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超級增壓器與米勒循環：能量是如何在引擎內迸發的？
在現代工程學中，米勒循環被視為一種革新的熱力學循環，特別是在內燃機的設計中。首次由美國工程師拉爾夫·米勒於1957年申請專利，這種引擎技術結合了超級增壓器的優勢，使得引擎的性能得以提升，實現了燃料的更高效率。
傳統的內燃機大多使用四個行程，其中包含兩個高功率行程：壓縮行程和動力行程。在米勒循環中，進氣閥的開啟時間較長，導致壓縮行程被劃分為兩個階段。在此過程中，部分進入氣缸的燃料混合氣被推回進氣道，這通常會導致動力損失，但米勒循環透過超級增壓器的協助來彌補這一損失。
米勒循環的特點在於其“第五行程”，這在傳統引擎的設計中並不常見。
米勒循環引擎的壓縮比和膨脹比的設計使得燃料混合氣的壓縮更加有效。當進氣閥關閉後，活塞才進行真正的壓縮，這使得引擎可以在更低的溫度下運作，進而提升了整體的熱效率。
米勒循環的操作原理
在米勒循環中，超級增壓器的運作至關重要。此裝置在相對較低的轉速下仍能生產足夠的增壓，使得引擎在各種工況下依然保持良好的性能。相比之下，透過增壓器與渦輪增壓器的結合可以進一步提高運作效率，但這也來自於更高的技術挑戰。
一個顯著的特點是，在米勒循環中，當活塞開始壓縮燃料時，進氣閥仍然處於開啟狀態，使得在壓縮行程的最初部分，活塞將部分燃料混合氣再次推回進氣歧管。這看似是一種損失，但通過超級增壓的力量可以做出相應的補償。
充氣溫度的調控
米勒循環的一大優勢在於其可以降低進氣氣體的溫度。透過超級增壓器的冷卻效果，這一操作不僅能夠提高引擎的功率表現，還能在降低壓力的同時提升空氣的密度。此設計的背後，意在提升燃燒效率並減少氮氧化物的排放，這在船舶及發電廠的大型柴油引擎中尤為重要。
降低最終充氣溫度使得引擎的整體效率不斷提升，並且可以進一步提前點火時機，突破正常的爆震限制。
壓縮比與能效
米勒循環大幅增加了能量的利用效率，這是因為其有效的壓縮比與膨脹比的結合。由於在擴張行程中，氣體幾乎可被擴展至大氣壓，這為引擎的能量回收創造了良好的條件。不過，這些設計也帶來了一些折衷，比如增壓器的損失和性能的波動。
增壓器的挑戰
雖然使用正排量的超級增壓器可以提升引擎性能，但同時也會帶來額外的能量損耗，約佔15到20%的發電功率。此外，渦輪增壓器在低轉速下可能會出現延遲現象，這就讓引擎在較低轉速下需依賴米勒循環持續運作，以彌補性能的缺口。
小結
在當前的汽車設計當中，米勒循環無疑是提升燃燒效率的一大特徵。無論是一般的消費車還是高性能的賽車，這種引擎設計都顯示出其卓越的優勢與實用性。隨著科技的發展，未來在增壓技術與引擎循環之間的平衡將愈發關鍵。那么，未來的引擎設計又能如何在性能與環保之間找到最佳平衡呢？
