随着混合動力汽車的逐步發展與普及，一項名為“阿特金森循環”的發動機技術開始出現在大家眼前。那麼，阿特金森技術到底是什麼黑科技？

1. 基礎概念：壓縮比與膨脹比

在談發動機循環方式之前，我們要先了解兩個術語：壓縮比與膨脹比。壓縮比是指活塞在下止點時氣缸的容積與活塞在上止點時氣缸的容積之間的比值；膨脹比是指内燃機做功沖程結束時氣缸容積與做功沖程開始時氣缸容積之比。

壓縮比可理解為混合燃料氣從初始狀态到被點燃前壓縮的程度，膨脹比可理解為混合燃料氣在被點燃後膨脹的程度。高壓縮比使混合燃料氣中燃料分子與氧氣分子距離更近，燃燒更充分，可以提高發動機效率；高膨脹比可以加長做功行程，有效利用燃燒後廢棄殘存的高壓，因此也可以提高發動機效率。

2. 發展曆程

1861年，29歲的德國人尼古拉斯·奧古斯特·奧托從報紙上看到了有關法國人雷諾爾研制煤氣發動機的報道，看到了這則消息之後，他受到了極大的啟發，迅速開始了全新發動機的研發。1876年，他終于制作出了由進氣、壓縮、膨脹、排氣四個過程組成的四沖程發動機，經過改進，于1877年8月4日申請專利，在1878年法國舉辦的國際博覽會上展出了他制作的卧式氣壓煤氣發動機，并進行了公開表演。 奧托循環也稱四沖程循環，四沖程分别為進氣行程，壓縮行程，做功行程和排氣行程4個部分；在奧托循環裡，發動機壓縮比與膨脹比是一緻的。正是奧托研制的這種發動機為後來的汽車用汽油發動機奠定了理論基礎，而這種發動機的運行原理被稱為“奧托循環”。

初期的奧托發動機動力水平有限，工程師們都想盡辦法提升發動機的動力水平。一種可行的途徑是提升壓縮比，但油氣混合物存在物理極限，過高的壓縮比會帶來爆震問題，傷害發動機；另一種途徑則是提高膨脹比，加大做功行程。

1882年，英國工程師詹姆斯·阿特金森（James Atkinson）發明了一種采用新型循環方式的發動機。這台發動機通過複雜的連杆機構巧妙地實現了膨脹比大于壓縮比，而這種循環方式也就被稱為阿特金森循環。

原始構造的阿特金森發動機應用一套複雜的連杆曲軸，使得膨脹比大于壓縮比，更長的膨脹行程有效提高了爆燃後氣體膨脹所帶來的能量，因此燃油效率也比奧托循環更高一些。阿特金森所設計的發動機采用了一種非常複雜的曲柄連杆機構，這種發動機在壓縮時活塞的行程較短，而在做工時活塞可以實現更長的行程，這樣一來發動機的熱效率就得到了提升。可是，也正是由于這套複雜的曲柄連杆機構導緻采用阿特金森循環的發動機可靠性遠不及傳統的奧托循環發動機，同時發動機的尺寸重量都會有所增加，這導緻了阿特金森循環的發動機并沒有被投入到量産中。

阿特金森循環的典型結構特征：複雜的曲軸

1940年代，美國人羅爾夫·米勒（Ralph Miller）基于奧拓循環提出了米勒循環的理論構想，即通過晚關進氣門的配氣方式實現發動機膨脹比大于壓縮比。但最終實現工程化的是日本馬自達公司，馬自達在1993年推出使用該循環技術的發動機，并将“米勒循環”注冊專利。順帶題外話，馬自達公司在全球汽車公司裡面算是一家很小的廠商，但是馬自達的汽車新技術的研發上還是有一定的貢獻，讓F1也忌憚的轉子發動機也是馬自達公司的成果。

而現代的阿特金森循環發動機，則采用可變氣門正時技術（VVT，采用電控裝置，可以調節進排氣門開啟及關閉的時間），通過推遲進氣門關閉的方法，在壓縮沖程從進氣門排出部分燃氣，減少進氣量，從而實現膨脹比大于壓縮比的目的。

事實上現代阿特金森循環也采用了米勒循環的技術原理，但豐田為了規避馬自達的“米勒循環”專利，又因為同樣是達到膨脹比大于壓縮比的效果，便稱之為阿特金森循環。這也是為什麼除了馬自達的發動機，其他人都叫阿特金森的緣故。

優勢:

與奧托循環相比，阿特金森循環的優勢主要表現在燃油經濟性方面，由于膨脹比大于壓縮比，延長了做功行程，使得燃燒發出的能量能夠得到更加充分的利用，這樣就達到了更高的燃燒效率和更低的油耗表現。

劣勢:

原始的阿特金森循環主要有以下幾個缺陷：

機械構造複雜，體積難以控制，不易維護；

進氣行程小于做功行程，在車輛起步時無法獲得足夠的燃料混合氣導緻扭矩不足；

做功行程較長，無法應用在高速發動機中。

因此，這套發動機并沒有在量産汽車上大規模應用，但因為省油在大型船舶發動機或是汽油發電機上面應用較多。

随着技術的進步，工程師們又發明出了一種更好的解決方案，那就是讓發動機在米勒循環和阿特金森循環之間進行切換。可變正時氣門技術可以改變氣門的開閉時間，當這種調節達到一定程度的時候，就可以實現米勒循環的效果，同時發動機還可以進行普通的奧托循環，這樣一來，當發動機在低轉速時使用奧托循環，而當轉速升高後切換為米勒循環，實現了動力性與油耗的平衡。

由于歐洲最先開始了工業革命，所以在内燃機時代，歐洲國家無論在技術上和制造工藝上，汽車工業都領先了我們國家幾代産品，但是随着我們國内汽車企業的不斷研發、不斷追趕，這個差距在逐漸縮小，21世紀是新能源汽車的時代，希望我們國家的汽車工業可以完美的實現彎道超車，無論從汽車技術的設計和汽車工業的加工制造工藝，能看到越來越多屬于我們中國的技術。希望比亞迪、奇瑞和吉利這些民族汽車品牌可以在全球舞台上與曾經的那些百年汽車巨頭一起正面較量一下~

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