环所指的就是此种循环方式)使用电控制装置改变发动机正时,通过推迟进气门关闭的办法,在压缩冲程从进气门排出部分燃气,减少进气量,所以压缩比没有那么高(也就没有了爆震的影响),从而实现膨胀比大于压缩比的目的。实际上这一过程是利用了米勒循环的原理,但是嘛,还是因为专利的关系,不能叫米勒循环,而它与阿特金森的效果又非常近似,所以就近原则,它也称为阿特金森循环了。

阿特金森循环的原理大体上大家都清楚了,那它为什么能在很多混动车型上应用,是不是只能用一种方式工作呢?下面我们就来说说阿特金森循环在目前车型上的应用。

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