Atkinson循环发动机的节能效果与应用分析

2016-02-08周义刚周连升张宝栋

资源节约与环保 2016年6期

关键词：热效率油耗国网

赵　越　周义刚　周连升　张宝栋　边　疆

（1国网天津市电力公司电力科学研究院天津3003842国网天津市电力公司调度控制中心天津300010 3天津市电力科技发展有限公司天津300384）

Atkinson循环发动机的节能效果与应用分析

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（1国网天津市电力公司电力科学研究院天津3003842国网天津市电力公司调度控制中心天津300010 3天津市电力科技发展有限公司天津300384）

Atkinson循环是一种高膨胀比循环。与Otto循环相比，Atkinson循环的膨胀行程更长，更能充分利用发动机气缸内高压气体的能量，因此其热效率更高。本文介绍了Atkinson循环发动机的基本原理，对其节能效果进行了分析，对其应用现状进行了总结。

Atkinson循环；节能减排；油耗

1　引言

随着经济社会的飞速发展，汽车的保有量也不断激增，截止2015年底，我国汽车保有量达到了2.79亿辆。当前大部分汽车仍是燃油汽车，由于动力电池技术存在瓶颈，因此在将来一段时间内燃油汽车仍将是主流。石油资源是一种不可再生资源，如此数量的汽车对石油资源的消耗十分巨大。因此，传统燃油发动机的节能技术仍有很重要的意义。

2　Otto循环

自19世纪末被发明以来，Otto循环得到了广泛应用，当今大部分车用汽油机采用的都是Otto循环。Otto循环是由进气、压缩、膨胀、排气四个行程组成的循环构成。膨胀行程中，气缸内的高压气体推动活塞运动，是发动机的做功行程。Otto循环的理论热效率计算公式[1]为：

3　Atkinson循环

3.1Atkinson循环的节能分析

Atkinson循环是一种高膨胀比循环，它与Otto循环最大的区别是它的膨胀比大于压缩比。

如图1所示，Atkinson循环的膨胀比大于常规Otto循环，更长的膨胀行程有利于充分利用发动机气缸内的高压气体，做功更充分；同时Atkinson循环通过进气门晚关推迟发动机的压缩行程，相当于缩小了发动机的实际压缩比，使其实际压缩比与常规Otto循环相近，防止了爆震现象的发生[2]。

在部分负荷工况时，Atkinson循环的节油效果更加明显。常规Otto循环的部分负荷工况是通过降低节气门开度来减少进气量的，节气门开度的降低会增加进气阻力，产生很大的泵气损失。Atkinson循环取消了节气门，通过控制进气门的关闭角度，将部分气缸内的气体推回进气管来控制进入气缸的混合气量，实现部分负荷，减少了泵气损失，因此热效率更高[3]。

3.2Atkinson循环的应用分析

由于Atkinson循环将一部分进入气缸的气体推回了进气管，实际进入气缸的可燃混合气量会减少，因此相对于同排量的Otto循环发动机，Atkinson循环发动机的功率会降低，这对于强调动力性的汽车来说，是非常不利的。因此虽然Atkinson循环发动机很节油，但长久以来并没有得到广泛的应用。

近年来，随着能源环保要求的日益提高，汽车的节能问题越来越受到重视，减低汽车的油耗已成为一个热点问题，因此，热效率更高的Atkinson循环发动机也重新受到了关注。尤其在混合动力汽车方面，Atkinson循环发动机拥有其独特的优势：汽车行驶的大部分时间并不需要太大的功率，发动机运转在部分负荷区域，此时传统Otto循环发动机泵气损失很大，油耗很高，使用Atkinson循环发动机可以有效地降低油耗；而汽车在急加速和爬坡等需要发动机高负荷工作时，Atkinson发动机可以和电动机合力驱动车辆，弥补了Atkinson循环发动机功率较低的不足。

如表1所示，马自达6-阿特兹将马自达6上搭载的2.0LOtto循环发动机替换成了相同排量的Atkinson循环发动机，其百公里油耗降低了16.7%，节油效果比较显著；凯美瑞双擎不仅将Otto循环发动机替换成了Atkinson循环发动机，更在此基础上配备了混合动力系统，使得百公里油耗降低了32.1%，节油效果非常显著。