Półkulista komora spalania - Hemispherical combustion chamber
Komory spalania półkulisty jest typu komory spalania w ruchu posuwisto-zwrotnym silnika spalinowego wewnętrznego spalania z kopułową głowicy w przybliżeniu w kształcie półkuli . Silnik z tego typu komorą półkulistą jest znany jako silnik półkulisty .
Historia
_Engine_cutout_r_TCE.jpg)
Półkuliste komory spalania zostały wprowadzone w niektórych z najwcześniejszych silników samochodowych, wkrótce po tym, jak po raz pierwszy zademonstrowano żywotność silnika spalinowego. Ich nazwa odzwierciedla wypukłą głowicę cylindra i górnej części tłoka , która osłania przestrzeń, która aproksymuje połową kuli ( hemi + -sphere + -ical ), chociaż w praktyce rzeczywisty pomieszczenie jest zwykle mniej niż połowę.
Półkuliste głowice cylindrów są używane od co najmniej 1901 roku; były używane przez belgijskiego producenta samochodów Pipe w 1905 roku oraz przez Fiata 130 KM Grand Prix z 1907 roku . Peugeot samochód Grand Prix 1912 i Alfa Romeo Grand Prix samochód z 1914 roku były oba silniki cztero-zaworowe i Daimler i Riley również używając Hemi w tym czasie. Począwszy od 1912 roku Stutz używał silników czterozaworowych, koncepcyjnie wyprzedzając nowoczesne silniki samochodowe. Inne przykłady to konstrukcja podwójnego popychacza BMW (przyjęta przez Bristol Cars ), Peugeot 403 , silnik Toyota T i silnik Toyota V (pierwszy silnik Toyoty V8), silniki wyścigowe Miller i silnik Jaguar XK .
Technologia i wdrożenie
Półkulista głowica („ półkula ”) zapewnia wydajną komorę spalania z minimalnymi stratami ciepła do głowicy i pozwala na zastosowanie dwóch dużych zaworów . Jednak półgłowica zwykle dopuszcza nie więcej niż dwa zawory na cylinder ze względu na trudności w rozmieszczeniu mechanizmu zaworowego dla czterech zaworów pod różnymi kątami, a te duże zawory są z konieczności cięższe niż te w silniku wielozaworowym o podobnej powierzchni zaworowej , a także ogólnie wymagający większego wzniosu zaworu. Zawory wlotowe i wylotowe znajdują się po przeciwnych stronach komory i wymagają konstrukcji głowicy z przepływem krzyżowym . Ponieważ komora spalania jest praktycznie półkulą, tłok z płaskim wierzchołkiem zapewnia niższy stopień sprężania, chyba że stosuje się mniejszą komorę.
Istotne wyzwania w komercjalizacji silników wykorzystujących komory półkuliste dotyczyły projektowania mechanizmu uruchamiania zaworów oraz tego, jak sprawić, by był skuteczny, wydajny i niezawodny przy akceptowalnych kosztach. Ta złożoność została wspomniana na początku prac Chryslera podczas opracowywania silnika półosiowego z lat 50. XX wieku: głowica była określana w reklamie firmy jako głowica Double Rocker .
Zalety i wady
Chociaż konstrukcja z głowicą klinową zapewnia uproszczone uruchamianie zaworów, zwykle robi się to poprzez umieszczenie zaworów obok siebie w komorze, z równoległymi osiami trzpieni. Może to ograniczyć przepływ wlotu i wylotu do iz komory poprzez ograniczenie średnic głowic zaworów do nie większej niż całkowita średnica otworu cylindra w układzie z dwoma zaworami na cylinder. W przypadku półkulistej komory z rozwartym kątem trzpienia zaworu, ograniczenie to zwiększa się o kąt, dzięki czemu całkowita średnica zaworu może przekroczyć średnicę otworu w konfiguracji górnego zaworu . Zobacz silnik IOE dla innej metody.
Rozchylony kąt zaworu powoduje również pochylenie płaszczyzny gniazda zaworu, co zapewnia prostszą ścieżkę przepływu dla wlotu i wylotu do/z portu wychodzącego z głowicy cylindrów. Inżynierowie nauczyli się, że chociaż zwiększenie rozmiaru zaworu z prostszym portem jest korzystne dla zwiększenia maksymalnej mocy przy wysokich obrotach, spowalnia prędkość przepływu wlotowego, nie zapewniając najlepszego spalania pod względem emisji, wydajności lub mocy w normalnym zakresie obrotów.
Tłoki wypukłe są powszechnie stosowane w celu utrzymania wyższego stopnia sprężania mechanicznego, który ma tendencję do zwiększania odległości rozprzestrzeniania się płomienia, co jest również szkodliwe dla wydajnego spalania, chyba że zwiększy się liczba świec zapłonowych na cylinder.
Temperatury płomienia są bardzo wysokie, co prowadzi do nadmiernej emisji NOx, która może wymagać recyrkulacji spalin i innych środków kontroli emisji w celu spełnienia nowoczesnych standardów. Inne wady półkulistej komory to zwiększone koszty produkcji i wysoki względny ciężar (25% cięższy niż porównywalnej głowicy klinowej według inżynierów Chryslera ). Wypchnęły one głowę hemi z łask w erze nowożytnej, aż do przeprojektowania Chryslera w 2003 roku, które okazało się popularne.
 SOHC Cutaway ukazujący konstrukcję z przepływem krzyżowym, |
 Silnik hemi wymaga części |
 Widoczna jest tutaj główna wada projektu |
Posługiwać się
Alfa Romeo
Alfa Romeo przez lata produkowała udane silniki półgłowicowe. Prawdopodobnie jednym z ich najbardziej lubianych przykładów jest oryginalny 2,5-litrowy silnik V6 Giuseppe Busso , który przez niektórych był cytowany jako jeden z najlepiej i najbardziej charakterystycznie brzmiących silników produkcyjnych (nawet w jego ostatnich 24 V formach) wszechczasów. Częścią tej pochwały jest prawdopodobnie to, że półkuliste głowice oryginalnego 2-zaworowego silnika pozwoliły na prawie całkowicie prosty kanał wydechowy, co skutkuje mniej rozrzedzonym lub zamulonym dźwiękiem silnika, umożliwiając Alfa Romeo stosowanie cichszych fabrycznych wydechów bez utraty ich wyrazistości i uwielbiany wyścigowy hałas silnika.
Aston Martin
Słynny silnik DOHC (4 krzywki) V8 Astona Martina wykorzystywał półkulistą komorę od późnych lat 60. do późnych lat 80. XX wieku. Każda krzywka sterowała jednym zestawem zaworów, zespołem zaworów wlotowych lub zespołem zaworów wydechowych. Aston Martin V8 5,3 l (5340 ml / 325 w 3 ) wytwarzana 315 kW (235 KM).
Chryslera
Być może najbardziej znanym zwolennikiem konstrukcji półkulistej komory jest Chrysler Corporation . Chrysler został zidentyfikowany przede wszystkim dzięki znakowi handlowemu nazwy „Hemi”, a następnie intensywnemu używaniu jej w kampaniach reklamowych rozpoczynających się w latach 60. XX wieku. Chrysler wyprodukował trzy generacje takich silników: pierwszą ( silnik Chrysler FirePower ) w latach 50., drugą ( 426 Hemi ), stworzoną dla NASCAR w 1964 r. i produkowaną do wczesnych lat 70., a wreszcie „nową HEMI” w początek 2000 roku. Obecnie Chrysler produkuje 5 odmian silnika Hemi: 5,7 l, który, w zależności od konfiguracji, wytwarza od 360 do 395 koni mechanicznych i 390-407 lb*ft (529-552 N*m) momentu obrotowego, 6,4 l (znane również jako 392 cal sześcienny), który daje 485 koni mechanicznych i 475 lb⋅ft (644 N⋅m) momentu obrotowego, 6,1 l, który daje 425 KM i 425 lb⋅ft (576 N⋅m) momentu obrotowego, doładowany 6,2 l ( powszechnie znany jako Hellcat), o mocy 707 KM i momencie obrotowym 650 lb⋅ft (881 N⋅m), a ostatnio kolejny doładowany 6,2 l, który daje 797-840 KM i 707-770 lb*ft (958-1043 N*) m) momentu obrotowego, z wersją 797 KM/707 lb*ft znalezioną w Hellcat Redeye i wersją 840 KM/770 lb*ft znalezioną w Demon.
Chrysler wypuścił również hemi 6 w Australii z niepełną komorą półkulistą, ale najwyższy silnik 4,3 l, 265 cali sześciennych o mocy 302 KM (225 kW). Wyszły jako 215 120 KM 245 160 KM 265(std) 203 KM.
Bród
Głowice Ardun do płaskiego głowicy Forda były prawdopodobnie pierwszym zastosowaniem półkulistej głowicy w łatwo dostępnym amerykańskim silniku V8 . Po raz pierwszy zaoferowane w 1947 roku jako produkt na rynku wtórnym, głowice te przekształciły głowicę płaską Forda w zawory górne działające w komorze półkulistej. Zora Ar kus- Dun tov, który później pracował dla GM i był główną siłą napędową rozwoju Chevroleta Corvette , oraz jego brat Yura, byli „AR” „DUN” „Ardun”.
Ford wyprodukował silnik z dwoma górnymi krzywkami (jedna na głowicę) i komorami półkulistymi w połowie lat 60. XX wieku. Silnik o pojemności 425 cali sześciennych, należący do rodziny silników Forda FE , był znany jako „427 SOHC ”; był również znany jako Cammer . Był to zestaw półgłówek SOHC, które przykręcano do bloku silnika FE Forda . Silnik z 1964 roku został zaprojektowany w ciągu 90 dni intensywnych prac inżynieryjnych do użytku w wyścigach. 427 SOHC używał bloku silnika z boczną olejarką, nieco zmodyfikowanego, aby poradzić sobie z brakującą krzywką w bloku między innymi problemami OHC . Ze względu na ich poziomy mocy oraz fakt, że Chrysler pokazał Billowi France, że DOHC 426 Hemi jest w budowie, został zakazany w wyścigach NASCAR , chociaż dozwolony w niektórych klasach wyścigów drag. Po zakazie NASCAR, Ford kontynuował produkcję SOHC, sprzedając go bez recepty zawodnikom wyścigowym i innym, którzy używali go do napędzania wielu Mustangów A/FX ze zmienionym rozstawem osi i doładowanych dragsterów Top Fuel . Connie Kalitta , Pete Robinson i „Snake” Prudhomme używali silnika w swoich wyścigach Top Fuel. W 1967 roku Connie Kalitta „Bounty Hunter” napędzany napędem SOHC zdobył wyróżnienie Top Fuel na zimowych zlotach AHRA, NHRA i NASCAR, stając się jedynym zwycięzcą „potrójnej korony” w historii wyścigów drag. Wyniki z dynamometru tego dnia wykazały, że SOHC Hemi wytwarza prawie 700 KM (522 kW) w formie skrzyni (100 KM na litr). Górne krzywki oznaczały, że nie był on tak ograniczony w obrotach, jak Chrysler Hemis z ich popychaczami i ciężkimi i złożonymi układami zaworów.
Późniejsze projekty silników Forda z komorami półkulistymi obejmowały Calliope , który wykorzystywał dwie krzywki blokowe, umieszczone jedna nad drugą, do napędzania 3 zaworów na komorę półkulistą. Popychacze uruchamiające zawory z górnego wałka rozrządu były prawie poziome. W 1968 roku Ford wprowadził zupełnie nową rodzinę silników o nazwie 385-series . Głowice tego silnika wykorzystywały zmodyfikowaną formę półkulistej komory zwanej Semi-Hemi .
W latach 70. Ford zaprojektował i wyprodukował mały silnik blokowy z półkulistymi głowicami, aby sprostać rosnącym obawom o oszczędność paliwa. Niestety, nawet w przypadku wyprzedzającego swoje czasy systemu bezpośredniego wtrysku paliwa zasilającego komorę uwarstwionego ładunku , emisje hemi nie mogły być wystarczająco czyste, aby zapewnić zgodność z przepisami. To plus koszt systemów uruchamiania zaworów, wraz z kosztem pompy wysokociśnieniowej potrzebnej do dostarczania paliwa bezpośrednio do komory, a także systemu napędu pasowego Gilmera potrzebnego do napędzania pompy, sprawiły, że dalszy rozwój był wówczas bezcelowy. Większość 4-cylindrowych Fordów z lat 80. używała silnika Ford CVH , CVH oznaczającego „Zawór mieszany, półkulisty (głowica)”.
Jaguar
Jaguar używał tego projektu głowicy, począwszy od 1949 roku, w legendarnych silnikach XK , które napędzały samochody, od wygrywającego Le Mans D-Type po XJ6.
Lancia
Silnik Lancia V4 i Lancia V6 wykorzystywały półkuliste komory spalania.
Lotos
Lotus zastosował komory półkuliste w niektórych swoich silnikach (patrz zdjęcie po prawej). Stosunkowo duże zawory możliwe w takiej komorze pozwalały na szybkie wchodzenie i wychodzenie dużych ilości mieszanki powietrzno-paliwowej; nie zawsze całkowicie spalone.
Mercedes Benz
Komory półkuliste były cechą silnika M102 wprowadzonego w 1980 roku, który wraz z konstrukcją głowicy o przepływie krzyżowym promował większą wydajność w stosunku do silnika M115 , który zastąpił.
MG
Fabryka MG w Abingdon-On-Thames wyprodukowała wariant Twin-Cam popychacza linii MGA 1600 MkI MG MGA w latach 1958-1960. po jednym zaworze wlotowym i wylotowym na cylinder. Taka konfiguracja umożliwiła cyrkulację „półgłowicy” w komorze spalania z przepływem krzyżowym, co umożliwiło lepsze oddychanie (wydajność objętościowa) oraz wykorzystanie powiększonych zaworów i kopulastych tłoków. Wczesne wersje okazały się kruche na ulicy i podczas zawodów z powodu przedwczesnego zapłonu (detonacji) i utraty oleju, co doprowadziło do zmniejszenia stopnia sprężania z 9,1. do 8.3 z przeprojektowanymi tłokami. To była udana aktualizacja, ale sprzedaż spadła tak szybko, że firma wstrzymała produkcję Twin Cam i użyła pasującego podwozia do niektórych MGA, z silnikami popychaczy, znanych jako modele MGA 1600 MkI i MkII DeLuxe.
Mitsubishi
Mitsubishi wyprodukowało kilka silników hemi, w tym jednostki „Orion” , „Astron” i „Saturn” .
Nissan
Silniki Nissana Z , VG (tylko wersja SOHC) i VQ wykorzystują półkuliste komory spalania. Z i VG są prawdziwie półkuliste, podczas gdy VQ wykorzystuje złożony kształt dachu jednospadowego.
Porsche
Porsche dokonał szerokie zastosowanie silników hemi łbem , w tym chłodzony powietrzem płaskim 6 silnika w 911 wzorów od 1963 do 1999 roku 1973 wersja 2.7 L generowany 56 KM na wolnossący litr tłokową .
Toyota
Toyota Motor Corporation „s V rodzina silników były montowane wzdłużnie silnik V8 konstrukcji. Były używane od lat 60. do 90. XX wieku. Silnik rodziny V był używany w prestiżowej Toyocie Century . Toyota współpracowała z Yamahą, aby wyprodukować pierwszy japoński silnik blokowy wykonany w całości ze stopu aluminium. Rodzina V jest często określana jako Toyota HEMI, ponieważ silnik ma podobną konstrukcję głowicy cylindrów do tych, które można znaleźć w Chrysler's Hemi, mimo że większość konstrukcji silnika jest zupełnie inna.
Silnik V 2.6L został po raz pierwszy zastosowany w Crown Eight od 1964 do 1967 jako część gamy Crown drugiej generacji . Następnie Crown Eight został zastąpiony przez ekskluzywną Toyotę Century .
Silniki 3V, 4V i 5V były używane w Toyocie Century do 1997 roku, kiedy to całkowicie przeprojektowano i zyskało 5,0 L 1GZ-FE V12 .
Silniki serii V, podobnie jak kilka silników Toyota Motor Corporation (np. 2T-C , 2M , 4M itp.) miały wówczas półkulistą komorę spalania. Świece zapłonowe znajdowały się w górnej części komory spalania.
Ewolucja konstrukcji w nowoczesnych silnikach
W nowoczesnej erze emisji, półkomora zaczęła zanikać od ciągłego rozwoju. Półkulista komora spalania to najprostsza i najłatwiejsza konstrukcja. Od ponad wieku służy jako podstawowa konstrukcja silników spalinowych, z której wywodzi się wiele innych ulepszeń i opracowań inżynieryjnych. Ponieważ inżynieria zaangażowana w nowe silniki ulepszała się i ewoluowała, prawdziwa półkulista komora przekształciła się i skręciła w bardziej wyrafinowane i złożone konstrukcje, które mają na celu pozyskiwanie większej mocy przy niższych emisjach z dowolnego zdarzenia spalania.
Wiele dzisiejszych silników wykorzystuje aktywne komory spalania zaprojektowane do obracania i wirowania mieszanki paliwowo-powietrznej w komorze w celu uzyskania jak najbardziej wydajnego spalania. Te aktywne komory zwykle wyglądają jak fasola lub dwa połączone małe obszary „hemi” otoczone płaskimi obszarami hartowania nad tłokami.