Cykl Millera (silnik o cyklu Millera)

Określenie cyklu obiegu Millera wiąże się z inżynierem mieszkającym w USA Ralph'em Miller'em, który w 1940 roku opracował i później opatentował doładowany silnik.

Silnik koncepcji Millera miał głównie zastosowanie w dużych wolnoobrotowych silnikach (okręty, generatory prądu).
Wyjątek stanowi jedyne zastosowanie tego rodzaju silnika w seryjnym samochodzie Mazda Xedos 9. Był to silnik V6 o pojemności 2.3 l, cztery wałki rozrządu i 24 zawory. Co ciekawe osiągi jakie uzyskiwał samochód śmiało można by przypisać jednostce o pojemności trzech litrów, a ekonomikę silnikowi dwulitrowemu. Przypomnieć należy, że Mazda od kilkudziesięciu lat eksperymentuje z różnymi silnikami. Najciekawszą konstrukcją jest niewątpliwie silnik Wankla.

Silnik o cyklu obiegu Millera posiada zredukowany suw sprężania, co spowodowało mniejszy stopień sprężania mieszanki paliwowej. Aby zrekompensować niedostatek mocy cykl pracy (spalania) odznacza się pełnym stopniem rozprężania. Aby wyjaśnić wszelkie niuanse cyklu Millera oto kilka elementów, które wymagają opisu:
Jak wiadomo im mniejszy silnik tym mniejsze opory tarcia wewnątrz cylindra i ruchomych elementów. Badania wykazują, że zmniejszenie pojemności skokowej o 30% daje nam zmniejszenie strat tarcia o 25%.
Kolejnym ważnym elementem jest określenie rzeczywistego stopnia sprężania. W porównaniu z obliczonym faktyczny stopień sprężania wyznaczyć można z faz pracy zaworów. Ściślej opisując praktyczny suw sprężania rozpoczyna w chwili zamknięcia zaworów dolotowych. To samo jest z suwem pracy, który przebiega do chwili otwarcia zaworów wylotowych. W 99 procentach produkowanych silników suwy sprężania i pracy są sobie równe.
Następnym elementem jest efektywność temperaturowa. Zwiększając stopień sprężania powoduje się wzrost skuteczności cieplnej silnika. Nie dzieje się to jednak bez negatywnych skutków ubocznych. Do nich należą zwiększona emisja toksycznych NOx i niekontrolowane spalanie stukowe.
Straty tłoczenia wynikają z energii jaka jest niezbędna do ssania powietrza do silnika i wydechu spalin z silnika. W tradycyjnym silniku o cyklu Otta zawór wylotowy otwiera się wcześniej, aby umożliwić gazom łatwiejsze opuszczenie cylindra.
Nastepny ważny czynnik to straty spowodowane tłumieniem dostępu powietrza do komór spalania. Lepsza zdolność do napełnienia silnika powietrzem powoduje większą moc. Najprostszym sposobem efektywnej wentylacji jest doładowanie silnika przy pomocy turbiny.

Wracając do opisu cyklu Millera należy opisać przyczyny osiągania tak dobrych parametrów silnik. Są to:
mniejsza pojemność skokowa – wzrost efektywności spalania wraz ze zmniejszaniem wielkości silnika,
zredukowany suw sprężania i straty tłoczenia (później domykane zawory dolotowe) – niższy współczynnik tarcia,
chłodzenie ładunku w dwóch chłodnicach powietrza (intercooler’ach)
poprawa spalania poprzez lepsze ukształtowanie komory spalania.

Podsumowując główną różnicą cyklu Millera i Otta jest to, że że przy redukcji suwu sprężania i tak uzyskuje się pełną moc oraz pełny suw pracy. W cyklu Otta suw sprężania i tłoczenia jest taki sam.
Jednakże w cyklu Millera, późniejsze domknięcie zaworów dolotowych likwiduje potrzebę zachowania energii niezbędnej do pokonania tarcia tłoczenia czy oporów tłoczenia występujących przy pełnym suwie sprężania. Pozostaje fakt, iż w tym rewolucyjnym silniku około połowa zassanej mieszanki zostałaby wypchnięta na powrót do kolektora dolotowego, tym samym zmniejszając efektywność napełnienia. Na tą bolączkę znalazło się zastosowanie śrubowej sprężarki mechanicznej (ang. Lysholm Compressor - twin-screw compressor) o dwóch przeciwsobnych wałkach wirujących z prędkościami rzędu 30000 obr./min. Zaletą tego rozwiązania jest brak tzw. "turbo-dziury" oraz eliminacja potrzeby chłodzenia mechanizmu sprężarki.

Kończąc należy powiedzieć, że jak na rok 2004 konstrukcja pojawiła się tylko w modelu Mazdy sprzed kilku lat. Należy twierdzić, że silnik w obiegu Millera nie odegra tak zaszczytnej roli w historii motoryzacji jak np. silnik diesla z wtryskiem commonrail. Stanie w rzędzie na równi z silnikiem wankla i dwusuwem, który wyraźnie przeszedł już do lamusa.

Na zdjęciu Mazda Xedos 9 - jedyny seryjny samochód z silnikiem o obiegu Millera.
[fot. http://www.tiscali.co.uk]