阿特金森发动机实现之可行性分析

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1、Atkinson循环发动机实现之可行性分析摘要：本文介绍了在普通奥托循环发动机基础上改造成为阿特金森循环发动机的可行性。由于阿特金森循环的膨胀行程比压缩行程要长，这样就充分发挥了发动机的爆发压力，提高了燃油效率。关键字：阿特金森循环（Atkinsoncycle）发动机可变气门相位（VVT---VariableValveTiming）一．背景1．阿特金森循环（Atkinsoncycle）发动机在常规奥托循环发动机的做功冲程完成后，封闭在汽缸内的气体压力仍然有3～5个大气压。在排气冲程中，这部分气体的热量白白地排放到大气中。如果提高做功行程的做功量，在膨胀行程末，汽缸内的压力降为稍高于大气压，再将

2、排气气门打开，则会提高燃油效率，这种工作循环被称之为阿特金森循环，具有这种循环的发动机被称之为阿特金森循环发动机。目前油电混合动力汽车中，基本上对于发动机进行了重新设计或重大改进。如丰田Prius的1.5L汽油机(1NZ-FXE)采用了阿特金森循环（Atkinsoncycle），它是在1NZ-FE的基础上改造得到的。这种循环发动机具有高热效率、高膨胀比、紧凑型倾斜挤气燃烧室（以形成有利于燃烧的挤气涡流）以及铝合金缸体，其主要目的是追求高的热效率而不是高功率。由于电机承担了功率调峰的作用，发动机可以舍弃非经济工作区的动力性能而追求经济工作区的高效率。如，日本丰田Prius所用的发动机的工作区域设

3、定在1000～4500rpm。阿特金森循环发动机的热效率较之传统的奥托循环发动机的提高有赖于控制泵气损失和在保持压缩比不变的前提下增大了膨胀比。在1885年，阿特金森循环的实现是通过曲柄和气门等机构，其燃烧室的容积用以保持固定的压缩比，而膨胀比是随着载荷变化而变动以此来优化燃油效率。在二十世纪初，工程师试图通过复杂的连杆机构以期实现不同的冲程，事实证明这种做法并不实用。后随着电子技术的发展，可变气门配气相位（VVT）使得阿特金森循环真正成为可能。福特和丰田公司已经将阿特金森循环发动机商品化，应用于其混合动力汽车上。图11885年阿特金森循环发动机机构示意图2．可变气门相位（VVT）由于常规发动

4、机的凸轮设计是固定的，因此气门叠开角和进气门行程只能在理想的最大值与最小值之间选一个折中值。于是发动机在低速时，由于气门叠开角比理想值大，新鲜混合气就可能被废气带走，造成油耗增加；而在高速时，由于气门叠开角和进气门行程比理想值小，从而限制了发动机所能达到的最大功率。所以理想的配气相位角应随着发动机转速、负荷及其它工况而改变。为了使发动机在高转速时能够提供较大的功率，在低转速时又能够提供足够的转矩，现代轿车发动机采用了可变气门相位系统（VVT系统），它可以根据发动机的运行情况而改变配气相位或气门升程，同时兼顾低转速和高转速时对于配气相位的要求，以实现发动机在低速区的扭矩需求和高速区的功率响应，并

5、且能够直接地在全转速范围提高发动机的性能。在具体的实现手段上，各个汽车公司各有千秋。但是具体的方式不外乎以下四种：气门中止开启方式、凸轮轮廓改变方式、凸轮相位改变方式和多模式变换方式。世界上第一个实用的VVT系统是意大利菲亚特汽车公司在20世纪70年代开发成功的，该系统使用液压装置，随着发动机的转速和进气压力的不同实现了对于凸轮从动件的支点位置的控制。15Atkinson循环发动机实现之可行性分析最简单的VVT系统是通过提前和延迟进气和排气气门正时来实现，如马自达的S-SV系统；还有通过在低速和高速工况下变换配气系统的凸轮来实现，如本田的VTEC系统；此外还有通过改变气门的开闭时间和气门升程来

6、实现，如丰田的VVTL-i。表1为各汽车公司VVT方案。表1各汽车公司可变气门相位（VVT）方案序号公司名称VVT方案代号说明1BMW宝马VANOS通过凸轮轴从动件的运动控制进气和排气配气相位2FORD福特VariableCamTiming通过凸轮轴旋转实现可变配气相位3GM通用DCVCP(DoubleContinuousVariablePhasing）液力马达控制实现可变配气相位4HONDA本田VTEC可变气门升程5HONDA本田i-VTEC在传统VTEC基础上增加了凸轮相位控制6HYUNDAI/KIA现代/起亚CVTT7MAZDA马自达S-VT通过凸轮轴的转动实现配气相位改变8MITSUB

7、ISHI三菱MIVTC可变气门升程9NISSAN日产VVL通过两套凸轮实现可变进气配气相位和气门升程10PORSCHE保时捷VarioCam通过凸轮型线调整气门升程控制进气气门配气正时11PORSCHE保时捷VarioCamPlus通过凸轮型线调整气门升程和通过调整正时链条的涨紧度控制进气配气正时12ROVER陆虎VVC通过一个偏心盘调整配气相位13SUZUKI铃木VVT14SUBARU斯巴鲁AV