都是专利惹的祸 阿特金森循环的那些事儿

由于规避奥托循环的专利，诞生了阿特金森循环

现在大家用的大多数汽油机都使用奥托循环（柴油机则使用迪塞尔循环，也就是发明柴油机的那位），这是由德国工程师尼古拉斯·奥托最先于1876年实现工程化（不过最先提出这个理论的是法国人），发明了基于此循环技术的内燃机，并且申请了专利。

典型奥托循环，拥有四个冲程

初期的汽油机动力压榨水平实在是有限，所以很多工程师都想办法提升发动机的动力水平，他们想到的一种途径就是提升压缩比，但是限于当时的基础工业技术，压缩比依然有限（即便是现在，由于汽油抗爆性的原因，压缩比也不能过大），他们就想着把膨胀比做大——如同同样用一种手枪子弹的手枪和冲锋枪，后者射程远一样，只是因为冲锋枪枪管长，火药气体做功的距离长而已。

前面提到了奥托循环的专利，这样问题来了，由于奥托先森把什么凸轮轴、正时带都注册了专利，等到英国工程师詹姆斯·阿特金森要研发一种新发动机时，就不能沿用奥托的结构了，不过英国人还挺执着，1882年，采用全新曲柄连杆结构的阿特金森发动机诞生了，而这种循环方式也就被称为阿特金森循环（Atkinson cycle）。

最初的阿特金森循环发动机，膨胀比更大

原始结构的阿特金森发动机的最典型结构特征就是这个略有些奇怪的曲轴（当然结构复杂导致制造和维护都很麻烦，这也是它推广不力的主要原因），直接导致了它的膨胀比大于压缩比，所以具备更好的热力学效率，也就有了更好的经济性。

阿特金森循环的典型结构特征：复杂的曲轴

■ 由于规避米勒循环的专利，新的阿特金森循环诞生了

美国人米勒在1940年代提出了米勒循环的理论构想，不过最终把它实现工程化的则是马自达，马自达对此也申请了诸多专利。米勒循环基于奥托循环（此时奥托的专利过期了……），但是使用晚关进气门的配气方式，同时借助机械增压装置，让反向推出的混合气能再次进入燃烧室，最终实现膨胀比更大的效果。

米勒循环的典型特征：晚关进气门

现代的阿特金森循环（以下阿特金森循环所指的就是此种循环方式）使用电控制装置改变发动机正时，通过推迟进气门关闭的办法，在压缩冲程从进气门排出部分燃气，减少进气量，所以压缩比没有那么高（也就没有了爆震的影响），从而实现膨胀比大于压缩比的目的。实际上这一过程是利用了米勒循环的原理，但是嘛，还是因为专利的关系，不能叫米勒循环，而它与阿特金森的效果又非常近似，所以就近原则，它也称为阿特金森循环了。

阿特金森循环的原理大体上大家都清楚了，那它为什么能在很多混动车型上应用，是不是只能用一种方式工作呢？下面我们就来说说阿特金森循环在目前车型上的应用。

由于动力输出特性，它和混动一见如故

阿特金森循环虽然在稳定工况下具备较高的效率，不过问题来了，如果是普通汽油车直接采用一台阿特金森循环发动机，它的低速动力和经济性表现会很一般，就需要一个帮手才行——而混合动力尤其是中等混合动力车型（典型如普锐斯），这个问题就迎刃而解了，在低速下完全可以使用纯电动推进或者电机作为主动力，所以阿特金森循环发动机也就在混动车型上大行其道。

随着可变正时技术的提升，可以实现奥托和阿特金森循环之间的切换

前面已经提到过，现代的阿特金森循环使用电控制装置改变发动机正时实现了阿特金森循环，同样通过正时的变化，也能在阿特金森循环和奥拓循环之间切换，这样对于普通汽油车型的意义就很大了——低速和急加速工况使用出力更好的奥托循环，而中高速循环则使用经济性更佳的阿特金森循环。这项技术在丰田发动机上被称为VVT-iW，在雷克萨斯NX200t、新一代凯美瑞2.0车型上都已经得到了应用。

结语：技术从没有止境，为了规避专利，阿特金森循环诞生，后来又为了规避米勒循环的专利，新的“阿特金森循环”出世。阿特金森依靠出色的经济性，成为诸多混动车型的首选，同时借助新的可变正时技术，它也能从奥托循环切换过来，看来阿特金森循环的故事还不会结束。板着面孔讲技术最终大家都看不懂不是我们的出发点，今后我们也会为大家深入浅出地带来更多汽车技术的解读，敬请期待。