Войти
В инженерии цикл Миллера - это термодинамический цикл, используемый в типе двигатель внутреннего сгорания. Цикл Миллера был запатентован Ральфом Миллером, американским инженером, патент США 2817322 от 24 декабря 1957. Двигатель может быть двух- или четырехтактный и может работать на дизельном топливе, газах или двухтопливном топливе.
Этот тип двигателя впервые был использован на кораблях и стационарных электростанциях и является в настоящее время используется для некоторых железнодорожных локомотивов, таких как GE PowerHaul. Он был адаптирован компанией Mazda для их KJ-ZEM V6, используемых в седане Millenia, и в их роскошных автомобилях седан Eunos 800 (Австралия). Совсем недавно Subaru объединила цикл Миллера flat-4 с гибридной трансмиссией для своего концептуального автомобиля «Turbo Parallel Hybrid», известного как Subaru B5-TPH, а Nissan представил небольшой трехцилиндровый двигатель с регулируемыми фазами газораспределения впускных клапанов, который утверждает, что работает по циклу Аткинсона при низкой нагрузке (таким образом, более низкая удельная мощность не является помехой) или по циклу Миллера. при легком наддуве в варианте с низким давлением и с наддувом, при возврате к обычному режиму (либо всасыванию, либо с более сильным наддувом), работа по циклу Отто с большей плотностью мощности при более высоких нагрузках. В последнем примере особая природа цикла Миллера позволяет версии с наддувом не только быть умеренно более мощной, но и требовать большей, почти дизельной экономии топлива с меньшими выбросами, чем (более простой, дешевый) всасывающий-всасывающий - в отличие от обычной ситуации, когда наддув приводит к значительному увеличению расхода топлива.
В традиционном поршневом двигателе внутреннего сгорания используется четыре такта, два из которых можно считать высокомощными: такт сжатия (большой поток мощности от коленчатый вал на заряд ) и рабочий ход (поток большой мощности от продуктов сгорания к коленчатому валу).
В цикле Миллера впускной клапан остается открытым дольше, чем в двигателе с циклом Отто. Фактически, такт сжатия - это два дискретных цикла: начальная часть, когда впускной клапан открыт, и последняя часть, когда впускной клапан закрыт. Этот двухступенчатый такт впуска создает так называемый «пятый» ход, который вводит цикл Миллера. Поскольку поршень первоначально движется вверх в том, что традиционно является тактом сжатия, заряд частично выталкивается обратно через все еще открытый впускной клапан. Как правило, эта потеря наддувочного воздуха приводит к потере мощности. Однако в цикле Миллера это компенсируется использованием нагнетателя . Нагнетатель обычно должен быть нагнетательного типа (Рутс или винтовой) из-за его способности создавать наддув при относительно низких оборотах двигателя. В противном случае пострадает мощность на низких оборотах. В качестве альтернативы можно использовать турбокомпрессор для большей эффективности, если работа на низких оборотах не требуется, или заменить его электродвигателями.
В двигателе с циклом Миллера поршень начинает сжимать топливно-воздушную смесь только после закрытия впускного клапана; и впускной клапан закрывается после того, как поршень прошел определенное расстояние выше своего самого нижнего положения: примерно от 20 до 30% от общего хода поршня за этот ход вверх. Таким образом, в двигателе с циклом Миллера поршень фактически сжимает топливно-воздушную смесь только на последних 70–80% такта сжатия. Во время начальной части такта сжатия поршень проталкивает часть топливно-воздушной смеси через все еще открытый впускной клапан и обратно во впускной коллектор.
Наддувочный воздух сжимается с помощью нагнетателя (и охлаждается с помощью промежуточного охладителя ) до давления выше, чем необходимо для цикла двигателя, но при заполнении цилиндры уменьшаются за счет подходящего времени впускного клапана. Таким образом, расширение воздуха и последующее охлаждение происходит в цилиндрах и частично на входе. Снижение температуры заправки воздухом / топливом позволяет увеличить мощность данного двигателя без каких-либо серьезных изменений, таких как увеличение отношения сжатия цилиндр / поршень. Когда температура в начале цикла ниже, плотность воздуха увеличивается без изменения давления (механический предел двигателя смещается в сторону большей мощности). В то же время предел тепловой нагрузки смещается из-за более низких средних температур цикла.
Это позволяет увеличить время зажигания сверх того, что обычно допускается до начала детонации, тем самым еще больше повышая общую эффективность. Дополнительным преимуществом более низкой конечной температуры заряда является уменьшение выбросов NOx в дизельных двигателях, что является важным параметром конструкции в больших дизельных двигателях на борту судов и на электростанциях.
Эффективность повышается за счет такой же эффективной степени сжатия и большей степени расширения. Это позволяет извлекать больше работы из расширяющихся газов, поскольку они расширяются почти до атмосферного давления. В обычном двигателе с искровым зажиганием в конце такта расширения цикла широко открытой дроссельной заслонки газы составляют около пяти атмосфер, когда открывается выпускной клапан. Поскольку ход ограничен ходом сжатия, из газа все же можно извлечь некоторую работу. Задержка закрытия впускного клапана в цикле Миллера, по сути, укорачивает такт сжатия по сравнению с тактом расширения. Это позволяет газам расширяться до атмосферного давления, повышая эффективность цикла.
Преимущества использования нагнетателя прямого вытеснения связаны с затратами из-за паразитной нагрузки. Около 15-20% мощности, вырабатываемой двигателем с наддувом, обычно требуется для работы наддува, который сжимает всасываемый заряд (также известный как наддув).
Основное преимущество цикла состоит в том, что степень расширения больше, чем степень сжатия. За счет промежуточного охлаждения после внешнего наддува существует возможность снизить выбросы NOx для дизельного топлива или детонацию для двигателя с искровым зажиганием. Тем не менее, для каждого применения необходимо найти баланс между множеством компромиссов между повышением эффективности системы и трением (из-за большего смещения).
Приведенный выше обзор может описывать современную версию цикла Миллера, но в некоторых отношениях он отличается от патента 1957 года. В патенте описывается «новый и улучшенный метод работы двигателя с наддувом и промежуточным охлаждением». Двигатель может быть двухтактным или четырехтактным, а топливо может быть дизельным, двухтопливным или газовым. Из контекста ясно, что «газ» означает газообразное топливо, а не бензин. Нагнетатель давления, показанный на схемах, представляет собой турбокомпрессор, а не нагнетатель прямого вытеснения. Двигатель (четырехтактный или двухтактный) имеет обычную схему расположения клапанов или каналов, но дополнительный «клапан контроля сжатия» (CCV) находится в головке блока цилиндров. Сервомеханизм, управляемый давлением во впускном коллекторе, регулирует подъем CCV во время части такта сжатия и выпускает воздух из цилиндра в выпускной коллектор. CCV будет иметь максимальный подъем при полной нагрузке и минимальный подъем без нагрузки. В результате получается двигатель с переменной степенью сжатия . Когда давление во впускном коллекторе повышается (из-за действия турбонагнетателя), эффективная степень сжатия в цилиндре понижается (из-за увеличения подъемной силы CCV) и наоборот. Это «обеспечит надлежащий запуск и зажигание топлива при малых нагрузках».
Подобный метод отсроченного закрытия клапана используется в некоторых современных версиях Аткинсона цикл двигателей, но без наддува. Эти двигатели обычно используются в гибридных электрических транспортных средствах, где эффективность является целью, а потери мощности по сравнению с циклом Миллера компенсируются за счет использования электродвигателей.
