引擎。 奧托循環和阿特金森循環之間的差異

一段時間以來，「以經濟的阿特金森循環運行的引擎」一詞已經變得越來越普遍。 這個循環是什麼？為什麼它會降低燃油消耗？

當今最常見的四衝程汽油引擎採用所謂的奧托循環，由德國發明家尼古拉斯·奧托 (Nikolaus Otto) 在 XNUMX 世紀末開發，他是第一批成功的活塞內燃機之一的設計者。 此循環的本質是由曲軸兩轉中執行的四個衝程組成：進氣行程、壓縮衝程、做功行程和排氣行程。

在進氣行程開始時，進氣門打開，透過進氣門縮回活塞，將燃油-空氣混合物從進氣歧管吸入。 在壓縮衝程開始之前，進氣門關閉，活塞返回頭部壓縮混合物。 當活塞到達其峰值位置時，混合物被電火花點燃。 由此產生的熱廢氣膨脹並推動活塞，將能量傳遞給活塞，當活塞距離頭部盡可能遠時，排氣閥打開。 排氣行程開始於返回活塞將廢氣推出汽缸並進入排氣歧管。

不幸的是，在做功衝程期間，並非廢氣中的所有能量都用於推動活塞（並通過連桿旋轉曲軸）。 當呼氣閥在呼氣沖程開始時打開時，它們仍處於高壓狀態。 當我們聽到一輛消聲器壞了的汽車發出的噪音時，我們就可以了解到這一點——這是由於能量釋放到空氣中造成的。 這就是傳統汽油發動機的效率僅為 35% 左右的原因。 如果有可能在工作衝程中增加活塞的衝程並利用這種能量......

這個想法出現在英國發明家詹姆斯·阿特金森的腦海中。 1882 年，他設計了一款發動機，由於採用複雜的推動器系統將活塞連接到曲軸，因此動力衝程比壓縮衝程長。 結果，在排氣行程開始時，廢氣壓力幾乎等於大氣壓力，它們的能量得到了充分利用。

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那麼，為什麼阿特金森的想法沒有得到更廣泛的應用，為什麼內燃機在一個多世紀以來一直使用效率較低的奧托循環呢？ 原因有二：一是阿特金森引擎的複雜性，二是更重要的是它從排氣量單元接收的功率較少。

然而，隨著人們越來越關注燃油消耗和機動化對環境的影響，阿特金森引擎的高效率（尤其是在中速時）被人們記住。 其概念已被證明是一個出色的解決方案，特別是在混合動力汽車中，其中動力不足（尤其是在啟動和加速期間所需）由電動馬達補償。

這就是為什麼改進的阿特金森循環引擎被用於第一款量產混合動力汽車豐田普銳斯，以及所有其他豐田和雷克薩斯混合動力汽車。

什麼是改良阿特金森循環？ 由於這項巧妙的解決方案，豐田引擎能夠保留傳統四衝程引擎的經典、簡單設計，活塞在每個衝程中移動相同的距離，有效做功衝程比壓縮衝程更長。

事實上，應該換個說法：有效壓縮衝程比做功衝程短。 這是透過延遲進氣門的關閉來實現的，進氣門在壓縮衝程開始後不久關閉。 因此，部分空氣-燃料混合物返回至進氣歧管。 這有兩個後果：燃燒時產生的廢氣量較小，並且能夠在排氣衝程開始之前充分膨脹，將所有能量傳遞給活塞，並且壓縮較小量的廢氣所需的能量較少。混合物，減少內部引擎損失。 利用該解決方案和其他解決方案，第四代豐田普銳斯變速箱引擎能夠實現高達 41% 的熱效率，而此前只有柴油引擎才能實現這一目標。

此解決方案的優點在於，延遲關閉進氣門不需要進行重大的設計變更——使用電子控制機構來改變氣門正時就足夠了。

如果這是可能的，那麼反之亦然是不是也可能？ 嗯，當然; 自然！ 可變佔空比引擎已經投入生產一段時間了。 當動力需求較低時，例如在慢速道路上行駛時，引擎以阿特金森循環運行，以降低油耗。 當需要更好的性能時（從前燈或超車），它會切換到奧托循環，利用所有可用的動力。 例如，Toyota Auris 和新款豐田 C-HR 城市 SUV 就採用了這款 1,2 升渦輪增壓直噴引擎。 同樣的兩公升引擎則為雷克薩斯 IS 200t、GS 200t、NX 200t、RX 200t 和 RC 200t 提供動力。