Hlava válců přeplňovaného zážehového motoru

Abstract

Tato diplomová práce se zaměřuje na konstrukční návrh hlavy válců pro moderní přeplňovaný zážehový motor ve výkonové kategorii do 150 kW. Úvodní část práce zahrnuje systematickou technickou rešerši tří- a čtyřválcových motorů předních světových výrobců (Ford, Nissan, BMW, Toyota, Honda aj.), přičemž pozornost je věnována zejména konstrukci spalovacího prostoru, tvaru sacích a výfukových kanálů, integrovaným výfukovým svodům (IEM) a jejich chlazení. Mezi hlavní identifikované trendy patří úsilí o zvýšení měrného výkonu prostřednictvím downsizingu, začlenění přímého a nepřímého vstřikování paliva a řízeného generování turbulence s cílem zlepšit kvalitu směsi a účinnost hoření. Na základě provedené analýzy byl zpracován vlastní návrh hlavy válců, doplněný o výkres sestavy s vyznačením hlavních a přípojných rozměrů. Návrh je koncipován s důrazem na kompaktní zástavbu, účinné chlazení a optimalizované proudění nasávaného vzduchu. Funkčnost navrženého řešení byla ověřena pomocí stacionární CFD simulace proudění ze sacího kanálu do válce při různých zdvizích sacích ventilů. Výsledky simulace poskytují detailní informace o rozložení rychlostí, směru proudění a intenzitě turbulence v jednotlivých fázích ventilového zdvihu, což umožňuje zpětnou vazbu pro další konstrukční optimalizaci.

This diploma thesis focuses on the structural design of a cylinder head for a modern turbocharged spark-ignition engine in the power category up to 150 kW. The introductory section provides a systematic technical review of three- and four-cylinder engines from leading global manufacturers (Ford, Nissan, BMW, Toyota, Honda, etc.), with particular attention given to the design of the combustion chamber, the geometry of intake and exhaust ports, integrated exhaust manifolds (IEM), and their cooling systems. The main identified trends include efforts to increase specific power through downsizing, the integration of both direct and port fuel injection systems, and controlled generation of turbulence to improve mixture quality and combustion efficiency. Based on the conducted analysis, a custom cylinder head design was developed, including an assembly drawing with indicated principal and connection dimensions. The design emphasizes compact packaging, efficient cooling, and optimized intake airflow. The functionality of the proposed concept was verified through a steady-state CFD simulation of intake port flow into the combustion chamber at various intake valve lifts. The simulation results provide detailed insights into velocity distribution, flow direction, and turbulence intensity across different phases of valve lift, enabling valuable feedback for further design refinement.