米勒循環引擎（Miller cycle engine）是一種以奧托循環（Otto cycle）為基礎的機械增壓（supercharger）四沖程發動機。米勒循環的本質是通過增大膨脹行程來提高熱效率，其雖然能提升燃油經濟性和優化環保，但卻存在低速扭矩小、不利于高速運行的不足。由于在增壓機型中應用進氣門晚關技術會導致進氣量大量流失，因此，增壓機型通常都會采用米勒循環來提升熱效率。
1862年，法國科學家羅夏提出四沖程工作循環理論，隨后在1876年，德國發明家尼古拉斯·奧托成功制造了首臺四沖程循環內燃機，這臺發動機為單缸、臥式、3.2kW 的四沖程內燃機，是當時功率和熱效率最高的發動機。然而，奧托循環存在能量散失的問題。1882年，為解決奧托循環發動機排氣過程中能量的大量散失，英國工程師阿特金森率先提出了低壓縮比、高膨脹比的不對稱循環，但卻由于結構比較復雜，未能很快推廣普及。1940年，美國工程師米勒（Ralph Miller）重新研究不對等膨脹/壓縮比發動機，其通過對奧托循環的配氣正時機構進行改進實現了不對稱效果，取得專利發明，而這正是米勒循環引擎的開端。1990年，日本馬自達公司率先注冊了“米勒循環”的商標，馬自達將其應用在旗下的大型房車系列Millenia之上后，此款發動機設計才開始廣為世人所熟知，這使得很多使用米勒循環原理的汽車品牌，不得不將其命名為阿特金森循環。
米勒循環和阿特金森循環引擎的相同點在于，它們的本質都是通過增大膨脹行程來提高熱效率；而兩者的區別則是，米勒循環引擎并沒有阿特金森循環引擎復雜的曲軸連桿機構，僅是在奧托循環的基礎上，對氣門正時機構進行改進。值得注意的是，當前各大主機廠所說的阿特金森循環其實也是一類米勒循環，即采用推遲進氣門關閉方案的米勒循環（LIVC）；除此之外，還有采用進氣門早關方案的米勒循環，即在進氣行程后期，通過進氣門早關實現少進氣（EIVC）。
歷史沿革
1862年，法國科學家羅夏對內燃機的熱力學過程進行了深入的理論分析，從而提出了四沖程工作循環的理論。這一理論為內燃機的進一步發展奠定了堅實的基礎。隨后，在1876年，德國發明家尼古拉斯·奧托成功制造出了四沖程循環內燃機，這一成果標志著內燃機技術的重要突破。奧托所發明的內燃機采用了單缸臥式設計，功率達到3.2kw。其工作循環包括進氣、壓縮、燃燒膨脹和排氣四個行程，這四個行程交替進行，使得內燃機能夠高效運轉。與傳統的大氣壓力式內燃機相比，奧托的四沖程內燃機具有更高的熱效率和更小的質量，克服了先前技術的諸多缺陷。該內燃機以煤氣為燃料，采用火焰點火方式，使得燃燒更為充分和穩定。其轉速可達156.7轉/分，壓縮比為2.66，熱效率高達14%，質量也減輕了近70%。這些卓越的性能使得奧托的內燃機運行平穩，能夠高效地投入工業應用。在當時，奧托的四沖程內燃機無論是功率還是熱效率都達到了最高水平，成為了內燃機技術發展史上的里程碑。
由于實際循環的不可逆特性，傳統奧托循環的對稱壓縮與膨脹過程在缸內燃燒放熱后，導致膨脹結束時工質的溫度和壓力遠高于進氣結束時的狀態，進而造成排氣過程中大量能量的散失。理論上，采用膨脹比高于壓縮比的非對稱循環可以提高發動機效率。基于這一理論，英國工程師詹姆斯·阿特金森在1882年提出了以其名字命名的內燃機循環模式。該模式通過一套特殊的曲柄擺桿四連桿機構與發動機活塞連桿相連，在曲軸旋轉一周內實現了低壓縮比、高膨脹比的不對稱循環（專利號US367496）。這種循環模式通過延長膨脹行程，使高溫燃氣得到充分膨脹，進而增加有效功的輸出，從而提高發動機效率。然而，由于阿特金森循環發動機結構相對復雜，這在一定程度上阻礙了其廣泛推廣和應用。
1940年，美國工程師米勒重新探索了不等膨脹/壓縮比發動機的設計理念，但他摒棄了復雜的連桿結構，轉而通過改進Otto循環的配氣正時機構來實現這種不對稱效果。具體而言，米勒循環在進氣行程結束時，采用推遲進氣門關閉（LIVC）的策略，使得部分吸入的混合氣回流，然后再關閉進氣門開始壓縮沖程；或者在進氣行程后期，提前關閉進氣門（EIVC），減少進氣量。其核心思想在于推遲壓縮過程的開始，降低實際壓縮比，使得膨脹行程大于壓縮行程，從而充分利用缸內燃燒產生的膨脹能力。從原理上看，阿特金森循環和米勒循環的共通之處在于，它們都是通過增加膨脹行程來提高發動機的熱效率。目前，業界普遍將采用EIVC技術的循環稱為米勒循環，而將LIVC技術稱為阿特金森循環。由于進氣門晚關技術在增壓機型中可能導致進氣量大量流失，因此米勒循環更適用于增壓機型，而阿特金森循環則更多應用于自然吸氣機型。1990年代，日本的馬自達公司重拾米勒循環技術，并率先在其大型房車系列Millenia上應用，并注冊了“米勒循環”商標。因此，盡管如今各品牌汽車使用的阿特金森循環與馬自達公司專利的米勒循環原理相同，但出于商標專利的考慮，馬自達以外的品牌多選擇以阿特金森循環命名。
工作原理
米勒循環引擎在結構上是通過對奧托循環的配氣正時機構進行改進來實現不對等膨脹/壓縮比的效果，因此，其本質是推遲壓縮開始時刻，降低實際壓縮比，使膨脹行程大于壓縮行程，以充分利用缸內燃燒產生的膨脹能力，并通常具備兩種實現途徑。其一，在進氣行程結束時，推遲進氣門的關閉，將吸入的混合氣又返回去一部分，再關閉進氣門，開始壓縮沖程；其二，在進氣行程后期，通過進氣門早關，來實現少進氣。
基本構造
與常見的奧托循環發動機類似，米勒循環引擎也是由機體、曲柄連桿機構、配氣機構、冷卻系、潤滑系、燃料系和點火系(柴油機沒有點火系)等組成。
其中，曲柄連桿機構是發動機的主要運動機構，其功能是將活塞的上下往復運動轉變為曲軸的旋轉運動，同時將作用于活塞上的力轉變為曲軸對外輸出的扭矩，以驅動汽車車輪轉動。配氣機構的作用是根據發動機的工作順序和各缸工作循環的要求，及時地開啟和關閉進、排氣門，使可燃混合氣或新鮮空氣進入氣缸，并將廢氣排出。冷卻系統將發動機部分熱量及時散發出去，保證發動機在合適的溫度狀態下工作。潤滑系統，向作相對運動的零件表面輸送定量的清潔潤滑油，以實現液體摩擦，減小摩擦阻力，減輕機件的磨損。點火系統的作用是將汽油機燃燒室內的壓縮氣體進行點燃。燃料供給系統的作用是，將外界的新鮮空氣和霧化汽油，然后送入各個氣缸進行燃燒。啟動系統的作用是，將靜止的發動機帶動起來，讓發動機做功并自動怠速運轉。
而不同于常見的奧托循環發動機的是，米勒循環引擎在構造上對奧托循環發動機的配氣正時機構進行了改進，以實現發動機膨脹/壓縮比的不對稱，從而實現推遲進氣門的關閉或進氣門早關，以提升車輛的燃油經濟性。比如，多出一套可變氣門開閉控制機構，并利用可變氣門正時或氣門升程技術，控制進氣門晚關或早關。
主要特點
優點
傳統使用奧托循環發動機的乘用車，由于發動機長期運行在中小負荷區域，電子節氣門有較大的節流效果，因此會增加泵氣損失，不利于提高該部分區域的熱效率。利用米勒循環發動機有2個優點。
(1)，高的熱效率和燃油經濟性。米勒循環的特點就是有較低的泵氣損失和較高的膨脹比，因此在發動機中小負荷受到泵氣損失影響較大的區域油耗降低明顯，而且這部分區域也是發動機常用的工況，經綜合計算可降低整車油耗。而且采用米勒循環后發動機的實際壓縮比降低，有效降低了發動機爆震傾向，在實際應用中可以適當提高發動機的幾何壓縮比，進-步提高發動機熱效率，但是幾何壓縮比存在一個最優拐點，超過該拐點后幾何壓縮比的增大加劇爆震的效果會強于米勒效應減弱爆震的能力四，因此會導致發動機可靠性和油耗的惡化。
(2)，優化排放。米勒循環可以使缸內溫度降低，可以抑制NOx的產生，同時熱效率的提高使燃油消耗量減小，CO?排放降低，而且米勒循環廢氣在較長的膨脹行程可以繼續氧化，減少了C0的排放。
缺點
(1)，低速扭矩小。米勒循環在低速狀態下，由于進氣量小，進氣流量慣性小，再加上進氣門晚關等因素造成進氣回流，因此缸內實際進氣量減少，導致發動機實際輸出低速扭矩小，不能滿足車輛良好的加速性要求，特別是在城市工況中容易用到低轉速的區域，因此米勒循環多采用增壓發動機以彌補這方面的不足。
(2)，不利于高速運行。米勒循環的幾何壓縮比一般比奧拓循環大，其缸徑/沖程更小，更長的膨脹行程可以充分地利用燃油的能量，提升經濟性，但也因此增加了活塞的往復慣性力，限制了轉速的升高，加速能力變差，而且“升功率”指標較低。
由于米勒循環部分負荷下的燃油經濟性好，因此米勒循環發動機非常適合應用在混合動力汽車上。
應用
米勒循環發動機適用于各種車輛、船只、飛機等，也可用于固定式發電廠等。由于其較高的燃油經濟性，米勒循環發動機在汽車領域有著廣泛的應用，可為汽車提供更高效的動力，并可減少排放，改善空氣質量，且適合渦輪增壓發動機。米勒循環發動機適合與渦輪增壓發動機結合的原因在于：其通過調整壓縮比來提高熱效率，與渦輪增壓技術相結合，能更有效地利用額外進氣壓力，提升功率和扭矩。同時，米勒循環發動機在低負荷下燃油經濟性更佳，排放控制更優，與渦輪增壓技術相配合，能更好地滿足性能提升和環保需求。米勒循環發動機通過改變進氣門關閉時刻，使得發動機的有效壓縮比小于膨脹比，這有助于顯著提高發動機熱效率，實現更高的燃油經濟性。而渦輪增壓發動機則是利用廢氣渦輪增壓器來提高進氣壓力，使空氣密度增加，從而提供更多的燃料進行燃燒，產生更大的動力。當這兩者結合時，米勒循環發動機的高熱效率和渦輪增壓發動機的高進氣壓力可以共同發揮作用，使得發動機在保持高效的同時，還能產生更大的動力輸出。其次，米勒循環發動機能有效降低發動機爆震傾向，減少排放，這有助于提升發動機的可靠性和環保性能。渦輪增壓發動機則能通過提供更高的進氣壓力，使燃油燃燒更加充分，也有助于減少排放。因此，結合米勒循環和渦輪增壓技術，可以進一步提升發動機的環保性能。此外，米勒循環發動機在部分負荷時，通過推遲進氣門關閉角度實現負荷控制，減小了發動機的泵氣損失，從而提高了發動機的經濟性。渦輪增壓發動機則能在高速行駛時提供更好的加速性能和爬坡能力。這種結合使得發動機在不同駕駛場景下都能表現出色。
代表產品
大眾EA888?GEN3B
大眾/奧迪在開發EA888系列發動機的過程中，證明了發動機低速化和小型化能夠顯著改善燃油經濟性。若想進一步的降低油耗，僅從排量方面考慮的話，會受到技術和成本的約束。大眾/奧迪的研發工程師們創新提出了Budack-cycle概念，也就是對現有米勒循環(Miller cycle)的優化。和傳統意義的米勒循環相比，Budack-cycle 將進氣閥門的關閉時間提前，使進氣氣流的速度增加，提升燃料與空氣混合的效率，因此有著更好的熱效率表現。另外，增加行程，提高膨脹比，使壓縮比提高，從而降低了油耗。在NEDC循環工況下，發動機往往運行在中低負荷區域，傳統的大排量自然吸氣發動機最佳油耗區域在中等轉速負荷，而小排量渦輪增壓發動機最佳油耗區域在中低轉速負荷，應對油耗、排放法規更具有優勢。面向WTC循環，發動機在該循環工況下運行的轉速負荷區域都有所增加，小排量渦輪增壓發動機的優勢不再明顯，因此進一步降低油耗的重點放在了中高轉速負荷區域。
大眾EA888發動機 GEN3B發動機上應用了一套AVS系統(可變氣門升程)，在部分負荷工況下，氣門開啟時刻為140A，全負荷工況下為170A。AVS系統的核心在于全新設計的兩步式進氣凸輪軸，具體來講，該設計采用了一種滑動鈍齒，可以實現氣門行程的改變:發動機在需要最大功率時可以保持正常進氣門開啟時刻設置，也可以在部分負荷工況下，利用凸輪包角提前關閉進氣門，從而實現更大的膨脹行程，這也是Budack-cycle的意義所在。這種AVS氣門機構能夠在部分負荷工況下實現140°CA進氣門開啟持續時間，實現進氣門早關，提高發動機熱效率。與此同時，為配合AVS系統，GEN3B發動機重新設計了一款獨特的活塞頂和活塞碗的全鋁活塞，可以實現11.7:1的高壓縮比。
豐田TNGA平臺Dynamic Force
豐田最新Dynamic Force 發動機系列，包含2.0L和2.5L，兩款排量發動機，該系列發動機采用米勒循環，混合動力版本熱效率高達41%，非混動的普通版本也可以實現40%的最高熱效率，是目前量產發動機里面熱效率最高的機型。
豐田Dynamic Force 發動機采用 VVT-iE系統來控制實現米勒循環。VVT-iE系統是通過電機驅動的智能可變氣門正時系統，傳統液壓驅動的VVT-i系統在低溫或低轉速時由于低油壓或潤滑不良而響應緩慢，電機驅動的VVT-iE相比于液壓驅動的VVT-i系統，響應速度更快、控制更精確，而且可實現連續可變調節。VVT-iE系統由凸輪軸控制電機總成、曲軸位置傳感器、凸輪軸位置傳感器和VVT傳感器等零部件組成，其工作范圍也相應擴大了，可以在更大的發動機轉速和溫度范圍使用，通過改變進排氣相位，提高發動機進排氣效率，增強發動機動力性和經濟性，改善廢氣排放。同時為了配合米勒循環技術，達到更高熱效率，該發動機還采用了更大的沖程缸徑比，缸徑從上一代發動機90mm縮小到87.5m，同時沖程從原來的的98mm增加到103.4m，這樣就實現了高達1.18的沖程缸徑比，從而使得提高中低轉速下的熱效率具備了良好的結構基礎。在DynamicForce發動機上混合動力版本的壓縮比高達14:1，而普通版本也能夠達到13:1。豐田汽車為了這套米勒循環燃燒系統，重新開發了氣道，優化氣門夾角使之能夠產生更加強力的氣流運動，使油氣混合更快、更均勻，提高燃燒速度。
本田i-MMD 2.0L引擎
本田i-MMD混合動力系統由米勒循環發動機、離合器、雙電機組成。發動機通過離合器連接到發動機輸出軸，在離合器前通過齒輪與發電機連接；電動機直接連接電機輸出軸；在發動機輸出軸和電機輸出軸之間有第三根軸，這根軸將動力傳遞到車輪。
該系統所使用的是一款全新自然吸氣2.0L排量直列四缸直噴米勒循環發動機。該發動機擁有本田最新的第二代缸內直噴系統、EDT(Earth Dream Technology)、DOHC i-VTEC 等技術。同時，在加工精度上也高于一般民用車用同級發動機的水平。結合新技術的使用和高精度的加工工藝，該發動機綜合油耗水平相較現有2.0L發動機降低10%。
DOHC i-VTEC 技術通過設計兩種型線凸輪軸，在4500r/min以下使用FECam(FuelEconomyCamshaft，燃油經濟凸輪)，發動機以米勒循環方式運轉，提供更好的熱效率:在6500r/min以下則使用HP Cam(High Performance Camshaft，高性能凸輪)，發動機以通常的奧托循環方式運轉，提供更大的功率輸出。而VTC(VariableTimingControl，連續可變氣門正時控制)機構的切換則在4300r/min左右進行。動力輸出方面，最大輸出功率為105kW/6200(r/min)，最大扭矩輸出轉速為165Nm/4500(r/min)。考慮到該發動機主要側重于經濟性提高，而非高性能車型的發動機那樣注重功率和扭矩輸出，再加上對于混合動力車型來講，發動機只是其動力來源的一部分，這樣的動力輸出水平也完全可以接受。而且該發動機也榮獲2019年沃德十佳發動機稱號。
馬自達SKYACTIV技術
提到米勒循環就不得不說到馬自達產品，馬自達公司是最早將米勒循環應用到量產車上的企業，而最新SKYACTIV技術是馬自達基于現有汽車工業技術的新技術集合，其中包括汽油機、柴油機、變速器，車身和底盤技術。
截至2020年底，新創馳藍天發動機采用超高壓縮比14:1(北美和中國銷售的車型是13:1)，而且可以使用92#汽油實現，這取決于其采用獨特的控制系統來控制發動機循環。在發動機實際工作過程中，實際壓縮比是不斷變化的，利用電機控制的VVT系統，創馳藍天發動機可以實現在高負載工況下使用13:1壓縮比的奧托循環，而在部分負荷工況下采取米勒循環。其最新機型SKYACTIV-X目前已最產搭載最新款CX-30車型上，結合其獨特的SPCC(Spark ControlledCompression Ignition)火花控制壓燃點火技術，把HCCI超稀薄燃燒的適用范圍擴大到氣缸的整個使用領域，實現高的熱效率。
阿特金森循環
阿特金森循環發動機通過推遲進氣門關閉，在壓縮沖程從進氣門排出部分混合氣，減少進氣量，增加膨脹比。阿特金森循環是一種高壓縮比、長膨脹行程的內燃機工作循環，具有極佳的部分負荷經濟性，但全負荷動力性能較差。
阿特金森循環與米勒循環在共性上，均采用了膨脹比大于壓縮比的設計，即做功行程大于壓縮行程，以此提高發動機效率和降低燃油消耗。兩者的核心原理都是通過優化發動機的壓縮和做功過程，更有效地利用燃料，提升熱效率。
然而，兩者在實現方式上有所區別。阿特金森循環依賴復雜的連桿機構來實現其特殊的工作循環，而米勒循環則通過調整進氣門關閉的時間來改變壓縮比，沒有復雜的連桿機構。在活塞壓縮階段，阿特金森循環利用連桿機構進行操作，而米勒循環則推遲進氣門關閉的時間，允許部分混合氣體回流至進氣歧管，從而精準地控制壓縮過程中的氣體量和壓力。
參考資料 >
米勒循環發動機開發及關鍵技術研究.萬方數據.2024-03-23
發動機技術里的米勒循環是什么?聽說有了它車子就能賣高價.新浪汽車.2025-05-20
阿特金森/米勒循環發動機的技術與應用.國家科技圖書文獻中心.2024-04-26
汽車知識大全.今日頭條.2024-05-04
《每日汽車科普·口袋詞典》：曲柄連桿機構.今日頭條.2024-05-04
SUV檔案揭秘(74) 福特領界的異軍突起.今日頭條.2024-05-04
極低油耗家轎舊“王”，卡羅拉三種動力系統是否真有玄學？.今日頭條.2024-05-04
二、阿特金森循環發動機.中國知網.2024-04-01