什么是阿特金森循環？

眾所周知，發動機是一個把燃油化學能轉換為機械能的裝置，中間還會有一個熱能的轉換，其工作原理簡單來說就是要經過：吸氣-壓縮-做功-排氣這四個步驟，從發動機的發明到現在，大多數都是采用一開始的奧托循環。

所謂奧托循環就是四個步驟的活動行程相同，結構上相對而言是最簡單的，隨著對發動機的深入研究，人們發展如果壓縮行程（壓縮比）小于做功行程（膨脹比），那么就會起到省油的作用，于是在1882年一位英國的工程師詹姆士·阿特金森發明了新的循環，那就是阿特金斯循環，來了解一下具體的工作原理。

阿特金森循環是在奧托循環的基礎上進行了改進，吸氣-壓縮-做功-排氣四個過程大體不變，通過一套復雜的曲軸、連桿結構實現了做功行程大于壓縮行程，這樣一來吸入和壓縮的空氣變少，排量不變的情況下更少的燃油就可以達到最佳空燃比，而做功行程相對更長，簡單點來說就是消耗更少的燃油干了更多的活，從而達到了省油的目的，熱效率也隨之提高，像之前普通發動機熱效率一般在30%左右，通過可變氣門正時、缸內直噴、分層燃燒等技術可以提高到32-34%，而阿特金森循環則能達到38%，現像在豐田最高的41%同樣也是在阿特金森循環技術上進一步升級的結果。

其實現在的阿特金森循環并非真正的阿特金森

由于阿特金森循環發動機在結構上相對比較復雜，無論是對技術要求還是生產成本、后期維修費用等都非常高，而且復雜了以后能在一定程度上降低可靠性，所以真正的阿特金森循環發動機并沒有得到青睞，并且被逐步的放棄了。

在1940年一位美國的工程師羅爾夫·米勒取得了名為米勒循環的發明專利（后來被馬自達買下），這代表著對現在發動機非常重要的米勒循環正式出現了，只是在早期并沒有被真正利用起來，直到1990年馬自達才應用到其大型房車上，這才算是進入了廣大消費者的視野。

什么是米勒循環？

如果說阿特金森是奧托循環的升級改進，那米勒循環就是對阿特金森循環的進一步簡化，兩者都是以奧托循環為基礎，通過壓縮行程小于做功行程來降低油耗，只是在結構和工作原理上有所不同。

米勒循環過程中，活塞由下而上的行程與做功行程相同，就活塞而言還是一個完整的奧托循環，但是采用延遲關閉進氣門的方式來實現了減小壓縮行程的目的，因為進氣門關閉的晚了，吸入的空氣會有一部分被排出，所以實際壓縮的空氣量還是少的，因此在本質上和阿特金森循環沒有什么太大區別，但是勝在結構簡單，也就沒有因為復雜而帶來的缺點了，這才是現在所謂的“阿特金森循環發動機”真正采用的循環方式，因為之前馬自達掌握專利的原因，只是在叫法上有所區別，雖然2008年專利已經解除但已經習慣了這種叫法，所以就一直保持到了現在。

阿特金森（米勒）循環真的好嗎？

比起奧托循環雖然在油耗上更省了、米勒循環也解決了結構復雜的問題，但是這種發動機本身也有著明顯的缺點，那就是動力不足，畢竟其本質還是用了更少的燃油來做更多的功，而且高膨脹比不利于發動機的高轉速輸出，最常見的形容詞就是“低扭不足”，其實高轉速動力表現也不怎么樣，只是沒有低速時那么明顯，雖然對于一輛車而言油耗的經濟性很重要，但動力同樣也是不能忽略的因素，對車企而言有動力再降油耗難度還低一些，畢竟不是誰都像馬自達對技術的執著那樣，因此綜合對比下來普通的奧托循環相對更全面，成為了現在的主流，所以豐田或其他品牌的燃油車不采用就很好理解了。

為什么豐田混動用阿特金森循環發動機？

其實看完上面的介紹這個問題的答案已經很明確了，因為更加經濟省油，低扭不足的缺點可以通過電機來彌補，況且低速主要就是通過電機來驅動，速度快了以后用發動機驅動還有著油耗上的優勢，因此阿特金森循環發動機對于豐田的混動來說是一個很好的選擇。

總結：阿特金森（米勒）循環雖然看起來更先進，但有著省油優勢的同時也有著動力上的不足，屬于優缺點都比較明顯的類型，因此并不能直接用“好”來形容，只能是很好的滿足某些特定需求，比如非插電式混動車型，對于普通燃油車型來說并不太合適。

首先要說阿特金森循環并沒有您想象的那么好；其次豐田已經將阿特金森循環用在了燃油車上；再其次阿特金森循環不能單獨存在，至少以目前的技術來看無法單獨存在，要么在燃油車上與奧托組成雙循環形式、要么配合電機組成混動，因為阿特金森循環（米勒循環）的功率密度有些太差，單獨存在會令駕駛者很頭疼！

阿特金身循環是個很古老的技術，如果它全方位的好，早就取代奧托循環了；豐田或者其它主機廠所搞的阿特金森循環的確做到了膨脹行程大于壓縮行程，但并沒有改變幾何的膨脹行程、壓縮行程，只是通過更加成熟、完善的可變氣門技術模擬出了阿特金森循環的效果，但活塞的幾何膨脹行程依然等于壓縮行程，只是利用進氣門延遲關閉（壓縮沖程進行了一部分之后，進氣門才會關閉），將可用空氣利用晚關的進氣門壓出一部分，之后進氣門關閉、已經上行一部分行程的活塞才真正意義上進入壓縮沖程，簡單點說純正的阿特金森循環的物理膨脹行程的確大于物理壓縮行程，但由于結構太過于復雜、易出故障而被雪藏；而現如今的所謂阿特金森循環只是通過可變氣門技術將實際的壓縮行程縮小（物理壓縮行程不變），而模擬出了壓縮行程小于膨脹行程的效果，而省油的原理在于同樣的壓縮行程下、誰的膨脹行程更大，那么誰就可以做更多的功，別問鄙人為什么，工程熱力學上就是這么寫的，所以阿特金森循環下燒更少的油、可以換來更多的功沒問題，但“功”的質量就與奧托存在明顯的不同了。。。

阿特金森循環可以看作有五個沖程

傳統奧托循環發動機有進氣、壓縮、做功、排氣四個沖程，而阿特金森循環可以有進氣、晚關進氣門的壓縮排氣、壓縮、做功、排氣五個沖程（比喻），因為當活塞上行開始壓縮氣體的時候，進氣門還沒有關閉，所以一部分氣體被順著打開的進氣門壓出，所以這個過程并不屬于真正意義的壓縮沖程，而當活塞上行了一段行程后，進氣門徹底關閉，此時才算真正意義上進入壓縮沖程，由于活塞上行已經走了一段路程，所以真正壓縮沖程距離變短，所以這樣就縮短了壓縮沖程，同時由于壓縮行程的變短，導致等效壓縮比也同時降低（正如下圖所示，實際壓縮行程變短，導致缸內最大容積變小，所以最大缸內容積與燃燒室容積的比值同時變小，所以壓縮比變小）。。。

阿特金森循環的致命缺點

阿特金森循環是存在缺點的，而這個缺點非常的致命！還是那句話，如果阿特金森循環既省油、又能保證動力，那么它早就取代奧托循環而成為內燃機首選循環方式了，之所以不能單獨存在就是因為其功率密度太低，單獨使用就等同于降排量一樣，而且阿特金森循環還沒有辦法配合增壓技術，道理也很簡單怎么增壓也扛不住阿特金森的晚關進氣門往出吐啊，可用空氣都給吐出去了，還增什么壓？而動力弱也同樣是由于其在真正進入壓縮沖程之前，將可用空氣吐出了一部分，空氣少了、燃燒還能保證么？

發動機產生更強動力的本質是什么？說到底就是在每一個循環、燒掉更多的燃油、單位時間內獲得更大的能量而已；比如一臺2.0L自然吸氣發動機，每個氣缸0.5L，按照理想的空燃比14.7來計算，每個循環可以燒掉約0.034L的燃油，如果想增強動力，要么增加排量、要么上增增壓（不改變物理容積，而強行向氣缸內壓入空氣），這兩種方式都可以讓每個循環的進氣量增加、從而燒掉更多的油、獲得更大的動力。。。

我們再來看看發動機在阿特金森循環狀態下都做了些什么；還是用上文中2.0L自然吸氣發動機為例（阿循環配不了增壓，前文已經有提到過），每個氣缸0.5L，也就是說每個氣缸可以吸入最大為0.5L的空氣，結果由于進入假壓縮沖程時（上文提到的第五循環），吸入的0.5L空氣被壓出去一部分（進氣門沒關），假設壓出去0.2L（實際沒有這么多），這個時候缸內的可用空氣變成了0.3L，如果還是按照理想空燃比14.7來計算，此時能噴出的燃油只能達到0.020L，可以燒的混合氣體變少了，每循環產生的動力自然就低了，發動機的功率、扭矩自然都上不去了（不要去較真功率或扭矩，無論功率還是扭矩，都是靠燒更多的油獲得的，每循環可用混合氣量降低，功率、扭矩自然都會降低）；如果上文例子中的2.0L全時阿特金森循環化發動機，它的實際排量相當于奧托循環的1.2L（當然這只是個例子，但實際上2.0L純阿特金森發動機的動力至少趕不上1.6L的奧托循環發動機），這樣我們就有了一個比較準確的答案，我們花2.0L發動機的價格，買回了一個只有1.2L排量動力的發動機，換做是您能同意么？愿意買么？

所以單獨存在的阿特金森循環化發動機是不存在的，換句話說是沒有存在價值的，奧托循環發動機的排量是實打實的，說2.0L的排量就是2.0L的排量；而2.0L的阿特金森循環化發動機最多也就是1.4-1.6L排量的實際水平，這樣的產品誰會買？渦輪增壓技術之所以能得到廣泛推廣在于其以小博大，而阿特金森循環則完全是大不如小，所以豐田也好、其它主機廠也罷都不會令其單獨存在，單獨存在就完全是個廢品，所以阿特金森循環是會用在燃油車上，但不會單獨存在，而是和奧托組成了雙循環的方式，通過成熟的VVT技術，讓發動機在部分工況下，實現阿特金森化，比如車子在勻速行駛的時候，對功率、扭矩都無過大需求，這個時候就可以切阿特金森循環，而車子需要給油加速的時候，立刻切回奧托循環。。。傳統的阿特金身循環發動機有兩大缺點，其一就是結構復雜（如上圖）、其二就是動力變現太疲軟；不過以現有技術倒是掃清了障礙，比如通過更加成熟的VVT（可變氣門正時）縮短了壓縮行程，從而在不改變發動機常規結構的情況下模擬出了阿特金森循環；又通過配合電機組成混動、配合奧托組成雙循環的方式來彌補動力不足的問題，加速工況用電機、或者是奧托循環，而阿特金森則用于勻速的工況，這樣一來阿特金森的短處就被彌補，而可以發揮省油的長處了；所以說阿特金森循環已經被豐田用在了燃油車上，只不過不是單獨存在，而是與奧托組成了雙循環，實際上單阿特金森循環循環的發動機沒有存在意義。。

我來分享一下，豐田其實在非混動的發動機上也使用了阿特金森循環技術，下面我來簡單介紹一下：

一、簡單介紹一下阿特金森循環

阿特金森循環的很早就提出了，不過最近一些年隨著可變氣門正時技術的發展才使得阿特金森循環可以擺脫復雜的機械結構，靠VVT來實現。

最早的阿特金森循環需要復雜的機械結構

當前所謂的阿特金森循環的過程都是靠可變氣門正時VVT控制來實現的。

簡單的說就是采用進氣門晚關的方法，把進入汽缸的空氣再壓回進氣管一部分，這樣給活塞加速做功的沖程就長于實際用于壓縮的沖程，也就是膨脹比大于壓縮比。因此，阿特金森可以允許使用非常高的物理壓縮比，從而提高熱效率。阿特金森循環發動機大多選擇了高達13～14的壓縮比。同時，在部分負荷下阿特金森循環還可以顯著降低泵氣損失，進一步提高熱效率。阿特金森循環也有缺點，就是性能不高。

二、豐田對于阿特金森循環技術的應用

1、混合動力發動機

豐田在是最早量產的阿特金森循環發動機的公司。由于早期阿特金森循環發動機的性能普遍比較低，因此豐田最早把改技術用到了混合動力發動機上，因為可以利用阿特金森循環的高效率，同時混動電機又可以彌補發動機性能不足的缺陷。豐田在1997年發布的第一代普銳斯1.5L混動發動機就采用了豐田最早量產的可變氣門正時VVT技術來實現了阿特金森循環。

2、豐田將阿特金森循環從混動發動機擴展到普通發動機版本

阿特金森循環技術在豐田混動發動機上一直在進行不斷的研發改進至今。增加了比如電動VVT，EGR等一系列先進技術，逐步客服了阿特金森循環發動機功率偏低的問題。最新豐田混動的Dynamic Force 2.5L混動發動機的熱效率達到了41%，普通版本的Dynamic Force 2.5L發動機由于有阿特金森循環的加入，熱效率也能達到40%。

電動VVT技術

Dynamic Force發動機上使用的EGR廢氣再循環

與此同時，普通版本Dynamic Force 2.5L發動機最大功率151kW，的升功率可以達到60Kw/L以上，這對于自然吸氣發動機是非常高的數值了。

2019年沃德十佳發動機豐田獲獎的是最新的2.0L Dynamic Force Engine混合動力發動機，也是豐田阿特金森循環高效率發動機的代表。

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題主這個問題本身不夠恰當。首先，阿特金森循環（下簡稱A循環）發動機不是萬能的，否則早就全線取代奧托循環了。其次，豐田的燃油車也有A循環發動機。下面分別解釋：

A循環發動機，優點是在很寬泛的工況范圍內達到極高的熱效率。我們都知道，現在的車用發動機都是4沖程內燃機——吸氣、壓縮、做功、排氣。傳統奧托循環（下簡稱O循環）發動機在吸氣沖程完成后，就會立即關閉進氣門，并且在壓縮沖程保持所有氣門關閉。這種發動機的壓縮比和膨脹比是一樣的。A循環通過VVT（可變氣門正時）技術可以控制進氣門晚關，這樣吸氣沖程進入氣缸的空氣在壓縮沖程會排出一部分，真正用于膨脹的氣體并沒有一整缸，但做功膨脹后還是能讓活塞拉到最大行程，保持體積仍然是一整缸，相當于壓縮比小于膨脹比。這樣就比O循環更充分地利用了氣體點燃膨脹的動能，從而提高了發動機的熱效率。

這樣的副作用就是降低了發動機的充氣效率（2.5L排量每次只有2.0L左右能用于做功），也就犧牲了絕對動力性，所以A循環發動機的升功率明顯低于O循環發動機。當然了，和同動力水平的O循環發動機比，A循環無疑更省油。比如豐田用在混動上的全域A循環發動機，1.8L排量只能輸出99馬力的最大功率，動力相當于1.3-1.4L O循環發動機的水平，但油耗可以媲美1.0L O循環發動機；2.5L最大輸出178馬力，動力只相當于2.0L O循環發動機，但油耗和1.5L O循環發動機差不多。換言之，油耗降幅比動力的降幅要大得多。

傳統燃油車的變速箱只能從轉速維度調節發動機的工況，而發動機要想始終在最佳工況運轉需要同時從轉速和負載率兩個維度調節。所以全域A循環發動機裝在燃油車上，并不能持續以最高燃效運轉，效果就跟降排量沒什么區別。從廠商角度，車企費老大勁造出一款熱效率高百分之幾的A循環發動機，用在燃油車上和直接換裝更小排量的O循環發動機效果差不多，不劃算啊。從消費者角度，花2.5排量的價格和稅費買一輛只有2.0動力的車，誰愿意啊。

所以，你會看到，A循環發動機只有兩種存在形式。

一是全域A循環發動機，只適合匹配混合動力。在豐田THS混動系統中，發動機與兩臺電動機組成一套名為E-CVT的傳動系統用來協調三者的動力輸出，這套裝置可以同時調節發動機的轉速和負載率，使其保持最佳燃效工作，而電機恰恰可以彌補A循環動力弱的缺陷。二者可以說是天作之合。

二是能在雙循環之間自動切換的發動機（低負載時使用A循環、高負載時回歸O循環），用于傳統燃油車。這種模式不止豐田的2.0T在用，馬自達的創馳藍天、大眾2.0T 330TSI車型的發動機都采用了這種技術。

阿特金森循環發動機是由英國工程師詹姆士·阿特金森于1882年發明的內燃機形式，這款發動機最大的特點是壓縮形成低于膨脹行程，這樣的設計可以降低發動機的油耗，提高熱效率。

由于德國人奧托發明四沖程發動機的時候注冊了很多專利，其中就包含了氣門凸輪軸系統的專利，所以阿特金森發動機不能通過氣門來控制發動機的壓縮行程，所以只能使用復雜的曲軸連桿結構來實現壓縮比低于膨脹比這個功能。
雖然阿特金森循環發動機有它的優點，但缺點也是比較明顯的，比如阿特金森循環發動機只有在比較窄的轉速區間才能達到最佳狀態，在低速或高速運轉時會出現動力不足的問題，油耗也會比較高，同時阿特金森循環發動機復雜的連桿結構也限制了在汽車領馭的使用。
我們現在所使用的阿特金森發動機其實不是真正的阿特金森循環發動機，而是美國人米勒在1947年研發的，由于德國人奧托的專利期已經過了，所以米勒可以直接通過控制氣門開關來實現阿特金森循環發動機的功能，這樣也就不需要復雜的連桿結構了，普通發動機只要改變一下進氣門開關的時間就可以實現，所以我們現在使用的阿特金森循環發動機其實是米勒循環，只不過由于專利費的問題大家都不說而已。阿特金森發動機為什么普通車不能直接用呢？就是因為阿特金森循環發動機有低速動力不足，油耗高等弊端，不能用來單獨驅動車輛，所以更適合在油電混合車型上使用，發動機只要在最佳轉速區間運轉就可以了，低速和急加速等工況條件下由電機提供輔助，這樣就可以彌補阿特金森循環發動機的不足，實現降低油耗的作用。
不過隨著科技的進步，現在有很多車型使用的發動機已經同時有阿特金森＋奧托雙循環了，這樣發動機可以在不同的工況條件下采用最佳循環方式，從而達到提高發動機熱效率，降低油耗的效果，比如八代凱美瑞使用的發動機，漢蘭達使用的2.0T發動機，馬自達的創馳藍天發動機，大眾EA888低功率2.0T發動機都有這個雙循環技術，單獨使用阿特金森循環發動機驅動車輛是不行的。

由豐田控股的大發汽車早就把阿特金森循環內燃機直接用在燃油汽車上，以突出發揮它的燃油效率高的特性。

阿特金森循環發動機豐田早就用了，豐田本田的混動發動機都是阿特金森循環，馬自達在90年代也弄過一款2.3V6帶渦輪的阿特金森循環發動機，那是唯一在量產車上單獨用阿特金森循環發動機的，馬自達叫它“米勒循環”。。。說回正題，在古代，柴油機壓縮比是17-24，汽油機是7-11，這是物理特性，壓縮比20就是把20份的油氣混合物壓縮成1份的體積，柴油發動機不需要火花塞，直接壓燃，汽油機超過12壓縮比也會壓燃，但是工作粗暴，不適合家用車，所以柴油機和汽油機涇渭分明，但是壓縮比高就效率高省油，所以同扭矩柴油機油耗只有汽油機一半，然后工程師發明了阿特金森循環發動機，對于發動機制造商而言，這個很難，但是原理非常簡單，假設壓縮比14的阿特金森循環發動機，就是提前打開排氣門，壓縮比提高了，但是實際上混合氣并沒有真的被壓縮14倍，所以汽油還是被火花塞點燃的，不是壓燃。設計完美的阿特金森循環發動機熱效率高，但是扭矩很小，例如2.0發動機，普通的扭矩會在190n-200n，而阿特金森循環大概只有160n左右，所以不加渦輪的話目前沒有單獨使用的案例，目前量產的都是配合混動使用，用電機彌補扭矩不足的問題，除了馬自達那款帶渦輪的，不過馬自達就弄了一代，沒有后續產品，估計經濟性不理想

誰說沒用啊？現在的8ar系發動機都是雙循環雙噴射的。油混的發動機都是阿特金森循環發動機，低扭靠電

燃油車上是雙循環 起步要加速階段是奧拓循環 速度上來了阿特金森循環

用了，而且大規模使用，雷凌、卡羅拉1.2T雙循環+渦輪增壓，現在一般家用車型內燃機上的最先進的技術都可以在豐田量產車上看得到。

那些說豐田保守的我真不知道是真懂還是不懂裝懂，豐田在變速箱和動力系統上從來沒保守過，都是最先進的技術，只是你們錢不夠沒買到而已