发动机的奥托循环·米勒循环与阿特金森循环有什么区别，谁最强？

作者：阴车论
2020-09-24 12:35
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#老司机聊汽车知识#

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。

进气喷油压缩蒸发燃烧做功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。

01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1002冲程蒸发1003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。

02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。