解讀發動機（五）阿特金森和米勒循環

世紀 參考價：46.99萬起

查看參配 獲取底價

購置稅優惠 經銷商報價 車主點評

如何有效利用燃油產生的能量是提高發動機效率的關鍵。自從發動機誕生以來，這個話題就一直在進行。從19世紀（查成交價|參配|優惠政策）末的阿特金森循環到20世紀（查成交價|參配|優惠政策）40年代的米勒循環，一種“替代”的運行機制打破了原來的壓縮比恒定值。

話題又一次談到了“壓縮比”的問題。如果想提升動力，提高壓縮比是一種手段。為了提高燃油經濟性，提高壓縮比也是一種手段。但壓縮比不可能無限提高，而在發動機史上的“古代”，這個問題就更難解決了。然而，人類的智慧往往會找到另一種方式。由于壓縮比不能提高，所以應該增加“膨脹率”。

●阿特金森循環發動機

1882年，詹姆斯·阿特金森發明了一種發動機。與當時的奧托循環發動機不同，這種發動機的活塞排量在壓縮沖程和動力沖程之間是不同的。阿特金森發動機使用復雜的連桿作為活塞到曲軸的動力輸出，活塞的實際行程如下圖所示。

活塞沖程由藍、黃、紅、綠四個色塊表示，分別是吸氣、壓縮、做功和排氣四個沖程

這個設計很巧妙。不同的連桿機構共同作用，使每個行程范圍不同，不僅有效改善了進排氣條件，而且阿特金森發動機最大的特點就是膨脹比大于壓縮比。更長的膨脹沖程可以更有效地利用燃燒后廢氣中仍然存在的高壓，因此燃油效率高于奧托循環。

連桿的引入不僅影響活塞行程，還會改變作用在曲軸上的扭矩。

但是復雜的連桿在體積和故障情況上都不如奧托發動機，所以還沒有在汽車上普及。但船用、發電等大型柴油機很大程度上借鑒了阿特金森發動機的這一特點，可以說是忍無可忍。至于阿特金森發動機存在進氣門晚關是否意味著壓縮比小于膨脹比的問題，目前尚無考證，但真正采用這一技術的卻是后面的發動機。

●米勒循環發動機

1940年，米勒重新獲得了這種不等膨脹/壓縮比的發動機，但放棄了復雜的連桿結構，使用氣門正時來創造這種效果。解決方法是:在吸氣沖程結束時，延遲關閉閥門，這將“吐出”一部分吸入的混合物，然后關閉閥門，開始壓縮沖程。

上圖為常規Alto循環發動機的氣門正時，下圖為Miller循環的氣門正時”

“與常規發動機相比，米勒循環的進氣門關閉較晚，部分吸入氣體反向排出，排氣門開啟較晚，使工作時間更長。”

簡單地控制閥門的開啟和關閉時間會產生膨脹比大于壓縮比的效果。與傳統的奧托循環發動機相比，可以利用廢氣中包含的能量。

1-2-3-4是傳統發動機的PV圖，6-2-3-5是阿特金森/米勒循環的PV圖。陰影部分可以理解為阿特金森/米勒額外活塞行程及其能量利用。

●這種發動機的缺陷

很多讀者會意識到，有了可變進氣正時技術，這項技術非常容易實現，但為什么這項技術沒有在發動機中廣泛應用呢？原因如下:

◆ 1.獨特的進氣模式使低速扭矩非常差。低速時，本已稀薄的空燃混合氣“逆流”后變少，使得這類發動機的低速扭矩性能非常差。顯然，沒有足夠的動力讓車輛啟動。沒有人希望自己的車輸在起跑線上，廠家也不想讓自己的產品落后于人。

◆ 2.長活塞行程不利于高速運轉。長活塞行程確實能充分利用燃油能量，提高經濟性，但也限制了速度的提升，加速性能變差，“功率提升”的性能指標會很低。然而，對于追求性能，尤其是高速性能的賽車發動機來說，沖程與活塞直徑的比率通常非常低。在民用車輛上，為了平衡，行程和缸徑這兩個數據通常比較接近。

這使得阿特金森/米勒循環發動機處于非常尷尬的境地，只能在速度中間階段有效發揮動力，對于每天路況復雜的城市交通形式的汽車非常不利，所以普通汽車不會使用這項技術。但是有很多特別的車。

●現代阿特金森/米勒循環發動機

現實中，目前市場上的阿特金森循環發動機很少。豐田普銳斯（查成交價|參配|優惠政策）雖然號稱使用阿特金森發動機，但從實際結構來看，本質上還是米勒循環的方式。這是因為在1993年，馬自達重新獲得了米勒循環發動機并裝備了量產車。為了避免更多的麻煩，豐田只能說是阿特金森循環。

然而，這兩家公司采取了兩種不同的想法。馬自達用米勒循環發動機通過這種方式來降低爆震和提升動力，所以配備了增壓器來進一步提升動力。豐田普銳斯以節油為目的，充分發揮阿特金森/米勒循環發動機的實質性優勢。

使用了機械增壓米勒循環馬自達2（查成交價|參配|優惠政策）.3S發動機”

“這臺發動機搭載在馬自達Millenia上”

阿特金森/米勒循環發動機因其充分利用能源而受到各種節油混合動力汽車的青睞。他們不在乎低速“停運”和高速“停運”，因為這兩個時期都有電機為車輪提供動力，而且大部分時間發動機都在發電，所以發動機可以以油耗最好的速度運行。電機的大扭矩彌補了動力上的缺陷，互補的動力總成使混合動力汽車在動力性和經濟性上有著突出的表現。

然而，通過阿特金森/米勒循環制造大功率發動機可能并不合適。馬自達的發動機即使量產了也沒有開發出來，動力的提升基本上是增壓的效果，而不是循環的初衷。因此，阿特金森/米勒循環更多地用于混合動力汽車，節約燃料是它的職責。

& gt& gt想多了解汽車，成為人才？我們去技術與設計頻道吧！& lt& lt