丰田「米勒循环」发动机技术解析:缺少TURBO是硬伤

问题:

  • 丰田阿特金森循环发动机技术水平怎样 , 双擎动力有哪些技术亮点?
近期有些网友咨询丰田混动汽车的技术与品质问题 , 在此统一做个总结 。
首先丰田使用的内燃机并非标准阿特金森结构 , 结构特点是功能相当的「米勒循环」;至于错误的命名当然有原因 , 是规避些什么就不讨论了 , 不够需要说明两点 。
  1. 阿特金森循环由英国工程师Atkinson于1882年发明
  2. 米勒循环由美国工程师Miller于1947年发明
网络上有些说法称这些技术都是由日系车企创造 , 显然这是错误的;包括知名度很高的托森差速器(老款普拉多装备) , 发明者也是美国工程师Vernon Gleasman 。 所以日系汽车的成长主要基于借鉴 , 这不能说是错 , 但是也不要神话了学习能力并不咋滴的日本主机厂 。
丰田「米勒循环」发动机技术解析:缺少TURBO是硬伤文章插图
米勒循环·优缺点不论阿特金森还是米勒循环结构 , 实现的结果都是「压缩比<膨胀比」;这样的描述也许不好理解 , 因为什么是压缩比呢?——概念为活塞在气缸内 , 由下止点到上止点扫过的容积与动作叫做压缩 , 气缸总容积减去扫过的容积剩下的空间叫做燃烧室;气缸总容积与燃烧室容积的比例叫做压缩比 , 参考下图理解吧 。
丰田「米勒循环」发动机技术解析:缺少TURBO是硬伤文章插图
正常的「奥托循环」发动机的压缩比与膨胀比是相同 , 什么是膨胀比?所谓的膨胀实际指混合油气燃烧做功后的运动状态 , 可理解为热能推动活塞从上止点到下止点的动作 。
两个止点的间距是不变的 , 那么活塞压缩的行程 , 则应当等于膨胀做功时的下行行程;两者完全相同就是奥托循环了 , 那么究竟什么是米勒循环呢?其实说白了就会再简单不过 , 两个冲程的行程仍旧是相同的 , 但是奥托循环可以延时关闭进气门 , 气门的开合步骤如下 。
  • 进气冲程-进气门开·排气门关
  • 压缩冲程-进气门关·排气门关
  • 膨胀冲程-进气门关·排气门关
  • 排气冲程-进气门关·排气门开(实际存在瞬间的两组气门同时打开)
压实关闭气门是在压缩冲程中通过特殊的气门凸轮轴实现 , 简而言之为活塞从下止点开始上行的时候 , 奥托循环发动机会直接关闭进气门;但是米勒循环会等待活塞往上运动一定距离后再关闭 , 那么实际压缩行程就要比活塞上行行程短 , 但是膨胀冲程还是标准的从上止点到下止点 , 这就是米勒循环——有什么意义呢?
丰田「米勒循环」发动机技术解析:缺少TURBO是硬伤文章插图
优点:延时关闭气门且活塞上行 , 此时就不是进行压缩 , 而是通过活塞实现像“针筒滋水”一样 , 把气缸内部的混合油气往外推;部分混合气会被推到进气歧管里 , 那么在关闭气门后 , 缸内的混合气是不是就比标准排量的空气燃料比少了呢?
答案就是这样喽 , 结果则是以更少的混合气燃烧做功 , 做到标准的膨胀比以实现正常运行;这种设计被认定为节油 , 不过个人认为只能满足对性能要求极低的用户 。
丰田「米勒循环」发动机技术解析:缺少TURBO是硬伤文章插图
缺点:内燃机做功的基础是燃烧燃油 , 燃烧的本质是碳氢化合物的氧化还原反应;热能虽然是反应的结果 , 但是空气中的氧气只是作为催化气体 , 燃油本身才是“能量” 。
所以米勒循环发动机在压缩冲程中 , 把部分混合气挤回进气歧管 , 耗油量实际是减少了 , 但是更少的燃油转化出的热能当然也会更低 。 这就是此类发动机的最大扭矩都非常差的原因 , 2.5L排量也只有221N·m , 这连中等水平的1.5T-奥托循环发动机都不如 。 而扭矩低则只有依靠拉升转速实现相对高功率 , 然而扭矩技术过小 , 结果这是2.5L-131kw的水平 , 这倒是算不错的1.5T发动机的标准了 。


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