Millerův cyklus – termodynamický cyklus spalovacího motoru s upraveným časováním sání

Princip

Millerův cyklus mění okamžik uzavření sacích ventilů tak, aby se efektivní (skutečný) kompresní zdvih zkrátil, zatímco expanzní zdvih zůstává plný. Existují dvě varianty: pozdní uzavření sacího ventilu (LIVC), kdy ventil zůstává otevřený i na začátku kompresního zdvihu a část náplně se vytlačí zpět do sacího potrubí, a brzké uzavření (EIVC), kdy se ventil zavře ještě před dolní úvratí.^[1] V obou případech je výsledkem nižší tlak náplně na začátku komprese a delší expanze spalin téměř k atmosférickému tlaku, čímž motor získá z paliva více práce.^[1]

Cyklus navrhl americký inženýr Ralph Miller a patentoval jej v roce 1957 (patent US 2 817 322).^[1] Snížení efektivního kompresního poměru zmenšuje čerpací ztráty (škrcení v sání) a teplotu náplně, což umožňuje příznivější časování zážehu a nižší tvorbu oxidů dusíku.^[1]

Vztah k Atkinsonovu cyklu

Millerův cyklus sleduje stejný cíl jako Atkinsonův cyklus – delší expanzi než kompresi – ale dosahuje jej jednodušším klikovým mechanismem a úpravou časování ventilů místo složitého pákoví původního Atkinsonova motoru.^[1] Hlavní praktický rozdíl je v kompenzaci ztráty plnění: Millerovy motory ji typicky řeší přeplňováním, zatímco moderní atmosférické Atkinsonovy motory se s ní vyrovnávají ve spolupráci s elektromotorem v hybridním ústrojí.^[1] Mazda dokonce popisuje svůj přístup slovy, že „Millerův cyklus je naše metoda, jak dosáhnout Atkinsonova cyklu".^[2]

Přeplňování a kompresní poměr

Protože pozdní nebo brzké uzavření sacích ventilů snižuje množství náplně ve válci, klesá výkon. Klasické Millerovy motory proto používaly mechanický kompresor; moderní provedení sahají po turbodmychadle.^[1] Kompresor poskytuje plnicí tlak i při nízkých otáčkách, ale odebírá 15–20 % výkonu jako vlastní pohon, zatímco turbodmychadlo je úspornější za cenu prodlevy v nízkých otáčkách.^[1] V kombinaci s vysokým geometrickým kompresním poměrem (např. 12,5:1 u zážehového 1,5 TSI koncernu Volkswagen) tak motor dosahuje vyšší účinnosti a nižších emisí CO₂.^[3]

Použití v sériových automobilech

Prvním masově nasazeným osobním automobilem s Millerovým cyklem byl v 90. letech sedan Mazda Millenia (motor KJ-ZEM V6 s mechanickým kompresorem).^[1] Princip později využila Mazda u atmosférických zážehových motorů řady Skyactiv-G s neobvykle vysokým kompresním poměrem 13:1 až 14:1, kde se proměnným časováním ventilů přepíná mezi Otto a Millerovým/Atkinsonovým režimem podle zatížení.^[2]

Millerovo časování dnes patří k základním nástrojům pro snížení spotřeby u přeplňovaných benzinových motorů. Najdeme jej u motorové rodiny EA211 koncernu Volkswagen (motor 1,5 TSI s deaktivací válců), v provedení mild-hybridních eTSI i u značky Audi a Toyota.^[3] Technologicky cyklus souvisí i s dalšími metodami zvyšování účinnosti zážehových motorů, jako je variabilní časování ventilů nebo deaktivace válců.^[4]

Výhody a omezení

• Vyšší termodynamická účinnost a nižší spotřeba paliva, řádově až o 10 %.^[3]
• Nižší teplota náplně a tím nižší emise oxidů dusíku.^[1]
• Nutnost přeplňování, případně pokročilého variabilního časování, zvyšuje složitost motoru.^[4]
• U mechanického kompresoru ubírá jeho pohon část výkonu; u turbodmychadla hrozí prodleva v nízkých otáčkách.^[1]