帕金森抖起来很费力，但阿特金森转起来可省油着呢
大百哥评：
帕金森都听过吧，阿特金森都没听过吧，没听过就对了，要不是百哥上知天文下知地理，也会以为这是一种新的病！
这个病，这个词频繁地出现在这次北京车展上，比如英菲尼迪QX50，就亮出自己采用的是阿特金森循环工作模式的发动机，而且是纯正的阿特金森循环；丰田展台上也赫然立着介绍阿特金森循环的背景板……这到底是什么新科技？其实，阿特金森根本不新，这可是从你爷爷的爸爸辈们就开始研究的“新科技”。
所以，那么这个什么森循环的故事，还得从100多年前讲起……
发动机刚造出来的时候，燃烧效率并不高，为了提高发动机效率，工程师们做了一百年的努力，而且弄出了三种工作循环。其实搞得这么复杂，大家都是为了避开前人申请的专利……
故事从内燃机诞生时开始
100年多前，汽车还没有诞生，而对内燃机的研究已经开始了。当时的燃料动力机器主要是蒸汽机，这种燃料在外部燃烧，再通过蒸汽驱动的机器热效率很低。当时的工程师就开始琢磨怎么让燃料在气缸内燃烧，减少热量损失。
▼当年都是粗大的蒸汽机
▼蒸汽动力给纺织机提供动力
首先实现“内燃”的是法国人雷诺尔，用的是燃料是煤气。可惜这种基于蒸汽机结构的煤气发动机不具有高效率和实用性，并不能商用化。
奠定了基础的奥托循环
同时，德国人奥托开始研究四冲程内燃机，经过14年的研究，终于创造出四冲程内燃机。其重要特点是具有进气、压缩、做功、排气四个冲程，这一技术特点一直延续到今天。
▼奥拓和他发明的机器
他发明的这种四冲程循环被以发明人的名字命名为奥托循环，因为他奠定了汽车工业的基础。
那个年代只能靠一堆连杆来实现高效率
人类总是追求更高更快更强，有了奥托循环之后，工程师们又开始琢磨怎么提高内燃机的效率。
想要充分利用燃料燃烧产生的能量，就得在做功冲程做文章，最有效的方法就是增加做功冲程中活塞的行程，让其充分利用燃料燃烧产生的力量。
但是，一个活塞连着曲轴上的一个连杆轴颈，这个连杆轴颈的长度是固定，所以没法做到都是活塞下行的进气冲程的活塞行程小于做功冲程。
▼一根曲轴只能有一种活塞行程
想要实现，就得改曲轴结构。那个年代的工程师们，脑子里装得都是纯机械的想法，一个叫阿特金森的英国工程师在1882年设计了一套复杂的连杆机构来达到这一目的。当然了，其中也因为要绕开奥托申请的专利，当时是一个多么保护专利的时代啊。
于是，就靠着这一组连杆机构，阿特金森的内燃机实现了做功冲程大于进气冲程。这一循环模式自然也以发明人的名字命名。
▼阿特金森的连杆机构
不过呢，阿特金森循环也有天生的短板，比如复杂的连杆机构过于占空间，低转速的时候扭矩不足，运动机构太多，转动惯量大等等。
▼复杂的连杆是其弊端
所以在电子设备发达的现代，各大厂商都喜欢用电控手段来模拟阿特金森循环的工况。
开始在气门上做文章
因为实现阿特金森循环的机械成本过高，还有显而易见的缺点，所以很久无人问津，但膨胀比大于压缩比能省油这一概念被大家认可。
▼压缩比的含义
1947年，美国工程师米勒提出了通过改变进气门正时，早关闭进气门让混合气有一个封闭膨胀的状态，使其冷却，同样也降低了压缩比。
这一技术到1993年的时候被马自达应用，并申请了专利。不过马自达对米勒循环做了改进，进气门不是提前关闭，而是延迟关闭。如此一来，进气行程中活塞到达下止点后开始向上运动进入压缩行程时，进气门仍然是打开的，部分混合气会被推回进气歧管，使得压缩比小于膨胀比。
▼米勒循环
这也是为什么马自达的发动机标称压缩比高达13：1，却能使用92号汽油的原因。马自达的发动机压缩比由活塞行程换算而来，而实际上并非所有吸入的混合气都被压缩了，而是一部分排出了，所以实际压缩比到不了13：1。
▼第一款用米勒循环的马自达发动机
▼这台发动机用在马自达MILLENIA上
90年代随着技术发展，可变气门正时越来越普及，其他厂商也觉得可以利用这项技术来实现米勒循环。但无奈的是，绕不开马自达的专利保护，于是使用可变气门正时技术实现膨胀比大于压缩比的丰田发动机被叫做阿特金森循环（专利申请得早，早过了保护期）。
▼可变气门正时（左）的作用
▼丰田的混动都是靠气门晚关的阿特金森
下面这张图直观地说明了如何靠进气门延迟关闭实现阿特金森（米勒）循环。左侧是阿特金森循环，右侧是奥拓循环，上面那根线是阿特金森模式下的压缩起始点（进气门晚关），下面那根线是奥拓模式下的压缩起始点（进气门早关），两条线中间就是两种模式之间压缩比的差值。
下面这张gif图用动态方式展示了这一过程，左侧为奥拓循环，右侧为阿特金森循环，进气门闪烁时代表它的关闭时机。
回归连杆，但增加了电控
以上我们就讲完了三种主要的发动机循环模式。那么阿特金森循环既然有那么多缺点，又沉寂了那么多年，为什么日产又开始重新启用了呢？
因为技术进步让阿特金森循环焕发新生！看下面这张英菲尼迪QX50使用的阿特金森循环发动机的原理图就可发现，通过右侧的电控机构，可以让发动机在奥拓循环与阿特金森循环间随时切换，这就避免了阿特金森循环低扭不足的问题。
▼QX50的可调阿特金森循环
而且，这种设计同时避开了马自达和丰田的专利。我猜日产一定也申请了专利，那么下一家想用阿特金森循环的车企又得费脑子想新的方法绕开这三家的专利了！
如今内燃机在电动和混动的夹击之下，只有不断地提高燃油效率才能生存，在输出功率不变的情况下，发动机排量会变得越来越小。而现在不少发动机的排量已经小到要减缸的程度，三缸甚至双缸发动机正在逐渐抬头。
可是消费者由于惯性思维（对拖拉机的印象）似乎对4缸以下的发动机没什么好感，这是当前的矛盾。
那么内燃机在电动化全面来临前会发展到什么程度呢？我很好奇啊！
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