Atkinson循環發動機的節能效果與應用分析

趙　越　周義剛　周連升　張寶棟　邊　疆

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

Atkinson循環發動機的節能效果與應用分析

趙越1周義剛1周連升1張寶棟2邊疆3

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Atkinson循環是一種高膨脹比循環。與Otto循環相比，Atkinson循環的膨脹行程更長，更能充分利用發動機氣缸內高壓氣體的能量，因此其熱效率更高。本文介紹了Atkinson循環發動機的基本原理，對其節能效果進行了分析，對其應用現狀進行了總結。

Atkinson循環；節能減排；油耗

1　引言

隨著經濟社會的飛速發展，汽車的保有量也不斷激增，截止2015年底，我國汽車保有量達到了2.79億輛。當前大部分汽車仍是燃油汽車，由于動力電池技術存在瓶頸，因此在將來一段時間內燃油汽車仍將是主流。石油資源是一種不可再生資源，如此數量的汽車對石油資源的消耗十分巨大。因此，傳統燃油發動機的節能技術仍有很重要的意義。

2　Otto循環

自19世紀末被發明以來，Otto循環得到了廣泛應用，當今大部分車用汽油機采用的都是Otto循環。Otto循環是由進氣、壓縮、膨脹、排氣四個行程組成的循環構成。膨脹行程中，氣缸內的高壓氣體推動活塞運動，是發動機的做功行程。Otto循環的理論熱效率計算公式[1]為：

3　Atkinson循環

3.1Atkinson循環的節能分析

Atkinson循環是一種高膨脹比循環，它與Otto循環最大的區別是它的膨脹比大于壓縮比。

如圖1所示，Atkinson循環的膨脹比大于常規Otto循環，更長的膨脹行程有利于充分利用發動機氣缸內的高壓氣體，做功更充分；同時Atkinson循環通過進氣門晚關推遲發動機的壓縮行程，相當于縮小了發動機的實際壓縮比，使其實際壓縮比與常規Otto循環相近，防止了爆震現象的發生[2]。

在部分負荷工況時，Atkinson循環的節油效果更加明顯。常規Otto循環的部分負荷工況是通過降低節氣門開度來減少進氣量的，節氣門開度的降低會增加進氣阻力，產生很大的泵氣損失。Atkinson循環取消了節氣門，通過控制進氣門的關閉角度，將部分氣缸內的氣體推回進氣管來控制進入氣缸的混合氣量，實現部分負荷，減少了泵氣損失，因此熱效率更高[3]。

3.2Atkinson循環的應用分析

由于Atkinson循環將一部分進入氣缸的氣體推回了進氣管，實際進入氣缸的可燃混合氣量會減少，因此相對于同排量的Otto循環發動機，Atkinson循環發動機的功率會降低，這對于強調動力性的汽車來說，是非常不利的。因此雖然Atkinson循環發動機很節油，但長久以來并沒有得到廣泛的應用。

近年來，隨著能源環保要求的日益提高，汽車的節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循環發動機也重新受到了關注。尤其在混合動力汽車方面，Atkinson循環發動機擁有其獨特的優勢：汽車行駛的大部分時間并不需要太大的功率，發動機運轉在部分負荷區域，此時傳統Otto循環發動機泵氣損失很大，油耗很高，使用Atkinson循環發動機可以有效地降低油耗；而汽車在急加速和爬坡等需要發動機高負荷工作時，Atkinson發動機可以和電動機合力驅動車輛，彌補了Atkinson循環發動機功率較低的不足。

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

4　結語

Atkinson循環發動機較傳統Otto循環發動機熱效率更高，搭載Atkinson循環發動機能使車輛的油耗顯著降低，在動力電池技術還沒有取得突破性進展的當今，大力發展Atkinson循環發動機對汽車的節能有著非常重要的意義。

[1]周龍保.內燃機學[M].北京:機械工業出版社,2000.

[2]王德倫,羅勁松,李朝輝.基于AVL-BOOST的混合動力汽車用Atkinson循環發動機[J].重慶理工大學學報:自然科學,2010,24（8）：1-5.

[3]郭自強.基于Atkinson循環混合動力車用發動機的仿真及優化設計[D].鎮江:江蘇大學汽車與交通工程學院,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能與環保。