Atkinson循环发动机的工作原理

Atkinson循环发动机是一种内燃机，其四冲程循环与Otto循环几乎相同，但其缺点是输出功率较低。在积极方面，它能更有效地利用燃料，从而获得更好的油耗表现。

最初，与当今的工作方式不同，Atkinson循环发动机在曲轴旋转一圈内完成全部四个冲程（进气、压缩、膨胀和排气）。Otto循环发动机则需要曲轴旋转两圈才能完成相同的冲程。

如今，这一概念已经改进，Otto循环发动机与Atkinson循环发动机的主要区别在于：在压缩冲程的一部分（大约一半）期间，压缩行程中的进气门仍保持开启。这是通过改变进气凸轮轴的凸轮实现的，其优点是大幅减少了因混合气压缩而在发动机内产生的损失。

在Atkinson循环发动机中，同样具有汽油发动机的四个冲程，即进气、压缩、做功和排气。不过，在这类发动机中，进气门在压缩过程中较晚关闭，因此实际压缩比会降低，因为只有在进气门关闭之后，真正的压缩才有效开始。这使得压缩比甚至可能只有进气门较早关闭时的一半，而传统四冲程Otto循环正是如此。

由于这一改动，在压缩冲程期间（即压缩先前吸入的空气与燃油混合气的时刻），进气门保持开启，部分混合气被送回进气歧管。

发动机的压缩比是压缩冲程的空气体积加上燃烧室的空气体积，再除以燃烧室的空气体积。

在压缩冲程中，该压缩比为8:1，因为它从进气门关闭时开始计算；而在膨胀冲程中为13:1，即活塞在气门关闭状态下向下运动的行程（这是唯一做功的冲程）。

由于这种不对称性，当工作循环结束、排气门准备打开时，气缸内压力大约等于大气压力，而在传统汽油发动机中则略高，也就是说，推动活塞向下的力没有被充分利用。

此外，活塞在上行时会将进气歧管充满（请记住，进气门要保持开启直到行程的大约一半），导致其内部压力升高（因为它始终低于大气压），这有利于其他气缸的充气，并且使回流造成的损失降到最低。

Atkinson循环发动机的机械负荷低于Otto循环发动机，因为其压缩比较低，从而使机械结构的使用寿命更长。

同时，其生产成本与传统汽油发动机相近。其重量、噪音和污染物排放也相近，远低于柴油发动机高昂的成本、重量和噪音。

Atkinson发动机的缺点

目前为止，我们只介绍了这类发动机的优点。现在来解释为什么这些发动机不装在非混合动力车型上。

主要缺点在于：由于压缩的混合气较少，在火花塞点火瞬间作用于活塞顶部的推力小于传统发动机，因此功率较小。例如丰田第三代Prius的1.8升（1800 cm§h40Fordh41§）发动机，输出功率仅为100 CV。

由于循环的配置，这类发动机的最高转速大约被限制在5000 rpm，且比功率（由排量得出的功率）较低，这意味着这类发动机输出的功率与排量更小的发动机相当，使驾驶者感觉车辆动力不足。

然而，在混合动力汽车中，这种感觉并不会出现，因为动力感主要来自电动机，以及一种CVT无级变速器（无级变速），它负责使发动机保持在最佳转速。

简单来说，在混合动力汽车中，内燃机的作用仅是在车辆停止加速后维持其惯性，其余的工作都由电动机承担。

为什么采用Atkinson循环

Atkinson循环发动机是在混合动力汽车推出并商业化之后才流行起来的，也就是说，它与电动机配合，由内燃机提供动力。

Atkinson循环基于Otto循环，在混合动力汽车中被大量采用，因为它能提高整体效率，从而实现低油耗。但随着更先进技术的出现，气门正时被改变，使该机构的工作方式与1882年詹姆斯·阿特金森（James Atkinson）所开发的机构相同。

由此可见，它具有更高的压缩比，使混合气的爆发比Otto循环早得多，从而提高了热力学效率。如前所述，这是通过延迟进气门关闭实现的，使气体能够重新流回燃烧室，从而获得更高的压缩比。

在目前采用这种动力总成配置的车型中，有Toyota Prius、Ford Escape、Lexus RX 450h、Hyundai Sonata、雪佛兰Volt、起亚Niro、Hyundai Elantra和起亚Forte等，此外还有其他车型，其中韩国厂商坚定地选择在其越来越多的车型中采用这一技术。