奥托循环、米勒循环、阿特金森循环发动机，深度对比分析！

来源：二手车鉴定

导语

今天的这篇文章是一篇科普文章，主要来说说发动机。最近几年我们在市面上听过很多米勒循环发动机、阿特金森循环发动机，这些东西都是什么？那我们普通用的发动机又叫什么呢？这篇文章就为你来解答这些疑惑。

这些疑惑解答清楚以后，我们在来看看各个品牌近年来采用的是哪种发动机，它们都用在哪些车型上面等问题。

一、奥托循环发动机（ Otto cycle）

我们现在汽车用的发动机普遍都是奥托循环，也就是四冲程循环发动机。所谓的四冲程发动机就是进气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程。这种发动机的工作方式是1876年德国工程师尼古拉斯·奥托利用了这个原理，因这种发动机具有转动平稳、噪声小等优良性能，对工业影响很大，故把这种循环命名为奥托循环，采用奥托循环的发动机即为奥拓循环发动机。

通过上面这段视频我想你应该了解奥托循环发动机的工作过程。

这张图就是发动机的一些原件名称，对于各个位置你可以先有一个了解，注意红色汉字标注的位置，TDC的这个位置就是上止点就是活塞能在气缸内部运动的最高位置，BDC的这条虚线就下止点是活塞能在气缸内部运动的最低位置。

发动机内部的活塞就是在上止点和下止点之间做反复的循环运动。四冲程的发动机分为四个冲程：进气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程。每一个冲程曲轴旋转180度，四个冲程就是720度，也就是发动机完成一个工作循环，曲轴就要旋转2圈。

1、进气冲程（Intake Stroke）

进气冲程活塞从上止点运动到下止点，曲轴旋转180度。这个时候进气门打开，排气门关闭，可燃混合气被吸入汽缸内部。

对于奥托循环，进气门开启和关闭的时间就需要注意，进气门一般在上止点的时候打开，一直到下止点的位置才关闭，这里就不考虑气门重叠角的问题。

2、压缩冲程（Compression Stroke）

压缩冲程活塞从下止点运动到上止点，曲轴旋转180度。这个时候进气门和排气门都关闭，气缸内的气体被活塞压缩。

气体是可以被压缩的，但如果此刻气缸内部是水（液体），那就会导致液体给活塞、连杆一个向下的力，最终会导致连杆变形或者折断，这就是为何水泡车有一部分发动机需要大修。

3、做功冲程（Power Stroke）

做功冲程活塞从上止点运动到下止点，曲轴旋转180度。这个过程中进气门、排气门均关闭，火花塞点火。在发动机的四个冲程里，只有做功冲程是产生能量的过程，其余都是消耗能量的过程。

4、排气冲程（Exhaust Stroke）

排气冲程活塞从下止点运动到上止点，曲轴旋转180度。这个时候排气门开启、进气门关闭，燃烧后的废气通过废气管路排出。

这个就是奥托循环发动机的工作过程，只有知道了普通发动机是如何工作的，那对于米勒循环和阿特金森循环才能知道有何不同。

二、米勒循环发动机（ miller cycle）

米勒循环由美国工程师 R.H.米勒于 1947 年第一次提出并申请了专利，所以以这种形式运行的发动机就是米勒发动机。

米勒发动机和奥托发动机很相似，只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。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、经济性差等一系列问题。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，达到改善发动机热效率，降低燃油消耗的目的。

说的简单一点就是奥托循环发动机：压缩比和膨胀比相等（压缩和膨胀的过程都是从上止点到下止点），但是米勒循环发动机就是压缩行程小于膨胀行程（通过改变进气门关闭时刻来改变），这样做的坏处就是牺牲了动力性，好处就是降低油耗。

既然提到这个米勒循环，那咱就得提提奥迪/大众的EA888发动机，这款发动机可谓是大众旗下的明星产品。

大众EA888发动机目前已经发展到三代半，从三代半产品开始才引入了米勒循环技术。我们经常看到的标识EA888 GEN3代表三代EA888发动机、EA888 GEN3B代表三代半的EA888。

EA888 GEN3B发动机是2016年上市，我们来看看大众是如何实现米勒循环的？

大众实现米勒循环的方法很简单就是通过进气门早关的方法。

左图是三代EA888发动机采用的是奥托循环，右图是三代半EA888发动机采用的是米勒循环。现在活塞都处在上止点的位置，进气冲程即将开始。此刻混合气的温度849K，压力0.66bar和0.85bar，进气压力不同这是由于进气管路不同导致的。

在进气冲程，曲轴转角转过66度左右，Gen.3B发动机的进气门开始关闭，明显提前于Gen.3发动机。

在进气冲程曲轴转角转过110度的时候，Gen.3的进气门才即将要关闭，Gen.3B的进气门关闭时刻要比Gen.3早将近50度左右。

当曲轴转角转过130度左右的时候Gen.3B的进气门已经完全关闭了，这个时候进气冲程还没有结束，这个时候Gen.3B活塞依然向下止点运动，但是到了压缩冲程的时候，它实际有一段距离是没有压缩空气，直到70a.BDC下止点后70度的时候才开始真正压缩，实际的压缩冲程距离要比奥托循环的压缩距离少一段，所以压缩冲程小于做功冲程。

在这个米勒循环的过程中，我们明显看到进气冲程会导致进气不足的情况，这也就牺牲掉了一部分动力来换取节油的部分。所以在奥迪或者大众的车型里，2.0T低功率的发动机采用的是米勒循环，主要目的就是节油，而在2.0T高功率的车型里采用的是奥托循环的三代EA888发动机。

这里有朋友会问，那2.0T低功率的发动机能否通过刷程序改为2.0T高功率的发动机呢？

答案是不能，因为三代EA888和三代半EA888的发动机结构不同，单靠一阶刷程序的方法肯定是不行的，三代和三代半的缸盖结构、活塞尺寸、喷油器、AVS系统都不同。

三、阿特金森循环发动机（ Atkinson cycle）

阿特金森循环是一种由英国工程师詹姆士·阿特金森（James Atkinson）于1882年发明的内燃机形式。阿特金森循环发动机提高了效率，但降低了功率密度，其缺点是在低低速时效率低、扭力较差。

真正的阿特金森循环结构比较复杂如上图所示，它是真正的让压缩行程和膨胀行程的距离不同，而并不是通过改变气门提前或推迟关闭的方法来变相实现的。

我们今天主要来说的就是丰田的阿特金森循环，这是一种变相实现阿特金森循环的方法。

看过视频以后你应该了解丰田的阿特金森循环就是通过进气门晚关的方法来实现的。它跟大众的不同，大众是通过进气门早关来实现米勒循环。

这个图看起来应该更加方便一些，左边是奥托循环发动机，右侧是阿特金森循环发动机。

在压缩冲程的时候，奥托循环发动机的进排气门均关闭，这个时候阿特金森循环发动机则不同，进气门在活塞越过下止点的时候依然打开，直到行驶到上图中的紫线位置才完全关闭，这就导致橘色线到紫色线的过程中是空行程，没有起到实际压缩的过程，此刻进气门是打开的。这就造成了压缩冲程明显小于膨胀冲程，变相实现了阿特金森循环。

丰田的这种阿特金森发动机由于损失掉一部分的进气量，导致发动机的功率不高，一般都配合着混合动力系统应用，需求动力的时候发动机和电动机一起配合使用。