Ciclo Miller

El ciclo Miller es una variación del ciclo Otto en la que se utiliza un cilindro más grande de lo habitual, se aumenta la relación de compresión mediante un compresor mecánico y se cambian los momentos de apertura y cierre de las válvulas de escape. Otra modificación es la utilización de un intercooler en la admisión. Se trata de un proceso de combustión usado en motores de cuatro tiempos de combustión interna. Fue patentado por el ingeniero norteamericano Ralph Miller, en la década de los años 1940.

Éste tipo de motor fue usado por primera vez en embarcaciones y en plantas de energía, pero fue adaptado por Mazda para su motor KJ-ZEM V6, usado en el sedán Millenia. Recientemente, Subaru combinó el ciclo Miller en una disposición horizontal de 4 cilindros para un motor híbrido "Turbo Parallel Hybrid", para su automóvil B5-TPH.

Tradicionalmente el motor de ciclo Otto usa cuatro tiempos (admisión, compresión, explosión y escape), de los que existen dos con alta potencia: alto consumo de potencia en la compresión, y alta producción de potencia en la explosión. Gran parte de la pérdida interna de potencia en un motor se debe a la energía requerida para efectuar la compresión de la mezcla de combustible en el tiempo de compresión, por lo que sistemas que puedan reducir este consumo de energía pueden otorgar una mayor eficiencia.

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Diferencias con el ciclo Otto

En el ciclo Miller, la válvula de admisión tiene una apertura más larga que en un motor de ciclo Otto. El tiempo de compresión ocurre en dos ciclos: la primera parte cuando la válvula de admisión se abre (o continúa abierta) y la parte final cuando la válvula de admisión se cierra. Esta admisión doble crea un llamado quinto tiempo. Como el pistón sube inicialmente en lo que normalmente sería el tiempo de compresión, la carga es aliviada por la apertura de la válvula de admisión que aún se encuentra abierta.

Ésta pérdida de carga de aire podría provocar una pérdida de potencia. Sin embargo, en el ciclo Miller el pistón es sobrealimentado por una carga de aire proveniente de un supercargador, por lo que se devuelve aire al múltiple de admisión. El supercargador tradicionalmente necesitaría ser de desplazamiento positivo gracias a su capacidad para producir empuje a velocidades relativamente bajas del motor; sin embargo, disminuye el par disponible a bajas revoluciones del motor.

Un aspecto clave del ciclo Miller es que el tiempo de compresión comienza sólo después de que el pistón ha eliminado su carga "extra" y la válvula de admisión se cierra. La apertura dura aproximadamente el 20% o 30% del transcurso inicial del tiempo de compresión. De esta forma, la compresión real sucede aproximadamente en un 70% a 80% del tiempo total de compresión, después de la apertura. El pistón consigue los mismos niveles de compresión de un motor de ciclo Otto pero con menos trabajo, ya que una parte de la compresión total se ha logrado mediante el supercargador.

Equilibrio en la eficiencia

El ciclo Miller es más efectivo en la medida en que el supercargador pueda comprimir la carga de aire, usando menos energía que la empleada por el pistón para hacer éste mismo trabajo. De la compresión total que es requerido por el motor, el supercargador es usado para generar baja compresión de la mezcla, donde es más efectivo que el pistón. Entonces, el pistón es usado para generar los niveles más altos de compresión, donde el pistón resulta más efectivo que el supercargador. De esta manera en el ciclo Miller la compresión resulta de la primera compresión efectuada por el supercargador para la carga de aire que entra al cilindro, sumada a la segunda compresión que efectúa el pistón, logrando así que la fuerza que el pistón debe ejercer para lograr la compresión sea menor que en un motor de ciclo Otto. El supercargador es más eficiente para producir bajas compresiones, y el pistón es más eficiente para producir altas compresiones, logrando así un equilibrio en la eficiencia. En total esto reduce la potencia requerida para andar el motor entre un 10% y un 15%. Para este fin, la producción exitosa de motores que usan este ciclo ha requerido del uso de válvulas de tiempo variable (variable valve timing) para disminuir los puntos muertos de operación en los que el motor de Ciclo Miller no puede ofrecer claras ventajas.

Eficiencia total del ciclo de encendido

  En un motor típico de ignición por bujías, el ciclo Miller proporciona un beneficio adicional. El aire de admisión primero es comprimido por el supercargador, y luego enfriado por un intercooler. Esta temperatura de carga de aire más baja, combinada con la baja compresión del tiempo de admisión, cede una carga final de más baja temperatura que la obtenida en una compresión solamente dada por el pistón. Esto permite que que el tiempo que dura la ignición sea alterado un poco más de lo que normalmente se permite antes de la detonación, incrementando la eficiencia total del ciclo de encendido.

La eficiencia es incrementada al elevar la compresión del motor. En un motor de gasolina común, la relación de compresión varía entre 6.5:1 a 10:1 en automóviles, y se limita a estas cifras ya que altos niveles producirían autoencendido de la mezcla que se comprime por efecto del incremento de la temperatura del gas cuando es comprimido, lo cual en motores de alta compresión se evita usando gasolina de alto octanaje. El tiempo de compresión reducido del ciclo Miller permite que sea posible una compresión total más elevada, obteniendo más eficiencia.

Sin embargo, los beneficios de la utilización de supercargadores de desplazamiento positivo tiene su costo. Entre un 15% y un 20% de la energía generada por un motor supercargado es usualmente requerida para hacer trabajar el supercargador, que comprime la carga de aire de admisión. En consecuencia, la eficiencia total del motor resulta de un delicado equilibrio, en el que la energía del motor que usa el supercargador para funcionar no sea mayor que la energía que el supercargador pueda proveer -mediante la compresión- al funcionamiento del sistema.

Un método similar de cierre de válvula atrasado es usado en muchas versiones modernas del motor de ciclo Atkinson, pero sin supercargador. Éste tipo de motores es usualmente encontrado en los vehículos híbrido eléctricos, donde la eficiencia es la meta, y la pérdida de potencia resultante en el ciclo Miller es compensada por el uso de motores eléctricos.

Véase también

• Ciclo Otto
• Ciclo Atkinson
• Motor de combustión interna
• Mazda Millenia

Enlaces externos

• www.quattroruote.it: Ciclo Miller - Atkinson