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最近几年丰田和马自达纷纷推出了高压缩比和高热效率的发动机，似乎对现有技术有了新的突破。而马自达的蓝天二代发动机的热效率更是号称达到了50%，百公里油耗达到3.3L堪比混动，这不得不让人感叹内燃机似乎还有很大的发展前景，还有新天地可以开辟。那为什么马自达和丰田能做到那么高的热效率？我们听到最多的相关技术就是其发动机采用了阿特金森循环或者是米勒循环又或者是奥托和阿特金森双循环。

那么什么是奥托循环、阿特金森循环和米勒循环呢？它们之间又有什么不同呢？我来分享下自己的认识。

奥托循环

由吸气、压缩、做功、排气四个步骤组成一个循环周期，又叫四冲程发动机，由德国人尼古拉斯-奥拓根据前人理论发明并应用。碍于当时技术和知识的限制并不存在如今考虑的气门可变性，更不会考虑注重燃油经济性和动力提升，但放在那个年代可以说已经是开拓者的存在了，不可能对它要求太高。奥拓循环过程中压缩行程和做功行程是一样的，所以其最大的特点就是：压缩比＝膨胀比，所以理论上发动机在各个阶段不会出现乏力、扭矩缺失的情况。因其性能出色、稳定性和耐用性较高，如今也是被各大车企广泛应用起来。

要点：压缩比＝膨胀比

阿特金森循环

阿特金森循环是在奥托循环基础上致力于提高热效率而研发出来了。虽然阿特金森结构可以从机械端使发动机的膨胀比大于压缩比，但是由于其结构复杂、稳定性差、动力传递损失大导致其成本高、可维修性低，量产后的性价比不如当时的奥托循环。所以阿特金森循环特殊的连杆、曲轴结构一直没有被广泛使用，但是对于阿特金森的这种循环理念一些车企也没放弃过对其的研发。

要点：膨胀比大于压缩比

结构特点：特殊结构的曲轴通过摆杆连接活塞连杆，从机械结构上改变压缩和膨胀行程从而实现膨胀比大于压缩比。

米勒循环

米勒循环的目的和阿特金森循环是一样的，让发动机的膨胀比大于压缩比。但不同之处就是米勒循环舍弃了阿特金森复杂的机械结构而是通过改变气门的运行状态来“模拟”阿特金森循环的效果。意思就是通过进气门晚关的设计来把一部分已经吸进气缸的混合气体再压回进气歧管然后再关闭气门压缩，而燃烧做功后活塞会运行的下止点，这样发动机的实际压缩比是小于膨胀比的从而达到阿特金森循环的效果。

要点：膨胀比大于压缩比

结构特点：舍弃阿特金森复杂的机械结构通过气门的开关控制来“模拟”达到阿特金森循环的效果。

双循环

理论上通过改变气门的开关和时间控制就可以让发动机达到“米勒循环”效果，那么针对气门正时系统的设计就可以让发动机在不同工况采用不同的循环方式驱动。我们看看丰田如何实现的：它利用了其最新的“智能广角可变气门正时系统”简称VVT-IW，改油压为电控，提高正时正时角度可变范围等通过精准控制和宽范围调节可以让发动机在不同工况运行。

特点：奥托循环和阿特金森循环自由切换，既能保证动力还经济省油。

总结：看了以上你会发现阿特金森循环和米勒循环的目的是一样的只不过解决办法不同，从结构上看米勒循环更切实际。而我们现在说的阿特金森循环其实并不是真正意义上的阿特金森循环，它和米勒循环的原理大差不差，可以把它看做是米勒循环的两个名字。丰田之所以称自己是阿特金森循环完全是避免利用马自达的米勒循环名字，因为阿特金森循环专利早已过期，而马自达重拾米勒循环后为其注册了很多相关专利。从原理上看可以最简单的理解为：现在阿特金森循环≈米勒循环，只是叫法不同。

当然从技术上讲，丰田的阿特金森和马自达的米勒循环还是有差异的，最大的差异就是马自达有机械增压器。

“奥托循环”又叫四冲程循环，由吸气、压缩、膨胀、排气四个过程组成，这也是内燃机的鼻祖模型了，世界上第一个内燃发动机就是基于这套原理实现的，1876年实现首次应用到发动机。“奥托循环”发动机的膨胀比和压缩比相同，毕竟是第一代发动机技术，能动就不错了。

“阿特金森循环”是奥托循环改良版，别看这名字最近在日系车上当作很大的噱头来吹嘘，最著名的马自达创驰蓝天发动机，好像很高大上，实际上这套技术最早实现于1882年，也算是老技术了。阿特金森循环发动机主要的改进就是提高了效率，但降低了功率密度，其缺点是在低转速时效率低、扭力较差。“阿特金森循环”发动机的膨胀比大于压缩比，提高了热效率，相比“奥托循环”先进了不少。

“米勒循环”也是奥托循环改良版，最早在1947年提出，主要区别在于：

1、米勒循环发动机依赖于机械增压器。

2、米勒循环发动机在压缩冲程期间，进气门保持打开状态，因此发动机将压缩机械增压器的压力，而不会压缩气缸壁的压力。 由此将使效率提高约15%。

核心原理是通过改变进气门关闭角度控制发动机负荷，从而减少了部分负荷下发动机的泵气损失，发动机的膨胀比大于压缩比，在膨胀行程中可最大限度的将热能转化为机械能，解决了采用节气门负荷控制的奥拓循环时发动机泵气损失大、油耗高、污染物排放大等一系列问题。“米勒循环”发动机的膨胀比也大于压缩比，同时是为了提高了热效率。

总结：

“奥托循环”发动机膨胀比和压缩比相同。

“阿特金森循环”和“米勒循环”作为“奥托循环”的改良版，其膨胀比都大于压缩比，提高了热效率，只是实现方式不同而已。

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「循环方式」指燃油汽车发动机的不同气门管理系统·三种类型有两个特点

• 内容概述：奥托循环与基础知识，米勒循环与阿特金森的优缺点。

【循环】在混合动力汽车大热的过渡阶段成为热门技术话题，什么是循环呢？汽车装备的Engine·引擎（发动机）类型为「四冲程·往复循环内燃式热机」，这种机器的运行步骤分为四步。

1. 进气喷油
2. 压缩蒸发
3. 燃烧做功
4. 排出废气

四步骤也叫做“四冲程”，机械动作的往复循环是维持怠速与车辆正常行驶的基础；因为每次循环都会以燃烧燃油产生热能为基础而转化出动力（机械能），不过这里讨论“奥托·米勒·阿特金森”循环并不是指四冲程，而是指【进气门】在不同冲程中的开启·开度·关闭的变化。

基础知识·奥托循环

1：燃油液态状态的燃烧速度是不够高效的，但四冲程的动作时间非常非常的短暂；想要在做功冲程中瞬间通过燃烧（化学反应）转化出足够大的活塞推动力，唯一的方式就是让燃油变成能够高效燃烧的【气态】。

空气被压缩是可以产生极高温度的，因为压缩过程中会让各类分子碰撞摩擦，任何物体的摩擦都会产生热能。2-压缩冲程就是通过空气运动的高温蒸发燃油，记住这点-此为分析循环的基础。

2：能量守恒定律是不变的法则，简而言之为某种能源转化为气态形态的能量，基数是100则转化后还是100；区别只是可以转化为多种能量形态，比如内燃机产生的热能只有≤40%可以转化为机械能，剩余的60%会因为冷却、运动磨损而转化为其他形态的能量。

也就是说参与做功的燃油为100则能转化出40个的单位的能量，参与数量为80则只有32个单位的能量；燃烧的燃油（混合油气）越少汽车动力越弱，这是解析米勒循环的基础。

【奥托循环】的关键词为：1:1！假设喷油基数为100，概念如下。

• 1冲程进入100
• 2冲程蒸发100
• 3冲程转化100（利用≤40%）
• 4冲程完全排放

重点：二冲程压缩的是所有燃油，三冲程燃烧的是所有燃油，所以两者的比例是「1：1」。鉴于内燃机的热效率（能量转化比例）非常低，所以这种循环系统是最高效率转化动能的结构，说白了就是会让汽车的性能最强，然而却不见得是最能节油。

特殊循环

思考：汽车的动力与整备质量的匹配是有理想比例的，可理解为中小排量匹配小微型汽车动力充足且有冗余，中大排量匹配B/C级汽车也是相同的标准。那么在用户不需要如此强劲性能的前提下，是不是可以降低喷油量以控制油耗呢？

答案显然是肯定的，但是空燃燃料比又是固定的14.7:1；「ECU-行车电脑」计算喷油量必须按照这一标准，否则很有可能造成长时间的空燃比失调而影响正常运行。所以想要降低喷油量就只能从气门的循环方式着手，方式有三种。

1：米勒循环-压缩冲程气门延时关闭！压缩冲程是活塞上行的阶段，功能正是第一节的描述：压缩空气产生高温，利用高温蒸发燃油；奥托循环在该冲程中的进排气门都是关闭的，可以把压缩的过程想象成“完全压缩”。

然而米勒循环的气门特殊设计，可以实现的是压缩冲程气门“延时关闭”（晚关一会）；那么在上行过程中则会将部分混合油气挤压回进气歧管，真正关闭后才会开始压缩蒸发。（参考下图）

米勒循环实际参与第三冲程（做功）的混合油气总量减少了，但是这少量的油气要完成的是“把活塞从上止点推回下止点”，这就是所谓的膨胀冲程与膨胀比。

重点：奥托循环与米勒循环的「压缩冲程-距离相同」，而且“压缩行程＝膨胀行程”；但是米勒循环实际为“先推·后压缩”，或者理解为实际行程为100，两个冲程的状态如下。

• 推20
• 压80
• 膨胀100

「80:100」自然能够实现节油，因为奥托循环消耗100个基数的燃油也是“推100”，那么只需要80基数同样推100而达到相同的目的，油耗是不是降低的20个点呢？这就是米勒循环节油的基础，也就是【压缩比＜膨胀比】。

2：阿特金森循环实现的结果与米勒循环相同，区别利用的更加复杂的连杆结构实现“压缩比＜膨胀比”。然而这种机器实际为最差的选择，原因在在于结构的复杂性，不过本质还是“挤走的部分燃油”的损失。

虽然这两种循环方式都能实现「充分利用少量燃油·完成标准膨胀做功」，但事实减少的部分混合油气也决定了产生的热能总量低于【压缩比＝膨胀比】的奥托循环。那么想要兼顾节油与性能，唯一的方式就是采用涡轮增压技术，然而阿特金森发动机的结构很难承受这种高压增氧技术。

知识点1：绝大多数阿特金森循环发动机都采用自然吸气系统，吸入的空气氧浓度偏低，燃烧做功转化出的扭矩本就很小；那么在加上混合气的损失则必然出现动力的严重下降，单纯用这种技术的内燃机驱动汽车，动力体验真的会差的一塌糊涂。

所以只能用混动系统的电动机辅助加速，类型以ECVT为主，然而整体性能表现仍旧是非常的一般。

知识点2：米勒循环发动机可以适应涡轮增压系统，不过合资汽车的混动选项中，100%都是为了控制制造成本而使用自吸发动机，所以性能同样是非常一般的；比如丰田、福特以及克莱斯勒的部分混动汽车。

目前使用「米勒＋TURBO」的发动机可以参考比亚迪骁云1.5T，这台机器以350bar高压直喷提高蒸发性能与燃烧效率，以双涡管增压器提升压缩程度。通过这些技术可以有效“补偿”丢失的部分动力，所以最终实现了136kw/288N·m（1500~3700rpm）的水平，这已经比主流的奥托循环1.5T更强劲了。

关于内燃机的三种循环方式就聊这些，最佳选项会是涡轮增压米勒循环，不过并不是所有车企都能掌握这种技术。其次扭矩足够大的奥托循环发动机同样可以节油，大扭矩是降低巡航转速（与油耗）的基础，优秀发动机其实还有很多。

编辑：天和Auto

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