[汽車之家 技術(shù)講堂] 怎樣有效地利用燃油產(chǎn)生的能源，是提升發(fā)動機效率的一大關(guān)鍵，自發(fā)動機誕生之日起，這個課題就一直在進(jìn)行。從19世紀(jì)末的阿特金森循環(huán)，到上世紀(jì)40年代的米勒循環(huán)，壓縮比這個原本恒定的數(shù)值，被一種“另類”的運轉(zhuǎn)機制打破。
話題又一次扯到“壓縮比”這個問題上。想要提升動力，提高壓縮比是一個手段。想要提高燃油經(jīng)濟型，提高壓縮比也是一個手段。但壓縮比不能無限提升，而且在發(fā)動機歷史中的“遠(yuǎn)古時代”，這個問題就更難解決了。不過人類的智慧經(jīng)常另辟蹊徑，既然無法提高壓縮比，那就把“膨脹比”搞大。
● 阿特金森循環(huán)發(fā)動機
1882年，James Atkinson發(fā)明了一款發(fā)動機，與當(dāng)時的奧托循環(huán)發(fā)動機不同的是，這款發(fā)動機壓縮行程和做功行程時，活塞的位移是不一樣的。阿特金森發(fā)動機使用了較為復(fù)雜的連桿作為動力從活塞到曲軸的輸出，而活塞實際行程如下圖所示（阿特金森發(fā)動機活塞行程較長，動畫中未予表現(xiàn)）。
『活塞行程由藍(lán)黃紅綠四個色塊表示，依次為：吸氣、壓縮、做功、排氣四個行程』
這種設(shè)計很巧妙，用不同的連桿機制協(xié)同工作，使得各個行程幅度不同，不僅有效的改良了進(jìn)排氣情況，膨脹比大于壓縮比更是阿特金森發(fā)動機最大的特點。更長的膨脹行程可以更有效的利用燃燒后廢氣仍然存有的高壓，所以燃油效率也比奧托循環(huán)更高一些。
『連桿的引入不僅影響了活塞行程，作用在曲軸上的力矩發(fā)生了改變』
但復(fù)雜的連桿在體積上和故障情況都不如奧托發(fā)動機，所以在汽車上未能普及，不過船用、發(fā)電等大型柴油機在很大程度上借鑒了阿特金森發(fā)動機這種特性，可謂失之東隅收之桑榆。至于用晚閉進(jìn)氣門的方式，讓壓縮比小于膨脹比的形式是否存在于阿特金森發(fā)動機，目前無從考證（很多文獻(xiàn)都認(rèn)為阿特金森循環(huán)運用了晚閉進(jìn)氣門這個方式，但并無依據(jù)，連桿機構(gòu)對壓縮比的調(diào)整和較長的活塞行程才是阿特金森發(fā)動機的特色），但真真正正運用這種技術(shù)的，是下面這種發(fā)動機。
● 米勒循環(huán)發(fā)動機
1940年，miller重拾這種不對等膨脹/壓縮比發(fā)動機，但舍棄了復(fù)雜的連桿結(jié)構(gòu)，而是采用配氣時機來制造這種效果。其解決方式為：在吸氣沖程結(jié)束時，推遲氣門的關(guān)閉，這就將吸入的混合氣又“吐”出去一部分，再關(guān)閉氣門，開始壓縮沖程。
上圖為常規(guī)奧拓循環(huán)發(fā)動機配氣相位，下圖為米勒循環(huán)配氣相位』
『對比常規(guī)發(fā)動機，米勒循環(huán)進(jìn)氣門晚閉，將吸入氣體
部分反流排出，排氣門晚開，使做功時間加長』
這么簡單的控制一個氣門開閉的時機就制造了膨脹比大于壓縮比的效果，相比傳統(tǒng)奧托循環(huán)發(fā)動機，廢氣蘊含的能量得以利用。（ps：難道當(dāng)年阿特金森不會想到用這種方式實現(xiàn)嗎？私認(rèn)為應(yīng)該是因為奧托循環(huán)發(fā)動機的專利的問題，因而阿特金森不得不那么做，而到了米勒的年代，奧托發(fā)動機的專利已經(jīng)過期了。）
『1-2-3-4為傳統(tǒng)發(fā)動機PV圖，6-2-3-5為阿特金森/米勒循環(huán)PV圖
陰影部分可以理解為阿特金森/米勒額外的活塞行程及其利用的能量』
