Cycle de Miller

Le Cycle de Miller est utilisé dans un moteur à combustion interne. Son objet est de permettre une compression préalable élevée. Il a été breveté par Ralph Miller, un ingénieur américain, dans les années 1940.

Description

Figure 1: Cycle de Miller

Un moteur classique utilise un cycle de Beau de Rochas (ou cycle Otto) à quatre temps, où la course de compression égale la course de détente. Dans le cycle de Miller, la soupape d'admission est laissée ouverte lors de la remontée du piston, ce qui fait qu'une partie du mélange déjà aspiré est refoulé dans l'admission. Il y a donc moins d'air admis et la puissance du moteur en est réduite. La détente se produisant sur toute la course permet une récupération d'énergie plus complète pour une quantité de carburant donnée. La faible compression est compensée par l'usage d'un compresseur, de préférence volumétrique (de type roots, par exemple) afin d'avoir une bonne compression à bas régime.

La caractéristique principale du cycle de Miller est que la course de compression démarre seulement après que le piston a éjecté une partie de la charge. Ceci se produit aux environs de 20 à 30% de la course.

Le cycle de Miller présente un avantage si l'énergie dépensée pour la compression est inférieure à celle dépensée par un piston pour faire le même travail. Sur toute la gamme de compression d'un moteur, le compresseur est utilisé pour générer une pression relativement basse, et la haute pression complémentaire est assurée par le piston. Le cycle de Miller utilise les compresseurs volumétrique dans leur zone de meilleure efficacité. Les moteurs de production à cycle de Miller ont généralement une distribution variable pour permettre de revenir à un cycle conventionnel là où le cycle de Miller n'est plus efficace.

Dans un moteur à allumage par étincelle, le cycle de Miller offre un avantage complémentaire. L'air d'admission est comprimé préalablement et ensuite refroidi. Cette basse température d'admission combinée avec une compression par le piston plus faible, donne une température finale plus basse que si la compression avait été faite uniquement par le piston. L'allumage peut être anticipé par rapport à ce qui se ferait habituellement, sans risque de détonation et permet d'améliorer le rendement.

Un autre avantage d'une température de charge basse est une émission de NOx (oxydes d'azote) réduite sur les moteurs diesel, ce qui est important sur les bateaux et les groupes électrogènes fixes.

Le rendement est amélioré en augmentant le taux de compression. Dans un moteur à allumage commandé traditionnel, le taux de compression est limité par la température d'auto-allumage de l'air comprimé. Du fait de la course de compression réduite, une pression plus élevée dans le cylindre (par compression préalable + compression par le piston) est possible, et le cycle de Miller offre un meilleur rendement.

L'avantage lié à l'utilisation d'un compresseur volumétrique se paye par la puissance demandée par le compresseur, d'environ 15 à 20% de la puissance globale produite par le moteur.

Une méthode similaire de fermeture différée de la soupape d'admission est utilisée dans des moteurs modernes fonctionnant suivant le cycle d'Atkinson, sans la compression préalable. Ces moteurs sont généralement utilisés dans les voitures hybrides, afin d'améliorer le rendement. La perte de puissance est compensée par l'aide d'un moteur électrique.

Application

Ce type de moteur a d'abord été utilisé sur des bateaux et des groupe électrogènes fixe. Il a été adaptée par Mazda pour une utilisation automobile en production de série avec le moteur V6 2.3 litres KJ-ZEM utilisé dans la berline Eunos 800/Millenia/Xedos 9. Plus récemment, Subaru a présenté un prototype de voiture hybride utilisant un moteur à cycle de Miller, la Subaru B5-TPH. En septembre 2011, Nissan commercialise un moteur 3 cylindres 1,2l DIG-S utilisant le cycle de Miller sur la Micra, citadine de 98ch.