文/寶拉
更高的發動機熱效率一直是工程師們所追求的方向，奧托迴圈、阿特金森迴圈、米勒迴圈的發展史就是熱效率的提升史。
想必大家選購車輛時都會提前做功課，瞭解心儀車型的安全配置、智慧配置等，當然還有最重要的動力引數。除了“明碼標價”的資料外，發動機的工作原理、所用技術等都是大家最為關注的。
其中我們最常碰到的專業技術名詞包括阿特金森迴圈、米勒迴圈技術 ，相信很多人對這些專業名詞還是迷迷糊糊的。之前我們已經詳細講解過了混動技術中常用的阿特金森迴圈，本文就詳細展開經常與阿特金森迴圈混淆的米勒迴圈，詳細瞭解其中的工作原理、實際運用等，為大家答疑解惑。
1.米勒迴圈推出背景與目的
目前發動機做功有三大迴圈，按照時間順序分別為奧托迴圈、阿特金森迴圈和米勒迴圈。其中，阿特金森迴圈和米勒迴圈都是奧托迴圈的進階版本。
1.1推出背景
瞭解米勒迴圈之前必須先要了解奧托迴圈這個基礎，1876年德國工程師奧托利率先將四衝程迴圈原理運用在了發動機的設計上，奧托迴圈做功分為四個過程，包括進氣衝程、壓縮衝程、做功衝程和排氣衝程。
來看具體的工作過程，首先是進氣衝程，顧名思義是將氣體送入氣缸當中，這時活塞向下滾動，將空氣與燃料混合後的氣體透過氣門進入氣缸。然後是壓縮衝程，在這個過程當中，活塞向上運動壓縮氣體。之後是做功衝程，當氣體壓縮至一定程度時，混合氣體被點燃，膨脹所產生的推力就能讓活塞向下運動。最後是排氣衝程，很好理解，就是放廢氣排出氣缸。
筆者在文章的開頭就提到，工程師們的追求就是不斷提高發動機的熱效率，而受限於奧托迴圈的設計，很難再提升熱效率，於是工程師們對奧托迴圈進行了最佳化，米勒迴圈也就誕生了。
1.2推出目的
在奧托迴圈和米勒迴圈之間的是阿特金森迴圈，該迴圈是1882年由英國工程師阿特金森提出的，阿特金森希望讓做工衝程做更多的功這樣就能提高效率，為汽車釋放更多的動能。但是受困於當時發動機的單缸臥式結構和發動機的低效率等問題，最終阿特金森迴圈沒能在燃油車時代大放異彩，反而是在新能源時代與電機搭配才再次進入人們的視線。
隨著技術的發展，20世紀時發動機功率和結構上也有了新的突破，1947年美國工程師米勒提出透過提前關閉發動機進氣門的策略來提高發動機的熱效率，這個後來被稱為米勒迴圈。該迴圈在提高熱效率的同時，還避免了阿特金森迴圈容易出現的爆震、泵氣損失等問題，目前被燃油車和新能源車型廣泛採用。
2.工作原理
米勒迴圈之所以能夠提高熱效率，是由於發動機的壓縮比小於膨脹比，也就是做功衝程大於壓縮衝程。反觀奧托迴圈，壓縮比=膨脹比，因此做功效率較低，就導致油耗經濟性低。
2.1何謂壓縮比和膨脹比？
前文我們已經瞭解了四衝程迴圈的工作原理，而膨脹比和壓縮比就是指的是在做工衝程和壓縮衝程中。壓縮比表示了氣體的壓縮程度，它是氣體壓縮前的容積與氣體壓縮後的容積之比，它代表了缸體內氣體從下止點向上止點壓縮的程度。
一般來說，發動機的壓縮比越大，在壓縮行程結束後，混合氣的壓力和溫度就越高，燃燒越快，這樣發動機的動力越大，經濟性越好。同理，膨脹比是內燃機做功衝程結束時氣缸容積與做功衝程開始時氣缸容積之比。
2.2膨脹比大於壓縮比為什麼能實現熱效率的提高
膨脹比大於壓縮比時，代表膨脹行程中活塞運動的距離更遠、氣體膨脹的倍數更多、做的功也就越多，動力輸出就越大，熱效率就越高。相當於同樣的燃油卻能做更多的功，這樣就能提高熱效率，最後燃油經濟性就會理所當然的更高。
舉個通俗的例子，假設你做50個麵包能賣50塊，但是現在你做30個麵包能賣40塊，是不是你的單價就上去了，同理在發動機上，雖然壓縮的氣體和膨脹的氣體都減少了，但是膨脹比大於壓縮比時，熱效率也就上去了。
2.3米勒迴圈如何實現膨脹比大於壓縮比
在奧托迴圈中，在進氣完成時就將氣門關閉，之後的壓縮衝程中的壓縮比就等於了做功衝程中的膨脹比。而米勒迴圈之所以能讓膨脹比大於壓縮比在於提前關閉了氣門，也就是就進氣過程中並沒有像奧托迴圈一樣準時關閉氣門。
這樣一來，壓縮的氣體相對於之前奧托迴圈壓縮的氣體減少了。之後做功衝程中氣體再進行膨脹，氣體燃燒的能量就能被充分釋放，就不再像奧托迴圈中有部分能量被浪費。米勒迴圈中壓縮過程中活塞運動的距離相比於做功衝程短，也就實現了膨脹比>壓縮比。
雖然理論能行，但是實現米勒迴圈還是存在一個較大的技術難點，那就是如何實現在不同工況下的延遲關閉氣門？目前大多數米勒迴圈發動機中採用的是可變氣門正時技術，也就是我們常見的VVT（Variable Valve Timing）技術。透過調節發動機凸輪相位，使進氣量可隨發動機轉速的變化而改變，達到進氣門關閉的精確控制。
3.米勒迴圈的優劣勢
3.1米勒迴圈的優勢
與奧托迴圈相比，米勒迴圈很顯然能夠提高發動機的熱效率，從而達到更高燃油經濟性。
與阿特金森迴圈相比，雖然同樣都是膨脹比>壓縮比，但是阿特金森迴圈發動機的氣缸內容易產生的爆震等問題，而米勒迴圈不僅能抑制發動機爆震還能降低 NOx排放，同時相比於阿特金森迴圈，米勒迴圈低負荷情況下能更省油。
3.2米勒迴圈有何不足
一方面是與奧托迴圈相比，米勒迴圈的早關氣門就需要配氣結構，因此結構會更復雜，成本也就會更高。
另一方面是米勒迴圈發動機在高速輸出時發動機功率會不足。與奧托迴圈相比，同樣是1。5L排量發動機，米勒迴圈發動機由於提前關閉了氣門，氣缸內的燃氣更稀薄，奧托迴圈發動機輸出的功率就要比米勒迴圈發動機輸出的功率要高，而發動機的功率低的直接效果就是加速能力差。另外在低速輸出時扭矩較差，在低轉速時輸出扭矩不夠，就會導致車輛起步動力不足，在實際生活中就類似你在綠燈時起步會比別人慢一會。
4.米勒迴圈的實際運用
阿特金森迴圈發動機存在扭矩低、低速效率差的缺點，所以阿特金森迴圈發動機不會用在純汽油車上，因而也沒有成為燃油車時代的主流，不過現在可以一些混動車上可以看到阿特金森迴圈發動機，混合動力汽車中額外的電機可以彌補阿特金森迴圈發動機低速扭矩小的弱點。
而米勒迴圈發動機通常運用在渦輪增壓發動機中，其中最為典型的就是大眾的發動機。
4.1運用在燃油車上
一般是德系車用米勒迴圈發動機的比較多，如大眾的EA211 TSI evo型發動機、EA888 TSI型發動機等發動機，不過也有部分日系車也採用了米勒迴圈發動機，其中的代表車企就是馬自達。
4.1.1馬自達創馳藍天發動機
世界上首個量產的米勒迴圈汽油發動機就來自馬自達。該款發動機的名稱為KJ-ZEM發動機，其中的“M”就是米勒迴圈的縮寫。這款發動機的最高功為162千瓦（217馬力），最高轉速為6000轉/分，而且僅配用一臺4擋自動變速箱。但是這款發動機並沒有在中國引起太大的熱度，而是另一款創馳藍天技術中的發動機 在中國更為有熱度。
創馳藍天是馬自達於2010年的一套技術集合，它包括髮動機、變速器、車身及底盤四大塊。該技術中的發動機採用了奧托迴圈和米勒迴圈雙迴圈，壓縮比更是首度達到了量產汽車發動機的13：1，和現在主流的發動機的壓縮比相當，其油耗降低、扭力分別提升了15%以上，優秀的效能也讓該款發動機在2012年被評為“沃德十佳發動機”。
該款發動機目前搭載於馬自達CX5車型當中，這臺2。0L發動機的最大功率為114kw，最大扭矩為200牛米，值得一提的是該發動機有較高的燃油經濟性，百公里油耗僅為6。7L，領先同級別的的RAV4和CR-V車型。
4.1.2大眾EA888發動機
這款發動機可以稱得上是明星發動機，用兩個字來形容就是全能。大眾EA888發動機目前搭載在大眾途昂、斯柯達速派、保時捷Macan、帕薩特、奧迪Q5等數十款車型當中。
這款發動機同樣使用了前文提及過的米勒迴圈，同時在進氣可變氣門正時技術下可以有效提高進排氣效率。雖然大眾EA888發動機的熱效率只有37。2%，遠不及本田、豐田、比亞迪等的40%以上，但是這款發動機的效能還是值得肯定的。這款發動機最早誕生於2006年，有1。8T和2。0T兩種排量，兼具舒適性與燃油經濟性。入華以來，這款發動機也是受到了國內消費者的認可。具體的功率如下圖所示：
4.2運用在新能源混動車型上
4.2.1問界M5的H15RT發動機
問界的純電驅增程平臺（DE-i）中也採用米勒迴圈發動機，該發動機的壓縮比高達15：1，熱效率達到了驚人的41%，達到了目前世界一流水平。
這款發動機並不直接驅動車輛前行，作為增程器給電池和電機供電。從動力引數來看，這款1。5T的渦輪增壓發動機的最高功率為，最大扭矩為205牛米。在電動機的配合下，問界M5的綜合功率為315千瓦，綜合總扭矩為720牛米。該套系統擁有較高的效能，同時擁有更低能耗。
4.2.2吉利雷神動力BHE15-EFZ發動機
雷神動力同樣提供兩種排量的發動機，包括了1。5T和2。0T渦輪增壓發動機。
與比亞迪DMI-i超級混動系統、本田i-MMD混動採用阿特金森迴圈不同的是，這款發動機採用了米勒迴圈。其熱效率高達達到43。32%，比亞迪DMI-i超級混動系統中的驍雲發動機的熱效率還要更高。
其中搭載雷神動力發動機的帝豪L雷神Hi-X的1。5T版本發動機最大馬力133千瓦，最大扭矩290牛米，純電續航為100KM，綜合續航為1300KM，饋電油耗為3。8L/100km，具有較高的燃油經濟性。與自然吸氣發動機相比，這款渦輪增壓發動機在加速上的體驗和爆發力上要更好一些。
值得一提的是，即將上市的理想L9也將搭載米勒迴圈發動機，據悉該發動機為1。5T四缸發動機，將匹配長城蜂巢動力的驅動電機。按照這個情況，之後將會有越來越多的新能源車型採用米勒迴圈發動機。
寫在最後：
不管是阿特金森迴圈發動機還是米勒迴圈發動機，筆者都看到了自主品牌在研發技術上的厚積薄發。中國作為新能源汽車的最大市場，希望自主品牌能夠為我們帶來更多更驚豔的產品，實現新能源賽道上的彎道超車。
