Cykl Millera został zaproponowany w 1947 roku przez amerykańskiego inżyniera Ralpha Millera jako sposób na połączenie zalet silnika Atkinsona z prostszym mechanizmem tłokowym silnika Otto. Zamiast mechanicznego skracania suwu sprężania od suwu mocy (jak w klasycznym silniku Atkinsona, gdzie tłok porusza się w górę szybciej niż w dół), Miller wpadł na pomysł skrócenia suwu sprężania za pomocą suwu ssania, utrzymując ruch tłoka w górę iw dół z taką samą prędkością (jak w klasycznym silniku Otto).
Aby to zrobić, Miller zaproponował dwa różne podejścia: albo zamknąć zawór wlotowy znacznie wcześniej niż koniec suwu ssania (lub otworzyć później niż początek tego suwu), albo zamknąć go znacznie później niż koniec tego suwu. Pierwsze podejście wśród inżynierów silników jest umownie nazywane „skróconym wlotem”, a drugie - „skróconą kompresją”. Ostatecznie oba te podejścia dają to samo: redukcję rzeczywisty stopień sprężania mieszaniny roboczej względem geometryczny, przy zachowaniu tego samego stopnia rozprężenia (czyli skok suwu roboczego pozostaje taki sam jak w silniku Otto, a skok sprężania wydaje się być zmniejszony - jak u Atkinsona, tylko zmniejsza się nie w czasie, ale w stopniu sprężania mieszanki) ...
Tak więc mieszanka w silniku Millera kompresuje się mniej niż musiałaby skompresować w silniku Otto o tej samej geometrii mechanicznej. Umożliwia to zwiększenie współczynnika kompresji geometrycznej (i odpowiednio współczynnika rozszerzalności!) Powyżej granic określonych przez właściwości stukowe paliwa - doprowadzenie rzeczywistej kompresji do akceptowalnych wartości ze względu na opisane powyżej „skrócenie cykl kompresji". Innymi słowy, za to samo rzeczywisty stopień sprężania (ograniczony paliwem), silnik Millera ma znacznie wyższy współczynnik rozszerzalności niż silnik Otto. Pozwala to na pełniejsze wykorzystanie energii gazów rozprężających się w cylindrze, co de facto zwiększa sprawność cieplną silnika, zapewnia wysoką sprawność silnika i tak dalej.
Korzyści ze zwiększonej sprawności cieplnej cyklu Millera w stosunku do cyklu Otto towarzyszy utrata szczytowej mocy wyjściowej dla danej wielkości (i wagi) silnika z powodu degradacji wypełnienia cylindra. Ponieważ do uzyskania tej samej mocy wyjściowej niż silnik Otto wymagany byłby większy silnik Millera, korzyści z poprawy sprawności cieplnej cyklu zostaną częściowo wykorzystane na zwiększone straty mechaniczne (tarcie, wibracje itp.) wraz z rozmiarem silnika.
Komputerowe sterowanie zaworami pozwala na zmianę stopnia napełnienia butli podczas pracy. Umożliwia to wyciśnięcie maksymalnej mocy z silnika przy pogorszeniu wydajności ekonomicznej lub osiągnięcie lepszej ekonomii przy spadku mocy.
Podobny problem rozwiązuje silnik pięciosuwowy, w którym dodatkowa ekspansja odbywa się w osobnym cylindrze.
Zanim omówię cechy silnika „Mazda” „Miller” (cykl Millera), zaznaczam, że nie jest to silnik pięciosuwowy, ale czterosuwowy, jak silnik Otto. Silnik Millera to nic innego jak ulepszony klasyczny silnik spalinowy. Strukturalnie te silniki są praktycznie takie same. Różnica polega na rozrządzie zaworowym. Wyróżniają się tym, że klasyczny silnik pracuje według cyklu niemieckiego inżyniera Nikolosa Otto, a silnik „Mazda" Millera według cyklu brytyjskiego inżyniera Jamesa Atkinsona, choć z jakiegoś powodu nosi imię Amerykański inżynier Ralph Miller. Ten ostatni również stworzył własny cykl pracy silnika spalinowego, ale pod względem sprawności ustępuje cyklowi Atkinsona.
Atrakcyjność „szóstki” w kształcie litery V, zainstalowanej w modelu Xedos 9 (Millenia lub Eunos 800), polega na tym, że przy pojemności roboczej 2,3 litra wytwarza 213 KM. i moment obrotowy 290 Nm, co odpowiada charakterystyce silnika 3-litrowego. Jednocześnie zużycie paliwa przy tak mocnym silniku jest bardzo niskie - na autostradzie 6,3 (!) L/100 km, w mieście - 11,8 l/100 km, co odpowiada wydajności 1,8-2 l silniki. Nie jest zły.
Aby zrozumieć, na czym polega tajemnica silnika Millera, należy przypomnieć zasadę działania znanego czterosuwowego silnika Otto. Pierwszy skok to skok wlotowy. Rozpoczyna się po otwarciu zaworu wlotowego, gdy tłok znajduje się w pobliżu górnego martwego punktu (TDC). Przesuwając się w dół tłok wytwarza w cylindrze podciśnienie, co przyczynia się do zasysania do nich powietrza i paliwa. Jednocześnie w trybach niskich i średnich obrotów silnika, gdy przepustnica jest częściowo otwarta, pojawiają się tak zwane straty pompowania. Ich istotą jest to, że ze względu na wysokie podciśnienie w kolektorze dolotowym tłoki muszą pracować w trybie pompowania, co pochłania część mocy silnika. Ponadto pogarsza się napełnianie cylindrów świeżym ładunkiem, a tym samym wzrasta zużycie paliwa i emisja szkodliwych substancji do atmosfery. Gdy tłok osiągnie dolny martwy punkt (BDC), zawór wlotowy zamyka się. Następnie tłok poruszający się w górę ściska palną mieszaninę - następuje skok sprężania. W pobliżu GMP mieszanina jest zapalana, wzrasta ciśnienie w komorze spalania, tłok przesuwa się w dół - skok roboczy. Zawór wylotowy otwiera się w BDC. Gdy tłok porusza się w górę - suw wydechu - spaliny pozostałe w cylindrach są wypychane do układu wydechowego.
Warto zauważyć, że gdy zawór wydechowy jest otwarty, gazy w cylindrach nadal znajdują się pod ciśnieniem, więc uwolnienie tej niewykorzystanej energii nazywamy stratami spalin. Jednocześnie tłumikowi układu wydechowego przypisano funkcję redukcji hałasu.
Aby zredukować negatywne zjawiska, które powstają podczas pracy silnika z klasycznym schematem rozrządu, rozrząd w silniku „Mazda” Millera został zmieniony zgodnie z cyklem Atkinsona. Zawór wlotowy nie zamyka się w pobliżu dolnego martwego punktu, ale znacznie później - gdy wał korbowy obraca się o 700 z BDC (w silniku Ralph Miller zawór zamyka się przeciwnie - znacznie wcześniej niż tłok przechodzi BDC). Cykl Atkinsona oferuje szereg korzyści. Po pierwsze, zmniejszają się straty pompowania, ponieważ część mieszanki, gdy tłok porusza się w górę, jest wpychana do kolektora dolotowego, zmniejszając w nim podciśnienie.
Po drugie, zmienia się stopień kompresji. Teoretycznie pozostaje to samo, ponieważ skok tłoka i objętość komory spalania nie zmieniają się, ale w rzeczywistości z powodu opóźnionego zamknięcia zaworu wlotowego zmniejsza się z 10 do 8. A to już jest zmniejszenie prawdopodobieństwo stukowego spalania paliwa, co oznacza, że nie ma potrzeby zwiększania redukcji prędkości obrotowej silnika wraz ze wzrostem obciążenia. Zmniejsza prawdopodobieństwo spalania detonacyjnego oraz fakt, że mieszanina palna wypchnięta z cylindrów, gdy tłok porusza się w górę aż do zamknięcia zaworu, przenosi do kolektora dolotowego część ciepła pobranego ze ścianek komory spalania.
Po trzecie, naruszona została zależność między stopniem sprężania i rozprężania, ponieważ ze względu na późniejsze zamknięcie zaworu dolotowego znacznie skrócono czas trwania suwu sprężania w stosunku do czasu trwania suwu rozprężania przy otwartym zaworze wydechowym. Silnik pracuje w tzw. cyklu ze zwiększonym stopniem rozprężania, w którym energia spalin jest wykorzystywana przez dłuższy czas, tj. ze spadkiem strat wyjściowych. Pozwala to na pełniejsze wykorzystanie energii spalin, co de facto zapewniało wysoką sprawność silnika.
Aby uzyskać wysoką moc i moment obrotowy wymagane w elitarnym modelu Mazdy, silnik Millera wykorzystuje mechaniczną sprężarkę Lisholm zainstalowaną w zapadnięciu bloku cylindrów.
Oprócz 2,3-litrowego silnika Xedos 9, cykl Atkinsona zaczęto stosować w lekkim silniku instalacji hybrydowej Toyoty Prius. Różni się od „Mazda” tym, że nie ma dmuchawy, a stopień sprężania ma wysoką wartość - 13,5.
Slajd 2
Klasyczny ICE
Klasyczny czterosuwowy silnik został wynaleziony w 1876 roku przez niemieckiego inżyniera Nikolausa Otto, cykl działania takiego silnika spalinowego (ICE) jest prosty: dolot, sprężanie, skok mocy, wydech.
Slajd 3
Diagram wskaźnikowy cyklu Otto i Atkinsona.
Slajd 4
Cykl Atkinsona
Przed wojną brytyjski inżynier James Atkinson wymyślił własny cykl, który nieco różni się od cyklu Otto - jego wykres wskaźnikowy zaznaczony jest na zielono. Jaka jest różnica? Po pierwsze, objętość komory spalania takiego silnika (przy tej samej objętości roboczej) jest mniejsza, a zatem stopień sprężania jest wyższy. Dlatego najwyższy punkt na wykresie wskaźnikowym znajduje się po lewej stronie, w obszarze mniejszej objętości nadtłoka. A stopień rozprężania (tak samo jak stopień sprężania, wręcz przeciwnie) jest też większy - co oznacza, że jesteśmy bardziej wydajni, przy dłuższym skoku tłoka wykorzystujemy energię spalin i mamy mniejsze straty spalin (to odzwierciedla mniejszym krokiem po prawej stronie). Wtedy wszystko jest takie samo - są uderzenia wydechu i wlotu.
Slajd 5
Teraz, gdyby wszystko działo się zgodnie z cyklem Otto i zawór dolotowy zamknięty na BDC, to krzywa sprężania poszłaby w górę, a ciśnienie na końcu suwu byłoby nadmierne - bo tutaj stopień sprężania jest wyższy! Po iskrze nie nastąpiłby błysk mieszanki, ale eksplozja detonacyjna - i silnik, nie przepracowując nawet godziny, zginął w eksplozji. Ale to nie był brytyjski inżynier James Atkinson! Postanowił wydłużyć fazę ssania – tłok dociera do BDC i podnosi się, a zawór wlotowy pozostaje otwarty do około połowy pełnego skoku tłoka. Część świeżej mieszanki palnej jest wpychana z powrotem do kolektora dolotowego, co zwiększa tam ciśnienie - a raczej zmniejsza podciśnienie. Pozwala to na większe otwarcie przepustnicy przy niskich i średnich obciążeniach. Dlatego linia dolotowa na wykresie cyklu Atkinsona jest wyższa, a straty pompowania silnika są mniejsze niż w cyklu Otto.
Slajd 6
Cykl „Atkinson”
Tak więc suw sprężania przy zamykaniu zaworu dolotowego rozpoczyna się przy niższej objętości powyżej tłoka, jak ilustruje zielona linia sprężania rozpoczynająca się w połowie dolnej poziomej linii dolotowej. Wydawałoby się, że co jest prostsze: zwiększyć stopień sprężania, zmienić profil krzywek dolotowych, a sztuczka tkwi w worku - silnik z cyklem Atkinsona gotowy! Ale faktem jest, że aby osiągnąć dobre osiągi dynamiczne w całym zakresie prędkości obrotowych silnika, konieczne jest skompensowanie wydalania mieszanki palnej podczas wydłużonego cyklu ssania poprzez zastosowanie doładowania, w tym przypadku mechanicznego doładowania. A jego napęd odbiera silnikowi lwią część energii, którą udaje mu się odzyskać na pompowanie i straty spalin. Zastosowanie cyklu Atkinsona w wolnossącym silniku hybrydowym Toyota Prius było możliwe dzięki temu, że pracuje on w trybie lekkim.
Slajd 7
Cykl Millera
Cykl Millera to cykl termodynamiczny stosowany w czterosuwowych silnikach spalinowych. Cykl Millera został zaproponowany w 1947 roku przez amerykańskiego inżyniera Ralpha Millera jako sposób na połączenie zalet silnika Antkinsona z prostszym mechanizmem tłokowym silnika Otto.
Slajd 8
Zamiast mechanicznego skracania suwu sprężania od suwu mocy (jak w klasycznym silniku Atkinsona, gdzie tłok porusza się w górę szybciej niż w dół), Miller wpadł na pomysł skrócenia suwu sprężania za pomocą suwu ssania, utrzymując ruch tłoka w górę iw dół z taką samą prędkością (jak w klasycznym silniku Otto).
Slajd 9
W tym celu Miller zaproponował dwa różne podejścia: zamknięcie zaworu wlotowego znacznie wcześniej niż koniec suwu ssania (lub otwarcie później niż początek tego suwu) i zamknięcie go znacznie później niż koniec tego suwu.
Slajd 10
Pierwsze podejście do silników jest konwencjonalnie nazywane „skróconym wlotem”, a drugie - „skróconą kompresją”. Oba te podejścia dają to samo: spadek rzeczywistego stopnia sprężania mieszaniny roboczej w stosunku do geometrycznego przy zachowaniu tego samego stopnia rozprężania (czyli skok suwu roboczego pozostaje taki sam jak w silniku Otto , a skok sprężania jest niejako zmniejszony - tak jak u Atkinsona, tylko zmniejsza się nie w czasie, ale w stopniu sprężenia mieszanki)
Slajd 11
Drugie podejście Millera
Takie podejście jest nieco korzystniejsze pod względem strat sprężania, dlatego jest praktycznie stosowane w seryjnych silnikach samochodowych Mazda MillerCycle. W takim silniku zawór wlotowy nie zamyka się na końcu suwu ssania, ale pozostaje otwarty podczas pierwszej części suwu sprężania. Chociaż podczas suwu ssania cała objętość cylindra była wypełniona mieszanką paliwowo-powietrzną, część mieszanki jest wtłaczana z powrotem do kolektora dolotowego przez otwarty zawór wlotowy, gdy tłok porusza się w górę podczas suwu sprężania.
Slajd 12
Sprężanie mieszanki faktycznie zaczyna się później, gdy zawór wlotowy ostatecznie się zamyka, a mieszanka zostaje uwięziona w cylindrze. Tak więc mieszanka w silniku Millera kompresuje się mniej niż musiałaby skompresować w silniku Otto o tej samej geometrii mechanicznej. Pozwala to na zwiększenie współczynnika kompresji geometrycznej (i odpowiednio współczynnika rozszerzalności!) Powyżej granic określonych przez właściwości stukowe paliwa - doprowadzenie rzeczywistej kompresji do akceptowalnych wartości ze względu na opisane powyżej „skrócenie kompresji cyklu". Slajd 15
Wniosek
Jeśli przyjrzysz się dokładnie cyklowi – zarówno Atkinsonowi, jak i Millerowi, zauważysz, że w obu jest dodatkowy piąty takt. Ma on swoją własną charakterystykę i w rzeczywistości nie jest ani suwem ssania, ani suwem sprężania, ale pośrednim niezależnym suwem między nimi. Dlatego silniki działające na zasadzie Atkinsona lub Millera nazywane są pięciosuwowymi.
Zobacz wszystkie slajdy
Atkinson, Miller, Otto i inni w naszej małej technicznej wycieczce.
Najpierw zastanówmy się, jaki jest cykl silnika. Silnik spalinowy to obiekt, który zamienia ciśnienie ze spalania paliwa na energię mechaniczną, a ponieważ pracuje z ciepłem, jest silnikiem cieplnym. Tak więc cykl dla silnika cieplnego jest procesem kołowym, w którym zbiegają się parametry początkowe i końcowe, które określają stan płynu roboczego (w naszym przypadku jest to cylinder z tłokiem). Te parametry to ciśnienie, objętość, temperatura i entropia.
To właśnie te parametry i ich zmiana decydują o tym, jak silnik będzie pracował, czyli jaki będzie jego cykl. Dlatego jeśli masz chęć i wiedzę z termodynamiki, możesz stworzyć własny cykl pracy silnika cieplnego. Najważniejsze jest więc, aby silnik działał, aby udowodnić prawo do istnienia.
Cykl Otto
Zaczniemy od najważniejszego cyklu pracy, z którego w naszych czasach korzystają prawie wszystkie silniki spalinowe. Jego nazwa pochodzi od niemieckiego wynalazcy Nikolausa Augusta Otto. Początkowo Otto korzystał z twórczości Belga Jeana Lenoira. Trochę zrozumienia oryginalnego projektu da ten model silnika Lenoir.
Ponieważ Lenoir i Otto nie byli zaznajomieni z elektrotechniką, zapłon w ich prototypach powstał w wyniku otwartego płomienia, który zapalał mieszankę wewnątrz cylindra przez rurkę. Główną różnicą między silnikiem Otto a silnikiem Lenoira było pionowe umieszczenie cylindra, co skłoniło Otto do wykorzystania energii spalin do podniesienia tłoka po suwie roboczym. Skok roboczy tłoka w dół został zainicjowany ciśnieniem atmosferycznym. A gdy ciśnienie w cylindrze osiągnęło ciśnienie atmosferyczne, zawór wydechowy otworzył się, a tłok wyparł spaliny swoją masą. To właśnie całkowite wykorzystanie energii pozwoliło na podniesienie sprawności do zawrotnego w tamtym czasie 15%, co przewyższało sprawność nawet silników parowych. Ponadto konstrukcja ta umożliwiła pięciokrotnie mniejsze zużycie paliwa, co następnie doprowadziło do całkowitej dominacji takiej konstrukcji na rynku.
Ale główną zasługą Otto jest wynalezienie czterosuwowego procesu silnika spalinowego. Ten wynalazek powstał w 1877 roku i został jednocześnie opatentowany. Ale francuscy przemysłowcy pogrzebali w swoich archiwach i odkryli, że pomysł czterosuwowej operacji kilka lat przed patentem Otto został opisany przez Francuza Beau de Roche. Umożliwiło to zmniejszenie opłat patentowych i rozpoczęcie opracowywania własnych silników. Ale dzięki doświadczeniu silniki Otto były o głowę i ramiona ponad konkurencją. A do 1897 r. wykonano ich 42 tys.
Ale czym właściwie jest cykl Otto? Są to cztery skoki ICE znane nam ze szkoły - wlot, sprężanie, skok roboczy i wydech. Wszystkie te procesy zajmują tyle samo czasu, a charakterystykę cieplną silnika przedstawia poniższy wykres:
Gdzie 1-2 to kompresja, 2-3 to skok roboczy, 3-4 to wylot, 4-1 to wlot. Sprawność takiego silnika zależy od stopnia sprężania i wskaźnika adiabatycznego:
, gdzie n to stopień sprężania, k to wskaźnik adiabatyczny, czyli stosunek pojemności cieplnej gazu przy stałym ciśnieniu do pojemności cieplnej gazu przy stałej objętości.
Innymi słowy, jest to ilość energii, którą należy wydać, aby przywrócić gaz wewnątrz butli do poprzedniego stanu.
Cykl Atkinsona
Został wynaleziony w 1882 roku przez Jamesa Atkinsona, brytyjskiego inżyniera. Cykl Atkinsona zwiększa wydajność cyklu Otto, ale zmniejsza moc wyjściową. Główną różnicą jest różny czas wykonania różnych suwów silnika.
Specjalna konstrukcja dźwigni silnika Atkinsona umożliwia wykonanie wszystkich czterech skoków tłoka w jednym obrocie wału korbowego. Również ta konstrukcja sprawia, że skoki tłoka są różnej długości: skok tłoka podczas wlotu i wydechu jest dłuższy niż podczas sprężania i rozprężania.
Inną cechą silnika jest to, że krzywki rozrządu (otwieranie i zamykanie zaworów) znajdują się bezpośrednio na wale korbowym. Eliminuje to potrzebę oddzielnej instalacji wałka rozrządu. Ponadto nie ma potrzeby instalowania skrzyni biegów, ponieważ wał korbowy obraca się z połową prędkości. W XIX wieku silnik nie otrzymał dystrybucji ze względu na złożoną mechanikę, ale pod koniec XX wieku stał się bardziej popularny, ponieważ zaczął być stosowany w hybrydach.
Czy w drogim Lexusie są takie dziwne jednostki? W żadnym wypadku nikt nie zamierzał zaimplementować cyklu Atkinsona w czystej postaci, ale całkiem możliwe jest zmodyfikowanie do niego zwykłych silników. Dlatego nie będziemy długo narzekać na Atkinson i przejść do cyklu, który przyniósł go do rzeczywistości.
Cykl Millera
Cykl Millera został zaproponowany w 1947 roku przez amerykańskiego inżyniera Ralpha Millera jako sposób na połączenie zalet silnika Atkinsona z prostszym silnikiem Otto. Zamiast mechanicznie skrócić suw sprężania niż suw mocy (jak w klasycznym silniku Atkinsona, gdzie tłok porusza się w górę szybciej niż w dół), Miller wpadł na pomysł zmniejszenia suwu sprężania za pomocą suwu ssania, utrzymując ruch tłoka w górę iw dół z taką samą prędkością (jak w klasycznym silniku Otto).
Aby to zrobić, Miller zaproponował dwa różne podejścia: albo zamknąć zawór wlotowy znacznie wcześniej niż koniec suwu ssania, albo zamknąć go znacznie później niż koniec tego suwu. Pierwsze podejście wśród opiekunów umownie nazywa się „skróconym wlotem”, a drugie – „skróconą kompresją”. Ostatecznie oba te podejścia dają to samo: spadek rzeczywistego stopnia sprężania mieszaniny roboczej względem geometrycznego, przy zachowaniu tego samego stopnia rozszerzalności (czyli skok suwu roboczego pozostaje taki sam jak w Silnik Otto, a skok sprężania jest niejako zmniejszony - tak jak u Atkinsona, zmniejsza się tylko nie w czasie, ale w stopniu sprężenia mieszanki).
Tak więc mieszanka w silniku Millera kompresuje się mniej niż musiałaby skompresować w silniku Otto o tej samej geometrii mechanicznej. Pozwala to na zwiększenie geometrycznego współczynnika sprężania (i odpowiednio współczynnika rozszerzalności!) powyżej granic określonych przez właściwości stukowe paliwa - doprowadzenie rzeczywistej kompresji do akceptowalnych wartości ze względu na opisane powyżej „skrócenie kompresji cykl". Innymi słowy, przy tym samym rzeczywistym stopniu sprężania (ograniczenie zużycia paliwa) silnik Millera ma znacznie wyższy stopień rozszerzalności niż silnik Otto. Pozwala to na pełniejsze wykorzystanie energii gazów rozprężających się w cylindrze, co de facto zwiększa sprawność cieplną silnika, zapewnia wysoką sprawność silnika i tak dalej. Jedną z zalet cyklu Millera jest również możliwość szerszego zróżnicowania czasu zapłonu bez ryzyka detonacji, co daje większe możliwości inżynierom.
Korzyści ze zwiększonej sprawności cieplnej cyklu Millera w stosunku do cyklu Otto towarzyszy utrata mocy szczytowej dla danej wielkości (i wagi) silnika z powodu degradacji wypełnienia cylindra. Ponieważ do uzyskania tej samej mocy wyjściowej niż silnik Otto wymagany byłby większy silnik Millera, korzyści z poprawy sprawności cieplnej cyklu zostaną częściowo wykorzystane na zwiększone straty mechaniczne (tarcie, wibracje itp.) wraz z rozmiarem silnika.
Cykl diesla
I na koniec warto chociaż pokrótce przypomnieć cykl Diesla. Rudolf Diesel początkowo chciał stworzyć silnik jak najbardziej zbliżony do cyklu Carnota, w którym sprawność determinowana jest jedynie różnicą temperatur płynu roboczego. Ale ponieważ chłodzenie silnika do zera absolutnego nie jest fajne, Diesel poszedł w drugą stronę. Zwiększył maksymalną temperaturę, dla której zaczął skompresować paliwo do wartości, które były wówczas poza limitem. Jego silnik okazał się bardzo wydajny, ale początkowo działał na nafcie. Rudolph zbudował pierwsze prototypy w 1893 roku i dopiero na początku XX wieku przeszedł na inne rodzaje paliwa, w tym olej napędowy.
- , 17.07.2015
Cykl Millera to cykl termodynamiczny stosowany w czterosuwowych silnikach spalinowych. Cykl Millera został zaproponowany w 1947 roku przez amerykańskiego inżyniera Ralpha Millera jako sposób na połączenie zalet silnika Atkinsona z prostszym mechanizmem tłokowym silnika Otto. Zamiast mechanicznego skracania suwu sprężania od suwu mocy (jak w klasycznym silniku Atkinsona, gdzie tłok porusza się w górę szybciej niż w dół), Miller wpadł na pomysł skrócenia suwu sprężania za pomocą suwu ssania, utrzymując ruch tłoka w górę iw dół z taką samą prędkością (jak w klasycznym silniku Otto).
Aby to zrobić, Miller zaproponował dwa różne podejścia: albo zamknąć zawór wlotowy znacznie wcześniej niż koniec suwu ssania (lub otworzyć później niż początek tego suwu), albo zamknąć go znacznie później niż koniec tego suwu. Pierwsze podejście wśród inżynierów silników jest umownie nazywane „skróconym wlotem”, a drugie - „skróconą kompresją”. Ostatecznie oba te podejścia dają to samo: zmniejszenie rzeczywistego stopnia sprężania mieszaniny roboczej względem geometrycznego, przy zachowaniu tego samego stopnia rozszerzalności (czyli skok suwu roboczego pozostaje taki sam jak w Silnik Otto, a skok sprężania jest niejako zmniejszony - tak jak u Atkinsona, tylko że jest zmniejszony nie w czasie, ale w stopniu sprężenia mieszanki). Przyjrzyjmy się bliżej drugiemu podejściu Millera.- ponieważ jest to nieco bardziej opłacalne pod względem strat sprężania, a zatem to właśnie jest praktycznie wdrażane w seryjnych silnikach samochodowych Mazdy "Miller Cycle" (taki 2,3-litrowy silnik V6 z mechaniczną sprężarką został zainstalowany na Mazda Xedos-9 przez długi czas, a ostatnio najnowszy „atmosferyczny” silnik I4 tego typu o pojemności 1,3 litra trafił do modelu Mazda-2).
W takim silniku zawór wlotowy nie zamyka się na końcu suwu ssania, ale pozostaje otwarty podczas pierwszej części suwu sprężania. Chociaż podczas suwu ssania cała objętość cylindra była wypełniona mieszanką paliwowo-powietrzną, część mieszanki jest wtłaczana z powrotem do kolektora dolotowego przez otwarty zawór wlotowy, gdy tłok porusza się w górę podczas suwu sprężania. Sprężanie mieszanki faktycznie zaczyna się później, gdy zawór wlotowy ostatecznie się zamyka, a mieszanka zostaje uwięziona w cylindrze. Tak więc mieszanka w silniku Millera kompresuje się mniej niż musiałaby skompresować w silniku Otto o tej samej geometrii mechanicznej. Pozwala to na zwiększenie geometrycznego współczynnika kompresji (i odpowiednio współczynnika rozszerzalności!) powyżej wartości granicznych ze względu na właściwości stukowe paliwa - doprowadzenie rzeczywistej kompresji do akceptowalnych wartości ze względu na opisane powyżej „skrócenie kompresji cykl". Innymi słowy, przy tym samym rzeczywistym stopniu sprężania (ograniczenie zużycia paliwa) silnik Millera ma znacznie wyższy stopień rozszerzalności niż silnik Otto. Pozwala to na pełniejsze wykorzystanie energii gazów rozprężających się w cylindrze, co de facto zwiększa sprawność cieplną silnika, zapewnia wysoką sprawność silnika i tak dalej.
Oczywiście odwrotne przesunięcie ładunku oznacza spadek wskaźników mocy silnika, a dla silników atmosferycznych cykl ten ma sens tylko w stosunkowo wąskim trybie obciążeń częściowych. W przypadku stałych faz rozrządu można to skompensować tylko w całym zakresie dynamiki za pomocą doładowania. W modelach hybrydowych brak trakcji w niesprzyjających warunkach jest kompensowany przez ciąg silnika elektrycznego.
Korzyści ze zwiększonej sprawności cieplnej cyklu Millera w stosunku do cyklu Otto towarzyszy utrata mocy szczytowej dla danej wielkości (i wagi) silnika z powodu degradacji wypełnienia cylindra. Ponieważ do uzyskania tej samej mocy wyjściowej niż silnik Otto wymagany byłby większy silnik Millera, korzyści z poprawy sprawności cieplnej cyklu zostaną częściowo wykorzystane na zwiększone straty mechaniczne (tarcie, wibracje itp.) wraz z rozmiarem silnika. Dlatego inżynierowie Mazdy zbudowali swój pierwszy silnik produkcyjny z nieatmosferycznym cyklem Millera. Kiedy podłączyli do silnika sprężarkę Lysholm, byli w stanie odzyskać wysoką gęstość mocy bez utraty dużej wydajności zapewnianej przez cykl Millera. To właśnie ta decyzja sprawiła, że silnik Mazdy V6 „Miller Cycle” stał się atrakcyjny dla Mazdy Xedos-9 (Millenia lub Eunos-800). Rzeczywiście, przy pojemności roboczej 2,3 litra wytwarza moc 213 KM. i moment obrotowy 290 Nm, co odpowiada charakterystyce konwencjonalnych 3-litrowych silników atmosferycznych, a jednocześnie zużycie paliwa jak na tak mocny silnik w dużym samochodzie jest bardzo niskie - na autostradzie 6,3 l/100 km, w mieście – 11,8 l/100 km, co odpowiada osiągom znacznie słabszych silników 1,8 litra. Dalszy rozwój technologii pozwolił inżynierom Mazdy zbudować silnik Miller Cycle o akceptowalnej charakterystyce gęstości mocy już bez użycia doładowania - nowy system sekwencyjnego rozrządu, dynamicznie kontrolujący fazy dolotu i wydechu, pozwala częściowo zrekompensować spadek mocy maksymalnej cykl Millera. Nowy silnik będzie produkowany jako rzędowy 4-cylindrowy o pojemności 1,3 litra, w dwóch wersjach: 74 KM (118 Nm momentu obrotowego) i 83 KM (121 Nm). Jednocześnie zużycie paliwa w tych silnikach spadło w porównaniu z konwencjonalnym silnikiem o tej samej mocy o 20 procent - do czterech i trochę litrów na sto kilometrów. Ponadto toksyczność silnika cyklicznego Millera jest o 75 procent niższa niż obecne wymagania środowiskowe. Realizacja W klasycznych silnikach Toyoty z lat 90. ze stałymi fazami pracującymi w cyklu Otto, zawór dolotowy zamyka się 35-45 ° po BDC (pod względem kąta wału korbowego), stopień sprężania wynosi 9,5-10,0. W bardziej nowoczesnych silnikach z VVT możliwy zakres zamykania zaworu wlotowego rozszerzył się do 5-70 ° po BDC, stopień sprężania wzrósł do 10,0-11,0. W silnikach modeli hybrydowych pracujących tylko zgodnie z cyklem Millera zakres zamykania zaworu dolotowego wynosi 80-120°...60-100° po BDC. Geometryczny współczynnik kompresji wynosi 13,0-13,5. W połowie 2010 roku pojawiły się nowe silniki z szerokim zmiennym rozrządem (VVT-iW), które mogą pracować zarówno w cyklu normalnym, jak i cyklu Millera. W wersjach atmosferycznych zakres zamykania zaworu wlotowego wynosi 30-110° po BDC z geometrycznym stopniem sprężania 12,5-12,7, w wersjach turbo - odpowiednio 10-100° i 10,0.
CZYTAJ TAKŻE NA STRONIEHonda NR500 8 zaworów na cylinder z dwoma korbowodami na cylinder, bardzo rzadki, bardzo ciekawy i dość drogi motocykl na świecie, zawodnicy Hondy byli mądrzy i mądrzy))) Wyprodukowano około 300 sztuk, a teraz ceny ... W 1989 roku Toyota wprowadziła na rynek nową rodzinę silników, serię UZ. W linii pojawiły się jednocześnie trzy silniki, różniące się objętością roboczą cylindrów, 1UZ-FE, 2UZ-FE i 3UZ-FE. Strukturalnie są to ósemka w kształcie litery V z ... |