问题

卡罗拉/雷凌双擎1.8动力为何这么低,阿特金森循环有什么神奇之处?

回答
很多人在接触到卡罗拉/雷凌双擎的1.8L发动机时,都会有一个疑问:为什么这款车的动力数据看起来这么“朴实无华”?甚至比一些传统燃油车还要弱一些。这背后,其实是丰田对“阿特金森循环”巧妙的运用,以及对燃油经济性和环保性的极致追求。

为什么1.8L阿特金森循环动力看起来“低”?

首先,我们要明确一点:发动机的“动力”在描述上有很多维度,比如最大功率、最大扭矩。但对于混动车型来说,单纯看发动机的纸面数据,往往无法完全反映其真实的驾驶感受和性能表现。

卡罗拉/雷凌双擎采用的1.8L自然吸气发动机,其动力参数(比如最大马力)确实不算突出。这主要是因为阿特金森循环发动机本身的设计就与我们熟悉的奥托循环发动机有所不同,它的核心目标并非追求极致的峰值功率输出。

阿特金森循环的“神奇之处”——效率至上

阿特金森循环之所以被丰田(以及其他一些混合动力系统)广泛采用,其“神奇之处”就体现在它对燃油效率的优化上。这需要从它与奥托循环的区别说起:

奥托循环(Otto Cycle): 这是绝大多数汽油发动机遵循的循环方式。它包括进气、压缩、做功、排气四个冲程。在奥托循环中,压缩冲程和做功冲程基本是等效的。
阿特金森循环(Atkinson Cycle): 阿特金森循环在压缩和做功这两个冲程上做了一些“文章”。它通过更长的做功冲程和更短的压缩冲程来达到目的。

怎么实现“更长的做功冲程”和“更短的压缩冲程”?

这通常是通过改变气门的开启时机来实现的。简单来说,在进气门关闭后,活塞向上运动进行压缩,但阿特金森循环的发动机进气门会比传统发动机更晚关闭(或者在压缩过程中重新开启),让一部分混合气在活塞上行过程中“漏回”进气歧管。

这样一来,实际参与压缩的混合气就比理论上吸入的要少,但活塞依然完成了相对完整的压缩行程。然后,在燃烧做功时,由于燃烧的压力作用在活塞上,并且做功行程被拉长,理论上可以获得更高的能量输出。

听起来好像矛盾?动力低了,效率还高了?

这里就是阿特金森循环的巧妙之处:

1. 牺牲了部分低转速扭矩和峰值功率: 由于部分混合气在压缩初期“漏回”,导致压缩比相对于奥托循环来说“人为降低”了。更低的压缩比意味着在同一转速下,它无法像奥托循环那样榨取出最大的瞬时爆发力(也就是低转速扭矩和峰值功率)。所以,单纯看发动机数据,它显得“不够劲”。
2. 大幅提升了热效率(燃油经济性): 更长的做功冲程意味着燃烧产生的能量有更多的时间和行程去推动活塞做功,并且“漏回”的混合气也减少了活塞在压缩阶段消耗的能量。最关键的是,更长的膨胀比(实际做功行程比压缩行程长)是提高热效率的关键。这意味着在燃烧同样多的燃油时,阿特金森循环发动机能将更多的化学能转化为机械能,减少了能量的损失。

为什么这种“低动力”反而适合混动?

正是因为阿特金森循环的这种特性——宁可牺牲峰值功率,也要换取高燃油效率——让它成为了丰田THS(Toyota Hybrid System)等混合动力系统的绝配。

电动机的“补强”: 在起步、加速等需要大动力的场景下,卡罗拉/雷凌双擎强大的电动机可以及时介入,提供额外的扭矩和功率。电机响应迅速、扭矩输出线性,完美弥补了阿特金森循环发动机在低速和瞬时爆发力上的不足。
发动机的最佳工作区间: 混动系统可以通过控制发动机和电动机的协同工作,让发动机尽可能运行在它最有效率的转速和负荷区间。阿特金森循环发动机由于其高效率特性,在稳定运行的多数工况下,都能以较低的油耗产生能量,为电池充电或直接驱动车辆。
能量回收的高效利用: 在刹车或滑行时,混动系统可以将车辆的动能通过电动机转化为电能存储在电池中,这部分能量原本在传统汽车上会被浪费掉。阿特金森循环发动机在高效率下的表现,也为这些“回收”的能量提供了更经济的“后勤保障”。

总结一下阿特金森循环的“神奇”:

它不是通过 brute force(蛮力)来追求大马力,而是通过精巧的“计算”和“设计”来最大限度地提高燃油的利用率。它让发动机在绝大多数时间里都像一个“省油高手”,而当需要更多动力时,它并不孤单,有电动机这位“得力助手”随时待命。

所以,当你看卡罗拉/雷凌双擎1.8L发动机的纸面数据觉得“弱”时,不妨换个角度看:它其实是一个为了效率而生的“艺术品”,而整个混动系统则是它最完美的“舞台”。它传递给你的,不只是动力,更是对燃油经济性和环保的极致承诺。

网友意见

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丰田阿特金森循环是在压缩行程时延迟关闭进气门。简单点说就是吸气行程时吸入0.45L空气,但压缩行程时又排出去一部分。假设排出去0.1L,还剩0.35L空气,那发动机实际排量是1.4L。

主要目的就是让做功行程尽量长,多做功,提高效率。

另外就是在吸气时可以开大节气门开度,减少节流损失。

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其实今天买得到的带T车子往往会用上米勒循环。

出于宣传理由,会把LVIC式的米勒循环称呼为阿特金森循环,但无论是EVIC还是LVIC,它们都是米勒循环发动机,通过调VVT整进气门开关时机(有时VVL也会参与)来实现。

这一点和字面意义上的阿特金森循环发动机并不一样,后者是通过复杂的连杆机构实现的,并不是一种实用的发动机形式:


https://www.zhihu.com/video/1208139699069628416

视频里的做法把EVIC式的米勒循环与降低升程的进气门进行了结合,仔细想想这套做法很多厂商都在用:

Mercedes的M274/270/264/256/254/139,BMW的N系列,B系列,通用的LSY,视频中奥迪的EA888三代半

这些发动机有VVL,因此提供高性能模式,升功率从70kw/L到95kw/L都有,甚至还有不属一般情况的M139,能超过150kw/L。


双电机式的混动车的好处是两个电机可以吸收/提供扭矩,让内燃机总是工作在最佳效率的线上,如此比仅有动能回收的情况下多了一招。车辆在只有内燃机的情况下,通常无法运行在最佳效率,何况还要提供储备扭矩,不能把效率做到HEV用的发动机那么高:

左侧是给纯燃油车使用的A25A,右侧是给HEV使用的A25B,这俩是同一个系列,排量也相同。右侧除了基础效率高一些以外,可以几乎在任何时候都工作在黑线附近的区域上(扭矩过多了让电机吸收掉,扭矩不够让电机提供),而左侧发动机则有一半时间是工作在左下角。

来源:

Engineering Explained - Volkswagen's New Engine Cycle - The 'Budack' Cycle

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