Atkinson循环在混合动力汽车中应用的优势
姓名：邓忠伟
学号：0140209108
1. Otto 循环发动机不利于节能的因素
1.1 部分负荷燃油消耗率高
车辆在正常运行时所需要的功率是很小的, 但实际使用中为了保证加速与爬坡能力, 需要选配较大功率的发动机, 这就使得发动机在经常运转部分负荷工况下的燃油消耗率远高于最佳燃油消耗率,造成整车能量利用率低、燃油经济性差。
1.2 泵气损失
泵气损失是造成Otto 循环发动机低负荷工况运转时燃油消耗率高的主要原因。节气门在部分开度时造成节流, 以及曲轴箱和进气管的压差对活塞下行造成阻力, 都造成了能量损失。采用节气门控制负荷的发动机即使在高速路行驶时也存在泵气损失, 只有在全力加速或爬坡时节气门全开, 不存在额外的进气管节流损失。Otto循环在部分负荷时的能量损失是和发动机参数联系在一起的: 泵气损失与进气节流相联系、热效率的降低与不合适的压缩比和膨胀比相联系。
1.3 小膨胀比
发动机将燃油化学能以热能形式释放出, 并转化为机械功。热能转化为机械功的比率由膨胀比决定。膨胀比为排气门打开时气缸容积与混合气被点燃时气缸容积比值。膨胀比越高, 转化为机械功的热能越多。在Otto循环发动机中膨胀比和压缩比基本相当。而压缩比有一上限, 超过此上限便会产生爆震, 给汽油机造成很大危害。因而对于给定燃油辛烷值的汽油机来说要避免爆震就不能有大的膨胀比。
1.4 过浓的混合气
传统Otto 循环发动机通过加浓混合气满足输出功率增加的需要。浓混合气在发动机内并不能完全被利用, 作为HC排放物被排到大气中或者在催化转化器中被氧化掉, 降低了燃油利用率。
2. Atkinson循环的原理及优势
2.1 Atkinson循环发动机的工作原理
1884年James Atkinson发明了Atkinson 循环发动机。Atkinson循环发动机是在Otto循环发动机的基础上多了一个回流过程, 包括进气、回流、压缩、膨胀和排气五个过程。Atkinson循环利用了进气门晚关来控制负荷而不是节气门的节流作用。进气门晚关时刻由气缸内充量的多少来决定的, 即根据负荷的大小来确定气门的关闭时刻。气门关闭后才是压缩冲程的实际开始点, 而膨胀冲程还是和原Otto循环相似或稍长, 这就减少了进气过程的泵气损失和压缩冲程的压缩功; 而膨胀比大于压缩比便能够更大程度地将热能转换为机械能, 提高发动机的指示热效率, 降低燃油消耗。另外进气门晚关使实际压缩比降低, 使得缸内燃烧温度降低, 有利于改善NOx的排放。
图1为Atkinson循环示意图: 其中1- 2为绝热压缩过程; 2- 3为定容加热过程; 3-4为绝热膨胀过程;4 - 1为定压放热过程。与传统Otto循环相比,Atkinson循环压缩起点较Otto循环晚; Otto循环4-1过程为定容放热, 而Atkinson循环为定压过程, 在相同工质数量和加热量条件下, 它有较大的膨胀功,所以热效率高。
图1为Atkinson 循环示意图
由热力学知识可得循环的吸热量为:
)1()(11231-=-=-λεκT C T T C q v v (1)
式中ε=V
1V 2为压缩比，该压缩比为循环的实际压缩比,即进气阀关闭时刻开始计算的压缩比。循环的放热量为:
)1()(111142-=-=--κκρλεT C T T C q p p (2) ρ=V 4V 3
为膨胀比; 由于循环的4- 1过程为定压放热过程, 因此循环的膨胀比压缩比要大。因此 Atkinson 循环的指示热效率为:
)1
1(11112---=-=-λρλκηq q i (3) 从公式( 3)可知, Atkinson 循环的指示热效率ηi 与循环的膨胀比ρ成正比例关系,而与循环的压缩比ε无关；同时膨胀比越大则指示热效率越高, 说明了在Atkinson 循环中膨胀比决定着发动机的热效率。但从另一方面来看, 膨胀比与几何压缩比又是紧密联系的, 膨胀比大小是受几何压缩比限制的。
2.2 两种循环的比较
如图2所示, 对传统Otto 循环发动机和Prius 发动机的Atkinson 循环进行比较, 传统Otto 循环从进气阀关闭(约下止点后50°CA)的实际压缩容积与排气阀开启(约下止点前50°CA)为止的膨胀容积几乎相等, 实际压缩比与膨胀比也基本相等。而对于Prius 发动机的Atkinson 循环, 说明书上的压缩比为13.5, 但实际上却延迟了进气阀关闭时刻(可调节到下止点后120°CA) , 在压缩行程初始时间吸入缸内的一部分气体被回流到进气歧管内,从而实质上延迟了压缩开始时刻, 降低了实际压缩比; 另一方面排气阀在下止点后32°CA 开启, 所以膨胀容积增大,形成了高膨胀比循环。
Atkinson 循环热效率较高是因为降低了两方面的损耗：
一是在部分负荷时它
工作在最佳膨胀比下,燃料的热效率高；二是进气冲程中没有节气门的节流作用减少了泵气损失。如图3中传统Otto循环示功图的阴影部分就是泵气损失部分, 而Atkinson循环的示功图中就不存在这部分损失。
图2 两种循环工作过程的比较
图3 两种循环示功图的比较
图3示功图中P0为大气压力, 说明了Otto循环在部分负荷时是在小于大气压力状态下进气; 而Atkinson 部分负荷时是利用进气门晚关时刻而不是节气门开度来控制负荷。因此进气管压力基本保持为大气压力状态, 这就消除了进气时因泵气作用而造成的损失。
2.3 Atkinson 循环发动机的优势
2.3.1 Atkinson 循环在混合动力中的优势
虽然Atkinson 循环具有较高的热效率, 但却存在功率偏低的缺点, 特别在低速低负荷下更加明显。所以在过去能源危机不明显, 尤其增压技术没有发展、对发动机又追求大功率大扭矩和起动加速性能好的时代, 此种循环发动机没有发
展前景, 因此这方面研究就一直没有得到重视。但是随着能源和环保压力的日益紧迫, 旨在节约能源和降低排放的混合动力汽车成了汽车行业的重要研究对象。国内外汽车公司又开始对Atkinson循环进行研究, 并且随着发动机技术、控制技术、电动机、电池等各种技术的进步, 在传统Otto循环发动机上, 通过一系列技术改造可以实现Atkinson循环。特别是混合动力汽车技术的出现, 在低速小负荷
下可以使用蓄电池+电动机驱动, 既发挥了电动机低速大转矩的优点, 又避开了Atkinson 循环低速小负荷下的弱点, 使发动机主要工作在中高速下, 充分发挥
了Atkinson循环发动机热效率高的优点, 提高整车的燃油经济性和排放性。
针对传统Otto循环发动机能量利用率低的几个因素, Atkinson 循环发动机对其进行了改善。对于部分负荷燃油消耗高的问题, 由于在混合动力汽车上结合了电动机, 因此可使发动机一直在燃油利用率较高的范围运行; 在大部分负荷范围(小负荷除外) 内没有节气门作用, 因此不存在额外的泵气损失; 为了提高燃油
的做功能力, Atkinson 循环发动机采用了较大的膨胀比; 在需要提供大的功率输出时,混合动力汽车通过电动机、电池输出能量辅助汽油机提供动力, 因而就解决了传统汽油机通过使用过浓混合气增加功率输出的缺陷。因此, Atkinson 循环
发动机是混合动力汽车采用的较理想的发动机。
2.3.2 Atkinson 循环的燃油经济性和排放性能
Atkinson 循环发动机应用在混合动力汽车上,不必考虑低转速和小负荷范围的运行性能, 因此对Atkinson 循环发动机性能的研究主要集中在车辆发动机经常运行的中间负荷范围, 整车运行工况下的要求就是尽量降低该负荷范围内的
燃油消耗和排放。研究表明在部分负荷下, 由于泵气损失的下降和热效率的提高, 发动机部分负荷范围燃油经济性得到了改善。有关研究通过试验得出结论: 一台几何压缩比15.8的发动机, 采用LIVC(Late Intake V alve Closing)后实际压缩比为10.3, 相对于几何压缩比为10.3的发动机指示热效率提高了11.75%, 因此利用LIVC实现的Atkinson循环经济性方面能够得到明显效果。
由于Atkinson循环较低的实际压缩比和较大的内部EGR, 所以缸内燃烧温度较低,使NOx排放有了很大的降低; Atkinson循环发动机的HC排放高于Otto循环发动机, 这是由于缸内残余气体增多和较大的膨胀比导致燃烧温度和排气温
度降低, 从而降低了对未燃HC的氧化能力; 缸内残余气体增多也会使燃烧速度降低, 会造成更多的未燃HC; CO排放的降低主要是没有了节流损失使得进气
速度能够增大, 有利于燃油和空气的充分混合, 是燃油和空气混合好、燃烧好的原因。
2.4 实现Atkinson循环的方法
Atkinson循环通过进气门晚关来实现。其一是对配气机构进行合理的设计以达到在不同的工况点实现合适可变的进气门关闭时刻, 从而利用LIVC来控制
缸内燃油混合气的量, 并控制发动机的负荷; 其二是发动机的控制系统, 控制系统要能够根据发动机的转速、负荷和排放等关键参数来控制LIVC的量以及燃油喷射的量以达到对发动机的全面控制。因此对Atkinson发动机来说, 关键是如何实现可变进排气定时, 达到用进气定时来控制负荷和排气定时来控制膨胀比。
实现上述功能是利用可变气门定时系统(V ariable V alve Timing, VVT) 来实现通过LIVC控制发动机负荷的功能。若能将先进的电子气门应用到此发动机上, 不论是从机械结构和控制机构的复杂程度, 还是配气定时的准确控制上都能使Atkinson 循环发动机性能产生质的提高。LIVC是一项潜力很大的技术, 既降低了发动机泵气损失, 又实现了对发动机负荷的控制, 而且对发动机的排放也有较大改善。丰田的Prius混合动力电动汽车正是采用此种技术实现Atkinson循环的。
3.结论
能源和环保问题使得开发节能降耗、低排放的环保汽车已成为汽车工业可持续发展的首要任务；混合动力车将传统动力和电动驱动结合在很长一段时间内成
为汽车发展的一个重要方向；作为汽车的传统动力源, 需要有合适的发动机与混合动力汽车相匹配；发动机新技术使得发动机生命力不断增强；Atkinson循环发动机恰恰满足了混合动力电动车对发动机的要求, 达到了发展混合动力汽车的初衷。目前成功的混合动力汽车, 像丰田Prius、福特Escape等传统动力源均采用基于Atkinson循环的发动机, 这说明了在节能减排方面Atkinson循环发动机达到了混合动力汽车的设计要求。在混合动力基础上, 依靠VVT和VCR（V ariable Compression Ratio）技术可实现Atkinson循环, 并结合发动机和整车的其它技术, 这样才能从车辆的总体上实现节能降耗和降排, 不断改善整车性能。
阿特金森循环 目前油电混合动力汽车中，基本上对于发动机进行了重新设计或重大改进。如丰田Prius的1.5升汽油机（1NZ-FXE）采用了阿特金森循环，它是在1NZ-FE的基础上改造得到的。这种循环发动机具有高热效率、高膨胀比、紧凑型倾斜挤气燃烧室（以形成有利于燃烧的挤气涡流）以及铝合金缸体，其主要目的是追求高的热效率而不是高功率。由于电机承担了功率调峰的作用，发动机可以舍弃非经济工作区的动力性能而追求经济工作区的高效率。如，日本丰田Prius所用的发动机的工作区域设定在1000~4500rpm。 在常规奥拓发动机的做功冲程完成后，封闭在汽缸内的气体压力仍然有3~5个大气压。在排气冲程中，这部分气体的热量白白的排放到大气中。如果提高做功行程的做功量，在膨胀行程末，汽缸内的压力降为稍高于大气压，再将排气气门打开，则会提高燃油效率，这种工作循环被称之为阿特金森循环，具有这种循环的发动机被称之为阿特金森循环发动机。 阿特金森循环发动机的热效率较之传统的奥拓循环发动机的提高有赖于控制泵气损失和在保持压缩比不变的前提下增大了膨胀比。 在1885年，阿特金森循环的实现是通过曲柄和气门等机构，其燃烧室的容积用以保持固定的压缩比，而膨胀比是随着载荷变化而变动以此来优化燃油效率。在二十世纪初，工程师试图通过复杂的连杆机构以期实现不同的冲程，事实证明这种做法并不适用。后随着电子技术的发展，可变气门配气相位（VVT）使得阿特金森循环真正成为可能。福特和丰田公司已经将阿特金森循环发动机商品化，应用于其混合动力汽车上。 这类发动机的缺陷： 有了可变进气正时技术，这种技术是非常容易实现的，但为什么这种技术未能普及广泛发动机之上呢？其原因如下： 1、独特的进气方式让低速扭矩很差 在低速时，本来就稀薄的混合气在“反流”之后变得更少，这让该类发动机低速扭矩表现很差，用于车辆起步显然动力不够，谁都不愿意自己的爱车输在起跑线上，厂商也不愿因此而让自己的商品落后于别家。 2、长活塞行程不利于高转速运转 较长的活塞行程确实可以充分的利用燃油的能量，提升经济性，但也因此限制了转速的升高，加速性能也变差，并且“升功率”这个性能指标会很低。而追求性能，尤其是追求高速性能的赛车发动机，往往行程与活塞直径的比值会很低。在民用车上，为了平衡，通常行程与缸径两个数据是接近的。
一、发动机的性能 一、解释术语 1、指示热效率：是发动机实际循环指示功与消耗燃料的热量的比值. 2、压缩比：气功容积与燃烧室容积之比 3、燃油消耗率：发动机每发出1KW有效功率,在1h内所消耗的燃油质量 4、平均有效压力：单位气缸工作容积所做的有效功 5、有效燃料消耗率：是发动机发出单位有效功率时的耗油量 6、升功率：在标定工况下，发动机每升气缸工作容积说发出的有效功率 7、有效扭矩：曲轴的输出转矩 8、平均指示压力：单位气缸容积所做的指示功 2、示功图：发动机实际循环常用气缸内工质压力P随气缸容积V（或曲轴转角）而变化的曲线 二、选择题 1、通常认为，汽油机的理论循环为（ A ） A、定容加热循环 B、等压加热循环
C、混合加热循环 D、多变加热循环 6、实际发动机的膨胀过程是一个多变过程。在膨胀过程中，工质（ B ） A、不吸热不放热 B、先吸热后放热 C、先放热后吸热 D、又吸热又放热 2、发动机的整机性能用有效指标表示，因为有效指标以（ D ） A、燃料放出的热量为基础 B、气体膨胀的功为基础 C、活塞输出的功率为基础 D、曲轴输出的功率为基础 5、通常认为，高速柴油机的理论循环为（ C ） A、定容加热循环 B、定压加热循环 C、混合加热循环 D、多变加热循环 6、实际发动机的压缩过程是一个多变过程。在压缩过程中，工质（ B ） A、不吸热不放热 B、先吸热后放热 C、先放热后吸热 D、又吸热又放热
2、发动机工作循环的完善程度用指示指标表示，因为指示指标以（ C ） A、燃料具有的热量为基础 B、燃料放出的热量为基础 C、气体对活塞的做功为基础 D、曲轴输出的功率为基础 2、表示循环热效率的参数有（ C ）。 A、有效热效率 B、混合热效率 C、指示热效率 D、实际热效率 3、发动机理论循环的假定中，假设燃烧是（ B ）。 A、定容过程 B、加热过程 C、定压过程 D、绝热过程 4、实际发动机的压缩过程是一个（ D ）。 A、绝热过程 B、吸热过程 C、放热过程 D、多变过程 5、通常认为，高速柴油机的理论循环为（ C ）加热循环。 A、定容 B、定压 C、混合 D、多变
丰田车系 5A-FE 直列四缸 1.5L 16 气门DOHC 威驰9.8 68/6000 124/3200 8A-FE 直列四缸 1.3L 16 气门DOHC 威驰9.3 64/6000 110/3200 丰田5A FE发动机目前国内天津一汽04年至05年 1ZZ-FE 直列四缸 1.8L 16气门DOHC、DIS （含铅汽油）花冠9.5 94/6000 162/4400 3ZZ-FE 直列四缸 1.6L 16 气门DOHC、VVT-i、DIS （无铅汽油）10.5 81/6000 146/4400 1NZ-FE 直列四缸 1.5L 16 气门DOHC、VVT-i、DIS （无铅汽油）威驰花冠 2NZ-FE 直列四缸 1.3L 16气门DOHC、DIS （含铅汽油）威驰花冠 1MZ-FE V 型6 缸 3.0L 24气门DOHC，10.5 188/5200 203/4400 佳美94年后 1AZ-FE 直列四缸 2.0L 16气门DOHC、VVT-i、 DIS、ETCS-I 凯美瑞、RAV49.8 108/6000 190/6000 2AZ-FE 直列四缸 2.4L 16气门DOHC、VVT-i、 DIS、ETCS-I 凯美瑞大霸王RAV49.8 123/6000 224/4000 2TR-FE 直列4缸 2.7L双凸轮轴16气门（VVT-i）霸道、海狮 1GR-FE V型六缸4.0L 霸道、兰德酷路泽（第七代陆地巡洋舰）2GR-FE V 型六缸 3.5L 24 气门DOHC、双VVT-i、DIS、 ACIS、ETCS-i新款凯美瑞10.8 204/6200 346/4700/ 3GR-FE V 型六缸 3.0L 24 气门DOHC、双VVT-i、DIS 2005款皇冠、锐志10.5 170/6200 300/4400 5GR-FE V 型六缸 2.5L 24 气门DOHC、双VVT-i、DIS 锐志10.0 145/6200 242/4400 1FZ-FE 直列六缸 4.5L 陆地巡洋舰（第六代） 2UZ-FE V型八缸 4.7L 兰德酷路泽（第七代陆地巡洋舰） 1NZ-FXE 1.5升4缸直列双凸轮轴16气门普锐斯
Atkinson循环在混合动力汽车中应用的优势 姓名：邓忠伟 学号：0140209108 1. Otto 循环发动机不利于节能的因素 1.1 部分负荷燃油消耗率高 车辆在正常运行时所需要的功率是很小的, 但实际使用中为了保证加速与爬坡能力, 需要选配较大功率的发动机, 这就使得发动机在经常运转部分负荷工况下的燃油消耗率远高于最佳燃油消耗率,造成整车能量利用率低、燃油经济性差。 1.2 泵气损失 泵气损失是造成Otto 循环发动机低负荷工况运转时燃油消耗率高的主要原因。节气门在部分开度时造成节流, 以及曲轴箱和进气管的压差对活塞下行造成阻力, 都造成了能量损失。采用节气门控制负荷的发动机即使在高速路行驶时也存在泵气损失, 只有在全力加速或爬坡时节气门全开, 不存在额外的进气管节流损失。Otto循环在部分负荷时的能量损失是和发动机参数联系在一起的: 泵气损失与进气节流相联系、热效率的降低与不合适的压缩比和膨胀比相联系。 1.3 小膨胀比 发动机将燃油化学能以热能形式释放出, 并转化为机械功。热能转化为机械功的比率由膨胀比决定。膨胀比为排气门打开时气缸容积与混合气被点燃时气缸容积比值。膨胀比越高, 转化为机械功的热能越多。在Otto循环发动机中膨胀比和压缩比基本相当。而压缩比有一上限, 超过此上限便会产生爆震, 给汽油机造成很大危害。因而对于给定燃油辛烷值的汽油机来说要避免爆震就不能有大的膨胀比。 1.4 过浓的混合气 传统Otto 循环发动机通过加浓混合气满足输出功率增加的需要。浓混合气在发动机内并不能完全被利用, 作为HC排放物被排到大气中或者在催化转化器中被氧化掉, 降低了燃油利用率。 2. Atkinson循环的原理及优势 2.1 Atkinson循环发动机的工作原理 1884年James Atkinson发明了Atkinson 循环发动机。Atkinson循环发动机是在Otto循环发动机的基础上多了一个回流过程, 包括进气、回流、压缩、膨胀和排气五个过程。Atkinson循环利用了进气门晚关来控制负荷而不是节气门的节流作用。进气门晚关时刻由气缸内充量的多少来决定的, 即根据负荷的大小来确定气门的关闭时刻。气门关闭后才是压缩冲程的实际开始点, 而膨胀冲程还是和原Otto循环相似或稍长, 这就减少了进气过程的泵气损失和压缩冲程的压缩功; 而膨胀比大于压缩比便能够更大程度地将热能转换为机械能, 提高发动机的指示热效率, 降低燃油消耗。另外进气门晚关使实际压缩比降低, 使得缸内燃烧温度降低, 有利于改善NOx的排放。 图1为Atkinson循环示意图: 其中1- 2为绝热压缩过程; 2- 3为定容加热过程; 3-4为绝热膨胀过程;4 - 1为定压放热过程。与传统Otto循环相比,Atkinson循环压缩起点较Otto循环晚; Otto循环4-1过程为定容放热, 而Atkinson循环为定压过程, 在相同工质数量和加热量条件下, 它有较大的膨胀功,所以热效率高。
一、发动机的性能 二、选择题 1、通常认为，汽油机的理论循环为（ A ） A、定容加热循环 B、等压加热循环 C、混合加热循环 D、多变加热循环 6、实际发动机的膨胀过程是一个多变过程。在膨胀过程中，工质（ B ） A、不吸热不放热 B、先吸热后放热 C、先放热后吸热 D、又吸热又放热 2、发动机的整机性能用有效指标表示，因为有效指标以（ D ） A、燃料放出的热量为基础 B、气体膨胀的功为基础 C、活塞输出的功率为基础 D、曲轴输出的功率为基础 5、通常认为，高速柴油机的理论循环为（ C ） A、定容加热循环 B、定压加热循环 C、混合加热循环 D、多变加热循环 6、实际发动机的压缩过程是一个多变过程。在压缩过程中，工质（ B ） A、不吸热不放热 B、先吸热后放热 C、先放热后吸热 D、又吸热又放热 2、发动机工作循环的完善程度用指示指标表示，因为指示指标以（ C ） A、燃料具有的热量为基础 B、燃料放出的热量为基础 C、气体对活塞的做功为基础 D、曲轴输出的功率为基础 2、表示循环热效率的参数有（ C ）。 A、有效热效率 B、混合热效率 C、指示热效率 D、实际热效率 3、发动机理论循环的假定中，假设燃烧是（ B ）。 A、定容过程 B、加热过程 C、定压过程 D、绝热过程 4、实际发动机的压缩过程是一个（ D ）。 A、绝热过程 B、吸热过程
C、放热过程 D、多变过程 5、通常认为，高速柴油机的理论循环为（ C ）加热循环。 A、定容 B、定压 C、混合 D、多变 6、实际发动机的膨胀过程是一个（ D ）。 A、绝热过程 B、吸热过程 C、放热过程 D、多变过程 7、通常认为，低速柴油机的理论循环为（ B ）加热循环。 A、定容 B、定压 C、混合 D、多变 8、汽油机实际循环与下列（B ）理论循环相似。 A、混合加热循环 B、定容加热循环 C、定压加热循环 D、卡诺循环 9、汽油机常用的压缩比在（ B ）范围内。 A、4 ～7 B、7 ～11 C、11 ～15 D、15 ～22 10、车用柴油机实际循环与下列（ A ）理论循环相似。 A、混合加热循环 B、定容加热循环 C、定压加热循环 D、卡诺循环 11、非增压发动机在一个工作循环中，缸内压力最低出现在（D ）。 A、膨胀结束 B、排气终了 C、压缩初期 D、进气中期 12、自然吸气柴油机的压缩比范围为（D ）。 A、8 ～16 B、10 ～18 C、12 ～20 D、14 ～22 3、发动机理论循环的假设燃烧是加热过程，其原因是（ B ）。 A、温度不变 B、工质不变 C、压力不变 D、容积不变 6、实际发动机的膨胀过程是一个多变过程，原因是在膨胀过程中，工质（ C ）。
丰田发动机系列及参数标准化管理处编码[BBX968T-XBB8968-NNJ668-MM9N]
丰田车系 5A-FE 直列四缸1.5L 16气门DOHC 威驰 9.8 68/6000 124/3200 8A-FE 直列四缸1.3L 16气门DOHC 威驰 9.3 64/6000 110/3200 丰田5A FE发动机目前国内天津一汽04年至05年 1ZZ-FE 直列四缸1.8L 16气门DOHC、DIS（含铅汽油）花冠 9.5 94/6000 162/4400 3ZZ-FE 直列四缸1.6L 16气门DOHC、VVT-i、DIS（无铅汽油） 10.5 81/6000 146/4400 1NZ-FE 直列四缸1.5L 16气门DOHC、VVT-i、DIS（无铅汽油）威驰花冠
2NZ-FE 直列四缸1.3L 16气门DOHC、DIS（含铅汽油）威驰花冠 1MZ-FE V型6缸 3.0L 24气门 DOHC， 10.5 188/5200 203/4400 佳美94年后 1AZ-FE 直列四缸2.0L 16气门 DOHC、VVT-i、DIS、ETCS-I 凯美瑞、RAV4 9.8 108/6000 190/6000 2AZ-FE 直列四缸2.4L 16气门 DOHC、VVT-i、DIS、ETCS-I 凯美瑞大霸王RAV4 9.8 123/6000 224/4000 2TR-FE 直列4缸 2.7L 双凸轮轴16气门（VVT-i）霸道、海狮 1GR-FE V型六缸 4.0L 霸道、兰德酷路泽（第七代陆地巡洋舰） 2GR-FE V型六缸 3.5L 24气门DOHC、双VVT-i、DIS、ACIS、ETCS-i 新款凯美瑞 10.8 204/6200 346/4700/ 3GR-FE V型六缸 3.0L 24气门DOHC、双VVT-i、DIS 2005款皇冠、锐志 10.5
1、汽油机实际循环与下列（）理论循环相似。 A、混合加热循环 B、定容加热循环 C、定压加热循环 D、卡诺循环 2、汽油机常用的压缩比在（）范围内。 A、4 ～7 B、7 ～11 C、11 ～15 D、15 ～22 3、车用柴油机实际循环与下列（）理论循环相似。 A、混合加热循环 B、定容加热循环 C、定压加热循环 D、卡诺循环 4、非增压发动机在一个工作循环中，缸内压力最低出现在（） A、膨胀结束 B、排气终了 C、压缩初期 D、进气中期 5、发动机实际换气过程完善程度的评价参数有（） A、机械效率 B、热效率 C、进气马赫数 D、充气效率 6、四冲程发动机换气过程中存在气门叠开现象的原因是（） A、进气门早开和排气门早开 B、进气门晚关和排气门早开 C、进气门早开和排气门晚关 D、进气门晚关和排气门晚关 7、汽油机的火焰速度是（） A、燃烧速度 B、火焰锋面移动速度 C、扩散速度 D、气流运动速度 8、提高压缩比使汽油机的爆震倾向加大，为此，可采取（）的措施。 A、减小喷油提前角 B、减小点火提前角 C、加大喷油提前角 D、加大点火提前角 9、评价速燃期的重要指标中有（） A、温度升高率 B、最大压力出现时刻 C、最高温度 D、压力升高时刻 10、下列措施中，不能够消除汽油机爆震的是（） A、增大点火提前角 B、推迟点火提前角 C、加强冷却 D、选用高牌号的汽油 11、下面列出的（）属于柴油机燃烧特点。 A、缺氧 B、空气过量 C、扩散燃烧 D、混合气预先形成 12、柴油机混合气形成过程中，存在燃料燃烧、燃料（）、燃料与空气之间的扩散同步进行现象。 A、燃烧 B、凝结 C、蒸发 D、混合 13、球形油膜燃烧室属于柴油机（）燃烧室。 A、涡流式 B、预燃室 C、间接喷射式 D、直接喷射式 14、下列四种燃烧室对喷射系统要求最高的是（） A、开式燃烧室 B、半开式燃烧室 C、涡流室燃烧室 D、预燃室燃烧室 15、在发动机试验装置中，（）是发动机试验台架的基本设备。 A、发动机 B、试验台 C、测功机 D、测量系统 17、万有特性图中，最内层的区域是（） A、功率最高区域 B、油耗最小区域 C、转矩最大区域 D、转速最小区域 18、发动机的有效燃油消耗率和下面哪个参数成反比（） A、机械效率 B、指示热效率 C、两个都是 D、两个都不是 19、三元催化转换器要求的空燃比范围是（）理论空燃比。 A、小于 B、小于并接近 C、大于 D、大于并接近
丰田车系 5A-FE 直列四缸1.5L 16气门DOHC 威驰9.8 68/6000 124/3200 8A-FE 直列四缸1.3L 16气门DOHC 威驰9.3 64/6000 110/3200 丰田5A FE发动机目前国天津一汽04年至05年 1ZZ-FE 直列四缸1.8L 16气门DOHC、DIS（含铅汽油）花冠9.5 94/6000 162/4400 3ZZ-FE 直列四缸1.6L 16气门DOHC、VVT-i、DIS（无铅汽油）10.5 81/6000 146/4400 1NZ-FE 直列四缸1.5L 16气门DOHC、VVT-i、DIS（无铅汽油）威驰花冠 2NZ-FE 直列四缸1.3L 16气门DOHC、DIS（含铅汽油）威驰花冠 1MZ-FE V型6缸3.0L 24气门DOHC，10.5 188/5200 203/4400 佳美94年后 1AZ-FE 直列四缸2.0L 16气门DOHC、VVT-i、DIS、ETCS-I 凯美瑞、 RAV4 9.8 108/6000 190/6000
2AZ-FE 直列四缸2.4L 16气门DOHC、VVT-i、DIS、ETCS-I 凯美瑞大霸王 RAV4 9.8 123/6000 224/4000 2TR-FE 直列4缸 2.7L 双凸轮轴16气门（VVT-i）霸道、海狮 1GR-FE V型六缸4.0L 霸道、兰德酷路泽（第七代陆地巡洋舰） 2GR-FE V型六缸3.5L 24气门DOHC、双VVT-i、DIS、ACIS、ETCS-i 新款凯美瑞10.8 204/6200 346/4700/ 3GR-FE V型六缸3.0L 24气门DOHC、双VVT-i、DIS 2005款皇冠、锐志10.5 170/6200 300/4400 5GR-FE V型六缸2.5L 24气门DOHC、双VVT-i、DIS 锐志10.0 145/6200 242/4400 1FZ-FE 直列六缸4.5L 陆地巡洋舰（第六代） 2UZ-FE V型八缸4.7L 兰德酷路泽（第七代陆地巡洋舰） 1NZ-FXE 1.5升4缸直列双凸轮轴16气门普锐斯
浅谈阿特金森循环发动机 图：阿特金森循环发动机 自四冲程内燃机诞生至今，如何提高发动机的效率是发动机工程师们一直努力研究的课题。提到发动机效率，“压缩比”就自然而然地成为了讨论的主角了。一直以来，“高压缩比=高效率、高功率”已经成为了内燃机学当中不变的信条。由进气、压缩、膨胀、排气四个冲程循环构成的四冲程内燃机，是奥托历时14年于1876年研发成功的，该发动机原理，被称为奥托循环。而其中能提高内燃机效率最具关键性的一环——压缩冲程，由原理变为机械的过程，曾困扰了奥托十数年之久。
图：阿特金森循环发动机活塞行程示意图，黄红绿四个色块依次表示：吸气、压缩、 膨胀、排气四个活塞冲程。 因为当时的技术限制，压缩比不能作出更大的提升，因此发动机的效率也不能进一步地提升。1882年，英国工程师James At kinson（詹姆斯?阿特金森）在使用奥托循环内燃机的基础上，通过一套复杂的连杆机构，使得发动机的压缩行程大于膨胀行程，这种巧妙的设计，不仅改善了发动机的进气效率，也使得发动机的膨胀比高于压缩比，有效地提高了发动机效率，这种发动机的工作原理被称为阿特金森循环。
图：复杂的连杆机构不仅影响了活塞行程，也使得作用在曲轴上的力矩发生了改变。 然而，采用了阿特金森循环的发动机虽然在热效率方面得到了提高，但是，过于复杂的连杆机构使其工作的稳定性和可靠性相对较低，所以并不能得到广泛应用。到了1940年，美国工程师Ralph Miller（拉夫?米勒）研发出一款膨胀比高于压缩比的发动机。但是，这款发动机摒弃此前由阿特金森研采用复杂的连杆机构来实现的形式，而是采用了在吸气冲程结束，进入压缩冲程时，令进气门延迟关闭，迫使原本已经吸入气缸内的可燃混合气有一部分通过进气门“吐”出气缸，再关闭气门。令引擎的实际压缩行程不是从活塞下止点就开始，而是在下止点在往上某个点（或许是只有0.7倍的活塞行程）才开始，降低了活塞的实际压缩行程，也就达到了压缩行程小于膨胀行程的目的了。而由于有部分油气混合物返回进气道，使得压缩过程的实际油气混合物的量较少，因此阿特金森/米勒发动机的理论压缩比设计都比较高，令较稀疏的油气混合物有充分的压缩量。以丰田的2ZR-FXE引擎为例，理论压缩比高达13.0:1，但实际压缩比相当于10：1左右（因实际压缩行程被缩短所致）。
教师学科教案[ 20 – 20 学年度第__学期] 任教学科：_____________ 任教年级：_____________ 任教老师：_____________ xx市实验学校
任务三认识四冲程汽油发动机工作过程 一、教材分析： 本节内容在项目六认识汽车的总体结构章节中占有重要地位，主要阐述了汽油发动机的工作过程以及四个行程的工作过程和特点。学生清晰理解发动机的工作原理将为今后进行发动机故障诊断和拆修打下基础。因此，本节课的成败直接影响后续课程的学习。 二、教学目标： 使学生掌握四冲程汽油机的工作过程即工作原理，并在工作原理掌握的基础上，能够分析四冲程汽油发动机工作过程中，各组成部分的工作状态和它们之间的相互工作关系，提高学生在学习专业课过程中分析问题的能力。 三、教学重点和难点： 教学重点：四冲程汽油发动机完成一个工作循环各行程的工作过程。 教学难点：四冲程汽油发动机各个工作行程的工作特点。 四、教学方法：讲授法、讨论法、视频演示法 五、教学工具：教材、黑板、粉笔、PPT 六、课时安排：1课时 七、教学过程： [导入] 展示一张四冲程汽油机结构图，通过提问的方式让学生们回答各个部件的名称。 [设计意图] 通过小组抢答的方式回忆上节课所学知识内 容，即考查学生对于基本知识结构的掌握程度，也 为这节新内容做好铺垫，同时使学生有学习的成就 感，可以有效的激发学生探究的欲望，产生对新课 学习的兴趣。 [讲授新课] 一、观看视频 带着问题观看四冲程汽油发动机工作过程，问 题如下：
（1）每个进程过程中的活塞运动方向？ （2）每个进程过程中的进、排气门开、闭状态？ （3）每个进程过程中曲轴转过的角度？ 二、小组讨论，回答问题 （1）进气行程 ①活塞运动方向：由上向下运动 ②气门状态：进气门开、排气门关 ③曲轴转角：0°—180° 引导学生通过观察进气行程工作示意图回答问题，把黑板上的 工作特性表格填写完整。 【教师提问】混合气为何会被吸入气缸？ 引导学生回答：活塞由上止点向下止点移动，活塞上方额气缸容积 增大，从而气缸内的压力降低到大气压一下，造成真空吸力，此 时气缸内气体压力为0.075—0.09MPa。 （2）压缩行程 ①活塞运动方向：由下向上运动 ②气门状态：进气门关、排气门关 ③曲轴转角：180°—360° 引导学生通过观察压缩行程工作示意图回答问题，把黑 板上的工作特性表格填写完整。 ①【教师提问】为什么要将可燃混合气压缩？ 引导学生回答：为了使吸入气缸的可燃混合气能迅速燃烧， 以产生较大的压力，从而使发动机发出较大功率，必须在燃 烧前将可燃混合气压缩，使密度增大，压力增大，温度升高， 此时气缸内气体压力为0.6—1.2MPa。 ②【教师提问】回忆压缩比概念？ 引导学生回答：压缩比=气缸总容积/燃烧室容积=压缩前容积/压缩后容积 压缩比越大，混合气压力、温度越高，燃烧速度增快→使发动机功率增大，经济性也越好。 ▲注意：压缩比过大，会产生爆燃和表面点火等不正常燃烧现象（汽油机6-10，
内燃机的工作循环 生物与农业工程学院孙舒畅45090120 一，内燃机的理论循环 通常根据内燃机所使用的燃料、混合气形成方式、缸内燃烧过程(加热方式)等特点，把火花点火发动机的实际循环简化为等容加热循环，把压燃式柴油机的实际循环简化为混合加热循环或等压加热循环，这些循环称为内燃机的理论循环。根据不同的假设和研究目的，可以形成不同的理论循环，如图1，a、b和c所示为四冲程内燃机的理想气体理论循环的p-V示功图。为建立这些内燃机的理论循环，需对内燃机的实际循环中大量存在的湍流耗散、温度压力和成分的不均匀性以及摩擦、传热、燃烧、节流和工质泄漏等一系列不可逆损失作必要的简化和假设，归纳起来有： 1)忽略发动机进排气过程，将实际的开口循环简化为闭口循环。 2)将燃烧过程简化为等容、等压或混合加热过程，将排气过程简化为等容放热过程。 3)把压缩和膨胀过程简化成理想的绝热等熵可逆过程，忽略工质与外界的热量交换及其泄漏等的影响。 4)以空气为工质，并视为理想气体，在整个循环牛工质物理及化学性质保持不变，比热容为常数。 图1 四冲程内燃机典型的理论循环 a)等容加热循环b)等压加热循环c)混合加热循环 通过对理论循环的热力学研究，可以达到以下目的： 1)用简单的公式来阐明内燃机工作过程中各基本热力参数间的关系，明确提高以理论循环热效率为代表的经济性和以循环平均压力为代表的动力性的基本途径。 2)确定循环热效率的理论极限，以判断实际内燃机工作过程的经济性和循环进行的完善程度以及改进潜力。 3)有利于比较内燃机各种热力循环的经济性和动力性。
各种理论循环的热效率和循环平均压力可以依照热力学的方法进行推导[1-3]。内燃机理论循环热效率和循环平均压力的表达式及特点见表1。 表1 内燃机理论循环的比较 注：V P c c k = 为等熵指数，c a c V V =ε为压缩比，c z P P P =λ为压力升高比，c z V V =0ρ为初始膨胀比。 分析表1中三种理论循环的热效率和平均压力表达式，不难发现： 1)三种理论循环的热效率均与压缩比 有关，提高压缩比可以提高循环的热效率。高压缩比c ε可以提高工质的最高燃烧温度，扩大了循环的温度阶梯，从而使热效率t η增加，但热效率t η增加率随着压缩比c ε的提高而逐渐减小。 2)增大压力升高比，可以增加混合加热循环中等容部分的加热量，使循环的最高温度和压力增加，因而提高了燃料热量的利用率，即循环的热效率t η。 3)增大初期膨胀比，使等压部分加热量增加，将导致混合加热循环热效率t η的降低，因为这部分热量是在活塞下行的膨胀行程中加入的，做功能力较低。 4)所有提高内燃机理论循环热效率的措施，以及增加循环始点的进气压力，降低进气温度a T ，增加循环供油量(b g ，即循环加热量B Q )等措施，均有利于循环平均压力的t P 提高。 理论上能够提高内燃机理论循环热效率和平均压力的措施，往往受到内燃机实际工作条 件的限制：
一填空 1. 评定实际循环的指标称为指示指标它以工质对活塞所做之工为基础。 2.发动机的经济性和动力性指标是以曲轴输出功为基础，代表了发动机的整机性能，通常称为有效指标。 3.发动机的主要指示指标有指示功率、平均指示压力、指示燃烧消耗率和指示热效率。 4.发动机的主要有效指标有有效功率、平均有效压力、有效热效率、有效燃油消耗率和有效转矩。 5.发动机的换气过程包括进气过程和排气过程。 6.发动机进气管的动态效应分为（惯性）效应和【波动】效应两类。 7.在汽油的性能指标中，影响汽油机性能的关键指标主要是【】和馏程；评价柴油自燃性的指标是【十六烷值】；评价汽油抗爆性的指标是【辛烷值】。 8、使可燃混合气着火的方法有【高温单阶段着火】和【低温单阶段着火】两种，汽油机的着火方式是【高温单阶段着火】。柴油机的着火方式是【低温单阶段着火】。 9.电子控制汽油喷射系统按检测进气量的方式分为【质量流量控制】和【速度密度控制】【节流速度控制】两类，按喷嘴数量和喷嘴安装位置分为【缸内喷射】和【进气管喷射】两类。 10、汽油机产生紊流的主要方式有【挤流】和【近期涡流】两种。 11、最佳点火提前角应使最高燃烧压力出现在上止点后【 5 】度曲
轴转角。柴油机喷油器有【孔】式喷油器和【轴针】式喷油器两类，前者用于直喷式（统一式）燃烧室中，后者用于分隔式燃烧室中。 12，油束的雾化质量一般是指油束中液滴的【细度】和【均匀度】。 13.柴油机分隔式燃烧室包括【涡流式】式燃烧室和【预燃式】式燃烧室两类：直喷式燃烧室分为【开】式燃烧室和【半开】式燃烧室两类。 14.柴油机上所用的调速器分【全程式】式和【两极】式两类。一般【全程式】式调速器用于汽车柴油机，【两极】式调速器用于拖拉机柴油机。 15.根据加热方式不同，发动机有【等容加热循环】、【混合加热循环】、【等压加热循环】、三种标准循环形式。 16、理论循环的评定指标有【循环热效率】和【循环平均压力】，前者用于评定循环的经济性，后者用于评定循环的做工能力。 17,评定实际循环动力性的指标有【平均指示压力】和指示功率；评定实际循环经济性的指标有指示热效率和【指示燃油消耗率】。 18.四冲程发动机的实际循环是由【进气】【压缩】【燃烧】【膨胀】和排气五个过程组成的。 19、发动机的动力性指标包括有效功率、【有效功】、【有效功率、有效转矩、平均有效压力】、转速和活塞平均速度。 20、发动机的换气过程分为【自由排气】、【强制排气】、【进气】和气门叠开四个阶段。
第一章 发动机工作循环及性能指标 §1-1 发动机理想循环概述 一 实际循环向理想循环的简化 （一） 实际循环 （以车用柴油机为例） 1 进气过程: 0～1 （ p > p 0 →p < p 0 ） 2 压缩过程: 1～2 （ p ↑，T ↑ ） 初期: 工质吸热；后期: 工质放热。 3 燃烧过程: 2～3～4 （ p ↑↑，T ↑↑ ） 4 膨胀过程: 4～5 （ p ↓，T ↓ ） 初期: 工质放热；后期: 工质吸热。 5 排气过程: 5～0 （ p > p 0 ） （二） 实际循环的简化 1 忽略进、排气过程 2 压缩、膨胀过程 （复杂的多变过程） 简化为绝热过程 3 燃烧过程简化为定容加热过程 （2～3） 和定压加热过程 （3～4） 4 排气放热简化为定容放热过程 5 假定工质为定比热的理想气体 二 理想循环及其分析比较 （一） 混合加热循环 －车用柴油机的理想循环 1 循环特征参数 （1） 压缩比 ε= v v 12 （2） 压力升高比 λ= p p 32 （3） 预胀比 ρ= v v 43 2 热效率 ηt v v p w q q q q q q = =- =- +01 21 21111
计算得: ηε λρ λλρt k k k =- ? --+--11 1 111 ()() 3 分析 （1） ε 为定值 λ↑ → ηt ↑ ；ρ↑ → ηt ↓ 。ρ = 1 → ηt = const. （汽油机，定容加热循环） （2） ε↑ → ηt ↑ ；当 ε = 20 左右时，ε↑ → ηt ↑ 不大 柴油机 ε = 12～ 22 （二） 定容加热循环 （奥托OTTO 循环） － 汽油机的理想循环 1 热效率 因为: 预胀比 ρ= =v v 43 1 所以: 热效率 ηε t k =- -11 1 2 分析 ρ = 1 → ηt = const. ε↑ → ηt ↑ ；当 ε = 10 左右时，ε↑ → ηt ↑ 不大 且汽油机容易爆燃，因此，汽油机 ε = 6～10 （三） 定压加热循环 （狄赛尔DIESEL 循环） －船舶用大型低速柴油机的理想循环 1 热效率 因为: 压力升高比 λ==p p 32 1 所以: 热效率 ηε ρ ρt k k k =- ? ---11 1 11 ()
阿特金森循环技术 专业术语简介: 压缩比：压缩比指的是发动机混合气体被压缩的程度，用压缩前汽缸总容积与压缩后汽缸容积（即燃烧室容积）之比来表示。 膨胀比：膨胀比指的是发动机混合气体膨胀的程度，用膨胀后汽缸总容积与膨胀前汽缸容积（即燃烧室容积）之比来表示。 VVT：可变气门相位系统。具体的方式有气门中止开启方式、凸轮轮廓改变方式、凸轮相位改变方式和多模式变换方式。 一．阿特金森循环的起源和发展过程 1.奥托循环： 奥托循环是奥托历时14年于1876年研发成功的，由进气、压缩、膨胀、排气四个冲程循环构成的四冲程内燃机。（见人民教育出版社九年级物理第16章第4节热机图16.4-3) 2．阿特金森循环: 阿特金森循环是公元1882年，由英国发明家James Atkinson发明的一种热效率更好、做功行程更长的过膨胀循环，利用连杆与曲轴设计的变化，增加更复杂的曲轴连杆结构，令活塞相邻两次往返至上、下止点的行程距离一长一短，形成膨胀比大于压缩比的运作过程，达到比一般奥托循环的四行程引擎更高的热效率。 ３.米勒循环： 米勒循环是米勒在1940年，对阿特金斯森循环进行改造得来的，舍弃了其复杂的曲轴连杆结构，利用改变气门开启与关闭的时机来创造两行程容积的差异，来达到膨胀比大于压缩比的目标 （目前在Hybrid混合动力车款上的汽油引擎，虽标榜采用阿特金森循环，但却采用了与米勒循环相同的设计，通过气门正时ＶＶＴ改变来达到过膨胀目标，原理上与米勒循环引擎一致，只是名称专利方面的因素才以阿特金森为名，故本文探讨的阿特金森循环实为米勒循环。）
二. 阿特金森循环与米勒循环的简介 1.为什么要发明阿特金森循环? ①在常规奥托循环发动机的做功冲程完成后，封闭在汽缸内的气体压力仍然有3～5个大气压。但这一部分能量都被当成废气排放出去了,没有得到利用 ②要提高发动机的热效率,可以提高引擎的膨胀比,因为引擎的膨胀比越大，代表膨胀行程中活塞运动的距离更远、气体膨胀的倍数更多、做的功越多，引擎的动力输出就越大、热效率就越高。但膨胀比却不可以无限增大，因为在奥托循环中“膨胀比＝压缩比”，而在压缩的行程中，气缸内的温度会急剧上升，如果压缩比过高，则会导致缸内的油气混合器被提前点燃，从而导致引擎爆震、敲缸发生，反而降低动力输出和热效率。 为了追求高的机械效率,又要防止因压缩比过大而引发的问题,又因为奥托发明奥托循环后,注册了许多专利,就不能用像奥托那样简单的方法来传输动力了,所以阿特金森便用力一套很复杂的曲轴连杆来传输动力如图 图：阿特金森循环发动机活塞行程示意图，黄红绿四个色块依次表示：吸气、压缩、膨胀、排气四个活塞冲程。
解读发动机（五）阿特金森和米勒循环 2011年10月04日 08:21 来源：汽车之家类型：原创编辑：任飞评论：0 条 [汽车之家技术讲堂] 怎样有效地利用燃油产生的能源，是提升发动机效率的一大关键，自发动机诞生之日起，这个课题就一直在进行。从19世纪末的阿特金森循环，到上世纪40年代的米勒循环，压缩比这个原本恒定的数值，被一种“另类”的运转机制打破。 话题又一次扯到“压缩比”这个问题上。想要提升动力，提高压缩比是一个手段。想要提高燃油经济型，提高压缩比也是一个手段。但压缩比不能无限提升，而且在发动机历史中的“远古时代”，这个问题就更难解决了。不过人类的智慧经常另辟蹊径，既然无法提高压缩比，那就把“膨胀比”搞大。 ● 阿特金森循环发动机 1882年，James Atkinson发明了一款发动机，与当时的奥托循环发动机不同的是，这款发动机压缩行程和做功行程时，活塞的位移是不一样的。阿特金森发动机使用了较
为复杂的连杆作为动力从活塞到曲轴的输出，而活塞实际行程如下图所示（阿特金森发动机活塞行程较长，动画中未予表现）。 『活塞行程由蓝黄红绿四个色块表示，依次为：吸气、压缩、做功、排气四个行程』 这种设计很巧妙，用不同的连杆机制协同工作，使得各个行程幅度不同，不仅有效的改良了进排气情况，膨胀比大于压缩比更是阿特金森发动机最大的特点。更长的膨胀行程可以更有效的利用燃烧后废气仍然存有的高压，所以燃油效率也比奥托循环更高一些。
『连杆的引入不仅影响了活塞行程，作用在曲轴上的力矩发生了改变』 但复杂的连杆在体积上和故障情况都不如奥托发动机，所以在汽车上未能普及，不过船用、发电等大型柴油机在很大程度上借鉴了阿特金森发动机这种特性，可谓失之东隅收之桑榆。至于用晚闭进气门的方式，让压缩比小于膨胀比的形式是否存在于阿特金森发动机，目前无从考证（很多文献都认为阿特金森循环运用了晚闭进气门这个方式，但并无依据，连杆机构对压缩比的调整和较长的活塞行程才是阿特金森发动机的特色），但真真正正运用这种技术的，是下面这种发动机。 ● 米勒循环发动机 1940年，miller重拾这种不对等膨胀/压缩比发动机，但舍弃了复杂的连杆结构，而是采用配气时机来制造这种效果。其解决方式为：在吸气冲程结束时，推迟气门的关闭，这就将吸入的混合气又“吐”出去一部分，再关闭气门，开始压缩冲程。
深度解读发动机阿特金森和米勒循环 字号 欢迎发表评论2011年10月08日05:29来源：汽车点评网 纠错|收藏|订阅将本文转发至： 转发到和讯微博 |转发到新浪微博 |转发到搜狐微博 |转发到腾讯微博 |转发到QQ空间 |转发到人人网 |转发到豆瓣网 |转发到手机 怎样有效地利用燃油产生的能源，是提升发动机效率的一大关键，自发动机诞生之日起，这个课题就一直在进行。从19世纪末的阿特金森循环，到上世纪40年代的米勒循环，压缩比这个原本恒定的数值，被一种“另类”的运转机制打破。 话题又一次扯到“压缩比”这个问题上。想要提升动力，提高压缩比是一个手段。想要提高燃油经济型，提高压缩比也是一个手段。但压缩比不能无限提升，而且在发动机历史中的“远古时代”，这个问题就更难解决了。不过人类的智慧经常另辟蹊径，既然无法提高压缩比，那就把“膨胀比”搞大。
●阿特金森循环发动机 1882年，James Atkinson发明了一款发动机，与当时的奥托循环发动机不同的是，这款发动机压缩行程和做功行程时，活塞的位移是不一样的。阿特金森发动机使用了较为复杂的连杆作为动力从活塞到曲轴的输出，而活塞实际行程如下图所示（阿特金森发动机活塞行程较长，动画中未予表现）。
活塞行程由蓝黄红绿四个色块表示，依次为：吸气、压缩、做功、排气四个行程这种设计很巧妙，用不同的连杆机制协同工作，使得各个行程幅度不同，不仅有效的改良了进排气情况，膨胀比大于压缩比更是阿特金森发动机最大的特点。更长的膨胀行程可以更有效的利用燃烧后废气仍然存有的高压，所以燃油效率也比奥托循环更高一些。 连杆的引入不仅影响了活塞行程，作用在曲轴上的力矩发生了改变
发动机工作原理（中英文对照） 发动机工作原理 大多数汽车的发动机是内燃机，往复四冲程汽油机，但是也有使用其它类型的发动机，包括柴油机，转子发动机，二冲程发动机和分程燃烧发动机。 往复的意思就是上下运动或前后运动，在往复发动机中，气缸中活塞的上下运动产生发动机的动力，这种类型几乎所有的发动机都是依赖气缸体即发动机缸体，缸体是铸铁或铸铝制的，它包括发动机气缸和冷却液循环用的水套。缸体的顶部是气缸盖，它组成了燃烧室，缸体底部是油底壳。 气缸内活塞的直线运动产生动力，然而，必须将直线运动转化成旋转运动，使汽车车轮转动，活塞销将活塞连接在连杆顶部，连杆底部与曲轴连接，使汽车车轮转动，活塞销将活塞连杆顶部，连杆底部与曲轴连接，连杆将活塞的往复运动传递给曲轴，曲轴将其转化为旋转运动，连杆是用连杆曲轴安装在曲轴上的，用类似的轴承即主轴承将曲轴固定在缸体内。 气缸的直径称为发动机的内径，排量和压缩比是两个常用的发动机参数，排量是指发动机的大小，压缩比是气缸总容积与燃烧室压缩容积之比。 术语: 冲程是用来说明活塞在气缸内的运动，也就是活塞行程的距离根据发动机类型的需要二冲程或四冲程来完成一个工作循环四冲程发动机也叫做奥托发动机，为了纪念德国工程师奥托，他是在1876年第一个应用该原理的，在四冲程发动机中，要求气缸活塞四冲程来完成一个完整的工作循环，每个冲程根据其行为命名分别为: 进气冲程，压缩冲程，做功冲程和排气冲程。 1、进气冲程 当活塞下移时，雾化后的可燃混合气通过打开的进气门进入气缸，为了达到最大的进气量，进气门在活塞到达上止点前10°打开，使进、排气门有20°打开重叠角，进气门一直打开到活塞到达下止点充分进入混合气之后50°左右。 2、压缩冲程 活塞开始向上移动时，进气门关闭，混合气在燃烧室中压缩，根据不同因素包括压缩比，节气门开度，发动机转速压力上升到约1兆帕，接近冲程顶部时，火花塞产生的电火花击穿点火间隙点燃可燃混合气。 3、做功冲程 燃烧膨胀的气体产生的压力上升到3.5个兆帕时，推动活塞下移，接近气缸底时，排气门打开。 4、排气冲程 随着排气门开启约下止点前50°，活塞回升，使气缸内压力下降在排气冲程，减少对活塞回压，派出废气，为下一个进气冲程做准备，通常情况下，进气门在排气冲程完成前打开。 只要发动机保持运转，每个气缸内四个冲程循环连续不断地重复下去。 两冲程发动机也同样通过四行程来完成，一个工作循环但是进气冲程，压缩冲程合为一个冲程，做功冲程形成另一个冲程，术语两行程循环和两行程就是所谓的术语双循环但实际上并不太准确。 在所用的汽车发动机中，所有的活塞都是固定在一个曲轴上的，气缸中发动机越多，每转为发动机的做功冲程产生越多的动力，这就意味着八缸发动机运转的越平顺，因为发动机在做功冲程中运转时间和旋转角度紧密。 多气缸发动机有三种排列形式，任其一种
第一章发动机的性能 1.简述发动机的实际工作循环过程。 1）进气过程：为了使发动机连续运转，必须不断吸入新鲜工质，即是进气过程。此时进气门开启，排气门关闭，活塞由上止点向下止点移动。2）压缩过程：此时进排气门关闭，活塞由下止点向上止点移动，缸内工质受到压缩、温度。压力不断上升，工质受压缩的程度用压缩比表示。3）燃烧过程：期间进排气门关闭，活塞在上止点前后。作用是将燃料的化学能转化为热能，使工质的压力和温度升高，燃烧放热多，靠近上止点，热效率越高。4)膨胀过程：此时，进排气门均关闭，高温高压的工质推动活塞，由上止点向下至点移动而膨胀做功，气体的压力、温度也随之迅速下降。（5）排气过程：当膨胀过程接近终了时，排气门打开，废气开始靠自身压力自由排气，膨胀过程结束时，活塞由下止点返回上止点，将气缸内废气移除。 3.提高发动机实际工作循环热效率的基本途径是什么？可采取哪些基本措施？ 提高实际循环热效率的基本途径是：减小工质传热损失、燃烧损失、换气损失、不完全燃烧损失、工质流动损失、工质泄漏损失。提高工质的绝热指数κ。可采取的基本措施是：⑴减小燃烧室面积，缩短后燃期能减小传热损失。⑵. 采用最佳的点火提前角和供油提前角能减小提前燃烧损失或后燃损失。⑶采用多气门、最佳配气相位和最优的进排气系统能减小换气损失。⑷加强燃烧室气流运动，改善混合气均匀性，优化混合气浓度能减少不完全燃烧损失。⑸优化燃烧室
结构减少缸内流动损失。⑹采用合理的配缸间隙，提高各密封面的密封性减少工质泄漏损失。 4.什么是发动机的指示指标？主要有哪些？ 答：以工质对活塞所作之功为计算基准的指标称为指示性能指标。它主要有：指示功和平均指示压力.指示功率.指示热效率和指示燃油消耗率。 5.什么是发动机的有效指标？主要有哪些？ 答:以曲轴输出功为计算基准的指标称为有效性能指标。主要有：1）发动机动力性指标，包括有效功和有效功率.有效转矩.平均有效压力.转速n和活塞平均速度；2）发动机经济性指标，包括有效热效率.有效燃油消耗率；3）发动机强化指标，包括升功率PL.比质量me。强化系数P meCm. 6.总结提高发动机动力性能和经济性能的基本途径。 ①增大气缸直径，增加气缸数②增压技术③合理组织燃烧过程④提高充量系数⑤提高转速⑥提高机械效率⑦用二冲程提高升功率。 7.什么是发动机的平均有效压力、油耗率、有效热效率？各有什么意义？ 平均有效压力是指发动机单位气缸工作容积所作的有效功。平均有效压力是从最终发动机实际输出转矩的角度来评定气缸工作容积的利用率，是衡量发动机动力性能方面的一个很重要的指标。有效燃油消耗率是单位有效功的耗油量，通常以每千瓦小时有效功消耗的燃料量来表示。有效热效率是实际循环有效功与所消耗的燃料热量之比