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A hemisphärische Verbrennung Kammer ist eine Art Verbrennungskammer in einem Hubkolben-Verbrennungsmotor mit einem gewölbten Zylinderkopf. Die halbkugelförmige Form bietet eine Reihe von Vorteilen gegenüber einem Gegenstrom-Zylinderkopf, ist jedoch bei anderen, insbesondere bei Vergasermotoren, zu kurz. Ein Motor mit dieser Art einer halbkugelförmigen Kammer ist als Hemi-Motor bekannt.
Geschichte [ edit ]
Bei einigen der frühesten Automobilmotoren wurden hemisphärische Brennkammern eingeführt, kurz nachdem das Konzept der inneren Verbrennung bewiesen wurde Motoren selbst. Ihr Name spiegelt das Konzept eines gewölbten Zylinderkopfs und der Oberseite des Kolbens wider, die einen Raum umschließt, der einer halben Kugel entspricht ( hemi + -sphere + -ical ), obwohl es in der Praxis in der Regel weniger als die Hälfte ist.
Seit mindestens 1901 werden halbkugelförmige Zylinderköpfe verwendet, [1] sie wurden vom belgischen Autobauer Pipe 1905 [2] und dem 1907er Fiat 130 HP Grand Prix-Rennwagen verwendet. [3] The Peugeot Grand Prix Car 1912 und der Alfa Romeo Grand Prix von 1914 waren beide ebenfalls Vierventilmotoren, Daimler und Riley verwendeten ebenfalls halbkugelförmige Brennkammern. Stutz verwendete ab 1912 Vierventilmotoren, [4] die konzeptionell moderne Automotoren vorwegnahmen. Weitere Beispiele sind das BMW Doppelgestänge-Design (übernommen von Bristol Cars), der Peugeot 403, der Toyota T-Motor und der Toyota V-Motor (Toyotas erster V8-Motor) sowie Miller-Rennmotoren und der Jaguar XK-Motor. [5]
Technology und Implementierung edit ]
Ein halbkugelförmiger Kopf ("hemi-head") bietet eine effiziente Verbrennungskammer mit minimalem Wärmeverlust für den Kopf und ermöglicht zwei große Ventile. Ein Halbkopf erlaubt jedoch normalerweise nicht mehr als zwei Ventile pro Zylinder, da es schwierig ist, das Ventilzahnrad für vier Ventile in divergierenden Winkeln anzuordnen, und diese großen Ventile sind notwendigerweise schwerer als diejenigen in einem Mehrventilmotor mit einem ähnlichen Ventilbereich sowie generell mehr Ventilhub erforderlich. Die Einlass- und Auslassventile liegen auf gegenüberliegenden Seiten der Kammer und erfordern eine "Querstrom" -Kopfkonstruktion. Da es sich bei der Verbrennungskammer praktisch um eine Halbkugel handelt, ergibt ein Kolben mit flachem Kolben ein niedrigeres Verdichtungsverhältnis, wenn keine kleinere Kammer verwendet wird. Es ist ein Irrtum, dass alle Hemi-Motoren Kuppelkolben haben. Das ist nicht wahr. Einige der modernen Werks-Halbmotoren mit hohen Kompressionsverhältnissen, wie beispielsweise der Chrysler-2009-5.7-l-Motor (10,5: 1), haben Kuppelkolben und einige der Chrysler-5.7-Motoren haben Flachkolben. Typischerweise wird bei hohen Verdichtungsverhältnissen mit 92-93 Oktanbenzin gearbeitet. Theoretisch können, wenn der Motor aufgrund der Tatsache, dass er aufgeladen ist, ein niedriges Verdichtungsverhältnis benötigt wird, Flachkolben verwendet werden, oder wenn ein Benzin mit niedrigerer Oktanzahl verwendet werden soll, können auch Flachkolben verwendet werden. Es gibt viele Hemimotoren mit Flachkolben. Das gewünschte Verdichtungsverhältnis ist entscheidend für die Bestimmung der Kolbenform und der Brennkammergröße zusammen mit vielen anderen Faktoren, wie z Volumen der Brennkammer Kolbenkompressionshöhe, Kolbenventil-Entlastungsvolumen, Volumen der Kolbenkuppel, Volumen der Kolbenschale, Dicke der Kopfdichtung, und Abstand zwischen Kolben und Deck. Ein weiteres Beispiel eines Hemi-Flat-Top-Kolbens ist der 6,1-Liter-Hemi-Flat-Top-Kolben von Manley Chrysler.
Bei der Kommerzialisierung von Motoren mit halbkugelförmigen Kammern ging es vor allem um die Gestaltung der Ventilbetätigung und um die Frage, wie sie effektiv, effizient und zuverlässig zu akzeptablen Kosten hergestellt werden kann. [ Zitat erforderlich Diese Komplexität wurde früh in Chryslers Entwicklung ihres Hemi-Motors aus den 1950er Jahren erwähnt: Der Kopf wurde in der Werbung des Unternehmens als Double Rocker -Kopf bezeichnet. [2]
Vor- und Nachteile [ ] edit ]
Obwohl ein Keilkopf eine vereinfachte Ventilbetätigung bietet, werden die Ventile normalerweise nebeneinander in der Kammer mit paralleler Schaftachse angeordnet. Dies kann die Strömung des Einlasses und des Abgases in die Kammer hinein und aus dieser heraus einschränken, indem die Durchmesser der Ventilköpfe auf insgesamt nicht mehr als die Bohrung des Zylinders in einer Anordnung mit zwei Ventilen pro Zylinder begrenzt werden. Bei einer halbkugelförmigen Kammer mit gespreiztem Winkel der Ventilspindel wird diese Begrenzung um den Winkel erhöht, wodurch es möglich wird, dass die Gesamtgröße des Ventildurchmessers die Bohrungsgröße innerhalb einer Überkopfventilkonfiguration überschreitet. Eine andere Methode finden Sie unter IOE-Engine.
Außerdem bewirkt der gespreizte Ventilwinkel, dass die Ventilsitzebene gekippt wird, wodurch ein gerader Strömungspfad für den Einlass und den Auslass zu / von der aus dem Zylinderkopf austretenden Öffnung entsteht. Ingenieure haben gelernt, dass die Vergrößerung der Ventilgröße mit gerader Öffnung zwar für die Erhöhung der maximalen Leistung bei hohen Drehzahlen von Vorteil ist, die Ansaugströmungsgeschwindigkeit jedoch verlangsamt und nicht das beste Verbrennungsereignis für Emissionen, Wirkungsgrad oder Leistung im normalen Drehzahlbereich bietet.
Gewölbte Kolben werden üblicherweise verwendet, um ein höheres mechanisches Kompressionsverhältnis aufrechtzuerhalten, das dazu neigt, die Flammenausbreitungsdistanz zu vergrößern, was auch für eine effiziente Verbrennung nachteilig ist, sofern nicht die Anzahl der Zündkerzen pro Zylinder erhöht wird.
Die Flammentemperaturen sind sehr hoch, was zu einer übermäßigen NOx-Abgabe führt, die eine Abgasrückführung und andere emissionsmindernde Maßnahmen erfordern kann, um den heutigen Standards zu entsprechen. Dies ist einer der Hauptgründe für den Rückgang der Beliebtheit.
Andere Nachteile der halbkugelförmigen Kammer sind erhöhte Produktionskosten und ein hohes relatives Gewicht (25% schwerer als ein vergleichbarer Keilkopf nach Chryslers Ingenieuren [6]). Diese haben den Hemikopf in der Moderne aus der Gunst geschoben.
 SOHC Cutaway mit Cross-Flow-Design, Für den Hemi-Motor sind Teile |
 Hier ist ein schwerwiegender Nachteil des Hemi-Designs zu erkennen |
Alfa Romeo [ Hrsg it ]
Alfa Romeo hat im Laufe der Jahre viele erfolgreiche Hemikopfmotoren produziert. Eines der beliebtesten Beispiele ist Giuseppe Bussos ursprünglicher 2,5-Liter-V6, der von einigen als einer der besten und am besten klingenden Produktionsmotoren aller Zeiten (selbst in den letzten 24-V-Formen) aller Zeiten genannt wurde. [7] Teil von Dieses Lob ist wahrscheinlich darauf zurückzuführen, dass die halbkugelförmigen Köpfe des ursprünglichen 2-Ventilmotors einen fast vollständig geraden Auslasskanal ermöglichten, was zu einem weniger verdünnten oder matschigen Motorgeräusch führt, sodass Alfa Romeo ruhigere Auspuffrohre verwenden kann, ohne viel von ihrem besonderen und beliebten Wert zu verlieren Renngeräusche der Motoren.
Aston Martin [ edit ]
Aston Martins berühmter DOHC (4 Cams) V8 verwendete in den späten 1960er Jahren bis in die späten 1980er Jahre eine halbkugelförmige Kammer. Jeder Nocken steuerte einen Satz Ventile, entweder eine Bank von Einlassventilen oder eine Bank von Auslassventilen. Der Aston Martin V8 5,3 L (5340 cm3 / 325 in 3 ) leistete 315 PS (235 kW).
Chrysler [ edit ]
Der vielleicht bekannteste Vertreter des hemisphärischen Kammerdesigns ist die Chrysler Corporation. Chrysler wurde vor allem dadurch identifiziert, dass er den Namen "Hemi" trug und ihn ab den 1960er Jahren in seinen Werbekampagnen ausgiebig verwendete. Chrysler hat drei Generationen solcher Motoren produziert: den ersten (den Chrysler FirePower-Motor) in den fünfziger Jahren, den zweiten (den 426 Hemi), der 1964 für NASCAR entwickelt wurde und in den frühen 70er Jahren produziert wurde, und schließlich den "neuen HEMI" im Anfang der 2000er Jahre. Derzeit produziert Chrysler vier Variationen des Hemi-Motors: Ein 5,7 L, das je nach Konfiguration zwischen 360 und 395 PS und ein Drehmoment von 529-552 Nm (390-407 lb * ft) macht, ein Wert von 6,4 L (auch bekannt) als 392 Kubikzoll) macht dies 485 PS und 644 Nm Drehmoment, eine (andere) 6,4 L, die 410 PS und 425 Nm Drehmoment macht, und a 6,2 l (allgemein bekannt als Hellcat), die 707 PS und ein Drehmoment von 881 Nm (650 lb⋅ft) leisten.
Chrysler brachte auch eine Hemi 6 in Australien mit einer nicht vollen halbkugelförmigen Kammer heraus, aber der obere 4,3 l-Motor mit 265 Kubikzentimeter leistete 302 PS (225 kW). Sie kamen als 215 120 PS 245 160 PS 265 (std) 203 PS heraus.
Ford [ edit ]
Ardun-Köpfe für den Ford-Flachkopf waren vielleicht der erste Einsatz eines halbkugelförmigen Kopfes an einem leicht zugänglichen amerikanischen V8. [8] Erstmalig im Jahr 1947 als Aftermarket-Produkt verwandelten diese Köpfe den Ford-Flachkopf in Überkopfventile, die in einer halbkugelförmigen Kammer arbeiteten. Zora Ar kus- Dun tov, der später für GM arbeitete und eine maßgebliche Kraft für die Entwicklung der Chevrolet Corvette war, und sein Bruder Yura waren die "AR" "DUN". von "Ardun."
Mitte der 1960er-Jahre produzierte Ford einen Motor mit zwei obenliegenden Nocken (eine Nocke pro Kopf) und halbkugelförmigen Kammern. Der Motor, der 425 Kubikzoll verdrängte und zur FE-Familie der Ford-Motoren gehörte, wurde als "427 SOHC" bezeichnet. es wurde auch als Cammer bekannt. Es war im Grunde ein Satz SOHC-Hemiköpfe, die an den FE-Motorblock von Ford angeschraubt wurden. Der 1964-Motor wurde in 90 Tagen intensiver technischer Anstrengung [9] für den Einsatz im Rennsport entwickelt. Der 427 SOHC nutzte den etwas modifizierten Seitenöler-Motorblock, um die fehlende Blockierung der Blocknocken unter anderen OHC-Problemen zu bewältigen. [9] Aufgrund ihrer Leistungspegel und der Tatsache, dass Chrysler Bill France gezeigt hatte, dass sich ein DOHC 426 Hemi befand Die Arbeiten wurden von NASCAR-Rennen verboten, obwohl sie in bestimmten Drag Racing-Klassen zugelassen waren. Nach dem NASCAR-Verbot produzierte Ford den SOHC weiter und verkaufte ihn über den Ladentisch an Rennfahrer und andere [10] die damit viele A / FX-Mustangs mit verändertem Radstand und aufgeladene Top Fuel-Dragster trieben. Connie Kalitta, Pete Robinson und "Snake" Prudhomme verwendeten den Motor in ihren Top Fuel-Rennfahrern. 1967 gewann Connie Kalittas "Bounty Hunter" mit dem SOHC-Motor "Top Fuel" bei den Wintertreffen von AHRA, NHRA und NASCAR und wurde damit der einzige "Triple Crown" -Sieger in der Geschichte des Drag Racing fast 700 PS (522 kW) in Kistenform (100 PS pro Liter). [12] Die Overhead-Nocken führten dazu, dass sie nicht so drehzahlbeschränkt waren wie die Chrysler Hemis mit ihren Schubstangen und schweren und komplexen Vliesbahnen. [13]
Zu den späteren Ford-Motorkonstruktionen mit halbkugelförmigen Kammern gehörte der Calliope bei dem zwei übereinander angeordnete Blocknocken zum Antrieb von 3 Ventilen pro Halbkugelkammer verwendet wurden. [14] Die Schubstangen, die die Ventile von der oberen Nockenwelle aus ansteuerten, waren nahezu horizontal. Im Jahr 1968 brachte Ford eine komplett neue Motorenfamilie mit der Bezeichnung 385-Serie heraus. Die Köpfe dieses Motors verwendeten eine modifizierte Form der halbkugelförmigen Kammer, genannt Semi-Hemi . [15]
In den 1970er Jahren entwarf und produzierte Ford einen Small-Block-Motor mit halbkugelförmigen Köpfen um die wachsenden Sorgen um den Kraftstoffverbrauch anzugehen. [16][17] Die Emissionen des Hemis konnten jedoch selbst mit einem zeitlich begrenzten Kraftstoffeinspritzsystem, das eine Schichtladungskammer speist, leider nicht sauber genug gemacht werden, um die Vorschriften einzuhalten. Dies zuzüglich der Kosten der Ventilbetätigungssysteme zusammen mit den Kosten der Hochdruckpumpe, die erforderlich ist, um Kraftstoff direkt in die Kammer zu leiten, sowie des Gilmer-Riemenantriebssystems, das zum Antreiben der Pumpe benötigt wird, machten die Entwicklung damals zu diesem Zeitpunkt sinnlos. Die meisten Vierzylinder-Fords der 1980er Jahre verwendeten den Ford CVH-Motor, CVH bedeutet "Compound Valve Hemispherical (Head)".
Jaguar [ edit ]
Jaguar verwendete dieses Kopfdesign, Anfang 1949 über die legendären XK-Motoren, die vom Le Mans-Sieger-D-Type bis zum XJ6 angetrieben wurden. [18]
Lancia [ edit
Sowohl der Lancia-V4-Motor als auch der der Lancia V6-Motor verwendete halbkugelförmige Kammern.
Lotus [ edit ]
Lotus hat in einigen ihrer Motoren halbkugelförmige Kammern verwendet (siehe Foto rechts). Die relativ großen Ventile, die in einer solchen Kammer möglich sind, ließen schnell große Luft-Kraftstoff-Gemische in die Kammer eintreten und aus dieser austreten. nicht immer vollständig verbrannt.
Mercedes Benz [ edit ]
Halbkugelförmige Kammern waren ein Merkmal des 1980 eingeführten M102-Motors, der zusammen mit dem Crossflow-Kopf-Design eine höhere Effizienz im Vergleich zum M115-Motor ermöglichte. [19]
MG [ edit ]
Die MG-Fabrik in Abingdon-On-Thames produzierte eine Twin-Cam-Variante der MGA-Linie MGA 1600 MkI MG MGA von 1958 bis 1960. Das Original Schubstange 1588 cm³ Gusseisenblock war mit einem Aluminiumguss-Zwillingsnocken-Zylinderkopf gekrönt, der je ein Einlass- und Auslassventil pro Zylinder enthielt. Diese Konfiguration ermöglichte eine "Hemi-Head" -Zirkulation innerhalb der Brennkammer, die eine verbesserte Atmung (volumetrischer Wirkungsgrad) sowie die Verwendung von vergrößerten Ventilen und gewölbten Kolben ermöglichte. Frühere Versionen erwiesen sich auf der Straße und im Wettbewerb aufgrund der Vorzündung (Detonation) und des Ölverlusts als fragil, was zu einer Verringerung des Verdichtungsverhältnisses von 9,1 führte. bis 8.3 mit umgestalteten Kolben. Es war ein erfolgreiches Update, aber der Umsatz ging so schnell zurück, dass das Unternehmen die Twin Cam-Produktion stoppte und das passende Chassis für einige MGAs mit Schubstangentriebwerken verwendete, die als MGA 1600 MkI und MkII DeLuxe-Modelle bekannt sind.
Mitsubishi [ edit ]
Mitsubishi produzierte mehrere Hemi-Motoren, darunter die Einheiten 'Orion', 'Astron' und 'Saturn'.
Porsche [ edit ]
Porsche hat ausgiebig Hemikopf-Motoren einschließlich der luftgekühlten 6 Motor in Porsche 911-Modellen von 1963 bis 1999. Die 2,7-Liter-Version von 1973 leistete 56 PS pro Liter Hubraum. [20]
Toyota [ edit ]
Toyota Motor Corporation [
] V-Familie von Motoren waren eine längs montierte V8-Motorkonstruktion. Sie wurden von den 1960er bis 1990er Jahren eingesetzt. Der V-Familienmotor wurde im prestigeträchtigen Toyota Century eingesetzt. Toyota hatte mit Yamaha zusammengearbeitet, um den ersten japanischen Vollaluminium-Blockmotor herzustellen. Die V-Familie wird häufig als Toyota HEMI bezeichnet, da der Motor über ein ähnliches Zylinderkopfdesign verfügt wie das Chrysler's Hemi, obwohl das Motordesign zum größten Teil völlig anders ist.
Der V 2.6L-Motor wurde erstmals von 1964 bis 1967 in der Crown Eight als Teil der Crown-Generation der zweiten Generation eingesetzt. Danach wurde die Crown Eight durch den gehobenen Toyota Century ersetzt.
Die 3V-, 4V- und 5V-Motoren wurden im Toyota Century verwendet, bis sie 1997 komplett umgestaltet wurden und den 5.0 L 1GZ-FE V12 erhielten.
Die Motoren der V-Serie hatten wie mehrere Motoren der Toyota Motor Corporation (z. B. 2T-C, 2M, 4M usw.) zu dieser Zeit eine halbkugelförmige Brennkammer. Die Zündkerzen befanden sich oben in der Brennkammer.
Entwicklung des Designs in modernen Motoren [ edit ]
In der modernen Emissionszeit ist die Hemikammer von der weiteren Entwicklung abgeklungen. Die halbkugelförmige Brennkammer ist die einfachste und am einfachsten zu verstehende Konstruktion. Als solches dient es seit über einem Jahrhundert als Grundkonzept für Verbrennungsmotoren, von dem sich alle anderen Verbesserungen und technischen Entwicklungen ableiten. Mit der Verbesserung und Weiterentwicklung der technischen Entwicklung neuer Motoren hat sich die echte halbkugelförmige Kammer in ausgefeiltere und komplexere Konstruktionen verwandelt, die dazu bestimmt sind, aus jedem Verbrennungsereignis mehr Leistung mit geringeren Emissionen zu gewinnen.
Viele heutige Motoren verwenden aktive Verbrennungskammern, um das Kraftstoff-Luft-Gemisch in der Kammer zu trommeln und zu verwirbeln, um ein möglichst effizientes Verbrennungsereignis zu erreichen. [21] Diese aktiven Kammern sehen normalerweise aus wie Nierenbohnen oder zwei zusammengefügte kleine "Hemi" Flächen, die von flachen Löschflächen über den Kolben umgeben sind. [22] Ende der 70er Jahre hatte die Entwicklung von Motoren mit echten halbkugelförmigen Kammern in den USA aufgehört (Fortsetzung in Orten wie Italien, z. B. bei Alfa Romeos). Es wurde allmählich durch neuere emissionsfreundliche Motorkonstruktionen verdrängt. Heute ist "hemi" mehr eine Marke als eine Beschreibung einer Brennkammer.
Referenzen [ edit ]
- ^ Curtis Boat & Woodworking Co. 1901 - Hemi-Motor von Truscott Launch and Engine Company, St. Joeseph, MI. Entworfen von Hemi-Erfinder Allie Ray Welch, Chelsea Manufacturing Company, Chelsea, Michigan. CurtisBoat.com. 2009-09-25. URL: http: //www.curtisboat.com/hemi_prototype.html. Zugriff: 2009-09-25. (Archiviert bei WebCite unter https://www.webcitation.org/5k4B8p3aw)[19659103(^ a b "Eine Geschichte von den Ursprüngen des amerikanischen Hemi ". Webcitation.org. Nach dem Original am 24. Januar 2008 archiviert . 2010-06-30 .
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- ^ "Detroits" Total Revolution "", TIME-Magazin März 19, 1979
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