Atkinson循環(huán)發(fā)動機(jī)的節(jié)能效果與應(yīng)用分析

趙　越　周義剛　周連升　張寶棟　邊　疆

（1國網(wǎng)天津市電力公司電力科學(xué)研究院天津3003842國網(wǎng)天津市電力公司調(diào)度控制中心天津300010 3天津市電力科技發(fā)展有限公司天津300384）

Atkinson循環(huán)發(fā)動機(jī)的節(jié)能效果與應(yīng)用分析

趙越1周義剛1周連升1張寶棟2邊疆3

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Atkinson循環(huán)是一種高膨脹比循環(huán)。與Otto循環(huán)相比，Atkinson循環(huán)的膨脹行程更長，更能充分利用發(fā)動機(jī)氣缸內(nèi)高壓氣體的能量，因此其熱效率更高。本文介紹了Atkinson循環(huán)發(fā)動機(jī)的基本原理，對其節(jié)能效果進(jìn)行了分析，對其應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行了總結(jié)。

Atkinson循環(huán)；節(jié)能減排；油耗

1　引言

隨著經(jīng)濟(jì)社會的飛速發(fā)展，汽車的保有量也不斷激增，截止2015年底，我國汽車保有量達(dá)到了2.79億輛。當(dāng)前大部分汽車仍是燃油汽車，由于動力電池技術(shù)存在瓶頸，因此在將來一段時間內(nèi)燃油汽車仍將是主流。石油資源是一種不可再生資源，如此數(shù)量的汽車對石油資源的消耗十分巨大。因此，傳統(tǒng)燃油發(fā)動機(jī)的節(jié)能技術(shù)仍有很重要的意義。

2　Otto循環(huán)

自19世紀(jì)末被發(fā)明以來，Otto循環(huán)得到了廣泛應(yīng)用，當(dāng)今大部分車用汽油機(jī)采用的都是Otto循環(huán)。Otto循環(huán)是由進(jìn)氣、壓縮、膨脹、排氣四個行程組成的循環(huán)構(gòu)成。膨脹行程中，氣缸內(nèi)的高壓氣體推動活塞運(yùn)動，是發(fā)動機(jī)的做功行程。Otto循環(huán)的理論熱效率計算公式[1]為：

3　Atkinson循環(huán)

3.1Atkinson循環(huán)的節(jié)能分析

Atkinson循環(huán)是一種高膨脹比循環(huán)，它與Otto循環(huán)最大的區(qū)別是它的膨脹比大于壓縮比。

如圖1所示，Atkinson循環(huán)的膨脹比大于常規(guī)Otto循環(huán)，更長的膨脹行程有利于充分利用發(fā)動機(jī)氣缸內(nèi)的高壓氣體，做功更充分；同時Atkinson循環(huán)通過進(jìn)氣門晚關(guān)推遲發(fā)動機(jī)的壓縮行程，相當(dāng)于縮小了發(fā)動機(jī)的實際壓縮比，使其實際壓縮比與常規(guī)Otto循環(huán)相近，防止了爆震現(xiàn)象的發(fā)生[2]。

在部分負(fù)荷工況時，Atkinson循環(huán)的節(jié)油效果更加明顯。常規(guī)Otto循環(huán)的部分負(fù)荷工況是通過降低節(jié)氣門開度來減少進(jìn)氣量的，節(jié)氣門開度的降低會增加進(jìn)氣阻力，產(chǎn)生很大的泵氣損失。Atkinson循環(huán)取消了節(jié)氣門，通過控制進(jìn)氣門的關(guān)閉角度，將部分氣缸內(nèi)的氣體推回進(jìn)氣管來控制進(jìn)入氣缸的混合氣量，實現(xiàn)部分負(fù)荷，減少了泵氣損失，因此熱效率更高[3]。

3.2Atkinson循環(huán)的應(yīng)用分析

由于Atkinson循環(huán)將一部分進(jìn)入氣缸的氣體推回了進(jìn)氣管，實際進(jìn)入氣缸的可燃混合氣量會減少，因此相對于同排量的Otto循環(huán)發(fā)動機(jī)，Atkinson循環(huán)發(fā)動機(jī)的功率會降低，這對于強(qiáng)調(diào)動力性的汽車來說，是非常不利的。因此雖然Atkinson循環(huán)發(fā)動機(jī)很節(jié)油，但長久以來并沒有得到廣泛的應(yīng)用。

近年來，隨著能源環(huán)保要求的日益提高，汽車的節(jié)能問題越來越受到重視，減低汽車的油耗已成為一個熱點問題，因此，熱效率更高的Atkinson循環(huán)發(fā)動機(jī)也重新受到了關(guān)注。尤其在混合動力汽車方面，Atkinson循環(huán)發(fā)動機(jī)擁有其獨(dú)特的優(yōu)勢：汽車行駛的大部分時間并不需要太大的功率，發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)在部分負(fù)荷區(qū)域，此時傳統(tǒng)Otto循環(huán)發(fā)動機(jī)泵氣損失很大，油耗很高，使用Atkinson循環(huán)發(fā)動機(jī)可以有效地降低油耗；而汽車在急加速和爬坡等需要發(fā)動機(jī)高負(fù)荷工作時，Atkinson發(fā)動機(jī)可以和電動機(jī)合力驅(qū)動車輛，彌補(bǔ)了Atkinson循環(huán)發(fā)動機(jī)功率較低的不足。

如表1所示，馬自達(dá)6-阿特茲將馬自達(dá)6上搭載的2.0LOtto循環(huán)發(fā)動機(jī)替換成了相同排量的Atkinson循環(huán)發(fā)動機(jī)，其百公里油耗降低了16.7%，節(jié)油效果比較顯著；凱美瑞雙擎不僅將Otto循環(huán)發(fā)動機(jī)替換成了Atkinson循環(huán)發(fā)動機(jī)，更在此基礎(chǔ)上配備了混合動力系統(tǒng)，使得百公里油耗降低了32.1%，節(jié)油效果非常顯著。

4　結(jié)語

Atkinson循環(huán)發(fā)動機(jī)較傳統(tǒng)Otto循環(huán)發(fā)動機(jī)熱效率更高，搭載Atkinson循環(huán)發(fā)動機(jī)能使車輛的油耗顯著降低，在動力電池技術(shù)還沒有取得突破性進(jìn)展的當(dāng)今，大力發(fā)展Atkinson循環(huán)發(fā)動機(jī)對汽車的節(jié)能有著非常重要的意義。

[1]周龍保.內(nèi)燃機(jī)學(xué)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000.

[2]王德倫,羅勁松,李朝輝.基于AVL-BOOST的混合動力汽車用Atkinson循環(huán)發(fā)動機(jī)[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué),2010,24（8）：1-5.

[3]郭自強(qiáng).基于Atkinson循環(huán)混合動力車用發(fā)動機(jī)的仿真及優(yōu)化設(shè)計[D].鎮(zhèn)江:江蘇大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院,2011.

趙越（1989—），男，漢族，河北保定人，碩士，工程師，研究方向為動力裝置的節(jié)能與環(huán)保。