Polokulová spalovací komora - Hemispherical combustion chamber

Polokulovitý spalovací komora je typ spalovací komory do vratného spalovacího motoru s klenutým hlavy válců v přibližném tvaru polokoule . Motor s tímto typem polokulové komory je známý jako hemi motor .

Dějiny

Polokulovité spalovací komory byly zavedeny u některých z prvních automobilových motorů, krátce poté, co byla poprvé prokázána životaschopnost spalovacího motoru. Jejich název odráží klenutou hlavu válce a horní část pístu uzavírající prostor, který se blíží polovině koule ( hemi- + -sphere + -ical ), ačkoli v praxi je skutečný uzavřený prostor obecně menší než polovina.

Polokulové hlavy válců se používají nejméně od roku 1901; byly použity belgickou automobilkou Pipe v roce 1905 a závodníkem Grand Prix Fiat 130 HP z roku 1907 . Vůz Peugeot Grand Prix z roku 1912 a Alfa Romeo Grand Prix z roku 1914 byly oba čtyřventilové motory a Daimler a Riley v té době také používaly polokulové spalovací komory. Počínaje rokem 1912 používal Stutz čtyřventilové motory, koncepčně předvídající moderní automobilové motory. Mezi další příklady patří konstrukce dvojitého tlačného táhla BMW (přijatá společností Bristol Cars ), Peugeot 403 , motor Toyota T a motor Toyota V (první motor Toyota V8), závodní motory Miller a motor Jaguar XK .

Technologie a implementace

Polokulovitá hlava („polohlava“) poskytuje efektivní spalovací komoru s minimálními tepelnými ztrátami do hlavy a umožňuje dva velké ventily . Hemi-hlava však obvykle dovoluje ne více než dva ventily na válec kvůli obtížnosti při uspořádání ventilového převodu pro čtyři ventily v rozbíhavých úhlech a tyto velké ventily jsou nutně těžší než ty ve víceventilovém motoru podobné ventilové oblasti , jakož i obecně vyžadující větší zdvih ventilu. Sací a výfukové ventily leží na opačných stranách komory a vyžadují konstrukci hlavy s „ příčným průtokem “. Protože spalovací komora je prakticky polokoule, píst s plochým vrcholem poskytuje nižší kompresní poměr, pokud není použita menší komora.

Významné výzvy v komercializaci motorů využívajících polokulové komory se točily kolem konstrukce ventilového ovládání a toho, jak jej učinit účinným, efektivním a spolehlivým za přijatelnou cenu. Tato složitost byla odkazována na počátku vývoje Chrysleru jejich hemi motoru z roku 1950: hlava byla ve firemní reklamě označována jako hlava Double Rocker .

Výhody a nevýhody

Ačkoli konstrukce s klínovou hlavou nabízí zjednodušené ovládání ventilů, obvykle tak činí umístěním ventilů vedle sebe do komory s rovnoběžnými osami dříku. To může omezit tok sání a výfuku do komory a ven z komory omezením průměrů hlav ventilů na celkový počet, který není větší než otvor válce v uspořádání dvou ventilů na válec. U polokulové komory s rozevřeným úhlem dříku ventilu je toto omezení zvýšeno o úhel, takže celková velikost průměru ventilu může překročit velikost otvoru v konfiguraci zpětného ventilu . Viz IOE engine pro jinou metodu.

Rovněž roztažený úhel ventilu způsobí naklonění roviny sedla ventilu, což poskytuje rovnější dráhu toku pro sání a výfuk do/z portu vystupujícího z hlavy válců. Inženýři se dozvěděli, že zatímco zvětšování velikosti ventilu pomocí rovnějšího portu je výhodné pro zvýšení maximálního výkonu při vysokých otáčkách, zpomaluje rychlost nasávaného proudu a neposkytuje nejlepší spalování pro emise, účinnost nebo výkon v normálním rozsahu otáček.

Klenuté písty se běžně používají k udržení vyššího mechanického kompresního poměru, které mají tendenci zvětšovat vzdálenost šíření plamene, což je také škodlivé pro účinné spalování, pokud není zvýšen počet zapalovacích svíček na válec.

Teploty plamene jsou velmi vysoké, což vede k nadměrnému produkci NOx, což může vyžadovat recirkulaci výfukových plynů a další opatření k omezení emisí, aby byly splněny moderní standardy. Mezi další nevýhody polokulové komory patří zvýšené výrobní náklady a vysoká relativní hmotnost (o 25% těžší než srovnatelná klínová hlava podle inženýrů Chrysleru ). Ty v moderní době vytlačily hlavu hemi z přízně, dokud se redesign Chrysleru v roce 2003 neukázal jako populární.

SOHC Cutaway zobrazující design s příčným tokem, polokulovitý tvar komory, středová poloha vačkové hlavice s bočními podpěrami vahadel.

Motor hemi vyžaduje části složitější a objemnější. Horní fotografie dvojitého kolébkového systému pro dvojici hlav Hemi a jeho složité pístové odlévání. Nižší fotografie srovnatelných dílů pro dvojici klínových hlav.

Zde je zřejmá velká nevýhoda designu hemi - velké odlitky hlavy vzhledem k celkové velikosti motoru. Roztažené ventily nezbytné pro příčnou hlavu vyžadují širší odlitek, který vyžaduje velké pozice motoru. Inženýři se snaží zmenšit a zmenšit velikost vozidel a motorů, které je pohánějí.

Použití

Alfa romeo

Alfa Romeo vyrábí v průběhu let úspěšné motory s polohlavou. Pravděpodobně jedním z jejich nejoblíbenějších příkladů je originální 2,5litrový šestiválec Giuseppe Busso , který někteří citují jako jeden z nejlépe a nejvýrazněji znějících produkčních motorů (i v jeho posledních 24v formách) všech dob. Část této chvály je pravděpodobná, protože polokulové hlavy původního 2-ventilového motoru umožňovaly téměř úplně rovný výfukový otvor, což vedlo k méně zředěnému nebo blátivému zvuku motoru, což Alfa Romeo umožňovala používat tišší výfuky bez ztráty velké části jejich odlišných a milovaný závodní hluk motoru.

Aston Martin

Slavný DOHC (4 vačky) Aston Martin V8 používal od konce 60. let do konce 80. let polokulovou komoru. Každá vačka ovládala jednu sadu ventilů, buď řadu sacích ventilů nebo řadu výfukových ventilů. Aston Martin V8 5.3 L (5340 cc / 325 v ³ ), produkoval 315 koní (235 kW).

Chrysler

Snad nejznámějším zastáncem designu polokulové komory je Chrysler Corporation . Chrysler se identifikoval především ochrannou známkou názvu „Hemi“ a poté jej hojně používal ve svých reklamních kampaních začínajících v 60. letech minulého století. Chrysler vyrobil tři generace takových motorů: první ( motor Chrysler FirePower ) v 50. letech, druhý ( 426 Hemi ), vyvinutý pro NASCAR v roce 1964 a vyráběný počátkem 70. let, a nakonec „nový HEMI“ v počátku roku 2000. V současné době Chrysler vyrábí 5 variant motoru Hemi: 5,7 litru, který v závislosti na konfiguraci činí 360 až 395 koní a točivý moment 529-552 N*m (390-407 lb*ft), 6,4 L (také známý jako 392 krychlových palců), což činí 485 koní a 474 lb⋅ft (644 N⋅m) točivého momentu, 6,1 L, což činí 425 koní a 426 lb⋅ft (576 N⋅m) točivého momentu, přeplňovaný 6,2 L ( běžně známý jako Hellcat), který produkuje 707 koní a 881 N⋅m točivého momentu a naposledy další přeplňovaný 6,2 L, který dělá 797-840 koní a 708-770 lb*ft (958-1043 N* m) točivého momentu, s verzí 797 hp/707 lb*ft nalezenou v Hellcat Redeye a verzí 840 hp/770 lb*ft v Demon.

Chrysler také vydal hemi 6 v Austrálii s ne plnou polokulovou komorou, ale vrchol řady 4,3 L, 265 krychlových palců vyrobil 302 hp (225 kW). Vyšli jako 215 120 hp 245 160 hp 265 (standardní) 203 hp.

Brod

Hlavice Ardun pro ploché hlavy Ford byly snad prvním použitím polokulové hlavy na snadno dostupném americkém V8 . Tyto hlavy, které byly poprvé nabízeny v roce 1947 jako trh s náhradními díly, přeměnily plochou hlavu Ford na zpětné ventily pracující v polokulové komoře. Zora Ar kus- Dun tov, který později pracoval pro GM a byl hlavní silou vývoje Chevrolet Corvette , a jeho bratr Yura, byli „AR“ „DUN“ z „Ardun“.

Ford v polovině 60. let vyrobil motor se dvěma vačkami (jedna vačka na hlavu) a polokulovými komorami. Motor, přemísťovat 425 krychlových palců a patřící do FE rodiny Ford motory, byl známý jako „427 SOHC “; to bylo také známé jako Cammer . Jednalo se o sadu hemi hlavic SOHC, které byly přišroubovány k bloku motoru Ford FE . Motor 1964 byl zkonstruován za 90 dní intenzivního inženýrského úsilí pro použití v závodech. 427 SOHC použil boční motorový blok motoru mírně upravený, aby se vypořádal s chybějící vačkou v bloku mimo jiné problémy s OHC . Kvůli jejich výkonovým úrovním a skutečnosti, že Chrysler ukázal Billovi France, že se pracuje na DOHC 426 Hemi, byl zakázán závodům NASCAR , i když povolen v určitých třídách drag racing. Po zákazu NASCAR Ford pokračoval ve výrobě SOHC a prodával jej přes pult závodníkům a dalším, kteří jej používali k pohonu mnoha Mustangů se změněným rozvorem A/FX a přeplňovaných dragsterů Top Fuel . Connie Kalitta , Pete Robinson a „Snake“ Prudhomme všichni používali motor ve svých závodech Top Fuel. V roce 1967 získal „Bounty Hunter“ od Connie Kalitty poháněný SOHC ocenění Top Fuel na zimních setkáních AHRA, NHRA a NASCAR a stal se jediným vítězem „trojkoruny“ v historii drag racingů. Výsledky dnešního dynamometru ukázaly, že SOHC Hemi produkuje téměř 700 koní (522 kW) ve formě přepravky (100 koní na litr). Horní vačky znamenaly, že to nebylo tak omezené na otáčky jako Chrysler Hemis se svými táhly a těžkými a složitými valvetrainy.

Pozdější konstrukce motoru Ford s polokulovitými komorami zahrnovaly Calliope , který používal dvě vačkové vačky, uspořádané jeden přes druhý, k pohonu 3 ventilů na polokulovou komoru. Táhla aktivující ventily z horního vačkového hřídele byly téměř vodorovné. V roce 1968 představil Ford zcela novou rodinu motorů s názvem řada 385 . Hlavy tohoto motoru používaly upravenou formu polokulové komory zvané Semi-Hemi .

V sedmdesátých letech Ford navrhl a vyrobil motor s malým blokem s polokulovitými hlavami, který měl reagovat na rostoucí obavy z úspory paliva. Bohužel, i když systém přímého vstřikování paliva , který předběhl dobu, napájející stratifikovanou nábojovou komoru, nebylo možné emise hemi dostatečně vyčistit, aby splňovaly předpisy. To plus náklady na systémy ovládání ventilů spolu s náklady na vysokotlaké čerpadlo potřebné k dodávce paliva přímo do komory, jakož i pohonný systém Gilmerova pásu potřebný k pohonu čerpadla, učinily další vývoj v té době bezpředmětným. Většina čtyřválcových Fordů z osmdesátých let používala motor Ford CVH , což znamená CVH „Compound Valve, Hemispherical (Head)“.

Jaguár

Jaguar použil tuto konstrukci hlavy, počínaje rokem 1949, na legendárních motorech XK , které poháněly vozy od Le Mans vítězného D-Type až po XJ6.

Lancia

Motor Lancia V4 a Lancia V6 oba používají polokulové spalovací komory.

Lotus

Lotus použil v některých svých motorech polokulové komory (viz foto vpravo). Relativně velké ventily možné v takové komoře umožňovaly velkým objemům směsi vzduch-palivo rychle vstoupit a vystoupit z komory; ne vždy zcela spálené.

Mercedes Benz

Polokulové komory byly znakem motoru M102 představeného v roce 1980, který spolu s konstrukcí hlavy s příčným tokem podporoval vyšší účinnost oproti motoru M115, který nahradil.

MG

Továrna MG v Abingdon-On-Thames vyráběla v letech 1958 až 1960 variantu Twin-Cam tlačné tyče řady MGA 1600 MkI MG MGA . Původní tlačná tyč s litinovým blokem o objemu 1588 ccm byla korunována litou hliníkovou hlavou s dvojitým vačkovým válcem, která zahrnovala po jednom vstupním a výfukovém ventilu na válec. Tato konfigurace umožňovala křížovou cirkulaci „hemi hlavy“ ve spalovací komoře, která umožňovala lepší dýchání (objemová účinnost) a také využití zvětšených ventilů a klenutých pístů. Rané verze se ukázaly jako křehké na ulici a v soutěži kvůli předstihu (detonaci) a ztrátě oleje, což vedlo ke snížení kompresního poměru z 9,1. na 8,3 s přepracovanými písty. Byla to úspěšná aktualizace, ale prodeje klesly tak rychle, že společnost zastavila výrobu Twin Cam a použila odpovídající podvozek u některých MGA s motory s táhlem, známými jako modely MGA 1600 MkI a MkII DeLuxe.

Mitsubishi

Mitsubishi vyrobilo několik hemi motorů včetně jednotek „Orion“ , „Astron“ a „Saturn“ .

Nissan

Motory Nissan Z , VG (pouze verze SOHC) a VQ používají polokulové spalovací komory. Z a VG jsou skutečně polokulové, zatímco VQ používá složený tvar střechy.

Porsche

Porsche dělal rozsáhlé užití hemi-hlavy motorů , včetně vzduchem chlazený s plochou 6, motor v Porsche 911 modelů z roku 1963 do roku 1999. 1973 2,7 L verze generuje 56 koní na přirozeným sáním litr posunutí pístu .

Toyota

Toyota Motor Corporation je V rodina motorů byly podélně uložen motor V8 design. Byly používány od 60. do 90. let minulého století. Motor rodiny V byl použit v prestižní Toyota Century . Toyota spolupracovala s Yamahou na výrobě prvního japonského bloku motoru z hliníkové slitiny. Rodina V je často označována jako Toyota HEMI, protože motor má podobný design hlavy válců, jaký se nachází u Chrysler's Hemi, přestože většina konstrukcí motoru je zcela odlišná.

Motor V 2.6L byl poprvé použit v Crown Eight v letech 1964 až 1967 jako součást druhé generace řady Crown . Poté byla Crown Eight nahrazena špičkovou Toyotou Century .

Motory 3V, 4V a 5V byly v Toyotě století používány až do roku 1997, kdy byl kompletně přepracován a získal 5,0 L 1GZ-FE V12 .

Motory řady V měly v té době , jako několik motorů Toyota Motor Corporation (např. 2T-C , 2M , 4M atd.), Polokulovou spalovací komoru. Zapalovací svíčky byly umístěny v horní části spalovací komory.

Evoluce designu v moderních motorech

V moderní éře emisí začala hemi komora mizet od pokračujícího vývoje. Hemisférická spalovací komora je nejjednodušší a nejsnazší konstrukce. Slouží více než jedno století jako základní konstrukce spalovacích motorů, od nichž se odvíjí řada dalších vylepšení a technického vývoje. Jak se zlepšovalo a vyvíjelo inženýrství nových motorů, skutečná hemisférická komora se proměnila a překroutila do sofistikovanějších a složitějších konstrukcí, které mají z jakékoli dané spalovací události získat více energie s nižšími emisemi.

Mnoho dnešních motorů používá aktivní spalovací komory určené k otáčení a víření směsi paliva a vzduchu v komoře pro co nejúčinnější spalování. Tyto aktivní komory obvykle vypadají jako fazole nebo dvě sloučené malé „hemi“ oblasti obklopené plochými kalícími oblastmi nad písty.

Reference