阿特金森循环(Atkinson cycle)

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1、Atkinson循环在混合动力汽车中应用的优势姓名：邓忠伟学号：01402091081.Otto循环发动机不利于节能的因素1.1部分负荷燃油消耗率高车辆在正常运行时所需要的功率是很小的,但实际使用中为了保证加速与爬坡能力,需要选配较大功率的发动机,这就使得发动机在经常运转部分负荷工况下的燃油消耗率远高于最佳燃油消耗率,造成整车能量利用率低、燃油经济性差。1.2泵气损失泵气损失是造成Otto循环发动机低负荷工况运转时燃油消耗率高的主要原因。节气门在部分开度时造成节流,以及曲轴箱和进气管的压差对活塞下行造成阻力,都造成了能量损失。采用节气门控

2、制负荷的发动机即使在高速路行驶时也存在泵气损失,只有在全力加速或爬坡时节气门全开,不存在额外的进气管节流损失。Otto循环在部分负荷时的能量损失是和发动机参数联系在一起的:泵气损失与进气节流相联系、热效率的降低与不合适的压缩比和膨胀比相联系。1.3小膨胀比发动机将燃油化学能以热能形式释放出,并转化为机械功。热能转化为机械功的比率由膨胀比决定。膨胀比为排气门打开时气缸容积与混合气被点燃时气缸容积比值。膨胀比越高,转化为机械功的热能越多。在Otto循环发动机中膨胀比和压缩比基本相当。而压缩比有一上限,超过此上限便会产生爆震,给汽油机造成很大危

3、害。因而对于给定燃油辛烷值的汽油机来说要避免爆震就不能有大的膨胀比。1.4过浓的混合气传统Otto循环发动机通过加浓混合气满足输出功率增加的需要。浓混合气在发动机内并不能完全被利用,作为HC排放物被排到大气中或者在催化转化器中被氧化掉,降低了燃油利用率。2.Atkinson循环的原理及优势2.1Atkinson循环发动机的工作原理1884年JamesAtkinson发明了Atkinson循环发动机。Atkinson循环发动机是在Otto循环发动机的基础上多了一个回流过程,包括进气、回流、压缩、膨胀和排气五个过程。Atkinson循环利用了

4、进气门晚关来控制负荷而不是节气门的节流作用。进气门晚关时刻由气缸内充量的多少来决定的,即根据负荷的大小来确定气门的关闭时刻。气门关闭后才是压缩冲程的实际开始点,而膨胀冲程还是和原Otto循环相似或稍长,这就减少了进气过程的泵气损失和压缩冲程的压缩功;而膨胀比大于压缩比便能够更大程度地将热能转换为机械能,提高发动机的指示热效率,降低燃油消耗。另外进气门晚关使实际压缩比降低,使得缸内燃烧温度降低,有利于改善NOx的排放。图1为Atkinson循环示意图:其中1-2为绝热压缩过程;2-3为定容加热过程;3-4为绝热膨胀过程;4-1为定压放热过程

5、。与传统Otto循环相比,Atkinson循环压缩起点较Otto循环晚;Otto循环4-1过程为定容放热,而Atkinson循环为定压过程,在相同工质数量和加热量条件下,它有较大的膨胀功,所以热效率高。图1为Atkinson循环示意图由热力学知识可得循环的吸热量为:1qC(TT)CT(1)(1)1v32v1?1式中ε=为压缩比，该压缩比为循环的实际压缩比,即进气阀关闭时刻开始计算?2的压缩比。循环的放热量为:1qC(TT)CT(1)(2)2p41p11?4ρ=为膨胀比;由于循环的4-1过程为定压放热过

6、程,因此循环的膨胀比压缩?3比要大。因此Atkinson循环的指示热效率为:11q211()(3)iq11从公式(3)可知,Atkinson循环的指示热效率η?与循环的膨胀比ρ成正比例关系,而与循环的压缩比ε无关；同时膨胀比越大则指示热效率越高,说明了在Atkinson循环中膨胀比决定着发动机的热效率。但从另一方面来看,膨胀比与几何压缩比又是紧密联系的,膨胀比大小是受几何压缩比限制的。2.2两种循环的比较如图2所示,对传统Otto循环发动机和Prius发动机的Atkinson循环进行比较,传统Otto循环从进气阀

7、关闭(约下止点后50°CA)的实际压缩容积与排气阀开启(约下止点前50°CA)为止的膨胀容积几乎相等,实际压缩比与膨胀比也基本相等。而对于Prius发动机的Atkinson循环,说明书上的压缩比为13.5,但实际上却延迟了进气阀关闭时刻(可调节到下止点后120°CA),在压缩行程初始时间吸入缸内的一部分气体被回流到进气歧管内,从而实质上延迟了压缩开始时刻,降低了实际压缩比;另一方面排气阀在下止点后32°CA开启,所以膨胀容积增大,形成了高膨胀比循环。Atkinson循环热效率较高是因为降低了两方面的损耗：一是在部分负荷时它工作在最佳膨胀比

8、下,燃料的热效率高；二是进气冲程中没有节气门的节流作用减少了泵气损失。如图3中传统Otto循环示功图的阴影部分就是泵气损失部分,而Atkinson循环的示功图中就不存在这部分损失。图2两种循环