Патент США 2 670 595 | 2 марта 1954 г.

Хотя Миллер упоминает как раннее, так и позднее закрытие впускного клапана, он, похоже, предпочитал закрывать впускной клапан раньше, когда объем цилиндра все еще увеличивался, потому что дополнительное расширение после закрытия впускного клапана могло еще больше охладить впускной заряд. Он называл это «внутренним охлаждением» 9.0042 [3520] . Рисунок 1 иллюстрирует стратегию EIVC Миллера для форсированного дизельного двигателя из патента 1954 года. Обратите внимание, что изменение момента закрытия впускного клапана требовалось между 50-100% нагрузки. Современные подходы к проектированию двигателей, называемые использованием цикла Миллера, обычно форсированы и включают как раннее [1912] , так и позднее закрытие впускного клапана [1919] .

Иногда двигатели с поздним закрытием впускных клапанов называют двигателями цикла Аткинсона . Некоторые предпочитают ограничиваться ссылкой на двигатели, работающие по циклу Аткинсона, как на безнаддувные двигатели с поздним закрытием впускного клапана. Однако оригинальные патенты Джеймса Аткинсона относятся не к моменту закрытия клапана, а к двигателю, в котором один цикл двигателя завершается за один оборот коленчатого вала, и с механизмом коленчатого вала, который допускал более высокую степень расширения, чем степень сжатия. Управление моментом закрытия впускного клапана для достижения этого эффекта не упоминается [1915] [1916] .

В то время как Аткинсон заслуживает похвалы за то, что он, возможно, первым осознал преимущества различных степеней сжатия и расширения, Миллеру следует отдать должное за разработку рецепта достижения ряда целей, который остается актуальным даже для современных двигателей внутреннего сгорания. Таким образом, было бы оправданно ссылаться на проявления чрезмерно расширенных циклов, которые зависят от переменного момента закрытия впускного клапана для их реализации в качестве двигателей с циклом Миллера — независимо от того, используют ли они принудительную индукцию или нет, и независимо от того, являются ли они воспламенением от сжатия или искровым зажиганием. . Идеи Миллера успешно применялись в коммерческих целях, в то время как механизм Аткинсона имел очень ограниченное коммерческое применение.

Однако широко распространено игнорирование исторического контекста, и Аткинсону и Миллеру часто приписывают современную реализацию чрезмерно расширенных циклов с использованием синхронизации IVC. Называть некоторые из них двигателями с циклом Аткинсона совершенно произвольно. Примером такого произвольного подхода является терминология, используемая Агентством по охране окружающей среды США, которое считает цикл Аткинсона чрезмерно расширенным циклом, применяемым к двигателям без наддува с EIVC или LIVC, а цикл Миллера — циклом Аткинсона (т. е. EIVC). или LIVC) с турбокомпрессором или нагнетателем [3476] .

Коммерческие приложения

Интерес к применению идей Ральфа Миллера возрос в 1980-х годах, а в 1990-х годах появился ряд коммерческих приложений. Mazda KJ-ZEM объемом 2,3 л, представленная в 1993 году, была ранней бензиновой версией для легковых автомобилей [2823] . Кроме того, с конца 1990-х компания Niigata Power производила среднеоборотные дизельные двигатели 32FX [2586] . Большие стационарные газовые двигатели были еще одним приложением, которое привлекло внимание примерно в это время.0042 [3510] . Многие из этих ранних приложений были мотивированы потенциалом увеличения удельной мощности и эффективности. Надежное оборудование для изменения фаз газораспределения еще не было доступно (или, возможно, даже не требовалось) для многих из этих приложений, и они полагались на фиксированный EIVC или LIVC.

Интерес к применению цикла Миллера для сокращения выбросов NOx в дизельных двигателях начался в 1990-х годах для некоторых судовых двигателей IMO Tier 1. Некоторые из этих двигателей могут использовать относительно мягкий «эффект Миллера» и, таким образом, могут использовать фиксированные фазы газораспределения 9.0042 [2586] . Дальнейшее сокращение NOx потребует более агрессивного эффекта Миллера и, следовательно, изменения времени закрытия впускного клапана для решения проблем с низкой нагрузкой и запуском двигателя. Одними из первых двигателей для этого были двигатели Caterpillar 2004 года для дорожных двигателей C11, C13 и C15. Кроме того, для среднеоборотных судовых двигателей был принят аналогичный подход к предельным значениям NOx уровня 2 IMO, которые вступили в силу в 2010 году.

В бензиновых двигателях легковых автомобилей преимущества эффективности стратегий LIVC были привлекательными для двигателей гибридных автомобилей. Тойота 1 ^-й -го поколения Prius перенял эту технологию в 1997 году. Последующие поколения Prius продолжали использовать эту технологию. В 2007 году Mazda представила безнаддувный двигатель SI MZR 1,3 л для японского рынка с фиксированным LIVC и для негибридных автомобилей. Примерно с 2012 года необходимость дальнейшего снижения расхода топлива привела к более широкому применению LIVC к негибридным бензиновым двигателям малой грузоподъемности. Для этих приложений, многие из которых уже имели фазовращатели кулачков, включение цикла Миллера было относительно недорогой мерой. Дизельные двигатели малой грузоподъемности медленнее внедряли идеи Миллера, возможно, из-за дополнительных затрат. Многие дизельные двигатели малой грузоподъемности не используют фазовращатели кулачков.

###

Влияние стратегий цикла Миллера на характеристики сгорания, выбросы и эффективность в дизельных двигателях большой мощности

2020-04-14

В этом исследовании экспериментально исследуется влияние циклов Миллера на процесс сгорания, выбросы и тепловой КПД в дизельных двигателях большой мощности. Эксперименты проводились при постоянных оборотах двигателя, нагрузке и выходе двигателя NO _x (1160 об/мин, 1,76 МПа нетто IMEP, 4,5 г/кВтч) на одноцилиндровом исследовательском двигателе, оснащенном полностью гибким гидравлическим клапанным механизмом. система. Стратегии раннего закрытия впускного клапана (EIVC) и позднего закрытия впускного клапана (LIVC) сравнивали с традиционным профилем впускного клапана. В то время как снижение эффективной степени сжатия, связанное с использованием профилей клапана Миллера, было симметричным относительно нижней мертвой точки, снижение объемного КПД (VE) не было. Профили EIVC были более эффективны для снижения VE, чем профили LIVC. Несмотря на эту разницу, профили EIVC и LIVC с сопоставимым снижением VE привели к аналогичным изменениям в характеристиках сгорания и выбросов. Работа по циклу Миллера при постоянном давлении на впуске привела к более низким пиковым давлениям в цилиндрах, более высоким температурам выхлопных газов и более низким требованиям к рециркуляции отработавших газов по сравнению с базовым случаем, хотя и со значительным снижением расхода топлива. Повышение давления во впускном коллекторе для соответствия базовому лямбда позволило преодолеть штраф за расход топлива без ущерба для NO 9.0108 x выбросов. Поскольку было показано, что реализация цикла Миллера влияет на общую эффективность турбонагнетателя ( n _TC ), выбранные профили EIVC/LIVC сравнивались с исходными условиями при трех различных значениях общей эффективности турбонагнетателя. На базовом уровне η _TC профили цикла Миллера снижают пиковое давление в цилиндрах и повышают температуру выхлопных газов с минимальными штрафами за выбросы BSFC и твердых частиц (PM). При высокой общей эффективности турбонагнетателя использование цикла Миллера обеспечивает снижение пикового давления в цилиндре и повышение температуры выхлопных газов по сравнению с обычными профилями впускных клапанов без ущерба для BSFC, NO 9.0108 x или выбросы твердых частиц.

SAE MOBILUS

Подписчики могут просматривать аннотации и загружать весь контент SAE. Учить больше »

Доступ к САЕ МОБИЛУС »

Цифровой $33,00 Распечатать $33,00

Предварительный просмотр документа Добавить в корзину

Участники экономят до 18% от прейскурантной цены.
Войдите, чтобы увидеть скидку.