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Supercargador y ciclo Miller: ¿Cómo estalla la energía en el motor?
En la ingeniería moderna, el ciclo de Miller se considera un ciclo termodinámico innovador, especialmente en el diseño de motores de combustión interna. Patentada por primera vez por el ingeniero estadounidense Ralph Miller en 1957, esta tecnología de motor combina las ventajas de un sobrealimentador para mejorar el rendimiento del motor y lograr una mayor eficiencia de combustible.
Los motores de combustión interna tradicionales utilizan principalmente cuatro tiempos, incluidos dos tiempos de alta potencia: carrera de compresión y carrera de potencia. En el ciclo Miller, la válvula de admisión está abierta durante mucho tiempo, lo que hace que la carrera de compresión se divida en dos etapas. Durante este proceso, parte de la mezcla de combustible que ingresa al cilindro es empujada hacia el puerto de admisión, lo que generalmente resulta en una pérdida de potencia, pero el ciclo Miller compensa esta pérdida con la ayuda de un sobrealimentador.
El ciclo Miller se caracteriza por su "quinto tiempo", que no es común en los diseños de motores tradicionales.
El diseño de la relación de compresión y la relación de expansión del motor de ciclo Miller hace que la compresión de la mezcla de combustible sea más eficiente. Cuando la válvula de admisión está cerrada, el pistón realiza una compresión real, lo que permite que el motor funcione a una temperatura más baja, mejorando así la eficiencia térmica general.
Principio de funcionamiento del ciclo Miller
En el ciclo Miller, el funcionamiento del sobrealimentador es crucial. Este dispositivo aún puede producir suficiente impulso a velocidades relativamente bajas, lo que permite que el motor mantenga un buen rendimiento en diversas condiciones de funcionamiento. Por el contrario, la eficiencia operativa se puede mejorar aún más mediante la combinación de un sobrealimentador y un turbocompresor, pero esto también conlleva mayores desafíos técnicos.
Una característica notable del ciclo Miller es que cuando el pistón comienza a comprimir el combustible, la válvula de admisión todavía está abierta, de modo que durante la parte inicial de la carrera de compresión, el pistón empuja parte de la mezcla de combustible nuevamente hacia el tubo de admisión nuevamente. Esto puede parecer una pérdida, pero está más que compensado por el poder de la sobrealimentación.
Control de temperatura de inflado
Una de las ventajas del ciclo Miller es que puede reducir la temperatura del gas de entrada. A través del efecto de enfriamiento del sobrealimentador, esta operación no solo mejora el rendimiento de potencia del motor, sino que también aumenta la densidad del aire al tiempo que reduce la presión. La intención detrás de este diseño es mejorar la eficiencia de la combustión y reducir las emisiones de óxido de nitrógeno, lo cual es particularmente importante en los grandes motores diésel de barcos y centrales eléctricas.
Reducir continuamente la temperatura de carga final mejora la eficiencia general del motor y puede avanzar aún más el tiempo de encendido y superar el límite de detonación normal.
Relación de compresión y eficiencia energética
El ciclo Miller aumenta en gran medida la eficiencia energética debido a su combinación efectiva de relaciones de compresión y expansión. Dado que durante la carrera de expansión el gas puede expandirse casi hasta la presión atmosférica, se crean buenas condiciones para la recuperación de energía del motor. Sin embargo, estos diseños también conllevan algunas desventajas, como la pérdida de un sobrealimentador y fluctuaciones en el rendimiento.
Desafío del supercargador
Aunque el uso de un sobrealimentador de desplazamiento positivo puede mejorar el rendimiento del motor, también provocará una pérdida de energía adicional, que representa entre el 15 y el 20 % de la energía generada. Además, el turbocompresor puede experimentar un retraso a bajas revoluciones, lo que requiere que el motor dependa del ciclo Miller para continuar funcionando a bajas revoluciones para compensar la diferencia de rendimiento.
Resumen
En el diseño actual de automóviles, el ciclo Miller es sin duda una característica importante que mejora la eficiencia de la combustión. Ya sea un automóvil de consumo general o un automóvil de carreras de alto rendimiento, el diseño de este motor muestra sus excelentes ventajas y practicidad. Con el desarrollo de la tecnología, el equilibrio entre la tecnología de sobrealimentación y el ciclo del motor será cada vez más crítico en el futuro. Entonces, ¿cómo pueden los diseños de motores futuros encontrar el mejor equilibrio entre rendimiento y protección medioambiental?
