반구형 연소실

Hemispherical combustion chamber
"Hemi engine"은 여기로 방향을 바꿉니다.크라이슬러 엔진은 크라이슬러 헤미 엔진을 참조하십시오.
반구형 연소실의 헤드

반구형 연소실은 돔형 실린더 헤드를 갖는 왕복동식 내연기관의 연소실의 한 종류로서, 대략 반구(실제는 그 구형)의 형상을 갖습니다.이러한 형태의 반구형 챔버를 특징으로 하는 엔진을 세미 엔진이라고 합니다.

역사

반구형 헤드가 있는 섹션형 모터사이클 엔진

반구형 연소실은 내연 기관의 실행 가능성이 처음 입증된 직후 초기 자동차 엔진 중 일부에 도입되었습니다.이 이름은 돔 실린더 헤드와 피스톤 상단이 구의 절반에 가까운 공간(반구 + -sphere + -ical)을 나타내는 것이지만 실제로는 밀폐 공간이 절반 이하입니다.

반구형 실린더 헤드는 적어도 1901년부터 사용되어 왔습니다;[1] 1905년[2] 벨기에 자동차 제조사 파이프와 1907년 피아트 130 HP 그랑프리 레이서가 사용했습니다.[3]1912년의 푸조 그랑프리 자동차와 1914년의 알파 로미오 그랑프리 자동차는 모두 4개의 밸브 엔진이었고, 당시 다임러와 라일리도 반구형 연소실을 사용하고 있었습니다.1912년부터 스투츠는 4개의 밸브 엔진을 사용하여 [4]개념적으로 현대 자동차 엔진을 예상했습니다.다른 예로는 BMW 더블 푸시로드 디자인(브리스톨 자동차 채택), 푸조 403, 토요타 T 엔진과 토요타 V 엔진(토요타 최초의 V8 엔진), 밀러 레이싱 엔진, 재규어 XK 엔진 등이 있습니다.[5]

기술 및 구현

반구형 헤드("반헤드")는 헤드에 열 손실을 최소화하면서 효율적인 연소실을 제공하며 두 개의 대형 밸브를 사용할 수 있습니다.그러나, 4개의 밸브를 위한 밸브 기어를 서로 다른 각도로 배열하는 것이 어렵기 때문에, 세미 헤드는 보통 실린더 당 2개 이하의 밸브를 허용하지 않으며, 이러한 대형 밸브는 반드시 유사한 밸브 영역의 멀티 밸브 엔진에서의 밸브보다 무거울 뿐만 아니라 일반적으로 더 많은 밸브 리프트를 요구합니다.흡기 및 배기 밸브는 챔버의 반대편에 놓여 있으며 "교차 흐름" 헤드 설계가 필요합니다.연소실은 사실상 반구이기 때문에, 더 작은 챔버를 사용하지 않는 한 플랫 탑 피스톤은 더 낮은 압축비를 산출합니다.

반구형 챔버를 사용하는 엔진의 상용화에 있어서 상당한 어려움은 밸브 작동의 설계, 그리고 일반적으로 입구 및 배기 밸브를 작동하기 위해 이중 로커 시스템 또는 이중 캠 샤프트를 사용해야 하는 허용된 비용으로 효율적이고 효율적이며 신뢰성 있게 만드는 방법을 중심으로 전개되었습니다.복잡성은 크라이슬러가 1950년대 세미 엔진을 개발하는 초기에 언급되었습니다. 헤드는 회사 광고에서 Double Rocker 헤드로 언급되었습니다.[2]1980년대에 출시된 포드의 CVH(Compound Valve Hemipherical) 엔진은 반구형 배열 밸브를 단일 캠축으로 작동시키고 두 개의 로커 샤프트 없이도 작동할 수 있도록 캠인헤드 구성과 결합된 밸브 각도의 복잡한 기하학적 구조를 활용하여 문제를 해결했습니다.

장단점

웨지 헤드 설계는 밸브 작동을 단순화할 수 있지만, 보통 밸브를 평행한 스템 축으로 챔버 내에 나란히 배치하여 작동합니다.이를 통해 실린더당 2개의 밸브 배열에서 밸브 헤드의 직경을 실린더의 보어 이하로 제한함으로써 챔버 안팎으로 유입되는 흡기 및 배기의 흐름을 제한할 수 있습니다.밸브 스템 각도가 넓어진 반구형 챔버의 경우 이 제한이 각도만큼 증가하여 전체 밸브 직경 크기가 오버헤드 밸브 구성 내에서 보어 크기를 초과할 수 있습니다.다른 방법은 IOE 엔진을 참조합니다.

또한 밸브 각도가 벌어지면 밸브 시트 평면이 기울어지게 되어 흡기 및 배기가 실린더 헤드에서 나오는 포트로 더 직선적으로 흐르게 됩니다.엔지니어들은 직선형 포트로 밸브 크기를 늘리면 높은 rpm에서 최대 출력을 높이는 데 유리하지만, 흡기 유속이 느려져 정상 rpm 범위에서 배기 가스, 효율 또는 출력에 최적의 연소 이벤트를 제공하지 못한다는 사실을 알게 되었습니다.

돔 피스톤은 일반적으로 더 높은 기계적 압축비를 유지하기 위해 사용되며, 이는 실린더당 스파크 플러그의 수가 증가하지 않는 한 화염 전파 거리가 증가하는 경향이 있어 효율적인 연소에도 해롭습니다.

화염 온도가 매우 높기 때문에 NOx 출력이 과다하게 발생하여 배기 가스 재순환 및 기타 배기 가스 제어 조치가 현대 표준을 충족해야 할 수 있습니다.반구형 챔버의 다른 단점으로는 생산 비용 증가와 높은 상대 중량(Crysler의 엔지니어에[6] 따르면 동급 웨지 헤드보다 25% 더 무겁음)이 있습니다.이는 2003년 크라이슬러의 재설계가 대중적임이 입증되기 전까지 현대 시대에서 세미 자동차를 선호하지 않게 만들었습니다.


교차 흐름 설계를 보여주는 SOHC Cutaway,
챔버의 반구형 형상,
오버헤드 캠의 중심 위치
로커 샤프트에 대한 측면 지지부와 함께.


세미 엔진에는 부품이 필요합니다.
더 복잡하고 양이 많은
이중 로커 시스템의 상부 사진
헤미 머리 한 벌에
복잡한 피스톤 주조법입니다.
비교 가능한 부품의 사진을 아래쪽으로 나눕니다.
웨지 헤드 한 벌


헤미 디자인의 주요 단점은 여기에 있습니다.
전체 엔진 크기에 비해 큰 헤드 캐스트.
크로스 플로우 헤드에 필요한 스플라이 밸브
대형 엔진 베이를 필요로 하는 보다 넓은 주조물이 필요합니다.
엔지니어들은 축소 및 축소를 고려하고 있습니다.
차량의 크기와 그들을 움직이는 엔진.

사용하다

알파 로미오

알파 로미오는 수년간 성공적인 세미 헤드 엔진을 생산해 왔습니다.거의 틀림없이 그들의 가장 사랑 받는 예 중 하나는 Giuseppe Busso의 독창적인 2.5리터 V6이며, 일부 사람들은 심지어 그들의 24v 형태에서 최고의 그리고 가장 독특한 소리를 내는 생산 엔진 중 하나로 언급합니다.[7]원래의 2밸브 엔진의 반구형 헤드를 통해 거의 완전히 직선형 배기 포트를 확보할 수 있었고, 이로 인해 엔진 소리가 희석되거나 진흙이 덜 묻어 Alfa Romeo는 고유하고 사랑받는 인종에서 파생된 엔진 소음을 많이 잃지 않고 더 조용한 배기 가스를 사용할 수 있게 되었습니다.

애스턴 마틴

애스턴 마틴 V8

애스턴 마틴의 유명한 DOHC (4개의 캠) V8은 1960년대 후반부터 1980년대 후반까지 반구형 챔버를 사용했습니다.각각의 캠은 흡기 밸브 뱅크 또는 배기 밸브 뱅크 중 하나의 밸브 세트를 제어했습니다.애스턴 마틴 V85.3L(5340cc/325인치)는3 315마력(235kW)을 생산했습니다.

크라이슬러

주요 기사:크라이슬러 헤미 엔진

아마 반구형 챔버 디자인의 가장 널리 알려진 지지자는 크라이슬러사일 것입니다.크라이슬러는 주로 "Hemi"라는 이름을 상표화한 후 1960년대부터 광고 캠페인에 광범위하게 사용함으로써 식별되었습니다.Crysler는 이러한 엔진을 3세대에 걸쳐 생산해 왔습니다. 1950년대에 첫 번째(Crysler FirePower 엔진), 1964년에 NASCAR용으로 개발되어 1970년대 초까지 생산된 두 번째(426 Hemi), 그리고 마침내 2000년대 초에 "새로운 HEMI"입니다.

포드

포드 플랫헤드를 위한 아르둔 헤드는 아마도 쉽게 구할 수 있는 미국산 V8에 반구형 헤드를 처음 사용한 것일 것입니다.[8]1947년 애프터마켓 제품으로 처음 제공된 이 헤드는 포드 플랫헤드를 반구형 챔버에서 작동하는 오버헤드 밸브로 개조했습니다.후에 GM에서 일하며 쉐보레 콜벳의 개발에 주요한 영향력을 행사한 조라 아르쿠스 던토프와 그의 동생 유라는 "아르던"의 "AR" "DUN"이었습니다.

포드는 1960년대 중반에 두 개의 오버헤드 캠(한 개의 캠퍼 헤드)과 반구형 챔버를 가진 엔진을 생산했습니다.425 입방 인치를 대체하고 포드 엔진의 FE 계열에 속하는 엔진은 "427 SOHC"로 알려져 있으며 캠머라고도 합니다.포드의 FE 엔진 블록에 장착된 SOHC 헤미 헤드 세트였습니다.1964년형 엔진은 경주용으로 90일간의 집중적인 엔지니어링 노력으로[9] 설계되었습니다.427 SOHC는 OHC 문제 중 누락된 인-블록 캠을 처리하기 위해 약간 변형된 사이드 오일러 엔진 블록을 사용하였습니다.[9]그들의 파워 레벨과 Crysler가 빌 프랑스에게 DOHC 426 Hemi가 작업 중이라는 사실을 보여주었기 때문에, 비록 일부 드래그 레이싱 클래스에서 허용되었지만, 그것은 나스카 경주에서 금지되었습니다.NASCAR 금지 이후에도 포드는 SOHC를 계속 생산하여 많은 개조된 휠베이스 A/FX 머스탱과 슈퍼차지된 Top Fuel 드래그스터에 동력을 공급하기 위해 이를 사용한 레이서와 다른[10] 사람들에게 판매했습니다.코니 칼리타, 피트 로빈슨, 그리고 "스네이크" 프루돔은 모두 탑 퓨얼 레이서에 이 엔진을 사용했습니다.1967년 코니 칼리타(Connie Kalitta)의 SOHC 동력 "바운티 헌터(Bounty Hunter)"는 AHRA, NHRA 및 NASCAR 윈터미팅에서 탑 퓨얼 상을 수상하며 드래그 레이싱 역사상 유일한 "트리플 크라운" 우승자가 되었습니다.[11]이날의 동력계 결과는 SOHC Hemi가 거의 700마력(522kW)의 크레이트 형태(리터당 100마력)를 생산하는 것으로 나타났습니다.[12]오버헤드 캠은 Crysler Hemis의 푸시로드와 무겁고 복잡한 밸브 트레인만큼 rpm 제한이 없다는 것을 의미했습니다.[13]

나중에 반구형 챔버가 있는 포드 엔진 디자인에는 캘리오페가 포함되었는데, 캘리오페는 블록 안에 있는 두 개의 캠을 사용하여 반구형 챔버당 3개의 밸브를 구동했습니다.[14]상부 캠축에서 밸브를 작동시키는 푸시로드는 거의 수평이었습니다.1968년 포드는 385 시리즈라고 불리는 완전히 새로운 엔진 제품군을 출시했습니다.이 엔진의 헤드는 세미 헤미(Semi-Hemi)라고 불리는 반구형 챔버의 변형된 형태를 사용했습니다.[15]

1970년대에 포드는 연비에 대한 우려가 커짐에 따라 반구형 헤드를 가진 소형 블록 엔진을 설계하고 생산했습니다.불행히도, 층층이 있는 전하 챔버에 연료를 공급하는 기존의 직접 연료 분사 시스템을 사용하더라도, 규정을 준수하기에 충분할 정도로 반물질의 배출량을 깨끗하게 만들 수는 없었습니다.[16][17]밸브 작동 시스템의 비용과 연료를 챔버로 직접 공급하는 데 필요한 고압 펌프의 비용, 그리고 펌프 구동에 필요한 길머 벨트 구동 시스템의 비용은 당시의 추가 개발을 무의미하게 만들었습니다.

대부분의 1980년대 4기통 포드는 Ford CVH 엔진을 사용했습니다. "CVH"는 컴파운드 밸브(Compound Valve), 반구형(Cumbusion chamber)을 의미합니다.1986년 이후 이 엔진의 실린더 헤드는 심장 모양의 희박 연소실로 재작업되었으며, 유럽에서는 여전히 CVH라고 통칭되지만 다지점 연료 분사의 혜택을 받지 못하는 저성능 모델에 사용되었습니다.

재규어

재규어는 1949년부터 전설적인 XK 엔진에 이 헤드 디자인을 사용했습니다. 이 엔진은 르망이 우승한 D-Type부터 XJ6까지 다양한 자동차에 동력을 공급했습니다.[18]

재규어 인라인 6기통 헤미헤드

람보르기니

1963년 설계돼 50년 넘게 생산된 람보르기니 V12는 반구형 챔버를 사용했습니다.

1970 3.9l Lamborghini V12 헤드 - S2 Espada 제품

란시아

Lancia V4 엔진과 Lancia V6 엔진은 모두 반구형 연소실을 사용했습니다.

연꽃

Lotus는 일부 엔진에 반구형 챔버를 사용했습니다(오른쪽 사진 참조).이러한 챔버에서 가능한 비교적 큰 밸브는 항상 완전히 연소되는 것이 아니라 대량의 공기-연료 혼합물이 챔버에 신속하게 들어가고 나갈 수 있도록 했습니다.

반구실이 있는 연꽃 "큰 밸브" 헤드

메르세데스 벤츠

반구형 챔버는 1980년에 도입된 M102 엔진의 특징으로, 크로스 플로우 헤드 설계와 함께 M115 엔진보다 효율성이 향상되었습니다.[19]

MG

1958년부터 1960년까지 애빙던-온-템스(Abingdon-on-Thames)의 MG 공장에서 푸시로드 MGA 1600 MkIMMG MGA 라인의 트윈-캠 변형을 생산했습니다.원래 푸시 로드 1588cc 주철 블록은 실린더당 입구 및 배기 밸브가 각각 하나씩 포함된 주조 알루미늄 트윈 캠 실린더 헤드로 크라운 처리되었습니다.이 구성을 통해 연소실 내의 교차 흐름 "헤미헤드" 순환이 가능해졌고, 이를 통해 호흡(부피 효율)이 향상되었고, 대형 밸브 및 돔 피스톤을 활용할 수 있게 되었습니다.초기 버전은 점화 전(폭발) 및 오일 손실로 인해 거리 및 경쟁에서 취약한 것으로 드러났으며, 이로 인해 압축비가 9.1에서 8.3으로 감소했습니다.성공적인 업데이트였지만 매출이 급격히 감소하여 Twin Cam 생산을 중단하고 MGA 1600 MkI 및 Mk로 알려진 푸시 로드 엔진을 사용하는 일부 MGA에 대해 일치하는 섀시를 사용했습니다.II DeLuxe 모델.

미쓰비시

미쓰비시는 '오리온', '아스트론', '새턴' 유닛 등 여러 대의 세미 엔진을 생산했습니다.

닛산

닛산의 Z, VG(SOHC 버전만 해당), VQ 엔진은 반구형 연소실을 사용합니다.Z 및 VG는 실제 반구형인 반면 VQ는 복합 펜트 루프 모양을 사용합니다.

포르쉐

반실이 있는 포르쉐 6기통 복서 엔진 헤드

포르쉐는 1963년부터 1999년까지 포르쉐 911 모델에 공랭식 플랫-6 엔진을 포함한 세미 헤드 엔진을 광범위하게 사용해 왔습니다.1973년 2.7L 버전은 피스톤 배기량의 자연 흡기 리터당 56hp를 생성했습니다.[20]

토요타

도요타 자동차의 V 엔진 제품군은 세로 방향으로 장착된 V8 엔진 디자인이었습니다.그것들은 1960년대부터 1990년대까지 사용되었습니다.V 패밀리 엔진은 명망 높은 토요타 센추리에서 사용되었습니다.도요타는 야마하와 함께 일본 최초의 풀 알루미늄 합금 블록 엔진을 생산했습니다.V 제품군은 대부분의 엔진 디자인이 완전히 다르더라도 엔진이 크라이슬러의 Hemi와 유사한 실린더 헤드 디자인을 갖추고 있기 때문에 종종 Toyota HEMI라고 불립니다.

V 2.6L 엔진은 1964년부터 1967년까지 크라운 에이트에서 2세대 크라운 제품군의 일부로 처음 사용되었습니다.그 후 크라운 에이트는 고급 시장의 도요타 센추리로 대체되었습니다.

3V, 4V 및 5V 엔진은 1997년까지 토요타 센추리에서 사용되었으며 완전한 재설계를 통해 5.0L 1GZ-FE V12를 얻었습니다.

당시 V시리즈 엔진은 도요타 자동차의 여러 엔진(예를 들어 2T-C, 2M, 4M 등)과 마찬가지로 반구형 연소실을 가지고 있었습니다.스파크 플러그는 연소실 상단에 위치했습니다.

현대 엔진의 설계진화

현대식 (2007) 비 반활성 연소실
현재 생산 중인 크라이슬러 "헤미" 연소실

현대의 배기가스 배출 시대에, 헤미 챔버는 계속되는 발전으로부터 서서히 사라지기 시작했습니다.반구형 연소실은 가장 간단하고 쉬운 설계입니다.한 세기 이상 동안 연소 엔진의 기본 설계로 사용되었으며, 이를 통해 다른 많은 개선 및 엔지니어링 개발이 이루어졌습니다.[citation needed]새로운 엔진과 관련된 엔지니어링이 개선되고 발전함에 따라, 진정한 반구형 챔버는 더 정교하고 복잡한 설계로 변형되고 뒤틀려졌으며, 이는 주어진 연소 이벤트에서 더 많은 출력과 더 낮은 배기 가스를 추출하기 위한 것입니다.

오늘날의 엔진 중 대부분은 가능한 가장 효율적인 연소 이벤트를 위해 챔버 내의 연료/공기 혼합물을 회전 및 선회하도록 설계된 능동형 연소 챔버를 사용합니다.[21]이러한 활성 챔버는 일반적으로 강낭콩 또는 피스톤 위에 평평한 담금질 영역으로 둘러싸인 두 개의 병합된 작은 '헤미' 영역처럼 보입니다.[22]

참고문헌

  1. ^ "HEMI Prototype". Curtis Boat & Woodworking Co. Retrieved March 14, 2022.
  2. ^ a b c "Origin of the Mopar Hemi engine, Ardun Heads, and Riley cars". Allpar Forums. November 16, 2020. Retrieved March 14, 2022.
  3. ^ "Fiat 130 HP". ddavid.com. Retrieved 28 October 2012.
  4. ^ Katzell, Raymond A. (1996). The Splendid Stutz. The Stutz Club. ISBN 0-9654709-0-3.
  5. ^ "Miller 91". ddavid.com. Retrieved 2008-01-08.
  6. ^ Mueller, Mike (2006). American Horsepower: 100 years of Great Car Engines. MBI Publishing. pp. 112, 113. ISBN 978-0-7603-2327-4.
  7. ^ 에보 2011년 8월 77페이지
  8. ^ Mueller, Mike (2006). American Horsepower: 100 years of Great Car Engines. MBI Publishing. p. 42. ISBN 978-0-7603-2327-4.
  9. ^ a b "63 Galaxie Lightweight". Mustangs and Fords Magazine. August 2005. Archived from the original on December 28, 2006.
  10. ^ "427 SOHC -- The Ford V-8 Engine Workshop". phystutor.tripod.com. Retrieved March 14, 2022.
  11. ^ 스티브 매그난테 "늪쥐둥지 안에서", 스트리트 로더 프리미엄 매거진 제2권 2호 2011년 겨울 52페이지
  12. ^ Flammang, James M., ed. (2005). Muscle Car Chronicle. Publications International. p. 168. ISBN 9781412712019.
  13. ^ Genat, Robert (2007). Hemi: The Ultimate American V-8. MBI Publishing. p. 14. ISBN 978-0-7603-2747-0.
  14. ^ "Ford "Calliope" V-8 Automobile Engine, 1968". The Henry Ford. Retrieved 23 October 2019.
  15. ^ Flammang, James M., ed. (2005). Muscle Car Chronicle. Publications International. p. 214. ISBN 9781412712019.
  16. ^ "디트로이트의 '토탈 레볼루션'", 타임, 1979년 3월 19일.
  17. ^ Csaba Cserre, Car and Driver, 2004년 6월, "휘발유 직분사가 드디어 가능할까요?
  18. ^ "A history of the Jaguar DOHC". JagWeb. Archived from the original on February 6, 2008. Retrieved March 14, 2022.
  19. ^ Long, Brian (2015). Mercedes-Benz W123 series: All models 1976 to 1986. Veloce Publishing. p. 114. ISBN 978-1-8458-4792-0.
  20. ^ "Porsche 911 Technical Specifications". Flat-6. Archived from the original on 2008-01-31. Retrieved 2010-06-30.
  21. ^ Genat, Robert (2007). Hemi: The Ultimate American V-8. MBI Publishing. p. 13. ISBN 978-0-7603-2747-0.
  22. ^ "Quench Tumble and Swirl". David and Jemma. Archived from the original on May 5, 2010. Retrieved 2010-06-30.