Ciclo Miller

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Il ciclo Miller, ideato dall'ingegnere americano Ralph Miller, che lo brevettò con il numero 2817322 il 24 dicembre del 1957, come il ciclo Atkinson è una variazione del ciclo Otto in cui si tenta di aumentare il rendimento.

Principio[modifica | modifica wikitesto]

Il principio è quello d'avere un rapporto di compressione più basso rispetto al rapporto d'espansione (mentre nel ciclo Otto o ciclo Diesel queste due fasi sono identiche), portando ad avere una fase di compressione più breve rispetto alla fase d'espansione, il che permette di migliorare la quantità d'energia estratta sotto forma di pressione dalla combustione.

Premessa[modifica | modifica wikitesto]

Un tradizionale motore alternativo a combustione interna a quattro tempi (sia Diesel che ciclo Otto) utilizza quattro corse, di cui due sono considerate “di potenza”: la corsa di compressione (l’albero motore eroga potenza per comprimere il fluido), e la corsa di espansione (il fluido che si espande per la combustione cede potenza all’albero motore). Delle quattro fasi del motore solo la espansione è attiva, mente le altre tre sono passive, ma occorre precisare che solo la compressione sottrae la maggiore potenza passiva, essendo la aspirazione e lo scarico soggette a necessità di potenze passive marginali, trattandosi di perdite di pompaggio in condotti “aperti”. La potenza estraibile dal motore è quella di espansione, a cui sono sottratte le tre passive.

Prolungare la fase di espansione, ovvero ridurre la fase di compressione aumenterebbe la potenza estraibile dal motore.

Descrizione del ciclo[modifica | modifica wikitesto]

Il ciclo Miller è applicato alla struttura di un motore convenzionale.

Nel ciclo Miller, la valvola di aspirazione ha una chiusura ritardata, e rimane aperta per il 25/30% della fase di compressione. Mentre di norma nel Ciclo Diesel ed Otto la chiusura si ha al completo riempimento del cilindro al Punto Morto Inferiore, nel ciclo Miller, superato il PMI la valvola di aspirazione è ancora aperta, si hanno quindi due effetti: il riflusso della aria (o miscela aria - combustibile) aspirata nel condotto di aspirazione, ed una modesta compressione fino a quando la valvola di aspirazione si chiude (al 20-30% della corsa di compressione), dopo di ciò inizia la compressione vera e propria. Questo effetto induce un riempimento parziale del cilindro, invece la espansione resta a cilindro completo e quindi il bilancio di potenza attiva è maggiore.

Se tale potenza è paragonata, a parità di cilindrata, essa è inferiore ad un motore convenzionale, in sintesi si ha la potenza di un motore di cilindrata inferiore, dato che tale è la quantità di aria aspirata e di carburante, ma data la espansione che invece è a cilindrata completa, rispetto alla compressione si ha un migliore utilizzo del gas espanso dalla combustione, con consumi specifici per unità di potenza erogata che sono minori in modo sensibile (7-8%), ed inoltre con gas ben espansi (meno rumore), a minore temperatura e minore energia persa nello scarico, e con minori emissioni di NOx. È come se esistessero due cilindri, uno più piccolo di compressione (in realtà lo stesso, ma meno riempito), ed uno più grande (completo) di espansione.

Utilizzi attuali[modifica | modifica wikitesto]

I maggiori utilizzi sono previsti per motori da autotrazione ibrida, cioè quando il motore endotermico ha una funzione di produzione costante o quasi, mentre i picchi di potenza sono supportati dalla energia elettrica accumulata. Nel caso che sia necessario comunque avere potenza ai bassi regimi si possono adottare compressori volumetrici, che però riducono la convenienza economica, ed aumentano la complessità.

In alcuni casi è confuso il ciclo Miller col ciclo Atkinson, però questo ultimo riguarda la stessa funzione di ridurre la fase di compressione realizzata con un complesso manovellismo. Tra le realizzazazioni del ciclo Miller, con semplice ritardo della chiusura della valvola di aspirazione, troviamo molti veicoli elettrici ibridi come la Honda Jazz 2013, la Toyota Prius, la Toyota Auris Hybrid (trazione anteriore), la Toyota Yaris Hybrid, la Lexus CT200h, la Lexus IS e la Ford Escape (trazione anteriore e 4WD).

Allo strato attuale esistono anche applicazioni che permettono il governo del motore col ciclo Miller, ma che permettono il passaggio al ciclo Otto, con potenza e consumi maggiori.

Un utilizzo importante è nei grandi motori marini, destinati a funzionare a regime pressoché costante per lunghi periodi di tempo, o per impianti fissi di produzione elettrica in siti isolati.

Note[modifica | modifica wikitesto]


Collegamenti esterni[modifica | modifica wikitesto]

  • Dizionario tecnico, su quattroruote.it. URL consultato il 25 maggio 2015 (archiviato dall'url originale l'11 gennaio 2008).