Цикл Миллера

Эта статья требует дополнительных ссылок для проверки . Пожалуйста, помогите улучшить эту статью , добавив цитаты из надежных источников . Материал, не полученный от источника, может быть оспорен и удален. Найти источники:  «Цикл Миллера»  -  новости  · газеты  · книги  · ученый  · JSTOR ( июль 2014 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения )

Термодинамика
Классический тепловой двигатель Карно
ветви Классический Статистическая Химическая Квантовая термодинамика Равновесие  / Неравновесие
Законы Zeroth Первый Второй В третьих
Системы Закрытая система Изолированная система Состояние Уравнение состояния Идеальный газ Настоящий газ Состояние вопроса Фаза (материя) Равновесие Контрольный объем Инструменты Процессы Изобарический Изохорический Изотермический Адиабатический Изэнтропический Изентальпический Квазистатический Политропный Бесплатное расширение Обратимость Необратимость Необратимость Циклы Тепловые двигатели Тепловые насосы Тепловая эффективность
Свойства системы Примечание: Сопряженные переменные в курсивом Диаграммы свойств Интенсивные и обширные свойства Функции процесса Работа Высокая температура Функции государства Температура  / энтропия  ( введение ) Давление  / Объем Химический потенциал  / число частиц Качество пара Сниженные свойства
Свойства материала Базы данных недвижимости Удельная теплоемкость  ${\ displaystyle c =}$ ${\ displaystyle T}$ ${\ displaystyle \ partial S}$ ${\ displaystyle N}$ ${\ displaystyle \ partial T}$ Сжимаемость  ${\ displaystyle \ beta = -}$ ${\ displaystyle 1}$ ${\ displaystyle \ partial V}$ ${\ displaystyle V}$ ${\ displaystyle \ partial p}$ Тепловое расширение  ${\ Displaystyle \ альфа =}$ ${\ displaystyle 1}$ ${\ displaystyle \ partial V}$ ${\ displaystyle V}$ ${\ displaystyle \ partial T}$
Уравнения Теорема Карно Теорема Клаузиуса Фундаментальное отношение Закон идеального газа Максвелл отношения Онсагер взаимные отношения Уравнения Бриджмена Таблица термодинамических уравнений
Возможности Свободная энергия Свободная энтропия Внутренняя энергия ${\ Displaystyle U (S, V)}$ Энтальпия ${\ Displaystyle H (S, p) = U + pV}$ Свободная энергия Гельмгольца ${\ Displaystyle А (Т, В) = U-TS}$ Свободная энергия Гиббса ${\ Displaystyle G (T, p) = H-TS}$
История Культура История Общий Энтропия Газовые законы Машины "вечный двигатель" Философия Энтропия и время Энтропия и жизнь Броуновская трещотка Демон Максвелла Парадокс тепловой смерти Парадокс лошмидта Синергетика Теории Теория калорийности Теория тепла Vis viva («живая сила») Механический эквивалент тепла Сила мотивации Ключевые публикации " Экспериментальное исследование ... тепла " « О равновесии неоднородных веществ » « Размышления о движущей силе огня » Сроки Термодинамика Тепловые двигатели Изобразительное искусство Образование Термодинамическая поверхность Максвелла Энтропия как рассеивание энергии
Ученые Бернулли Больцман Карно Клапейрон Клаузиус Каратеодори Duhem Гиббс фон Гельмгольц Джоуль Максвелл фон Майер Онсагер Ренкин Смитон Шталь Томпсон Томсон ван дер Ваальс Waterston
Другой Зарождение Самостоятельная сборка Самоорганизация Порядок и беспорядок
Книга Категория
v т е

В технике , то цикл Миллера является термодинамический цикл используется в типе двигателя внутреннего сгорания . Цикл Миллера был запатентован Ральфом Миллером , американским инженером, патент США 2817322 от 24 декабря 1957 года. Двигатель может быть двух- или четырехтактным и может работать на дизельном топливе , газе или комбинированном топливе. ^[1]

Этот тип двигателя сначала использовался на кораблях и стационарных электростанциях, а теперь используется в некоторых железнодорожных локомотивах, таких как GE PowerHaul . Он был адаптирован Mazda для своего KJ-ZEM V6 , используемого в седане Millenia , и в их роскошных автомобилях седан Eunos 800 (Австралия). Совсем недавно, Subaru объединила Миллер цикл а плоско-4 с гибридной трансмиссией для своей концепции «Turbo Parallel Hybrid» автомобиль, известной как Subaru B5-TPH, а Nissan представил небольшой трехцилиндровый двигатель с регулируемыми фазами газораспределения впускных клапанов, который, как утверждается, работает по циклу Аткинсона при низкой нагрузке (таким образом, более низкая удельная мощность не является помехой) или по циклу Миллера при небольшом форсировании на низком давление, вариант с наддувом, возврат к обычному режиму (либо всасывание, либо более сильный наддув), более плотная работа по циклу Отто при более высоких нагрузках. В последнем примере особая природа цикла Миллера позволяет версии с наддувом не только быть умеренно более мощной, но и требовать лучшей, почти дизельной экономии топлива с более низкими выбросами, чем (более простой, дешевый) всасывающий-всасывающий - в отличие от обычной ситуации с наддувом, что приводит к значительному увеличению расхода топлива.

Обзор [ править ]

В традиционном поршневом двигателе внутреннего сгорания используется четыре такта, два из которых могут считаться мощными: такт сжатия (поток большой мощности от коленчатого вала к заряду ) и рабочий ход (поток большой мощности от газов 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. Обычно эта потеря наддувочного воздуха приводит к потере мощности. Однако в цикле Миллера это компенсируется использованием нагнетателя . Нагнетатель, как правило, должен быть объемного типа ( Rootsили винтовой) типа 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 дополнить 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.

Температура зарядки [ править ]

Наддувочный воздух сжимается с помощью нагнетателя (и охлаждается промежуточным охладителем ) до давления выше, чем необходимо для цикла двигателя, но наполнение цилиндров уменьшается 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 ниже в начале цикла, 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.^[2]

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. ^{[ необходима цитата ]}

Степень сжатия [ править ]

Эффективность повышается за счет такой же эффективной степени сжатия и большей степени расширения. Это позволяет извлечь 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.

Потери нагнетателя [ править ]

Преимущества использования нагнетателей прямого вытеснения связаны с расходами из-за паразитной нагрузки . Около 15-20% мощности, генерируемой двигателем с наддувом, обычно требуется для работы наддува, который сжимает всасываемый заряд (также известный как наддув).

Главное преимущество / недостаток [ править ]

Основным преимуществом цикла является то, 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 двигателей с искровым зажиганием. Тем не менее, для каждого применения необходимо найти компромисс между повышением эффективности системы и трением (из-за большего смещения).

Краткое содержание патента [ править ]

Приведенный выше обзор может описывать современную версию цикла Миллера, но он в некоторых отношениях отличается от патента 1957 года. В патенте описан «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, 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, управляет подъемом 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 . При повышении давления во впускном коллекторе (из-за действия турбонагнетателя) эффективная степень сжатияв цилиндре опускается (из-за увеличения подъемной силы ККТ) и наоборот. Это «обеспечит надлежащий запуск и зажигание топлива при малых нагрузках». ^[1]

Двигатель цикла Аткинсона [ править ]

Подобный метод отсроченного закрытия клапана используется в некоторых современных версиях двигателей с циклом Аткинсона , но без наддува. Эти двигатели обычно используются на гибридных электромобилях , где целью является эффективность, а потери мощности по сравнению с циклом Миллера компенсируются за счет использования электродвигателей. ^[3]

Ссылки [ править ]