Έχοντας παραμείνει για δεκαετίες στο περιθώριο της αυτοκινητοβιομηχανίας, ο κύκλος Miller επανέρχεται δυναμικά στην εξηλεκτρισμένη εποχή της αυτοκίνησης.
Ποια είναι όμως τα μυστικά αυτής της ιδιαίτερης σχεδίασης που δείχνει να ταιριάζει απόλυτα με τους ηλεκτροκινητήρες ανεβάζοντας σε νέα επίπεδα την αποδοτικότητα των υβριδικών συστημάτων;
Η υβριδική τεχνολογία αποτελεί μια μεταβατική φάση στο πέρασμα της αυτοκίνησης από την εποχή των κινητήρων εσωτερικής καύσης, στην αμιγώς ηλεκτρική κίνηση. Η αναζήτηση της μέγιστης αποδοτικότητας με το συνδυασμό θερμικών και ηλεκτρικών κινητήρων, έχει φέρει στο προσκήνιο ιδιαίτερα ενδιαφέρουσες ιδέες, οι οποίες προσφέρουν εξαιρετικά οφέλη στους οδηγούς, αλλά και στο περιβάλλον.
Πλέον πρόσφατο παράδειγμα αποτελεί η παρουσίαση του νέου υβριδικού συστήματος των 48V που αξιοποιούν τα μοντέλα των FIAT, Alfa Romeo και Jeep, επαναφέροντας μια καινοτόμα ιδέα του Αμερικανού Ralph Miller στα σύγχρονα δεδομένα.
Πριν ακριβώς από 65 χρόνια, ο Αμερικανός μηχανολόγος Ralph Miller, κατέθετε στις 24 Δεκεμβρίου του 1957 την πατέντα υπ. αριθμόν 2.817.322. Η ιδέα του αποτελούσε μια πρόταση ώστε να βελτιστοποιηθεί η απόδοση των κινητήρων εσωτερικής καύσης που λειτουργούν στον κύκλο Otto, το οποίον είχε ανακαλύψει ο Γερμανός Nicolaus August Otto ήδη από τις αρχές της δεκαετίας του 1860. Η βασική αρχή ήταν αρκετά απλή αφού ο Miller αναζήτησε να μεγιστοποιήσει την απόδοση αυξάνοντας το λόγο μεταξύ του έργου που παράγει ο κινητήρας κατά τη φάση της εκτόνωσης των καυσαερίων και της ενέργειας που απαιτείται για τη συμπίεση του μίγματος.
Ο τρόπος για να το πετύχει αυτό ήταν η καθυστέρηση στο κλείσιμο της βαλβίδας εισαγωγής κατά τη φάση της συμπίεσης. Η ιδέα θύμιζε αρκετά τον κύκλο Atkinson -ο οποίος αποτελεί αγαπημένη επιλογή των υβριδικών συστημάτων- όμως στην περίπτωση του Miller η προσθήκη στην εξίσωση συστημάτων υπερπλήρωσης επέτρεπε τη σημαντική αύξηση της ιπποδύναμης με την κατανάλωση να παραμένει σχεδόν στα επίπεδα ενός κινητήρα diesel.
Παράλληλα, η ιδέα του Miller επέτρεπε την αύξηση της σχέσης συμπίεσης και της συνολικής αποδοτικότητας χωρίς το φόβο φαινομένων προανάφλεξης, που δύσκολα μπορούσαν να αντιμετωπιστούν αποτελεσματικά πριν την εξέλιξη των ηλεκτρονικών συστημάτων διαχείρισης. Το μειονέκτημα από την άλλη πλευρά στην ιδέα του Αμερικανού είναι η χαμηλή απόδοση στις χαμηλές στροφές, στοιχείο που για πολλά χρόνια περιόρισε τη χρήση του κύκλου Miller κυρίως σε εφαρμογές εκτός του αυτοκινήτου.
Έχει ο καιρός γυρίσματα…
Η επιβολή των υβριδικών συστημάτων ως λύσης για το σημαντικό περιορισμό των εκπομπών ρύπων των αυτοκινήτων, σε συνδυασμό με τα προηγμένα ηλεκτρονικά συστήματα διαχείρισης των κινητήρων, επέτρεψαν στους μηχανικούς να απελευθερώσουν τη δημιουργικότητά τους και να επαναφέρουν στο προσκήνιο νέες λύσεις. «Η εκδίκηση του κ. Miller» είναι πλέον γεγονός, με αυτό το ξεχασμένο όνομα να επιστρέφει με εμφατικό τρόπο στο υβριδικά συστήματα κίνησης. Χάρη στον ηλεκτροκινητήρα που με την άμεση παροχή ροπής υποβοηθά το έργο του θερμικού κινητήρα, ο υπερτροφοδοτούμενος κύκλος Miller στην υβριδική εποχή προσφέρει υψηλή απόδοση, άμεση απόκριση και ελαστικότητα σε ένα εξαιρετικά ευρύ πεδίο λειτουργία. Και όλα αυτά με εξαιρετικά χαμηλή κατανάλωση και αντίστοιχα χαμηλές εκπομπές ρύπων που σε επίπεδο CO2 προσεγγίζουν τις αντίστοιχες των αυτοκινήτων diesel.
Χαρακτηριστικό είναι το παράδειγμα του συνόλου 1.5Τ Hybrid 130hp που λειτουργεί στον κύκλο Miller και χρησιμοποιούν οι FIAT (500X και Tipo) και Jeep (Renegade και Compass), όπου η απόδοση και οι επιδόσεις είναι αντίστοιχες με το προγενέστερο σύνολο 1.3Τ 150hp. Τα στοιχεία είναι ακόμα πιο εντυπωσιακά όσον αφορά στην κατανάλωση, με τα υβριδικά 500Χ και Tipo να καταναλώνουν λιγότερο καύσιμο ακόμα και από τις αντίστοιχες diesel (1.6MTJ 130hp) εκδόσεις.
Η κορυφαία για κινητήρες βενζίνης αποδοτικότητα οφείλεται σε μεγάλο βαθμό στη λειτουργία του θερμικού κινητήρα στον κύκλο Miller, η οποία έχει βελτιστοποιηθεί με μια σειρά ακόμα τεχνικών επιλογών που ενισχύουν περαιτέρω τη θερμοδυναμική απόδοση, όπως το σύστημα άμεσου ψεκασμού υπερύψηλής πίεσης 350bar και την επίσης εξαιρετικά υψηλή για τον τύπο του κινητήρα (Turbo βενζίνης) σχέση συμπίεσης (12,5:1). Η εντυπωσιακή σχέση συμπίεσης αποτελεί ακόμα ένα χαρακτηριστικό του κύκλου Miller, όπου στη σύγχρονη εποχή δείχνει να συνεργάζεται ιδανικά τόσο με τους κλασσικούς στροβιλοσυμπιεστές καυσαερίων (Turbo), όσο και με εκείνους που χρησιμοποιούν σύστημα μεταβλητής γεωμετρίας, όπως για παράδειγμα στην περίπτωση της Alfa Romeo 160Hybrid VGT (Variable Geometry Turbo).
Τα πλεονεκτήματα του κύκλου Miller ολοκληρώνονται στην περίπτωση του συστήματος e-Hybrid από τον ισχυρό ηλεκτροκινητήρα των 20 ίππων που είναι ενσωματωμένος στο αυτόματο κιβώτιο ταχυτήτων, ο οποίος εκτός από τη δυνατότητα κίνησης αμιγώς ηλεκτρικά, εξαλείφει και το μειονέκτημα του συγκεκριμένου κύκλου στις χαμηλές στροφές, ολοκληρώνοντας ιδανικά την «εκδίκηση του κ. Miller».