发动机的奥托循环·米勒循环与阿特金森循环有什么区别,谁最强?

#老司机聊汽车知识#
内容概述:奥托循环与基础知识,米勒循环与阿特金森的优缺点。【循环】在混合动力汽车大热的过渡阶段成为热门技术话题,什么是循环呢?汽车装备的Engine·引擎(发动机)类型为「四冲程·往复循环内燃式热机」,这种机器的运行步骤分为四步。
进气喷油压缩蒸发燃烧做功排出废气四步骤也叫做“四冲程”,机械动作的往复循环是维持怠速与车辆正常行驶的基础;因为每次循环都会以燃烧燃油产生热能为基础而转化出动力(机械能),不过这里讨论“奥托·米勒·阿特金森”循环并不是指四冲程,而是指【进气门】在不同冲程中的开启·开度·关闭的变化。
发动机的奥托循环·米勒循环与阿特金森循环有什么区别,谁最强?-有驾
1:燃油液态状态的燃烧速度是不够高效的,但四冲程的动作时间非常非常的短暂;想要在做功冲程中瞬间通过燃烧(化学反应)转化出足够大的活塞推动力,唯一的方式就是让燃油变成能够高效燃烧的【气态】。
空气被压缩是可以产生极高温度的,因为压缩过程中会让各类分子碰撞摩擦,任何物体的摩擦都会产生热能。2-压缩冲程就是通过空气运动的高温蒸发燃油,记住这点-此为分析循环的基础。
发动机的奥托循环·米勒循环与阿特金森循环有什么区别,谁最强?-有驾
2:能量守恒定律是不变的法则,简而言之为某种能源转化为气态形态的能量,基数是100则转化后还是100;区别只是可以转化为多种能量形态,比如内燃机产生的热能只有≤40%可以转化为机械能,剩余的60%会因为冷却、运动磨损而转化为其他形态的能量。
也就是说参与做功的燃油为100则能转化出40个的单位的能量,参与数量为80则只有32个单位的能量;燃烧的燃油(混合油气)越少汽车动力越弱,这是解析米勒循环的基础。
发动机的奥托循环·米勒循环与阿特金森循环有什么区别,谁最强?-有驾
【奥托循环】的关键词为:1:1!假设喷油基数为100,概念如下。
1冲程进入1002冲程蒸发1003冲程转化100(利用≤40%)4冲程完全排放重点:二冲程压缩的是所有燃油,三冲程燃烧的是所有燃油,所以两者的比例是「1:1」。鉴于内燃机的热效率(能量转化比例)非常低,所以这种循环系统是最高效率转化动能的结构,说白了就是会让汽车的性能最强,然而却不见得是最能节油。
发动机的奥托循环·米勒循环与阿特金森循环有什么区别,谁最强?-有驾
思考:汽车的动力与整备质量的匹配是有理想比例的,可理解为中小排量匹配小微型汽车动力充足且有冗余,中大排量匹配B/C级汽车也是相同的标准。那么在用户不需要如此强劲性能的前提下,是不是可以降低喷油量以控制油耗呢?
答案显然是肯定的,但是空燃燃料比又是固定的14.7:1;「ECU-行车电脑」计算喷油量必须按照这一标准,否则很有可能造成长时间的空燃比失调而影响正常运行。所以想要降低喷油量就只能从气门的循环方式着手,方式有三种。
发动机的奥托循环·米勒循环与阿特金森循环有什么区别,谁最强?-有驾
1:米勒循环-压缩冲程气门延时关闭!压缩冲程是活塞上行的阶段,功能正是第一节的描述:压缩空气产生高温,利用高温蒸发燃油;奥托循环在该冲程中的进排气门都是关闭的,可以把压缩的过程想象成“完全压缩”。
然而米勒循环的气门特殊设计,可以实现的是压缩冲程气门“延时关闭”(晚关一会);那么在上行过程中则会将部分混合油气挤压回进气歧管,真正关闭后才会开始压缩蒸发。(参考下图)
发动机的奥托循环·米勒循环与阿特金森循环有什么区别,谁最强?-有驾
米勒循环实际参与第三冲程(做功)的混合油气总量减少了,但是这少量的油气要完成的是“把活塞从上止点推回下止点”,这就是所谓的膨胀冲程与膨胀比。
重点:奥托循环与米勒循环的「压缩冲程-距离相同」,而且“压缩行程=膨胀行程”;但是米勒循环实际为“先推·后压缩”,或者理解为实际行程为100,两个冲程的状态如下。
推20压80膨胀100「80:100」自然能够实现节油,因为奥托循环消耗100个基数的燃油也是“推100”,那么只需要80基数同样推100而达到相同的目的,油耗是不是降低的20个点呢?这就是米勒循环节油的基础,也就是【压缩比<膨胀比】。
发动机的奥托循环·米勒循环与阿特金森循环有什么区别,谁最强?-有驾
2:阿特金森循环实现的结果与米勒循环相同,区别利用的更加复杂的连杆结构实现“压缩比<膨胀比”。然而这种机器实际为最差的选择,原因在在于结构的复杂性,不过本质还是“挤走的部分燃油”的损失。
虽然这两种循环方式都能实现「充分利用少量燃油·完成标准膨胀做功」,但事实减少的部分混合油气也决定了产生的热能总量低于【压缩比=膨胀比】的奥托循环。那么想要兼顾节油与性能,唯一的方式就是采用涡轮增压技术,然而阿特金森发动机的结构很难承受这种高压增氧技术。
发动机的奥托循环·米勒循环与阿特金森循环有什么区别,谁最强?-有驾
知识点1:绝大多数阿特金森循环发动机都采用自然吸气系统,吸入的空气氧浓度偏低,燃烧做功转化出的扭矩本就很小;那么在加上混合气的损失则必然出现动力的严重下降,单纯用这种技术的内燃机驱动汽车,动力体验真的会差的一塌糊涂。
所以只能用混动系统的电动机辅助加速,类型以ECVT为主,然而整体性能表现仍旧是非常的一般。
发动机的奥托循环·米勒循环与阿特金森循环有什么区别,谁最强?-有驾
知识点2:米勒循环发动机可以适应涡轮增压系统,不过合资汽车的混动选项中,100%都是为了控制制造成本而使用自吸发动机,所以性能同样是非常一般的;比如丰田、福特以及克莱斯勒的部分混动汽车。
目前使用「米勒+TURBO」的发动机可以参考比亚迪骁云1.5T,这台机器以350bar高压直喷提高蒸发性能与燃烧效率,以双涡管增压器提升压缩程度。通过这些技术可以有效“补偿”丢失的部分动力,所以最终实现了136kw/288N·m(1500~3700rpm)的水平,这已经比主流的奥托循环1.5T更强劲了。
发动机的奥托循环·米勒循环与阿特金森循环有什么区别,谁最强?-有驾
发动机的奥托循环·米勒循环与阿特金森循环有什么区别,谁最强?-有驾
发动机的奥托循环·米勒循环与阿特金森循环有什么区别,谁最强?-有驾
关于内燃机的三种循环方式就聊这些,最佳选项会是涡轮增压米勒循环,不过并不是所有车企都能掌握这种技术。其次扭矩足够大的奥托循环发动机同样可以节油,大扭矩是降低巡航转速(与油耗)的基础,优秀发动机其实还有很多。
编辑:天和Auto-汽车科学岛
责编:天和MCN
欢迎转发留言讨论
发动机的奥托循环·米勒循环与阿特金森循环有什么区别,谁最强?-有驾
0

全部评论 (0)

暂无评论