Цикл Міллера ( Miller Cycle) був запропонований в 1947 році американським інженером Ральфом Міллером, як спосіб поєднання переваг двигуна Аткінсона з більш простим поршневим механізмом двигуна Дизеля або Отто.

Цикл був розроблений для зниження ( reduce) температури та тиску свіжого заряду повітря ( charge air temperature) перед стиском ( compression) у циліндрі. В результаті температура горіння в циліндрі знижується за рахунок адіабатичного розширення ( adiabatic expansion) свіжого заряду повітря під час вступу в циліндр.

У поняття циклу Міллера входять два варіанти ( 2 variantes):

а) вибір передчасного часу закриття ( advanced closure timing) впускного клапана (intake valve) або випередження закриття - перед нижньою мертвою точкою (bottom dead centre);

б) вибір запізнілого часу закриття впускного клапана – після нижньої мертвої точки (BDC).

Спочатку цикл Міллера використовувався ( initially used) для збільшення питомої потужності деяких дизельних двигунів ( some engines). Зниження температури свіжого заряду повітря ( Reducing the temperature of the charge) в циліндрі двигуна призводило до збільшення потужності без будь-яких істотних змін ( major changes) блоку циліндрів ( cylinder unit). Це пояснювалося тим, що зниження температури на початку теоретичного циклу ( at the beginning of the cycle) збільшує щільність повітряного заряду ( Air density) без зміни тиску ( change in pressure) у циліндрі. У той час як межа механічної міцності двигуна ( механічний limit of the engine) зміщується до більш високої потужності (higher power), межа теплового навантаження ( thermal load limit) зміщується до нижчих середніх температур ( Lower mean temperatures) циклу.

Надалі цикл Міллера викликав зацікавленість з погляду зниження емісії NОх. Інтенсивне виділення шкідливих викидів NОх починається при перевищенні температури в циліндрі двигуна вище 1500 ° С - у цьому стані атоми азоту стають хімічно активними внаслідок втрати одного або кількох атомів. А при використанні циклу Міллера при зниженні температури циклу ( зменшити цикл циклів) без зміни потужності ( constant power) було досягнуто 10% зниження емісії NОх на повному навантаженні та на 1% ( per cent) зменшення витрати палива. Головним чином ( mainly) це пояснюється зменшенням теплових втрат ( heat losses) при колишньому тиску в циліндрі ( cylinder pressure level).

Проте значно вищий тиск наддуву ( сильно higher boost pressure) при тій же потужності та відношенні повітря до палива ( air/fuel ratio) ускладнило широке поширення циклу Міллера. Якщо максимально досяжний тиск газотурбонагнітачів ( maximum achievable boost pressure) буде занадто низьким щодо бажаного значення середнього ефективного тиску ( desired mean effective pressure), то це призведе до суттєвого обмеження робочих характеристик ( significant derating). Навіть у разі достатньо високого тискунаддува можливість зниження витрати пального буде частково нейтралізована ( partially neutralized) через занадто швидкий ( too rapidly) зниження ККД компресора та турбіни ( compressor and turbine) газотурбонагнітач при високих ступенях стиснення ( high compression ratios). Таким чином, практичне використання циклу Міллера вимагало застосування газотурбонагнітачів з дуже високим ступенем стиснення тиску ( very high compressor pressure ratios) та високим ККДпри високих ступенях стиснення ( excellent efficiency at high pressure ratios).

Мал. 6. Система двоступінчастого турбонаддуву (Two-stage turbocharging system)

Так у високооборотних двигунах 32FX компанії Niigata Engineering» максимальний тиск згоряння P max та температура в камері згоряння ( combustion chamber) підтримуються на зниженому нормальному рівні ( normal level). Але при цьому одночасно збільшено середній ефективний тиск ( brake mean effective pressure) та знижений рівень шкідливих викидів NОх ( reduce NOx emissions).

У дизельному двигуні 6L32FX компанії Niigata обрано перший варіант циклу Міллера: передчасний час закриття впускного клапана за 10 градусів до НМТ (BDC), замість 35 градусів після НМТ ( after BDC) як у двигуна 6L32CX. Оскільки час наповнення зменшується, при нормальному тиску наддува ( normal boost pressure) в циліндр надходить менший обсяг свіжого заряду повітря ( air volume is reduced). Відповідно погіршується перебіг процесу згоряння палива в циліндрі і як наслідок знижується вихідна потужність та підвищується температура випускних газів ( exhaust temperature rises).

Для отримання попередньої заданої потужності на виході ( targeted output) необхідно збільшити об'єм повітря за зниженого часу його надходження в циліндр. Для цього збільшують тиск наддуву ( increase the boost pressure).

Водночас одноступенева система газотурбонаддува ( single-stage turbocharging) не може забезпечити більш високого тиску наддуву ( higher boost pressure).

Тому набула розвитку двоступінчаста система ( два-стадії системи) газотурбонаддува, в якій турбокомпресора низького та високого тиску ( low pressure and high pressure turbochargers) розташовані послідовно ( connected in series) один за іншим. Після кожного турбокомпресора встановлені два проміжні охолоджувачі повітря ( intervening air coolers).

Впровадження циклу Міллера спільно з двоступінчастою системою газотурбонаддуву дозволило збільшити коефіцієнт потужності до 38,2 (середній ефективний тиск – 3,09 МПа, середня швидкість поршня – 12,4 м/с) при 110 % навантаження ( maximum load-claimed). Це найкращий досягнутий результат для двигунів з діаметром поршня 32 см.

Крім цього, паралельно було досягнуто зниження на 20% рівня емісії NОх ( NOx emission level) до 5,8 г/кВт·год при нормі вимог ІМО 11,2 г/кВт·год. Витрати палива ( Fuel consumption) був дещо збільшений під час роботи на низьких навантаженнях ( low loads) роботи. Однак при середніх і високих навантажень (higher loads) Витрата палива зменшився на 75%.

Таким чином, ККД двигунаАткінсона збільшено за рахунок механічного зменшення часу (поршень рухається вгору швидше, ніж вниз) такту стиснення по відношенню до робочого ходу (такт розширення). У циклі Міллера такт стиснення по відношенню до робочого ходу скорочено або збільшено за рахунок процесу впуску . При цьому швидкість руху поршня вгору та вниз збережена однаковою (як у класичному двигуні Отто – Дизеля).

При однаковому тиску наддува заряджання циліндра свіжим повітрям знижується внаслідок зменшення часу ( reduced by suitable timing) відкриття впускного клапана ( inlet valve). Тому свіжий заряд повітря ( charge air) в турбокомпресорі стискається ( compressed) до більшого тиску наддуву, ніж необхідно для циклу двигуна ( engine cycle). Таким чином, за рахунок збільшення величини тиску наддуву при зменшеному часі відкриття впускного клапана в циліндр надходить така сама порція свіжого повітря. При цьому свіжий заряд повітря, проходячи через відносно вузький прохідний вхідний переріз, розширюється (ефект дроселя) в циліндрах ( cylinders) і відповідно охолоджується ( consequent cooling).

Аткінсон, Міллер, Отто та інші в нашому невеликому технічному екскурсі.

Спочатку розберемося що таке цикл роботи двигуна. ДВС – це об'єкт, який перетворює тиск від згоряння палива на механічну енергію, оскільки він працює із теплом, він є теплової машиною. Так ось, цикл для теплової машини – це круговий процес, у якому збігаються початкові та кінцеві параметри, які визначають стан робочого тіла (у нашому випадку це циліндр із поршнем). Такими параметрами є тиск, об'єм, температура та ентропія.

Саме ці параметри та їх зміна задають те, як працюватиме двигун, а іншими словами – яким буде його цикл. Тому, якщо у вас є бажання та пізнання у термодинаміці, можете створити свій цикл роботи теплової машини. Головне потім змусити працювати ваш двигун, щоби довести право на існування.

Цикл Отто

Почнемо ми з найголовнішого циклу роботи, який використовують практично всі ДВС у наш час. Названо його на честь Ніколауса Августа Отто, німецького винахідника. Спочатку Отто використав напрацювання бельгійця Жана Ленуара. Небагато розуміння початкової конструкції дасть ця модель двигуна Ленуара.

Оскільки Ленуар і Отто були знайомі з електротехнікою, то займання у тому прототипах створювалося відкритим полум'ям, яке через трубку запалювало суміш усередині циліндра. Головна відмінність двигуна Отто від двигуна Ленуара було розміщення циліндра вертикально, що наштовхнуло Отто використання енергії відпрацьованих газів для підняття поршня після робочого ходу. Робочий хід поршня вниз розпочинався під впливом атмосферного тиску. І після того, як тиск у циліндрі досягав атмосферного, відкривався випускний вентиль, і поршень своєю масою витісняв відпрацьовані гази. Саме повнота використання енергії дозволила підняти ККД до запаморочливих на той час 15%, що перевищувало ефективність навіть парових машин. Крім того, така конструкція дозволила використовувати у п'ять разів менше палива, що згодом призвело до тотального домінування подібної конструкції на ринку.

Але головна заслуга Отто – винахід чотиритактного процесу ДВС. Цей винахід було зроблено в 1877 році і тоді було запатентовано. Але французькі промисловці покопалися у своїх архівах і виявили, що ідею чотиритактної роботи за кілька років до патенту Отто описав француз Бо де Рош. Це дозволило знизити патентні виплати та зайнятися розробкою власних двигунів. Але завдяки досвіду двигуни Отто були на голову. краще за конкурентів. І до 1897 року їх було зроблено 42 тисяч штук.

Але що, власне, таке цикл Отто? Це знайомі нам зі шкільної лави чотири такту ДВС- Впуск, стиснення, робочий хід та випуск. Всі ці процеси займають рівну кількість часу, а теплові характеристики двигуна показані на наступному графіку:

Де 1-2 – це стиск, 2-3 – робочий хід, 3-4 – випуск, 4-1 – впуск. ККД такого двигуна залежить від ступеня стиснення та показника адіабати:

де n – ступінь стиснення, k – показник адіабати, або відношення теплоємності газу при постійному тиску до теплоємності газу при постійному обсязі.

Іншими словами - це кількість енергії, яку потрібно витратити, щоб повернути газ усередині циліндра до колишнього стану.

Цикл Аткінсона

Був винайдений у 1882 році Джеймсом Аткінсоном, британським інженером. Цикл Аткінсона підвищує ефективність роботи циклу Отто, але зменшує потужність, що виділяється. Основна відмінність – різний час виконання різних тактів роботи двигуна.

Особлива конструкція важелів двигуна Аткінсона дозволяє здійснювати всі чотири ходи поршня всього за один поворот колінчастого валу. Також дана конструкціяробить ходи поршня різної довжини: хід поршня під час впуску та випуску довше, ніж під час стиснення та розширення.

Ще одна з особливостей двигуна в тому, що кулачки газорозподілу (відкриття та закриття клапанів) розташовані прямо на колінчастому валу. Це усуває потребу окремої установки розподільчого валу. До того ж немає необхідності встановлювати редуктор, оскільки колінчастий валкрутиться з удвічі меншою швидкістю. У XIX столітті двигун поширення не отримав через складну механіку, але наприкінці ХХ століття він став більш популярним, оскільки почав застосовуватися на гібридах.

То що, у дорогих Lexus стоять такі дивні агрегати? Ні, цикл Аткінсона в чистому виглядініхто і не збирався продавати, але модифікувати стандартний мотори під нього - цілком реально. Тому не довго говоритимемо про Аткінсон і перейдемо до циклу, який його втілив у реальність.

Цикл Міллера

Цикл Міллера був запропонований в 1947 році американським інженером Ральфом Міллером як спосіб поєднання переваг двигуна Аткінсона з більш простим двигуном Отто. Замість того, щоб зробити механічно такт стиснення коротшим, ніж такт робочого ходу (як у класичному двигуні Аткінсона, де поршень рухається вгору швидше, ніж вниз), Міллер придумав скоротити такт стиснення за рахунок такту впуску, зберігаючи рух поршня вгору і вниз однаковим по швидкості (як у класичному двигуні Отто).

Для цього Міллер запропонував два різні підходи: або закривати впускний клапан значно раніше закінчення такту впуску, або закривати його значно пізніше закінчення цього такту. Перший підхід у мотористів носить умовну назву "укороченого впуску", а другий - "укороченого стиснення". Зрештою обидва ці підходи дають те саме: зниження фактичного ступеня стиснення робочої сумішіщодо геометричної при збереженні незмінного ступеня розширення (тобто такт робочого ходу залишається таким самим як у двигуні Отто, а такт стиснення як би скорочується - як у Аткінсона, тільки скорочується не за часом, а за ступенем стиснення суміші).

Таким чином суміш у двигуні Міллера стискується менше, ніж мала б стискатися у двигуні Отто такої ж механічної геометрії. Це дозволяє збільшити геометричний ступінь стиснення (і, відповідно, ступінь розширення!) вище за межі, що обумовлюються детонаційними властивостями палива - привівши фактичний стискдо допустимим значеннямза рахунок вищеописаного "укорочення циклу стиснення". Іншими словами, за тієї ж фактичної міри стиснення (обмеженої паливом) мотор Міллера має значно більший ступінь розширення, ніж мотор Отто. Це дає можливість більш повно використовувати енергію газів, що розширюються в циліндрі, що, власне, і підвищує теплову ефективність мотора, забезпечує високу економічність двигуна і так далі. Також одним із плюсів циклу Міллера є можливість ширшої варіації часу запалення без ризику детонації, що дає більше. широкі можливостідля інженерів.

Вигода від підвищення теплової ефективності циклу Міллера щодо циклу Отто супроводжується втратою пікової вихідної потужності даного розміру(і маси) двигуна через погіршення наповнення циліндра. Так як для отримання такої ж вихідної потужності потрібен двигун Міллера більшого розміру, ніж двигун Отто, виграш від підвищення теплової ефективності циклу буде частково витрачений на механічні втрати (тертя, вібрації і т. д.), що збільшилися, разом з розмірами двигуна.

Цикл Дизеля

І насамкінець варто хоча б коротко згадати про цикл Дизеля. Рудольф Дизель спочатку хотів створити двигун, який максимально наблизився до циклу Карно, в якому ККД визначається лише різницею температур робочого тіла. Але оскільки охолоджувати двигун до абсолютного нуля - не круто, Дизель пішов іншим шляхом. Він збільшив максимальну температуру, для чого почав стискати паливо до граничних на той час значень. Мотор у нього вийшов із справді високим ККД, але працював спочатку на гасі. Перші прототипи Рудольф побудував 1893 року, і лише на початку ХХ століття перейшов інші види палива, зокрема і дизельне.

• , 17 липня 2015

Слайд 2

Класичний ДВС

Класичний чотиритактний мотор був винайдений в далекому 1876 одному німецьким інженером на ім'я Ніколаус Отто, цикл роботи такого двигуна внутрішнього згоряння(ДВС) простий: впуск, стискування, робочий хід, випуск.

Слайд 3

Індикаторна діаграма циклу Отто та Аткінсона.

Слайд 4

Цикл Аткінсона

Британський інженер Джеймс Аткінсон ще до війни вигадав свій цикл, який трохи відрізняється від циклу Отто - його індикаторна діаграма відзначена зеленим кольором. У чому відмінність? По-перше, об'єм камери згоряння такого мотора (при тому ж робочому об'ємі) менший, і відповідно, вищий ступінь стиснення. Тому сама верхня точкана індикаторній діаграмі розташовується ліворуч, в області меншого надпоршневого об'єму. І ступінь розширення (те ж саме, що й ступінь стиснення, тільки навпаки) теж більший - а значить, ми ефективніше, на більшому ході поршня використовуємо енергію газів, що відпрацювали, і маємо менші втрати випуску (це відображено меншою сходинкою праворуч). Далі все те саме - йдуть такти випуску та впуску.

Слайд 5

Тепер, якби все відбувалося відповідно до циклу Отто і впускний клапан закрився б у НМТ, то крива стиснення пройшла б угорі, і тиск в кінці такту виявився б надмірним - адже ступінь стиснення тут більший! Після іскри був би не спалах суміші, а детонаційний вибух - і двигун, не пропрацювавши і години, спочив би вибух. Але не таким був британський інженер Джеймс Аткінсон! Він вирішив продовжити фазу впуску - поршень доходить до НМТ і йде вгору, а впускний клапан тим часом залишається відкритим приблизно до половини повного ходупоршня. Частина свіжої горючої суміші при цьому виштовхується назад у впускний колектор, що підвищує там тиск – вірніше, зменшує розрідження. Це дозволяє на малих та середніх навантаженнях більше відкривати дросельну заслінку. Ось чому лінія впуску на діаграмі циклу Аткінсона проходить вище, і насосні втрати двигуна виявляються нижчими, ніж у циклі Отто.

Слайд 6

Цикл «Аткінсона»

Так що такт стиснення, коли закривається впускний клапан, починається при меншому надпоршневому об'ємі, що ілюструє зелена лінія стиснення, що починається з половини нижньої горизонтальної лінії впуску. Здавалося б, чого простіше: зробити вище ступінь стиснення, зміни профіль впускних кулачків, і справа в капелюсі - двигун з циклом Аткінсона готовий! Але справа в тому, що для досягнення хороших динамічних показників у всьому робочому діапазоні оборотів двигуна треба компенсувати виштовхування горючої суміші під час продовженого впускного циклу, застосовуючи наддув, даному випадку- механічний нагнітач. А його привід відбирає у двигуна левову частку тієї енергії, що вдається відіграти на насосних та випускних втратах. Застосування циклу Аткінсона на безнаддувному двигуні гібрида ToyotaPrius стало можливим завдяки тому, що він працює у полегшеному режимі.

Слайд 7

Цикл «Міллера»

Цикл Міллера - термодинамічний цикл, що використовується в чотиритактних ДВС. Цикл Міллера був запропонований в 1947 році американським інженером Ральфом Міллером як спосіб поєднання переваг двигуна Анткінсона з більш простим поршневим механізмом двигуна Отто.

Слайд 8

Замість того, щоб зробити такт стиснення механічно коротшим, ніж такт робочого ходу (як у класичному двигуні Аткінсона, де поршень рухається вгору швидше, ніж вниз), Міллер придумав скоротити такт стиснення за рахунок такту впуску, зберігаючи рух поршня вгору і вниз однаковим по швидкості (як у класичному двигуні Отто).

Слайд 9

Для цього Міллер запропонував два різні підходи: закривати впускний клапан значно раніше закінчення такту впуску (або відкривати пізніше початку цього такту), закривати його значно пізніше закінчення цього такту.

Слайд 10

Перший підхід у двигунів носить умовну назву "укороченого впуску", а другий - "укороченого стиснення". Обидва ці підходи дають одне й те саме: зниження фактичного ступеня стиснення робочої суміші щодо геометричної, при збереженні незмінного ступеня розширення (тобто такт робочого ходу залишається таким же, як у двигуні Отто, а такт стиснення як би скорочується - як у Аткінсона, тільки скорочується не за часом, а за ступенем стиснення суміші)

Слайд 11

Другий підхід «Міллера»

Такий підхід дещо вигідніший з погляду втрат на стиск, і тому саме він практично реалізований у серійних автомобільних моторах Mazda "MillerCycle". У такому моторі впускний клапан не закривається із закінченням такту впуску, а залишається відкритим протягом першої частини такту стиснення. Хоча на такті впуску паливно-повітряною сумішшюбув заповнений весь об'єм циліндра, частина суміші витісняється у впускний колектор через відкритий впускний клапан, коли поршень рухається вгору на такті стиснення.

Слайд 12

Стиснення суміші фактично починається пізніше, коли впускний клапан нарешті закривається, і суміш виявляється замкненою в циліндрі. Таким чином суміш у двигуні Міллера стискується менше, ніж мала б стискатися у двигуні Отто такої ж механічної геометрії. Це дозволяє збільшити геометричний ступінь стиснення (і, відповідно, ступінь розширення!) вище за межі, що обумовлюються детонаційними властивостями палива - привівши фактичний стиск до допустимих значень за рахунок вищеописаного «укорочення циклу стиснення». Слайд 15

Висновок

Якщо уважно придивитися до циклу - як Аткінсона, так і Міллера, можна помітити, що в обох є додатковий п'ятий такт. Він має свої власні характеристикиі не є, по суті, ні тактом впускання, ні тактом стиснення, а проміжним самостійним тактом між ними. Тому двигуни, що працюють за принципом Аткінсона чи Міллера, називають п'ятитактними.

Переглянути всі слайди

Цикл Міллера був запропонований в 1947 році американським інженером Ральфом Міллером як спосіб поєднання переваг двигуна Аткінсона з більш простим поршневим механізмом двигуна Отто. Замість того, щоб зробити такт стиснення механічно коротшим, ніж такт робочого ходу (як у класичному двигуні Аткінсона, де поршень рухається вгору швидше, ніж вниз), Міллер придумав скоротити такт стиснення за рахунок такту впуску, зберігаючи рух поршня вгору і вниз однаковим по швидкості (як у класичному двигуні Отто).

Для цього Міллер запропонував два різні підходи: або закривати впускний клапан значно раніше закінчення такту впуску (або відкривати пізніше початку цього такту), або закривати його значно пізніше закінчення цього такту. Перший підхід у двигуністів має умовну назву «укороченого впуску», а другий - «укороченого стиснення». Зрештою обидва ці підходи дають те саме: зниження фактичноюступеня стиснення робочої суміші щодо геометричної, при збереженні незмінного ступеня розширення (тобто такт робочого ходу залишається таким самим, як у двигуні Отто, а такт стиснення як би скорочується - як у Аткінсона, тільки скорочується не за часом, а за ступенем стиснення суміші) .

Таким чином суміш у двигуні Міллера стискується менше, ніж мала б стискатися у двигуні Отто такої ж механічної геометрії. Це дозволяє збільшити геометричний ступінь стиснення (і, відповідно, ступінь розширення!) вище за межі, що обумовлюються детонаційними властивостями палива - привівши фактичне стиск до допустимих значень за рахунок вищеописаного «укорочення циклу стиснення». Іншими словами, при тій же фактичноюступеня стиснення (обмеженої паливом) мотор Міллера має значно більший рівень розширення, ніж мотор Отто. Це дає можливість більш повно використовувати енергію газів, що розширюються в циліндрі, що, власне, і підвищує теплову ефективність мотора, забезпечує високу економічність двигуна і так далі.

Вигода від підвищення теплової ефективності циклу Міллера щодо циклу Отто супроводжується втратою пікової вихідної потужності для даного розміру (і маси) двигуна через погіршення наповнення циліндра. Так як для отримання такої ж вихідної потужності потрібен двигун Міллера більшого розміру, ніж двигун Отто, виграш від підвищення теплової ефективності циклу буде частково витрачений на механічні втрати, що збільшилися разом з розмірами двигуна (тертя, вібрації і т. д.).

Комп'ютерне керування клапанами дозволяє змінювати ступінь наповнення циліндра у процесі роботи. Це дає можливість вичавити з двигуна максимальну потужність, при погіршенні економічних показників, або досягти кращої економічності при зменшенні потужності.

Аналогічне завдання вирішує п'ятитактний двигун, у якого додаткове розширення проводиться в окремому циліндрі.

mail@сайт
сайт
Jan 2016

Пріоритети

Ще з часу появи першого Пріуса створювалося враження, що Джеймс Аткінсон подобався тойотівцям набагато більше, ніж Ральф Міллер. І поступово "цикл Аткінсона" з їхніх прес-релізів розійшовся по всій журналістській спільноті.

Тойота офіційно: "A heat cycle engine proposed by James Atkinson (U.K.) in which compression stroke and expansion stroke duration can set set independently. (Miller Cycle).
- Toyota неофіційно та анти-науково: "Miller Cycle engine is an Atkinson Cycle engine with a supercharger".

При цьому навіть у місцевому інженерному середовищі "цикл Міллера" існував ще з давніх-давен. Як буде правильніше?

У 1882 році британський винахідник Джеймс Аткінсон запропонував ідею підвищення ефективності. поршневого двигуназа рахунок скорочення ходу стиснення та збільшення ходу розширення робочого тіла. Практично реалізувати це передбачалося складними механізмами приводу поршня (два поршні за схемою "боксер", поршень із кривошипно-кулісним механізмом). Побудовані варіанти двигунів показали зростання механічних втрат, переускладнення конструкції та зниження потужності в порівнянні з двигунами інших конструкцій, тому поширення не отримали. Відомі патенти Аткінсона належали саме до конструкцій, без розгляду теорії термодинамічних циклів.

У 1947 році американський інженер Ральф Міллер (Ralph Miller) повернувся до ідеї ідеї скороченого стиснення та продовженого розширення, запропонувавши реалізувати її не за рахунок кінематики приводу поршня, а підбором фаз газорозподілу для двигунів із звичайним. кривошипно-шатунним механізмом. У патенті Міллер розглядав два варіанти організації робочого процесу – з раннім (EICV) або пізнім (LICV) закриттям впускного клапана. Власне, обидва варіанти означають зниження фактичного (ефективного) ступеня стиснення по відношенню до геометричного. Розуміючи, що скорочення стиснення призведе до втрати потужності двигуна, Міллер спочатку орієнтувався на наддувні двигуни, у яких втрати наповнення компенсуються за рахунок компресора. Теоретичний цикл Міллера для двигуна з іскровим запаленням повністю відповідає теоретичному циклу двигуна Аткінсона.

За великим рахунком, цикл Міллера/Аткінсона є не самостійним циклом, а різновидом відомих термодинамічних циклів Отто і Дизеля. Аткінсон є автором абстрактної ідеї двигуна з фізично різною величиною ходів стиснення та розширення. Реальну організацію робочих процесів у реальних двигунах, що використовується на практиці до цього дня, запропонував саме Ральф Міллер.

Принципи

При роботі двигуна по циклу Міллера зі скороченим стисненням, впускний клапан закривається значно пізніше, ніж у циклі Отто, через що частина заряду витісняється у впускний канал, і власне процес стиснення починається вже на другій половині такту. В результаті ефективний ступінь стиснення виявляється нижче геометричної (яка, у свою чергу, дорівнює ступеню розширення газів на робочому ході). За рахунок зменшення насосних втрат та втрат на стиск забезпечується збільшення термічного ККД двигуна в межах 5-7% та відповідна економія палива.

Можна ще раз наголосити на ключових моментах відмінності циклів. 1 і 1" - об'єм камери згоряння для двигуна з циклом Міллера менший, геометричний ступінь стиснення та ступінь розширення вище. 2 і 2" - гази здійснюють корисну роботуна більш довгому робочому ходу, тому менші залишкові втрати на випуску. 3 і 3" - розрідження на впуску менше за рахунок меншого дроселювання і зворотного витіснення попереднього заряду, тому нижче насосні втрати. 4 і 4" - закриття впускного клапана і початок стиснення починається з середини такту після зворотного витіснення частини заряду.
Зрозуміло, зворотне витіснення заряду означає падіння потужних показників двигуна, й у атмосферних двигунів робота з такому циклу має сенс лише щодо вузькому режимі часткових навантажень. У разі постійних фаз газорозподілу компенсувати це у всьому динамічному діапазоні дозволяє лише застосування наддуву. На гібридних моделях недолік тяги у несприятливих режимах компенсується тягою електродвигуна.

Реалізація

У класичних двигунах Toyota 90-х років з фіксованими фазами, що працюють за циклом Отто, впускний клапан закривається в 35-45 ° після НМТ (по куту повороту колінчастого валу), ступінь стиснення становить 9.5-10.0. У більш сучасних двигунахз VVT можливий діапазон закриття впускного клапана розширився до 5-70 ° після НМТ, ступінь стиснення зросла до 10.0-11.0.

У двигунах гібридних моделей, що працюють тільки за циклом Міллера, діапазон закриття впускного клапана припадає на 80-120 ° ... 60-100 ° після НМТ. Геометричний ступінь стиснення – 13.0-13.5.

До середини 2010-х з'явилися нові двигуни з широким діапазономзміни фаз газорозподілу (VVT-iW), які можуть працювати як у звичайному циклі, так і за циклом Міллера. У атмосферних версій діапазон закриття впускного клапана становить 30-110° після НМТ при геометричному ступені стиснення 12.5-12.7, турбоверсій - відповідно, 10-100° і 10.0.