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科普 | 三大发动机循环是啥?问住了10年老师傅

 余鑫应 2018-11-27

像发动机组成这样的问题,对于汽修人来讲简直就是小儿科!那下面这个问题你可知道答案!


请听题

四冲程发动机工作时,所完成的一个工作循环,叫什么循环?


A:啥,循环叫什么循环?出题人你是在开玩笑么!?

B:我知道,不就是“进气→压缩→做功→排气”么!

C:问这样的问题,又没有实际意义,你无聊不!

......


想知道答案吗?

往下看


或许,你也会有上面的疑问。可是当你了解它之后,你会发现它和我们平时接触到的技术还是有很紧密联系的。


其实在发动机运转时,经过吸气、压缩、做功、排气完成一个工作循环内都伴随着正常的气门开闭时机,每次气门的开闭都在活塞的上止点或下止点附近,而且在压缩和做功行程中活塞的运动行程都是一样。


而这样的一个工作循环其实有一个专业的名字:奥托循环,是由英国人尼古拉斯·奥托发明的。



关于发动机循环这个概念,你一定要知道以下三个专业名词!


1
奥托循环发动机

奥托循环又称四冲程循环,是内燃机热力循环的一种,为定容加热的理想热力循环。也是最早出现的四冲程发动机,拥有着发动机最原始的两大机构和五大系统。



1862年法国某工程师首先提出四冲程循环原理,1876年德国工程师尼古拉斯·奥托利用这个原理发明了发动机,因这种发动机具有转动平稳、噪声小等优良性能,对工业影响很大,故把这种循环命名为奥托循环。


奥托循环的一个周期是由吸气过程、压缩过程、膨胀做功过程和排气过程这四个冲程构成,首先活塞向下运动使燃料与空气的混合体通过一个或者多个气门进入气缸,关闭进气门,活塞向上运动压缩混合气体,然后在接近压缩冲程顶点时由火花塞点燃混合气体,燃烧空气爆炸所产生的推力迫使活塞向下运动,完成做功冲程,最后将燃烧过的气体通过排气门排出气缸。



但是,奥托循环毕竟是理想化的循环,因为在理论分析和计算时,认为循环由绝热、等容、等压等过程组成,并且系统的组成、性质和质量都保持不变,而实际上因为发生了燃烧和爆炸,系统的组成和性质必然发生变化,因此实际汽油发动机的效率要比奥托理想循环的效率低很多,只有不到一半或更小约30%左右。


2
米勒循环发动机



米勒循环由美国工程师拉尔夫·米勒于1947年被提出。米勒循环通过改变进气门关闭角度控制发动机负荷,从而减少了部分负荷下发动机的泵气损失。即进气冲程结束后,进气门延迟关闭,活塞在曲轴的带动下向上运动,将一部分已吸入缸内的混合气吐回到进气歧管。当进气门关闭后,被压缩的混合气已少于进气冲程时吸入的混合气,压缩比被变相地减小,而膨胀比则保持不变。从而解决了采用节气门负荷控制的奥拓循环时,发动机泵气损失大、经济性差等一系列问题。



在米勒循环中发动机的膨胀比大于压缩比,在膨胀行程中可最大限度的将热能转化为机械能,达到改善发动机热效率,降低燃油消耗。

但是米勒循环的不足之处在于

1.独特的进气方式让低速扭矩很差。

2.长活塞行程不利于高转速运转。



早在1993年,马自达公司重拾米勒循环技术,并将“米勒循环”注册成了商标,成为了独家技术。


3
阿特金森循环发动机



1882年英国工程师詹姆士·阿特金森(James Atkinson)发明了阿特金森循环发动机。该循环是一种高压缩比、长膨胀行程的内燃机工作循环,具有极佳的部分负荷经济性,但其全负荷动力性能较差。


在部分负荷时,利用进气回流使进入气缸的部分混合气进入进气管,以增大节气门开度来降低节流损失;同时采用了远高于正常汽油机的压缩比,以提高发动机的热效率,长的膨胀行程可以充分利用燃烧气体的膨胀功,在减少废气带走的能量的同时提高了热效率。但其循环膨胀冲程的增加,在结构上很难实现,必须借助特殊的曲轴和连杆系统来实现,其技术要求难道相当高。故在当时未被广泛应用。



现阶段的阿特金森循环发动机被广泛应用于混合动力车上(因其在部分负荷时具有较高的热效率,且燃油经济性高的特性)。目前使用的主要车型有:丰田-普锐斯、丰田-Steam、福特-翼虎、雷克萨斯-RX450h、长安-志翔等。


其中丰田-普锐斯早在第二代车型上就在使用,只不过使用的是现代改进后的。其整体结构未做太大修改,取消了复杂的连杆机构,且改变了气门开闭的时刻即通过可变气门正时(VVT)技术来实现。为了进一步提高阿特金森循环的热效率,在第三代普锐斯在保持燃烧室形状与压缩比为13不变的情况下,把进气门关闭时间从第二代的下止点后72~105°提前到了62~102°,进一步改善了燃油经济性。


看到这里,不难发现。维修过程中我们常见的各种可变气门正时技术(如VVT、VVT-i、VANOS、AVS等),正是在这些循环的基础上得以运用的。正所谓,知其然知其所以然!


果果的作业题

请问:什么是A循环、B循环、M循环、O循环?

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