全新一代普銳斯于今日正式上市。由于比海外上市的時間晚很多，大家對這款車的很多設(shè)計和技術(shù)都已不再陌生。從我們了解的情況看，不少車友對普銳斯的發(fā)動機(jī)功率一直存在著疑惑——老款普銳斯1.5L的排量，功率只有區(qū)區(qū)57千瓦，比很多新一代1.2L的發(fā)動機(jī)都不如；新普銳斯亦是如此，發(fā)動機(jī)排量達(dá)到了1.8L，功率卻只有73千瓦，僅相當(dāng)于本田1.3L發(fā)動機(jī)的水平。另外，關(guān)于普銳斯發(fā)動機(jī)的技術(shù)，一直有采用了的阿特金森循環(huán)的說法。那么，阿特金森循環(huán)到底是不是一種先進(jìn)技術(shù)？如果是，為何普銳斯的發(fā)動機(jī)如此之低，而且未見其他車型采用此類技術(shù)呢？如果不是，那作為豐田發(fā)動機(jī)技術(shù)的先驅(qū)，普銳斯為何要采用這種技術(shù)呢？以上這些問題，將使本次咱們討論的話題。

阿特金森循環(huán)已有百年歷史，算不上什么先進(jìn)技術(shù)

在說普銳斯之前，我們首先還是來簡單說一下阿特金森循環(huán)技術(shù)。與奧托循環(huán)一樣，阿特金森循環(huán)也是因為其發(fā)明人James Atkinson的名字而得名的。阿特金森循環(huán)的誕生時間為1882年，比奧托循環(huán)晚6年，基本上屬于同時代的產(chǎn)物，并且距今已有一百多年的歷史。因為僅阿特金森循環(huán)本身來說，顯然不能算作什么先進(jìn)技術(shù)。

關(guān)于一百多年來的阿特金森循環(huán)發(fā)動機(jī)具體結(jié)構(gòu)，我們在這里就不探討、也沒有必要探討了。因為這種設(shè)計古怪、體形龐大的發(fā)動機(jī)幾乎沒有什么實用價值，因此一直未在當(dāng)時乃至后來的汽車上運(yùn)用。那么直到現(xiàn)在，為什么還有人重提阿特金森循環(huán)？豐田又是用什么方法解決了阿特金森循環(huán)發(fā)動機(jī)當(dāng)年古怪的設(shè)計，而能夠運(yùn)用在當(dāng)前的普銳斯等車型上的呢？

阿特金森循環(huán)的原理對于提升燃油效率有借鑒意義

雖然一百年前的阿特金森循環(huán)發(fā)動機(jī)因為古怪設(shè)計而無法獲得普及，但它的設(shè)計初衷卻非常值得借鑒。阿特金森先生通過了一組非常復(fù)雜的連桿機(jī)構(gòu)，來實現(xiàn)發(fā)動機(jī)壓縮比與膨脹比的不同，最終達(dá)到了比奧托循環(huán)發(fā)動機(jī)更高的燃燒效率。還是那句話，這款發(fā)動機(jī)到底如何讓實現(xiàn)這下咱們不去管它，關(guān)鍵是要搞清楚為何他壓縮比與膨脹比不同，可以改變發(fā)動機(jī)的燃燒效率。膨脹比是指在點(diǎn)火做功行程中，活塞運(yùn)行到下止點(diǎn)對應(yīng)的氣缸容積，與活塞在上止點(diǎn)未向下運(yùn)行時對應(yīng)氣缸容積之比。了解四沖程發(fā)動機(jī)的人應(yīng)該很清楚，常規(guī)的奧托循環(huán)發(fā)動機(jī)，壓縮比與膨脹比是一樣的。

根據(jù)奧托循環(huán)的工作原理，發(fā)動機(jī)吸入一定容積的混合氣以后進(jìn)入壓縮沖程，之后點(diǎn)火做功。注意，油氣混合氣在點(diǎn)火燃燒以后膨脹，最終產(chǎn)生推力讓活塞向下運(yùn)行，這是發(fā)動機(jī)產(chǎn)生動力的根源。顯而易見，（同等壓強(qiáng)下）點(diǎn)火燃燒后的混合氣容積遠(yuǎn)大于點(diǎn)火做功前混合氣的容積是肯定的（否則做工能量會與壓縮能量抵消，發(fā)動機(jī)也就無動力可言）。換句話說，奧托循環(huán)發(fā)動機(jī)在活塞運(yùn)行到下止點(diǎn)時氣缸內(nèi)仍存在高壓，這個高壓仍然能夠推動活塞往下走。在常規(guī)的奧托循環(huán)發(fā)動機(jī)中，這種剩余的能量無法被利用，因為活塞此刻已經(jīng)運(yùn)行到下止點(diǎn)，缸內(nèi)高壓隨著排氣門的打開而被排除氣缸外，從而形成一種能量的浪費(fèi)。如果在排氣沖程開啟前，發(fā)動機(jī)的活塞能夠再往下運(yùn)行一些，無疑可以大大提升發(fā)動機(jī)的燃燒效率，最終實現(xiàn)油耗的降低。阿特金森循環(huán)發(fā)動機(jī)的根本原理就在這里，其活塞下止點(diǎn)與上止點(diǎn)之間的距離，進(jìn)氣沖程要小于做功沖程。如此再想象一下壓縮比與膨脹比就可以發(fā)現(xiàn)，這個結(jié)果實際上就是讓壓縮比小于膨脹比，最終實現(xiàn)燃燒效率的提升。

普銳斯的發(fā)動機(jī)當(dāng)然不會采用一百年前阿特金森循環(huán)發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)，因為那樣一來發(fā)動機(jī)的體積就大得恐怖。普銳斯的發(fā)動機(jī)只是吸收了阿特金森循環(huán)的工作原理，通過氣門開閉來實現(xiàn)壓縮比與膨脹比的不同，但基本結(jié)構(gòu)仍舊與普通的奧托循環(huán)發(fā)動機(jī)類似。具體的做法是，在吸氣沖程結(jié)束并進(jìn)入壓縮沖程以后，進(jìn)氣門會延遲關(guān)閉，此時已經(jīng)吸入的混合氣會有一部分重新回到進(jìn)氣歧管中之后進(jìn)氣門才會關(guān)閉，此時發(fā)動機(jī)的壓縮比應(yīng)該從進(jìn)氣門關(guān)閉的那一刻開始計算。而點(diǎn)火做功之后，活塞自然會運(yùn)行到下止點(diǎn)，膨脹比也就自然要大于壓縮比了。這看似簡單的一個氣門調(diào)整，其達(dá)到的效果，與早年間結(jié)構(gòu)古怪的阿特金森循環(huán)發(fā)動機(jī)是一樣的。當(dāng)然，這種設(shè)計并非豐田首創(chuàng)，20世紀(jì)40年代，米勒就推出了此類設(shè)計的發(fā)動機(jī)，并稱作為米勒循環(huán)發(fā)動機(jī)。因此說普銳斯采用了米勒循環(huán)的發(fā)動機(jī)更為準(zhǔn)確一些。只不過米勒循環(huán)原理上與阿特金森循環(huán)互通，因而說普銳斯發(fā)動機(jī)采用了阿特金森循環(huán)也不為錯。

阿特金森循環(huán)功率小的根源在于工作排量小了

發(fā)動機(jī)排量的定義，在于每個氣缸內(nèi)活塞從上止點(diǎn)運(yùn)行到下止點(diǎn)掃過的氣缸容積之和。這個在奧托循環(huán)看來非常常識性并且毫無爭議的定義，到了阿特金森這里就要從不同的角度來看了。按照這個定義，在發(fā)動機(jī)完成一個完整循環(huán)的情況下，阿特金森循環(huán)發(fā)動機(jī)的排量計算，應(yīng)該是每個氣缸從吸氣沖程開始，到做功結(jié)束以后活塞掃過的氣缸容積之和。對于奧托循環(huán)發(fā)動機(jī)而言，這個容積與吸入的混合氣的容積是一致的，但阿特金森循環(huán)發(fā)動機(jī)則不是。因為阿特金森循環(huán)發(fā)動機(jī)吸氣沖程活塞的“下止點(diǎn)”，應(yīng)該是從進(jìn)氣門關(guān)閉的那一刻開始算起，其掃過的氣缸容積，搖臂做功沖程活塞到下止點(diǎn)掃過的容積小。換句話說，一款標(biāo)稱為1.8L排量的阿特金森循環(huán)發(fā)動機(jī)，其吸氣沖程吸入的混合氣容積可能只有1.5L甚至更少。也就是說，一臺1.8L的阿特金森循環(huán)發(fā)動機(jī)，其每完成一個工作循環(huán)所吸入的混合氣，可能僅與一臺1.5L（或更?。W托循環(huán)發(fā)動機(jī)相當(dāng)。從普銳斯的發(fā)動機(jī)工作原理可以看得更為直觀。在吸氣沖程結(jié)束之后，進(jìn)氣門不關(guān)閉，部分混合氣被推回進(jìn)氣歧管內(nèi)，真正參與工作的混合氣自然也就不能與1.8L的奧托循環(huán)發(fā)動機(jī)相提并論了。由于實際意義上的工作排量變小，功率小于同排量的奧托循環(huán)發(fā)動機(jī)也就變得十分正常。

在之前本刊《動力技術(shù)的核心》一文中曾多次提到，多年來工程師設(shè)計發(fā)動機(jī)的核心追求是為了提升效率。阿特金森循環(huán)發(fā)動機(jī)能夠有效提升效率，為何卻未能的得到廣泛應(yīng)用呢？這里面優(yōu)惠回到那篇文章中所說的效率提升與實際應(yīng)用、成本之間的平衡關(guān)系。從前面的技術(shù)解讀可以看出，一臺1.8L的阿特金森發(fā)動機(jī)其實際的工作排量可能僅與一臺1.5L左右的奧托循環(huán)發(fā)動機(jī)相當(dāng)，但它的整個發(fā)動機(jī)的設(shè)計、體積等各方面都是按照1.8L發(fā)動機(jī)來的。也就是說這款發(fā)動機(jī)在成本不低于一臺1.8L奧托循環(huán)發(fā)動機(jī)的情況下，動力卻只能與一臺1.5L的奧托循環(huán)發(fā)動機(jī)相當(dāng)。在過去發(fā)動機(jī)升功率提升屬于技術(shù)性難題的情況下，這樣的發(fā)動機(jī)技術(shù)顯然不會得到任何廠家的認(rèn)可。即便到現(xiàn)在，廠家之間的升功率競爭仍在延續(xù)，這種大排量小功率的發(fā)動機(jī)技術(shù)自然也難成為主流。另外，由于一臺明明有1.8L排量的發(fā)動機(jī)，卻讓它只吸入1.5L排量的混合氣參與工作，其低速下的扭矩可想而知。因此一款車如果只安裝一條阿特金森循環(huán)發(fā)動機(jī)的話，其日常駕駛的動力性都難以得到保證，廣泛應(yīng)用也就無從談起了。而這種發(fā)動機(jī)技術(shù)與混合動力技術(shù)卻可謂相得益彰，形成一種互補(bǔ)，最終被運(yùn)用在了普銳斯上?；旌蟿恿囆偷暮诵淖非缶褪鞘∮?、低排放，失去了這些，它的頂上光輝就會失去，也就無所謂市場。阿特金森循環(huán)在耗能方面的優(yōu)勢，非常契合混合動力車型的這一追求。而阿特金森循環(huán)發(fā)動機(jī)的弱點(diǎn)，尤其是其低速動力差的弱點(diǎn)，又可以通過混合動力技術(shù)中電動機(jī)低速扭矩大的優(yōu)點(diǎn)來彌補(bǔ)，最終實現(xiàn)保證性能情況下的油耗降低。

由此可見，普銳斯1.5L或1.8L發(fā)動機(jī)的功率小，主要是因為采用了常規(guī)發(fā)動機(jī)上少見的阿特金森循環(huán)，使其排氣量減少。阿特金森循環(huán)的核心追求是為了提升效率，降低油耗，而并不是為了增強(qiáng)功率。