Hyundai Lambda -moottoriperhe

Hyundai Lambda on Hyundai-konsernin valmistama moottoriperhe, joka koostuu kuusisylinterisestä ottomoottoreista, jossa on neljä venttiiliä sylinteriä kohti sekä neljä yläpuolista nokka-akselia (QOHC). Moottorit valmistetaan Asanissa Etelä-Koreassa ja Montgomeryssä Alabamassa.

Yleistä

Moottorilohko ja sylinterinkansi ovat alumiinia. 3,3 litran mallissa on 92 mm sylinterin halkaisija ja 83,8 mm iskupituus sekä 184 kg kuivapaino. Keskikokoinen 3,5 litran malli tuli mukaan vasta Lambda II -sarjaan ja sen iskupituutta on pidennetty 87 millimetriin. Suurimmassa mallissa sylinterin halkaisija on kasvatettu 96 millimetriin ja paino on noussut vain 2,6 kilogrammaan 186,6 kilogrammaan. Lambda II -sarja pienensi painoa usealla kilogrammilla, tarkkoja lukuja ei kuitenkaan ole annettu. Lambda-moottoreiden tyhjäkäyntikierrokset vaihtelevat 620 (3,3 litraa), 650 (3,8 litran Lambda II) ja 720 (3,8 litran Lambda) kierrosta minuutissa. Kaikkia Lambda-sarjan moottoreita ohjataan elektronisella kaasupoljimella. Voimansiirto kampiakselilta sylinterikanteen tapahtuu huoltovapaan ketjun välityksellä ja apulaitteet käyttää kiilahihna. Tälle on määrätty tarkastus 50 000 kilometrin tai 24 kuukauden välein ja vaihto vain tarpeen mukaan.

Venttiilit on toteutettu mekaanisilla, levyittömillä nokkatapeilla ("shimless mechanical bucket tappets"). Ne vähentävät nokkaa vastaan kohdistuvaa vastusta verrattuna hydraulisiin nokkatappeihin. Kuten nämä, ne ovat huoltovapaita, mutta edullisempia ja vähemmän riippuvaisia hyvästä öljyn viskositeetista. Ajan myötä nokka- ja tappipintojen kuluminen pienentää venttiilin avautumaa palotilaan, jolloin moottori automaattisesti vähentää polttoaineen annostelua ja tehoa. Tätä seuraa kuuluva tappimelu, koska nokka ei enää lepää jatkuvasti tappia vasten vaan saavuttaa sen vain kerran per kierros - tämä aiheuttaa tappimeluäänen. Tämä voi loppua moottorin lämmetessä, mutta venttiilirako on silti liian suuri. Sen tarkistus on määrätty 95 000 kilometrin huoltovälin yhteyteen, mutta korjaus vain tarpeen mukaan. Silloin kulunut materiaali korvataan hieman pidemmällä nokkatapilla. Tämä vaihto voidaan mahdollisesti tehdä samalla sytytystulppien (160 000 km) vaihdon yhteydessä.

Lambda

Lambda-sarja kehitettiin vuoteen 2004 asti Hwaseongin tehtaalla ja se lopetti Sigma-sarjan, jonka yläpäätä käytettiin vielä KIA Opirussa vuoteen 2006 asti. Alle 3 litran moottorit oli jo korvattu Delta-sarjalla vuodesta 1998 lähtien. Sigma-sarja pohjautui 1980-luvulta periytyvään Mitsubishin harmaavalu-suunnitteluun, jota Hyundai ja Mitsubishi kehittivät rinnakkain. Moottoreissa on CVVT-niminen, imuventtiilin ajoitusta säätävä nokka-akselinkiristyssysteemi. Tällä on vaikutusta vain imu- ja pakopuolen venttiilien päällekkäiseen avautumiseen (imuventtiilin aukeamisajankohtaa voidaan säätää), mutta ei venttiilien nostoon eli avautumisen kestoon. Tämä on verrattavissa BMW:n yksittäiseen VANOS-tekniikkaan. Paremman vääntömomentin alimmilla kierroksilla tämä myös vähentää typenoksidipäästöjä, hyödyntämällä pakokaasujen takaisinkierrätysvaikutusta suurella venttiilien päällekkäisyydellä. Lambda-moottoreissa on myös muuttuva imukanava (Variable Intake System). Tämä huomioi venttiilin avautumisesta ja sulkeutumisesta johtuvan ilmanpaineen vaihtelun imukanavassa. Kun nämä ali- ja ylipainepulssit löytävät moottoriin sopivan rytmin, syntyy pieni ylipaineistusefekti, verrattava ahtimeen. Tämän saavuttamiseksi avautuu alhaisilla ja korkeilla kierroksilla lyhyt, sille sopiva ilmavirtatulokanava. Keskikierroksilla käytetään pitempi käyntiä mahdollistava kytkin, mikä tuottaa tasaisen korkean vääntömomentin. Kitkanhallintaa on parannettu molybdeenidisulfidilla (MoS2) päällystettyjen mäntien avulla. Kahden kolmisylinteririvin V-muotoinen sijoitus mahdollistaa lyhyemmän kampiakselin kuin rivimoottorissa, koska jokainen kiertokangen varsi käyttää kahta mäntää. Haittoina ovat kaksinkertainen osa-määrä sylinterinkannen päässä - neljä nokka-akselia pitää käyttää kahdeksan venttiilin sijaan - ja siten hiukan korkeammat huoltokustannukset. Lisäksi korkeilla kierroksilla kolmisylinteristen rivien tärinää vaimentava vastapaino tarvitaan laadukkaan käynnin takaamiseksi. Jäljelle jää pieni toiseen kertalukuun liittyvä epätasapaino, kuten rivimoottoreissa.

Lambda II

Vuonna 2008 sarja päivitettiin Lambda II -versioksi, ja sen täydensi vuonna 2010 uusi 3,5 litran malli. Tämän paino on alempi kuin alkuperäisen 3,3 litran Lambda-sarjan, mahdollistettu muovimateriaalien käytöllä muuttuvassa imukanavassa, sylinterikannen kannessa ja öljynsuodattimen kotelossa sekä jäähdytysnesteen lämpötilan säätimessä. Painoa vähensi myös uudistettu kampiakseli, jossa on nyt viisi tasapainotuspainoa aiemman kahdeksan sijasta. Kitkanhallintaa on parannettu lisäämällä männän MoS2-pinnoitteen rinnalle mäntä-nokkatappi-kosketuspinnoille timanttikarbidipinnoite. Imuventtiilin CVVT-ohjaus laajennettiin myös pakopuolelle, muodostaen nyt D(ual)-CVVT-järjestelmän, parantaen moottorin suorituskykyä, samoin kuin BMW:n Doppel-VANOS. Muuttuvaa imukanavaa (Variable Intake System) laajennettiin kolmiportaiseksi. Tämä ottaa paremmin huomioon imukanavassa syntyvät ali- ja ylipainepulssit venttiilien avautuessa ja sulkeutuessa. Kun nämä ilmanpaineen vaihtelut pystytään hyödyntämään moottorin rytmiin sopivina, syntyy pieni ahtovaikutus, verrattava turboahtimeen. Tämä saavutetaan säätämällä imukanavien pituutta drehzahlkaistalla siten, että vääntömomentti pysyy tasaisena. Päästöjen vähentämiseksi sylinterilohkon pakopuolen jäähdytystä parannettiin, mahdollistaen köyhempien polttoaineseoksien käytön. Näiden happiylimäärä aiheuttaisi muutoin liian korkeat lämpötilat pakojärjestelmässä, mutta suuremmat jäähdytyskanavat estävät tämän.

Lambda II RS

Vaikka kaikilla Lambda-sarjan kolmella tilavuudella on samat ulkomitat, suurin 3,8 litran versio on liian korkea sijoitettavaksi urheilullisiin ajoneuvoihin, kuten Hyundai Genesis Coupeën. Siksi tämä 3,8 litran versio muokattiin tälle - takavetoiselle - autolle sopivaksi, mikä antoi sille nimen "Rear Wheel Drive Sports" (RS). Molemmat Coupen moottorit on suunniteltu yksinomaan tälle mallille ([vrt.] Hyundai KIA Theta #Theta II Turbo). Kriittiset viisi senttiä moottorin korkeudessa saatiin uudelleenmuotoilemalla imu- ja pakopuolen kanavat. Samalla imukanavaa suurennettiin ja pakokaasukäämin muotoa muutettiin pienemmän vastuksen aikaansaamiseksi, jolloin molemmat puolet edistävät nyt parempaa ilmankiertoa. Suorituskykyä parantaa myös "tehokkaampi nokka-akseli", eli CVVT-nokka-akseliprofiilin muuttaminen siten, että venttiilit aukeavat aikaisemmin ja sulkeutuvat myöhemmin, päästäen enemmän polttoaineseosta läpi. Myöhäisempi sulkeutuminen kuitenkin pitää puristussuhteen edelleen 10,4:ssä eikä nosta sitä muiden Lambda II -mallien tasolle. Mutta imu- ja pakopuolen CVVT voi tämän kompensoidakin, käyttäen normaalia profiilia tyhjäkäynnissä, jolloin kierroslukua ei tarvitse nostaa (vrt. Nockenwelle, viimeinen kappale). Koska lisäteho on saatavilla lähinnä korkeilla kierroksilla, männät eivät ole kiinteästi, vaan joustavasti (full-floating) laakeroituja, vähentäen kitkaa sylinterissä. Samalla sylinterin pohjaan sumutetaan öljyä jäähdyttävänä vaikutuksena, ja pitkät sytytystulpat luovat enemmän tilaa vesijäähdytykselle. Ruiskuttimet syöttävät nyt jopa 7% enemmän polttoainetta vastaamaan parantunutta ilmanvirtausta. Sylinteriseinämää on vahvistettu kahdella millimetrillä 24 millimetriin, ja kampiakselin laakereita kahdella 25 millimetriin. Moottorinohjaus on myös ohjelmoitu uudelleen ja sillä on enemmän liitäntäpisteitä. Moottori ja auto tulivat myyntiin Euroopassa marraskuussa 2010, Yhdysvalloissa keväällä 2009. Tämän moottorin 4,1 litran versio, johon on lisätty HKS-T04Z-ahdintekniikka, asennettiin Hyundai Genesis PM 580 -kilpuriautoon Pikes Peak -vuoristokiipeilyä varten vuonna 2010. 775 hevosvoiman ja 1020 newtonmetrin teholla Rhys Millen tähtäsi isänsä 1994 Toyotalla asettaman ennätyksen 10 minuuttia 4 sekuntia parantamiseen Tajiman 2007 Suzukilla tekemällä 10 minuutin 1 sekunnin tuloksella. Vuonna 2009 Millen kuitenkin voitti kaksipyörävetoisten luokan muokatulla Hyundai Genesis Coupen kanssa. PM 580:n kori ei perustu Genesis Coupeniin, vaan Palmer Jaguarin JP1 -kilpa-autoon, joka oli menestynyt Le Mans -kisassa Jaguarin V6-moottorilla. Hiilikomposiittimateriaalien käytöllä auton paino on noin 862 kg.

Lambda II GDI

Vuoden 2010 Pekingin autonäyttelyssä esiteltiin suoraruiskutteinen versio 3,3 litran Lambda II -moottorista. Vuoden lopussa tuli lisäksi 3,0 litran suoraruiskutusmalli, täydentäen sarjan alaspäin 2,7 litran Mu-V6-moottorin korvaamiseksi, joka perustui vielä Hyundain alkuperäiseen 1998 V6-sarjaan. Nämä kaksi Lambda GDI:tä debytoivat Hyundai Grandeurin viidennessä sukupolvessa. Yksityiskohtaisia tietoja näistä moottoreista on kuitenkin julkaistu niukasti, joten niitä ei ole sisällytetty alla olevaan taulukkoon. Perinteisessä ottomoottorin ruiskutuksessa suihkusuutin on imukanavassa ennen imuventtiiliä. Mutta kasvavilla kierrosluvuilla venttiilin aukioloaika lyhenee, jolloin aika polttoaineen syöttöön vähenee. Suoraruiskutuksessa polttoaine suihkutetaan suoraan palotilaan. Hyundai käyttää kuten useimmat kilpailijatkin GDI:tä homogeenisen, stoikiometrisen seoksen muodostamiseen, eikä epähomogeenista kerroslatausta (stratified fuel charge). Jälkimmäinen tuo mukanaan ongelmia, kuten selvästi korkeammat hiukkaspäästöt. Käynnistys tehdään esipolttoainesuihkeella ja -syttytyksellä, liikkeelle panemaan mäntä. Sen laskeutuessa seuraa varsinainen työvaiheinen polttoainesuihkutus ja -sytytys. Tämä tarkempi, sylinterissä tapahtuva ja siten viilentävä polttoainesyöttö mahdollisti puristussuhteen nostamisen 10,6:sta 11,5:een. Tämä tuo noin 5% polttoainesäästön (vrt. puristussuhde) ja nostaa samalla pakokaasujen lämpötilaa. Siitä hyötyy nopeammin lämpenevä katalysaattori, jonka kylmäkäynnin kesto puolittui 40 sekuntiin. Mäntä ja männänrengas on vähäkitkaisia Korkeampi 150 baarin ruiskutuspaine (ilman GDI noin 5 baaria) aikaansaa myös polttoaineen tasaisemman suihkujakauman ja puhtaamman palamisen. Siihen liittyy kuitenkin järjestelmälle tyypillinen ääni. Lambda II -sarjan kitkaa vähentäviä toimia on nyt täydennetty männänrenkaiden krominitridipinnoitteella. Männät itsessään säilyttävät MoS2-pinnoituksen, samoin nokkatappeja peittää timanttikarbidikerros. Kuten Lambda II RS:ssä, männät ovat nyt joustava- (full-floating) eikä kiinteälaakeroituja, mikä vähentää kitkaa ja nostaa puristuslujuutta 30%. Sylinterin pohjaan ruiskutetaan myös öljysumua, jonka jäähdyttävä vaikutus suojaa osia ja vähentää suoraruiskutetun seoksen suuremman puristuksen aiheuttamaa nakutuksen riskiä.

Lähteet

			Hyundain moottoriperheiden aikajana 1985-
Käyttövoima	Moottori	1980-luku					1990-luku										2000-luku										2010-luku										2020-luku										2030-luku
		5	6	7	8	9	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Bensiini	R3																											Epsilon								Smartstream
																												Kappa											Smartstream
	R4													Epsilon
																									Kappa											Smartstream
									Alpha															Gamma											Smartstream
			Sirius										Beta																Nu							Smartstream
													Beta								Theta
	V6														Delta							Mu
						Sigma																Lambda															Smartstream
	V8															Omega									Tau
Diesel	R3																	D				U
	R4																				U														Smartstream
																		D								R											Smartstream
																		A
															J
	V6																						S														Smartstream