Ciclo Miller ( Ciclo Miller) è stato proposto nel 1947 dall'ingegnere americano Ralph Miller come un modo per combinare i vantaggi del motore Atkinson con il meccanismo a pistoni più semplice del motore Diesel o Otto.

Il ciclo è stato progettato per ridurre ( ridurre) temperatura e pressione della carica di aria fresca ( temperatura dell'aria di sovralimentazione) prima della compressione ( compressione) nel cilindro. Di conseguenza, la temperatura di combustione nel cilindro diminuisce a causa dell'espansione adiabatica ( espansione adiabatica) carica d'aria fresca quando entra nel cilindro.

Il concetto del ciclo di Miller comprende due varianti ( due varianti):

a) scelta di un orario di chiusura anticipato ( tempi di chiusura anticipati) valvola di ingresso (Valvola d'ingresso) o prima della chiusura - prima del fondo punto morto (punto morto inferiore);

b) selezione del tempo di chiusura ritardata della valvola di aspirazione - dopo il punto morto inferiore (PMS).

Inizialmente, è stato utilizzato il ciclo Miller ( inizialmente utilizzato) per aumentare la potenza specifica di alcuni motori diesel ( alcuni motori). Riduzione della temperatura della carica di aria fresca ( Ridurre la temperatura della carica) nel cilindro del motore ha portato ad un aumento di potenza senza modifiche significative ( principali cambiamenti) blocco cilindri ( gruppo cilindro). Ciò è stato spiegato dal fatto che la diminuzione della temperatura all'inizio del ciclo teorico ( all'inizio del ciclo) aumenta la densità della carica d'aria ( densità dell'aria) senza variazione di pressione ( cambiamento di pressione) nel cilindro. Mentre il limite di resistenza meccanica del motore ( limite meccanico del motore) passa a più ad alta potenza (potenza superiore), limite di carico termico ( limite di carico termico) passa a temperature medie più basse ( temperature medie inferiori) ciclo.

Successivamente, il ciclo Miller ha suscitato interesse in termini di riduzione delle emissioni di NOx. L'emissione intensiva di emissioni nocive di NOx inizia quando la temperatura nel cilindro del motore supera i 1500 °C - in questo stato, gli atomi di azoto diventano chimicamente attivi a seguito della perdita di uno o più atomi. E quando si utilizza il ciclo Miller con una diminuzione della temperatura del ciclo ( ridurre le temperature del ciclo) senza modificare la potenza ( potenza costante) una riduzione del 10% delle emissioni di NOx a pieno carico e una riduzione dell'1% ( per cento) riduzione del consumo di carburante. Principalmente ( principalmente) ciò è dovuto ad una diminuzione delle dispersioni termiche ( perdite di calore) alla stessa pressione nel cilindro ( livello di pressione della bombola).

Tuttavia, la pressione di sovralimentazione significativamente più alta ( pressione di sovralimentazione significativamente più alta) alla stessa potenza e rapporto aria-carburante ( rapporto aria/carburante) ha ostacolato l'uso diffuso del ciclo di Miller. Se la pressione massima ottenibile del turbocompressore a gas ( massima pressione di sovralimentazione raggiungibile) sarà troppo basso rispetto al valore desiderato della pressione effettiva media ( pressione effettiva media desiderata), ciò comporterà una significativa limitazione delle prestazioni ( declassamento significativo). Anche se basta alta pressione sovralimentazione, la possibilità di ridurre il consumo di carburante sarà parzialmente neutralizzata ( parzialmente neutralizzato) a causa di troppo veloce ( troppo rapidamente) riducono l'efficienza del compressore e della turbina ( compressore e turbina) turbocompressore a gas ad alti rapporti di compressione ( elevati rapporti di compressione). Pertanto, l'uso pratico del ciclo Miller ha richiesto l'uso di un turbocompressore a gas con un rapporto di compressione della pressione molto elevato ( rapporti di pressione del compressore molto elevati) E alta efficienza ad alti rapporti di compressione ( eccellente efficienza ad alti rapporti di pressione).

Riso. 6. Sistema di sovralimentazione a due stadi

Quindi nei motori ad alta velocità 32FX dell'azienda " Niigata Ingegneria» pressione massima di combustione P max e temperatura in camera di combustione ( Camera di combustione) sono mantenuti a un livello normale ridotto ( livello normale). Ma allo stesso tempo, la pressione effettiva media viene aumentata ( pressione media effettiva del freno) e ridotto il livello di emissioni nocive di NOx ( ridurre le emissioni di NOx).

IN motore diesel Il 6L32FX di Niigata ha selezionato la prima opzione del ciclo Miller: tempo di chiusura prematura della valvola di aspirazione 10 gradi prima del BDC (BDC), invece di 35 gradi dopo il BDC ( Dopo BDC) come il motore 6L32CX. Poiché il tempo di riempimento è ridotto, alla normale pressione di sovralimentazione ( normale pressione di sovralimentazione) un volume minore di carica d'aria fresca entra nel cilindro ( il volume d'aria è ridotto). Di conseguenza, il corso del processo di combustione del carburante nel cilindro peggiora e, di conseguenza, la potenza di uscita diminuisce e la temperatura dei gas di scarico aumenta ( la temperatura di scarico aumenta).

Per ottenere la potenza di uscita precedentemente specificata ( uscita mirata) è necessario aumentare il volume d'aria con un tempo ridotto del suo ingresso nel cilindro. Per fare ciò, aumentare la pressione di sovralimentazione ( aumentare il aumentare la pressione).

Allo stesso tempo, un sistema di turbocompressione a gas monostadio ( turbocompressore monostadio) non può fornire una pressione di sovralimentazione maggiore ( maggiore pressione di sovralimentazione).

Pertanto, è stato sviluppato un sistema a due stadi ( sistema a due stadi) turbocompressore a gas, in cui i turbocompressori a bassa e ad alta pressione ( turbocompressori a bassa pressione e ad alta pressione) sono sequenziali ( collegati in serie) in sequenza. Dopo ogni turbocompressore sono installati due intercooler ( raffreddatori d'aria interposti).

L'introduzione del ciclo Miller insieme a un sistema di sovralimentazione a gas a due stadi ha permesso di aumentare il fattore di potenza a 38,2 (pressione effettiva media - 3,09 MPa, velocità media del pistone - 12,4 m/s) al 110% del carico ( carico massimo dichiarato). Questo è il miglior risultato ottenuto per motori con diametro del pistone di 32 cm.

Inoltre, in parallelo, è stata ottenuta una riduzione del 20% del livello di emissioni di NOx ( Livello di emissione di NOx) fino a 5,8 g/kWh secondo lo standard IMO di 11,2 g/kWh. Consumo di carburante ( consumo di carburante) è stato leggermente aumentato quando si lavora a bassi carichi ( bassi carichi) lavoro. Tuttavia, a medio e carichi elevati (carichi più elevati) il consumo di carburante è diminuito del 75%.

Così, Efficienza del motore Atkinson è aumentato a causa di una diminuzione meccanica del tempo (il pistone si muove più velocemente verso l'alto che verso il basso) della corsa di compressione rispetto alla corsa di lavoro (corsa di espansione). Nel ciclo di Miller corsa di compressione in relazione al lavoro accorciato o ingrandito dal processo di assunzione . Allo stesso tempo, la velocità del pistone su e giù viene mantenuta la stessa (come nel classico motore Otto-Diesel).

A parità di pressione di sovralimentazione, la carica del cilindro con aria fresca è ridotta a causa di una diminuzione del tempo ( ridotto di tempi adeguati) apertura valvola di aspirazione ( valvola di ingresso). Pertanto, una nuova carica d'aria ( aria di carica) nel turbocompressore è compresso ( compresso) a una pressione di sovralimentazione superiore a quella necessaria per il ciclo del motore ( ciclo del motore). Pertanto, aumentando la quantità di pressione di sovralimentazione con un tempo di apertura della valvola di aspirazione ridotto, la stessa porzione di aria fresca entra nel cilindro. Allo stesso tempo, una nuova carica d'aria, passando attraverso un'area di flusso di ingresso relativamente stretta, si espande (effetto farfalla) nei cilindri ( cilindri) e si raffredda di conseguenza ( conseguente raffreddamento).

Atkinson, Miller, Otto e altri nella nostra piccola escursione tecnica.

Innanzitutto, diamo un'occhiata a cos'è un ciclo del motore. Un motore a combustione interna è un oggetto che converte la pressione della combustione del carburante in energia meccanica e, poiché funziona con il calore, è un motore termico. Quindi, il ciclo per un motore termico è un processo circolare in cui coincidono i parametri iniziale e finale, che determinano lo stato del fluido di lavoro (nel nostro caso si tratta di un cilindro con pistone). Questi parametri sono pressione, volume, temperatura ed entropia.

Sono questi parametri e il loro cambiamento che determinano come funzionerà il motore e, in altre parole, quale sarà il suo ciclo. Pertanto, se hai il desiderio e la conoscenza della termodinamica, puoi creare il tuo ciclo di funzionamento del motore termico. La cosa principale quindi è far funzionare il tuo motore per dimostrare il diritto di esistere.

Ciclo Otto

Inizieremo con il ciclo di lavoro più importante, utilizzato da quasi tutti i motori a combustione interna del nostro tempo. Prende il nome da Nikolaus August Otto, un inventore tedesco. Inizialmente, Otto ha utilizzato il lavoro del belga Jean Lenoir. Una piccola comprensione del design originale sarà data da questo modello del motore Lenoir.

Poiché Lenoir e Otto non avevano familiarità con l'ingegneria elettrica, l'accensione nei loro prototipi è stata creata da una fiamma libera, che ha acceso la miscela all'interno del cilindro attraverso un tubo. La principale differenza tra il motore Otto e il motore Lenoir era il posizionamento verticale del cilindro, che spingeva Otto a utilizzare l'energia dei gas di scarico per sollevare il pistone dopo la corsa di potenza. La corsa verso il basso del pistone è iniziata sotto l'azione della pressione atmosferica. E dopo che la pressione nel cilindro ha raggiunto l'atmosfera, la valvola di scarico si è aperta e il pistone ha spostato i gas di scarico con la sua massa. È stata la completezza dell'uso dell'energia che ha permesso di aumentare l'efficienza a un incredibile 15% in quel momento, che ha superato l'efficienza anche motori a vapore. Inoltre, questo progetto ha consentito l'uso di carburante cinque volte inferiore, il che ha portato al predominio totale di tale progetto sul mercato.

Ma il merito principale di Otto è l'invenzione del processo a quattro tempi del motore a combustione interna. Questa invenzione è stata fatta nel 1877 ed è stata poi brevettata. Ma gli industriali francesi hanno scavato nei loro archivi e hanno scoperto che l'idea del lavoro a quattro tempi era stata descritta dal francese Beau de Roche pochi anni prima del brevetto di Otto. Ciò ha permesso di ridurre i pagamenti dei brevetti e iniziare a sviluppare i propri motori. Ma grazie all'esperienza, i motori di Otto erano in testa meglio dei concorrenti. E nel 1897 ne erano stati realizzati 42.000.

Ma cos'è esattamente il ciclo di Otto? Questi sono quattro a noi familiari dalla scuola Colpo di GHIACCIO- aspirazione, compressione, corsa e scarico. Tutti questi processi richiedono la stessa quantità di tempo e le caratteristiche termiche del motore sono mostrate nel grafico seguente:

Dove 1-2 è la compressione, 2-3 è la corsa, 3-4 è lo scarico, 4-1 è l'aspirazione. L'efficienza di un tale motore dipende dal grado di compressione e dall'indice adiabatico:

, dove n è il rapporto di compressione, k è l'indice adiabatico, ovvero il rapporto tra la capacità termica di un gas a pressione costante e la capacità termica di un gas a volume costante.

In altre parole, questa è la quantità di energia che deve essere spesa per riportare il gas all'interno del cilindro allo stato precedente.

Ciclo di Atkinson

Fu inventato nel 1882 da James Atkinson, un ingegnere britannico. Il ciclo Atkinson aumenta l'efficienza del ciclo Otto, ma riduce la potenza erogata. La differenza principale è il diverso tempo di esecuzione per i diversi cicli del motore.

Lo speciale design delle leve del motore Atkinson consente di completare tutte e quattro le corse del pistone in un solo giro albero motore. Anche questo disegno rende le corse del pistone di diverse lunghezze: la corsa del pistone durante l'aspirazione e lo scarico è più lunga che durante la compressione e l'espansione.

Un'altra caratteristica del motore è che le camme di distribuzione (valvole di apertura e chiusura) si trovano direttamente sull'albero motore. Ciò elimina la necessità di un'installazione separata dell'albero a camme. Inoltre, non è necessario installare un cambio, poiché albero motore girando a metà della velocità. Nel 19° secolo, il motore non guadagnò popolarità a causa di una meccanica complessa, ma alla fine del 20° secolo divenne più popolare poiché iniziò ad essere utilizzato sugli ibridi.

Quindi, nella costosa Lexus ci sono unità così strane? Tutt'altro, il ciclo di Atkinson forma pura nessuno lo avrebbe implementato, ma modificare i normali motori per questo è abbastanza realistico. Pertanto, non parleremo a lungo di Atkinson e passeremo al ciclo che lo ha reso una realtà.

Ciclo Miller

Il ciclo Miller fu proposto nel 1947 dall'ingegnere americano Ralph Miller come un modo per combinare i vantaggi del motore Atkinson con il più semplice motore Otto. Invece di rendere la corsa di compressione meccanicamente più corta della corsa di potenza (come in un classico motore Atkinson, dove il pistone si muove più velocemente verso l'alto che verso il basso), Miller ha avuto l'idea di accorciare la corsa di compressione a scapito della corsa di aspirazione , mantenendo la stessa velocità di movimento su e giù del pistone (come nel classico motore Otto).

Per fare ciò, Miller ha proposto due diversi approcci: o chiudere la valvola di aspirazione molto prima della fine della corsa di aspirazione, oppure chiuderla bene dopo la fine di questa corsa. Il primo approccio tra i badanti è convenzionalmente chiamato "assunzione abbreviata" e il secondo - "compressione abbreviata". In definitiva, entrambi questi approcci ottengono la stessa cosa: ridurre il rapporto di compressione effettivo miscela di lavoro relativamente geometrico pur mantenendo lo stesso rapporto di espansione (ovvero, la corsa della corsa rimane la stessa del motore Otto e la corsa di compressione, per così dire, è ridotta - come in Atkinson, solo che non è ridotta nel tempo, ma in il rapporto di compressione della miscela).

Pertanto, la miscela nel motore Miller si comprime meno di quanto dovrebbe in un motore Otto della stessa geometria meccanica. Ciò consente di aumentare il rapporto di compressione geometrica (e, di conseguenza, il rapporto di espansione!) Al di sopra dei limiti determinati dalle proprietà di detonazione del carburante, portando compressione reale A valori consentiti a causa dell'"accorciamento del ciclo di compressione" sopra descritto. In altre parole, a parità di rapporto di compressione effettivo (limitato dal carburante), il motore Miller ha un rapporto di espansione significativamente più alto rispetto al motore Otto. Ciò consente di utilizzare in modo più completo l'energia dei gas che si espandono nel cilindro, che, di fatto, aumenta l'efficienza termica del motore, garantisce un'elevata efficienza del motore e così via. Inoltre, uno dei vantaggi del ciclo Miller è la possibilità di una più ampia variazione del tempo di accensione senza il rischio di detonazione, che dà più ampie opportunità per gli ingegneri.

Il vantaggio di aumentare l'efficienza termica del ciclo Miller rispetto al ciclo Otto viene fornito con una perdita di potenza di picco per data dimensione(e massa) del motore a causa del deterioramento del riempimento del cilindro. Dal momento che ci vorrebbe un motore Miller per ottenere la stessa potenza taglia più grande rispetto al motore Otto, il guadagno derivante dall'aumento dell'efficienza termica del ciclo sarà in parte speso in perdite meccaniche (attrito, vibrazioni, ecc.) che sono aumentate, insieme alla dimensione del motore.

Ciclo diesel

E infine, vale la pena ricordare almeno brevemente il ciclo Diesel. Rudolf Diesel inizialmente voleva creare un motore che fosse il più vicino possibile al ciclo di Carnot, in cui l'efficienza è determinata solo dalla differenza di temperatura del fluido di lavoro. Ma poiché non è bello raffreddare il motore fino allo zero assoluto, Diesel è andato dall'altra parte. Aumentò la temperatura massima, per la quale iniziò a comprimere il carburante a valori proibitivi per quel tempo. Si è scoperto che aveva un motore con un'efficienza davvero elevata, ma inizialmente ha lavorato sul cherosene. Rudolph costruì i primi prototipi nel 1893 e solo all'inizio del XX secolo passò ad altri tipi di carburante, incluso il diesel.

• , 17 luglio 2015

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GHIACCIO classico

Il classico motore a quattro tempi fu inventato nel 1876 da un ingegnere tedesco di nome Nikolaus Otto, il ciclo di funzionamento di un tale motore combustione interna(ICE) è semplice: aspirazione, compressione, corsa, scarico.

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Diagramma indicatore del ciclo di Otto e Atkinson.

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Ciclo di Atkinson

L'ingegnere britannico James Atkinson anche prima della guerra inventò il suo ciclo, che è leggermente diverso dal ciclo Otto: il suo diagramma indicatore è contrassegnato in verde. Qual è la differenza? Innanzitutto, il volume della camera di combustione di un tale motore (a parità di volume di lavoro) è inferiore e, di conseguenza, il rapporto di compressione è maggiore. Pertanto, il più punto più alto sul diagramma dell'indicatore si trova a sinistra, nell'area di un volume più piccolo sopra il pistone. E anche il rapporto di espansione (uguale al rapporto di compressione, solo viceversa) è maggiore, il che significa che siamo più efficienti, utilizziamo l'energia dei gas di scarico su una corsa del pistone maggiore e abbiamo minori perdite di scarico (questo si riflette in una minore passo a destra). Quindi tutto è uguale: i cicli di scarico e aspirazione vanno.

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Ora, se tutto avvenisse secondo il ciclo Otto e la valvola di aspirazione si chiudesse al PMI, la curva di compressione aumenterebbe e la pressione alla fine del ciclo sarebbe eccessiva - dopotutto, qui il rapporto di compressione è più alto! Dopo la scintilla, non sarebbe seguito un lampo della miscela, ma un'esplosione di detonazione - e il motore, non avendo funzionato per un'ora, sarebbe morto per l'esplosione. Ma l'ingegnere britannico James Atkinson non era così! Ha deciso di prolungare la fase di aspirazione: il pistone raggiunge il PMI e sale, mentre la valvola di aspirazione, nel frattempo, rimane aperta a circa metà piena velocità pistone. Parte della miscela combustibile fresca viene reinserita collettore di aspirazione, che aumenta la pressione lì - o meglio, riduce il vuoto. Ciò consente di aprire maggiormente l'acceleratore a carichi bassi e medi. Questo è il motivo per cui la linea di aspirazione nel diagramma del ciclo Atkinson è più alta e le perdite di pompaggio del motore sono inferiori rispetto al ciclo Otto.

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Il ciclo Atkinson

Quindi la corsa di compressione, quando la valvola di aspirazione si chiude, inizia a un volume superiore al pistone inferiore, che è illustrato dalla linea di compressione verde che inizia a metà della linea di aspirazione orizzontale inferiore. Sembrerebbe più semplice: aumentare il rapporto di compressione, modificare il profilo delle camme di aspirazione e il trucco è nella borsa: il motore del ciclo Atkinson è pronto! Ma il fatto è che per ottenere buone prestazioni dinamiche su tutta la gamma di velocità di funzionamento del motore, è necessario compensare l'espulsione della miscela combustibile durante un ciclo di aspirazione prolungato applicando la spinta, in questo caso- compressore meccanico. E la sua spinta toglie al motore la parte del leone dell'energia che può essere riconquistata con il pompaggio e le perdite di scarico. L'applicazione del ciclo Atkinson al motore ibrido Toyota Prius aspirato è resa possibile dal suo funzionamento leggero.

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Il ciclo di Miller

Il ciclo Miller è un ciclo termodinamico utilizzato nei motori a combustione interna a quattro tempi. Il ciclo Miller fu proposto nel 1947 dall'ingegnere americano Ralph Miller come un modo per combinare i vantaggi del motore Antkinson con il meccanismo a pistoni più semplice del motore Otto.

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Invece di accorciare meccanicamente la corsa di compressione rispetto alla corsa di potenza (come nel classico motore Atkinson, dove il pistone si muove più velocemente verso l'alto che verso il basso), Miller ha avuto l'idea di accorciare la corsa di compressione a scapito della corsa di aspirazione , mantenendo la stessa velocità di movimento su e giù del pistone (come nel classico motore Otto).

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Per fare ciò, Miller ha proposto due diversi approcci: chiudere la valvola di aspirazione molto prima della fine della corsa di aspirazione (o aprirla più tardi dell'inizio di questa corsa), chiuderla molto più tardi della fine di questa corsa.

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Il primo approccio per i motori è convenzionalmente chiamato "aspirazione accorciata" e il secondo - "compressione accorciata". Entrambi questi approcci danno la stessa cosa: una diminuzione del rapporto di compressione effettivo della miscela di lavoro rispetto a quella geometrica, pur mantenendo lo stesso rapporto di espansione (ovvero, la corsa della corsa di potenza rimane la stessa del motore Otto , e la corsa di compressione, per così dire, è ridotta - come in Atkinson, diminuisce solo non nel tempo, ma nel grado di compressione della miscela)

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Il secondo approccio di Miller

Questo approccio è in qualche modo più vantaggioso dal punto di vista delle perdite di compressione, e quindi è questo approccio che viene praticamente implementato in serie motori automobilistici Ciclo Mazda Miller. In un tale motore, la valvola di aspirazione non si chiude alla fine della corsa di aspirazione, ma rimane aperta durante la prima parte della corsa di compressione. Anche se sulla corsa di aspirazione miscela aria-carburante l'intero volume del cilindro è stato riempito, una parte della miscela viene respinta nel collettore di aspirazione attraverso la valvola di aspirazione aperta quando il pistone si sposta verso l'alto durante la corsa di compressione.

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La compressione della miscela inizia effettivamente più tardi, quando la valvola di aspirazione si chiude definitivamente e la miscela rimane intrappolata nel cilindro. Pertanto, la miscela nel motore Miller si comprime meno di quanto dovrebbe in un motore Otto della stessa geometria meccanica. Ciò consente di aumentare il rapporto di compressione geometrica (e, di conseguenza, il rapporto di espansione!) Al di sopra dei limiti determinati dalle proprietà di detonazione del carburante - portando la compressione effettiva a valori accettabili a causa dell '"accorciamento del ciclo di compressione" descritto sopra. Diapositiva 15

Conclusione

Se guardi da vicino il ciclo, sia Atkinson che Miller, noterai che in entrambi c'è una quinta misura aggiuntiva. Ha il suo proprie caratteristiche e non è, infatti, né una corsa di aspirazione né una corsa di compressione, ma una corsa indipendente intermedia tra di loro. Pertanto, i motori che funzionano secondo il principio di Atkinson o Miller sono chiamati cinque tempi.

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Il ciclo Miller fu proposto nel 1947 dall'ingegnere americano Ralph Miller come un modo per combinare le virtù del motore Atkinson con il meccanismo a pistoni più semplice del motore Otto. Invece di rendere la corsa di compressione meccanicamente più corta della corsa di potenza (come nel classico motore Atkinson, dove il pistone si muove più velocemente verso l'alto che verso il basso), Miller ha avuto l'idea di accorciare la corsa di compressione a scapito della corsa di aspirazione , mantenendo la stessa velocità di movimento su e giù del pistone (come nel classico motore Otto).

Per fare ciò, Miller ha proposto due diversi approcci: chiudere la valvola di aspirazione molto prima della fine della corsa di aspirazione (o aprirla più tardi rispetto all'inizio di questa corsa), oppure chiuderla molto più tardi rispetto alla fine di questa corsa. Il primo approccio tra gli specialisti del motore è convenzionalmente chiamato "aspirazione accorciata" e il secondo - "compressione accorciata". In definitiva, entrambi questi approcci ottengono la stessa cosa: ridurre effettivo il grado di compressione della miscela di lavoro rispetto al geometrico, pur mantenendo lo stesso grado di espansione (ovvero, la corsa della corsa di lavoro rimane la stessa del motore Otto, e la corsa di compressione sembra essere ridotta - come in Atkinson, solo che si riduce non nel tempo, ma nel rapporto di compressione della miscela) .

Pertanto, la miscela nel motore Miller si comprime meno di quanto dovrebbe in un motore Otto della stessa geometria meccanica. Ciò consente di aumentare il rapporto di compressione geometrica (e quindi il rapporto di espansione!) al di sopra dei limiti imposti dalle proprietà di detonazione del carburante - portando la compressione effettiva a valori accettabili a causa dell'"accorciamento del ciclo di compressione" sopra descritto . In altre parole, con lo stesso effettivo rapporto di compressione (limitato dal carburante), il motore Miller ha un rapporto di espansione notevolmente superiore rispetto al motore Otto. Ciò consente di utilizzare in modo più completo l'energia dei gas che si espandono nel cilindro, che, di fatto, aumenta l'efficienza termica del motore, garantisce un'elevata efficienza del motore e così via.

Il vantaggio di aumentare l'efficienza termica del ciclo Miller rispetto al ciclo Otto deriva da una perdita di potenza di picco per una data dimensione del motore (e massa) a causa del degrado del riempimento del cilindro. Poiché per ottenere la stessa potenza sarebbe necessario un motore Miller più grande di un motore Otto, il beneficio derivante dalla maggiore efficienza termica del ciclo sarà in parte speso in perdite meccaniche (attrito, vibrazioni, ecc.) che aumentano con la dimensione del motore il motore.

Il controllo computerizzato delle valvole consente di modificare il grado di riempimento del cilindro durante il funzionamento. Ciò consente di spremere dal motore massima potenza, quando le prestazioni economiche si deteriorano, o per ottenere una migliore economia riducendo la potenza.

Un problema simile è risolto da un motore a cinque tempi, in cui viene eseguita un'ulteriore espansione in un cilindro separato.

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gennaio 2016

Priorità

Fin dalla prima Prius, sembrava che alla Toyota piacesse James Atkinson molto più di Ralph Miller. E gradualmente il "ciclo Atkinson" dei loro comunicati stampa si è diffuso in tutta la comunità giornalistica.

Toyota ufficialmente: "Un motore a ciclo termico proposto da James Atkinson (Regno Unito) in cui la durata della corsa di compressione e della corsa di espansione può essere impostata in modo indipendente. Il successivo miglioramento da parte di R. H. Miller (USA) ha consentito la regolazione della fasatura di apertura/chiusura della valvola di aspirazione per consentire un sistema pratico (Ciclo Miller)."
- Toyota in modo informale e antiscientifico: "Il motore del ciclo Miller è un motore del ciclo Atkinson con un compressore".

Inoltre, anche nell'ambiente ingegneristico locale, il "ciclo di Miller" esiste da tempo immemorabile. Come sarebbe più corretto?

Nel 1882, l'inventore britannico James Atkinson ebbe l'idea di aumentare l'efficienza. motore a pistoni riducendo la corsa di compressione e aumentando la corsa di espansione del fluido di lavoro. In pratica, ciò avrebbe dovuto essere realizzato mediante complessi meccanismi di azionamento del pistone (due pistoni secondo lo schema "boxer", un pistone con meccanismo a manovella-bilanciere). Le versioni costruite dei motori hanno mostrato un aumento delle perdite meccaniche, un'eccessiva complicazione del design e una diminuzione della potenza rispetto ai motori di altri modelli, quindi non sono state ampiamente utilizzate. I famosi brevetti di Atkinson si riferivano specificamente ai progetti, senza considerare la teoria dei cicli termodinamici.

Nel 1947, l'ingegnere americano Ralph Miller tornò all'idea dell'idea di compressione ridotta e continua espansione, proponendo di implementarla non grazie alla cinematica dell'azionamento del pistone, ma selezionando la fasatura delle valvole per motori con convenzionale meccanismo a manovella. Nel brevetto, Miller ha preso in considerazione due opzioni per organizzare il flusso di lavoro: con chiusura anticipata (EICV) o ritardata (LICV) della valvola di aspirazione. In realtà, entrambe le opzioni comportano una diminuzione del rapporto di compressione effettivo (effettivo) rispetto a quello geometrico. Rendendosi conto che la riduzione della compressione comporterebbe una perdita di potenza del motore, Miller inizialmente si è concentrato sui motori sovralimentati, in cui la perdita di riempimento sarebbe stata compensata dal compressore. Il ciclo teorico di Miller per un motore ad accensione comandata è esattamente lo stesso del ciclo teorico per un motore Atkinson.

In generale, il ciclo Miller / Atkinson non è un ciclo indipendente, ma una variazione dei ben noti cicli termodinamici di Otto e Diesel. Atkinson è l'autore dell'idea astratta di un motore con corse di compressione ed espansione fisicamente diverse. La vera organizzazione dei processi di lavoro in motori veri, utilizzato in pratica fino ad oggi, è stato proposto da Ralph Miller.

I principi

Quando il motore funziona con il ciclo Miller con compressione ridotta, la valvola di aspirazione si chiude molto più tardi rispetto al ciclo Otto, a causa della quale parte della carica viene respinta nella luce di aspirazione e il processo di compressione vero e proprio inizia già nel secondo metà del ciclo. Di conseguenza, il rapporto di compressione effettivo è inferiore a quello geometrico (che, a sua volta, è uguale al rapporto di espansione dei gas nella corsa di lavoro). Riducendo le perdite di pompaggio e le perdite di compressione, l'efficienza termica del motore aumenta del 5-7% e si ottengono i corrispondenti risparmi di carburante.

Possiamo ancora una volta notare i punti chiave di differenza tra i cicli. 1 e 1 "- il volume della camera di combustione per un motore con ciclo Miller è inferiore, il rapporto di compressione geometrica e il rapporto di espansione sono più alti. 2 e 2" - i gas fanno lavoro utile su una corsa più lunga, quindi c'è meno perdita di scarico residua. 3 e 3 "- il vuoto di aspirazione è inferiore a causa della minore strozzatura e spostamento inverso della carica precedente, pertanto le perdite di pompaggio sono inferiori. 4 e 4" - la valvola di aspirazione si chiude e la compressione inizia dalla metà del ciclo, dopo lo spostamento inverso di parte della carica.
Ovviamente, lo spostamento della carica inversa significa un calo delle prestazioni del motore e, per i motori atmosferici, il funzionamento in un tale ciclo ha senso solo in una modalità di carico parziale relativamente ristretta. In caso di fasatura costante delle valvole, solo l'uso del boost può compensare questo in tutta la gamma dinamica. Sui modelli ibridi, la mancanza di trazione in condizioni avverse è compensata dalla trazione del motore elettrico.

Implementazione

IN motori classici Toyota degli anni '90 a fasi fisse, funzionante sul ciclo Otto, la valvola di aspirazione si chiude a 35-45° dopo il PMI (angolo di manovella), il rapporto di compressione è 9,5-10,0. In più motori moderni con VVT, il possibile campo di chiusura della valvola di aspirazione si è ampliato a 5-70° dopo il PMI, il rapporto di compressione è aumentato a 10,0-11,0.

Nei motori dei modelli ibridi funzionanti solo sul ciclo Miller, l'intervallo di chiusura della valvola di aspirazione è 80-120° ... 60-100° dopo il PMI. Il rapporto di compressione geometrica è 13,0-13,5.

Entro la metà degli anni 2010, sono apparsi nuovi motori con vasta gamma fasatura variabile delle valvole (VVT-iW), che può funzionare sia in un ciclo convenzionale che secondo il ciclo Miller. Per le versioni atmosferiche, l'intervallo di chiusura della valvola di aspirazione è di 30-110 ° dopo il PMI con un rapporto di compressione geometrico di 12,5-12,7, per le versioni turbo rispettivamente di 10-100 ° e 10,0.