मिलर चक्र

अभियांत्रिकी में, मिलर चक्र एक थर्मोडायनामिक चक्र है जो एक प्रकार के आंतरिक दहन इंजन में उपयोग किया जाता है। संयुक्त राज्य अमेरिका के इंजीनियर राल्फ मिलर ने मिलर साइकिल का पेटेंट कराया था। U.S. Patent 2,817,322 दिनांक 24 दिसंबर, 1957। इंजन फोर स्ट्रोक इंजन हो सकता है। दो- या चार-स्ट्रोक इंजन। चार-स्ट्रोक और डीजल ईंधन , गैसों या दोहरे ईंधन पर चलाया जा सकता है।^[1] इस प्रकार के इंजन का उपयोग पहले जहाजों और स्थिर बिजली पैदा करने वाले संयंत्रों में किया जाता था, और अब इसका उपयोग कुछ रेलवे लोकोमोटिव जैसे GE PowerHaul के लिए किया जाता है। यह माजदा द्वारा उनके मज़्दा के इंजन # केजे-जेईएम | केजे-जेईएम वी 6 के लिए अनुकूलित किया गया था, जो मज़्दा मिलेनियम सेडान में इस्तेमाल किया गया था, और उनके यूनोस 800 सेडान (ऑस्ट्रेलिया) लक्जरी कारों में इस्तेमाल किया गया था। अभी हाल ही में, सुबारू ने अपनी अवधारणा के लिए हाइब्रिड कार ड्राइवलाइन के साथ एक मिलर-साइकिल फ़्लैट -4 को जोड़ा है टर्बो पैरेलल हाइब्रिड कार, जिसे सुबारू बी5 टीपीएच | सुबारू बी5-टीपीएच के रूप में जाना जाता है, और निसान ने चर के साथ एक छोटा तीन-सिलेंडर इंजन पेश किया इनटेक वाल्व टाइमिंग जो कम लोड पर एक एटकिंसन चक्र को संचालित करने का दावा करती है (इस प्रकार कम शक्ति घनत्व एक बाधा नहीं है), या एक मिलर चक्र जब कम दबाव, सुपरचार्ज्ड संस्करण में हल्के बूस्ट के तहत, नियमित रूप से (और या तो सक्शन या) अधिक मजबूती से सुपरचार्ज), अधिक भार पर अधिक शक्ति-सघन ओटो चक्र संचालन। बाद के उदाहरण में, मिलर चक्र की विश ेष प्रकृति सुपरचार्ज्ड संस्करण को न केवल मध्यम रूप से अधिक शक्तिशाली होने की अनुमति देती है, बल्कि बेहतर दावा भी करती है, लगभग डीजल जैसी ईंधन अर्थव्यवस्था (सरल, सस्ता) सक्शन-इनटेक की तुलना में कम उत्सर्जन के साथ - सुपरचार्जिंग की सामान्य स्थिति के विपरीत ईंधन की खपत में काफी वृद्धि हुई है।

सिंहावलोकन

एक पारंपरिक प्रत्यागामी आंतरिक दहन इंजन चार स्ट्रोक का उपयोग करता है, जिनमें से दो को उच्च-शक्ति माना जा सकता है: संपीड़न स्ट्रोक (क्रैंकशाफ्ट से चार्ज (इंजन) तक उच्च शक्ति प्रवाह) और पावर स्ट्रोक (दहन गैसों से क्रैंकशाफ्ट तक उच्च शक्ति प्रवाह) .

मिलर चक्र में, इनटेक वाल्व को ओटो-साइकिल इंजन की तुलना में अधिक समय तक खुला छोड़ दिया जाता है। असल में, संपीड़न स्ट्रोक दो अलग-अलग चक्र होते हैं: प्रारंभिक भाग जब सेवन वाल्व खुला होता है और अंतिम भाग जब सेवन वाल्व बंद होता है। यह दो-चरण संपीड़न स्ट्रोक तथाकथित पांचवां स्ट्रोक बनाता है जो मिलर चक्र पेश करता है। जैसा कि पिस्टन शुरू में पारंपरिक रूप से संपीड़न स्ट्रोक में ऊपर की ओर बढ़ता है, चार्ज को आंशिक रूप से अभी भी खुले सेवन वाल्व के माध्यम से वापस बाहर निकाल दिया जाता है। आमतौर पर, चार्ज एयर के इस नुकसान से बिजली की हानि होती है। हालांकि, मिलर चक्र में, सुपरचार्जर के उपयोग से इसकी भरपाई की जाती है। अपेक्षाकृत कम इंजन गति पर बढ़ावा देने की क्षमता के कारण सुपरचार्जर को आमतौर पर सकारात्मक-विस्थापन (रूट्स ब्लोअर या स्क्रू) प्रकार का होना चाहिए। अन्यथा, कम-आरपीएम शक्ति को नुकसान होगा। वैकल्पिक रूप से, एक टर्बोचार्जर का उपयोग अधिक दक्षता के लिए किया जा सकता है, यदि कम आरपीएम ऑपरेशन की आवश्यकता नहीं है, या इलेक्ट्रिक मोटर्स के साथ पूरक है।

मिलर-चक्र इंजन में, इंटेक वाल्व बंद होने के बाद ही पिस्टन ईंधन-वायु मिश्रण को संपीड़ित करना शुरू करता है; और इनटेक वाल्व बंद हो जाता है जब पिस्टन अपनी सबसे निचली स्थिति से ऊपर एक निश्चित दूरी तय कर लेता है: इस ऊपर की ओर स्ट्रोक की कुल पिस्टन यात्रा का लगभग 20 से 30%। तो मिलर चक्र इंजन में, पिस्टन वास्तव में संपीड़न स्ट्रोक के बाद के 70% से 80% के दौरान ही ईंधन-वायु मिश्रण को संपीड़ित करता है। संपीड़न स्ट्रोक के प्रारंभिक भाग के दौरान, पिस्टन अभी भी खुले सेवन वाल्व के माध्यम से ईंधन-वायु मिश्रण का हिस्सा धकेलता है, और वापस सेवन में कई गुना होता है।

चार्ज तापमान

चार्ज हवा को एक सुपरचार्जर (और एक intercooler द्वारा ठंडा) का उपयोग करके इंजन चक्र के लिए आवश्यक दबाव से अधिक दबाव में संपीड़ित किया जाता है, लेकिन इनलेट वाल्व के उपयुक्त समय से सिलेंडर भरना कम हो जाता है। इस प्रकार हवा का विस्तार और परिणामी शीतलन सिलेंडरों में और आंशिक रूप से इनलेट में होता है। हवा/ईंधन चार्ज के तापमान को कम करने से सिलेंडर/पिस्टन संपीड़न संबंध को बढ़ाने जैसे किसी भी बड़े बदलाव के बिना दिए गए इंजन की शक्ति को बढ़ाया जा सकता है। जब चक्र की शुरुआत में तापमान कम होता है, तो दबाव में बदलाव के बिना हवा का घनत्व बढ़ जाता है (इंजन की यांत्रिक सीमा को उच्च शक्ति में स्थानांतरित कर दिया जाता है)। इसी समय, चक्र के कम औसत तापमान के कारण थर्मल लोड सीमा में बदलाव होता है। ^[2] यह इग्निशन टाइमिंग को विस्फोट की शुरुआत से पहले सामान्य रूप से अनुमति से आगे बढ़ने की अनुमति देता है, इस प्रकार समग्र दक्षता में और भी वृद्धि होती है। कम अंतिम चार्ज तापमान का एक अतिरिक्त लाभ यह है कि डीजल इंजनों में एनओएक्स का उत्सर्जन कम हो जाता है, जो जहाजों और बिजली संयंत्रों पर बड़े डीजल इंजनों में एक महत्वपूर्ण डिजाइन पैरामीटर है।^{[citation needed]}

संपीड़न अनुपात

एक ही प्रभावी संपीड़न अनुपात और एक बड़ा विस्तार अनुपात होने से दक्षता में वृद्धि होती है। यह विस्तारित गैसों से अधिक कार्य निकालने की अनुमति देता है क्योंकि वे लगभग वायुमंडलीय दबाव तक विस्तारित होते हैं। एक विस्तृत खुले थ्रॉटल चक्र के विस्तार स्ट्रोक के अंत में एक सामान्य स्पार्क इग्निशन इंजन में, निकास वाल्व खुलने पर गैसें लगभग पाँच वायुमंडल में होती हैं। क्योंकि स्ट्रोक संपीड़न तक ही सीमित है, फिर भी गैस से कुछ काम निकाला जा सकता है। मिलर चक्र में सेवन वाल्व के बंद होने में देरी से विस्तार स्ट्रोक की तुलना में संपीड़न स्ट्रोक कम हो जाता है। यह गैसों को वायुमंडलीय दबाव तक विस्तारित करने की अनुमति देता है, जिससे चक्र की दक्षता बढ़ जाती है।

सुपरचार्जर नुकसान

परजीवी भार के कारण सकारात्मक-विस्थापन सुपरचार्जर का उपयोग करने के लाभ लागत के साथ आते हैं। एक सुपरचार्ज्ड इंजन द्वारा उत्पन्न लगभग 15 से 20% शक्ति की आवश्यकता आमतौर पर सुपरचार्जर को चलाने के कार्य को करने के लिए होती है, जो इनटेक चार्ज (जिसे बूस्ट भी कहा जाता है) को संकुचित करता है।

प्रमुख लाभ/कमियां

चक्र का प्रमुख लाभ यह है कि विस्तार अनुपात संपीड़न अनुपात से अधिक होता है। बाहरी सुपरचार्जिंग के बाद इंटरकूलिंग करके, डीजल के लिए एनओएक्स उत्सर्जन को कम करने का अवसर मौजूद है, या स्पार्क इग्निशन इंजन के लिए इंजन दस्तक दे रहा है। हालांकि, सिस्टम दक्षता और घर्षण (बड़े विस्थापन के कारण) को बढ़ावा देने के लिए कई ट्रेडऑफ़ को हर एप्लिकेशन के लिए संतुलित करने की आवश्यकता है।

पेटेंट का सारांश

ऊपर दिया गया अवलोकन मिलर चक्र के एक आधुनिक संस्करण का वर्णन कर सकता है, लेकिन यह 1957 के पेटेंट से कुछ मामलों में भिन्न है। पेटेंट एक सुपरचार्ज्ड इंटरकूल्ड इंजन के संचालन की एक नई और बेहतर विधि का वर्णन करता है। इंजन दो-चक्र या चार-चक्र हो सकता है और ईंधन डीजल, दोहरा ईंधन या गैस हो सकता है। इस संदर्भ से स्पष्ट है कि गैस का अर्थ गैसीय ईंधन से है न कि पेट्रोल से। आरेखों में दिखाया गया प्रेशर-चार्जर एक टर्बोचार्जर है, सकारात्मक-विस्थापन सुपरचार्जर नहीं। इंजन (चाहे फोर-स्ट्रोक या टू-स्ट्रोक) में एक पारंपरिक वाल्व या पोर्ट लेआउट होता है, लेकिन एक अतिरिक्त संपीड़न नियंत्रण वाल्व (CCV) सिलेंडर हेड में होता है। इनलेट मैनिफोल्ड प्रेशर द्वारा संचालित सर्वो मैकेनिज्म, कंप्रेशन स्ट्रोक के दौरान CCV के लिफ्ट को नियंत्रित करता है और सिलेंडर से एग्जॉस्ट मैनिफोल्ड में हवा छोड़ता है। CCV में पूर्ण भार पर अधिकतम लिफ्ट और बिना भार के न्यूनतम लिफ्ट होगी। प्रभाव एक चर संपीड़न अनुपात के साथ एक इंजन का उत्पादन करना है। जैसे ही इनलेट मैनिफोल्ड प्रेशर बढ़ता है (टर्बोचार्जर की कार्रवाई के कारण) सिलेंडर में प्रभावी संपीड़न अनुपात नीचे चला जाता है (CCV की बढ़ी हुई लिफ्ट के कारण) और इसके विपरीत। यह हल्के भार पर ईंधन की उचित शुरुआत और प्रज्वलन सुनिश्चित करेगा।^[1]

एटकिंसन-चक्र इंजन

एटकिंसन चक्र इंजनों के कुछ आधुनिक संस्करणों में एक समान विलंबित वाल्व-बंद करने की विधि का उपयोग किया जाता है, लेकिन सुपरचार्जिंग के बिना। ये इंजन आमतौर पर हाइब्रिड इलेक्ट्रिक वाहनों पर पाए जाते हैं, जहां दक्षता लक्ष्य है, और मिलर चक्र की तुलना में खोई हुई शक्ति इलेक्ट्रिक मोटर्स के उपयोग से बनती है।^[3]

संदर्भ

↑ ^1.0 ^1.1 US patent 2817322, Ralph Miller, "Supercharged Engine", issued 1957-12-24
↑ Doug Woodyard "Pounder's Marine Diesel Engines and Gas Turbines" (Ninth Edition), 2009
↑ Bernard S, Stephen. "Investigation on Performance, Combustion and Emission Characteristics of a Turbocharged Low Heat Rejection DI Diesel Engine with Extended Expansion Concept". Society of Automotive Engineers. Retrieved 13 December 2009.

श्रेणी:थर्मोडायनामिक चक्र

[US2817322-1] 1.0 ^1.1 US patent 2817322, Ralph Miller, "Supercharged Engine", issued 1957-12-24

[2] Doug Woodyard "Pounder's Marine Diesel Engines and Gas Turbines" (Ninth Edition), 2009

[Extended_Expansion_Concept-3] Bernard S, Stephen. "Investigation on Performance, Combustion and Emission Characteristics of a Turbocharged Low Heat Rejection DI Diesel Engine with Extended Expansion Concept". Society of Automotive Engineers. Retrieved 13 December 2009.

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