BMW 801 byl letecký vzduchem chlazený dvouhvězdicový čtrnáctiválcový motor, vyráběný německou firmou BMW, používaný v řadě německých vojenských letadel během druhé světové války. Sériové verze tohoto motoru dosahovaly výkonu mezi 1 560 a 2 000 PS (1 540–1 970 hp, resp. 1 150–1 470 kW). Šlo o nejvíce vyráběný hvězdicový letecký motor v Německu za druhé světové války, s celkovou produkcí přesahující 61 000 kusů.
Původně měl nahradit stávající hvězdicové motory na transportních a jiných podobných letadlech. Ovšem na stávajících konstrukcích nakonec zůstávaly i nadále dosavadní typy motorů. Uplatnění ale nalezl kupříkladu u letounů Focke-Wulf Fw 190, Junkers Ju 88 a Ju 188, Dornier Do 217, či čtyřmotorového typu Junkers Ju 290.
V této době mezi evropskými konstruktéry panoval názor, že vidlicové motory jsou díky jejich menší čelní ploše a tím pádem nižšímu odporu vzduchu podmínkou pro vysoké výkony. Nicméně konstruktér Kurt Tank si tento motor vybral jako náhradu pro nový stíhací letoun na kterém pracoval, poté co zcela zklamal vzduchem chlazený hvězdicový motor BMW 139. Typ BMW 801 se tak stal mezi veřejností asi nejznámější jako pohonná jednotka stíhačky Focke-Wulf Fw 190. Hvězdicový motor BMW 801 byl rovněž průkopníkem v použití zařízení, které by dnes bylo označováno jako řídicí jednotka motoru: jeho systém řízení motoru Kommandogerät přebíral řízení několika provozních parametrů leteckého motoru tehdejší doby a umožňoval správnou činnost motoru pomocí jediné plynové páky.Gunston (2006), p. 28
Vývoj Předchůdce
Ve 30. letech 20. století získala společnost BMW licenci na výrobu motorů Pratt & Whitney Hornet. Do poloviny 30. let představila jejich vylepšenou verzi, BMW 132. Motor BMW 132 byl široce používán, nejznáměji u letounu Junkers Ju 52, který poháněl po značnou část životnosti tohoto typu.
V roce 1935 financovalo Říšské ministerstvo letectví (RLM) prototypy dvou výrazně větších hvězdicových motorů, jednoho od společnosti Bramo (Bramo 329) a druhého od BMW (BMW 139). Konstrukce BMW využívala řadu komponent z motoru BMW 132 k vytvoření dvouhvězdicového motoru se 14 válci, poskytujícího výkon 1 550 PS (1 529 hp, 1 140 kW). Poté, co firma BMW v roce 1939 koupila společnost Bramo, byly oba projekty sloučeny do motoru BMW 801, přičemž byly využity poznatky získané z problémů, s nimiž se oba projekty potýkaly.
Motor BMW 139 byl původně zamýšlen pro podobné role jako ostatní německé hvězdicové motory, tedy pro bombardéry a nákladní letouny, avšak v průběhu vývoje navrhl hlavní konstruktér společnosti Focke-Wulf, Kurt Tank, jeho použití pro stíhací projekt Focke-Wulf Fw 190. Hvězdicové motory byly v evropských konstrukcích vzácné, protože byly považovány za motory s příliš velkou čelní plochou pro dobré aerodynamické obtékání a tudíž nevhodné pro vysokorychlostní letouny. Nejrozšířenější byly u námořních letounů, kde byla vysoce ceněna jejich snadnější údržba a vyšší spolehlivost. Snaha tyto konstrukce zlepšit vedla ke vzniku nových návrhů motorových krytů, které zmírnily obavy z vysokého aerodynamického odporu. Tank byl přesvědčen, že důsledná pozornost k detailům může vést k aerodynamicky čistému hvězdicovému motoru, který nebude trpět nadměrným odporem a bude konkurenceschopný vůči řadovým motorům.
Hlavním problémem bylo zajištění dostatečného chlazení hlav válců, které obvykle vyžadovalo velmi velký otvor v přídi letounu. Tankovým řešením pro BMW 139 bylo použití ventilátoru poháněného motorem, umístěného za nadměrným průchozím dutým vrtulovým kuželem otevřeným zcela vpředu, který vháněl vzduch kolem válců motoru; část vzduchu byla navíc vedena esovitými kanály přes chladič oleje. Tento systém se však u motoru BMW 139 ukázal jako téměř neovladatelný; rané prototypy letounu Fw 190 vykazovaly velmi vážné problémy s chlazením. Přestože se zdálo, že by tyto potíže bylo možné odstranit, byl motor z hlediska konstrukce již poměrně zastaralý, a proto BMW v roce 1938 navrhla zcela nový motor, navržený speciálně pro ventilátorové chlazení, který by bylo možné rychle zavést do sériové výroby.
Vznik typu 801
Nový návrh dostal označení BMW 801 poté, co společnost BMW obdržela od Říšského ministerstva letectví (RLM) nový blok čísel motorů „109-800“, určený k použití po sloučení s firmou Bramo. Motor 801 si zachoval starší řešení s jedním sacím a jedním výfukovým ventilem na válec, jaké používal již typ 139, zatímco většina tehdejších řadových motorů již přešla buď na tříventilové uspořádání (jak to učinila firma Junkers) nebo na čtyřventilové hlavy válců, případně – v britské praxi u vlastních hvězdicových motorů – na šoupátkový rozvod. Do konstrukce bylo zapracováno i několik menších pokrokových prvků, včetně ventilů chlazených sodíkem a systému přímého vstřikování paliva, vyráběného mnichovskou firmou Friedrich Deckel AG.
Kompresor byl u raných verzí poměrně jednoduchý, jednalo se o jednostupňové dvourychlostní provedení s přímým mechanickým převodem od motoru (na rozdíl od hydraulicky spojkované konstrukce motoru DB 601), což vedlo k poměrně omezeným výkonům ve velkých výškách, v souladu s původním určením motoru pro střední letové hladiny. Jedním z klíčových pokroků motoru 801 byl systém Kommandogerät („řídicí zařízení“), mechanicko-hydraulická jednotka, která automaticky upravovala přívod paliva, nastavení stoupání vrtule, režim kompresoru, bohatost směsi a časování zapalování v závislosti na poloze jediné plynové páky, čímž výrazně zjednodušovala ovládání motoru. Systém Kommandogerät lze považovat za předchůdce moderních řídicích jednotek motoru používaných u mnoha vozidel se spalovacími motory na konci 20. a na počátku 21. století.
Na motoru i na předním krytu motoru navrženém firmou BMW (do něhož byl integrován olejový chladič) bylo provedeno rozsáhlé testování v tunelu ve výzkumném zařízení Luftfahrtforschungsanstalt (LFA) ve Völkenrode. Tyto zkoušky vedly k závěru, že je možné snížit aerodynamický odpor v míře odpovídající zhruba 150–200 hp (přibližně 112–149 kW, resp. 152–203 PS). Zároveň bylo maximálně využito kladného dynamického tlaku vzduchu k účinnějšímu chlazení válců, hlav válců a dalších vnitřních částí motoru.Christopher (2013), pp. 80–81
801A a 801B První motory BMW 801A byly spuštěny v dubnu 1939, pouhých šest měsíců po zahájení prací na návrhu, přičemž sériová výroba začala v roce 1940.Gunston (2006), s. 29 Verze 801B měla být shodná s verzí 801A s výjimkou převodovky, která obracela směr otáčení vrtule proti směru hodinových ručiček při pohledu zezadu na motor. Varianty A a B byly určeny k použití v párech u dvoumotorových letounů, aby se vzájemně vyrušil výsledný točivý moment a letoun byl lépe ovladatelný. Neexistují však žádné důkazy o tom, že by se verze 801B kdy dostala za stadium prototypu. Motory BMW 801A/B poskytovaly vzletový výkon 1 560 PS (1 539 hp, 1 147 kW). Mezi hlavní aplikace motorů řady 801A/L patřily různé varianty letounů Junkers Ju 88 a Dornier Do 217.
801C a 801L Motor BMW 801C byl vyvinut pro použití u jednomotorových i vícemotorových stíhacích letounů a zahrnoval nový hydraulický systém řízení vrtule a řadu dalších změn určených ke zlepšení chlazení, včetně chladicích „žaluzií“ na krytu za motorem, které nahradily původní štěrbiny. Verze 801C byla téměř výhradně používána u raných variant letounu Focke-Wulf Fw 190A. BMW 801L byl v podstatě motor verze A vybavený hydraulickým mechanismem řízení vrtule, který byl zaveden u motoru 801C. Varianty C a L poskytovaly stejný výkon jako původní verze A.
801D-2 a 801G-2
Motor BMW 801C byl na počátku roku 1942 nahrazen řadou BMW 801 D-2, která místo 87oktanového paliva B4 používala 100oktanové palivo C2/C3, čímž se vzletový výkon zvýšil na 1 700 PS (1 677 hp, 1 250 kW). Varianty BMW 801G-2 a H-2 byly motory řady D-2 upravené pro použití u bombardérů, s nižšími převodovými poměry umožňujícími pohon větších vrtulí, a to s otáčením po směru hodinových ručiček, respektive proti směru hodinových ručiček. Stejně jako v případě konstrukce motoru 801B se však ani varianta 801H-2 nedostala za stadium prototypu.
Novější řada D-2 na 100oktanové palivo a její odvozené varianty měly vyšší převodové poměry i vyšší kompresní poměr než starší verze na 87oktanové palivo. Kompresní poměr řady na 100oktanové palivo byl zvýšen na 7,2 oproti hodnotě 6,5 u verzí na 87oktanové palivo. To bylo možné díky kvalitnějšímu palivu a také lepšímu (kopulovitému) tvaru spalovacího prostoru. Bingham (1998), s. 67–68 Vernaleken (2010)
Modely D-2 byly testovány se systémem vstřikování směsi vody a metanolu v poměru 50 : 50, známým jako MW50, do kompresoru, a to především kvůli jeho antidetončnímu účinku, který umožňoval použití vyššího plnicího tlaku. Vedlejším účinkem bylo chlazení motoru a nasávané směsi. Došlo ke zvýšení výkonu, avšak za cenu zkrácení životnosti motoru. Tento systém byl následně nahrazen systémem vstřikování paliva namísto MW50, označovaným jako vstřikování C3, který se používal až do roku 1944. Vážný nedostatek paliva v roce 1944 si však vynutil opětovnou instalaci systému MW50 místo vstřikování C3. Při zapnutém zvýšení výkonu pomocí MW50 vzrostl vzletový výkon na 2 000 PS (1 470 kW), zatímco vstřikování C3 bylo zpočátku povoleno pouze pro použití v malých výškách a zvyšovalo vzletový výkon na 1 870 PS. Pozdější systémy vstřikování C3 byly povoleny i pro nízké až střední výšky a zvyšovaly vzletový výkon na více než 1 900 PS.
Vývoj kompresoru
S tím, jak byl motor nasazován u stíhacích letounů ve větších výškách, bylo provedeno několik pokusů o řešení omezeného výkonu původního kompresoru. Motor BMW 801E byl úpravou verze D-2 s odlišnými převodovými poměry kompresoru, a to 6:1 pro nízký stupeň a 8,3:1 pro vysoký stupeň, čímž byl kompresor naladěn pro lepší výkon ve velkých výškách. Vzletový výkon zůstal nezměněn, avšak cestovní výkon vzrostl o více než 100 hp (75 kW) a režimy „vysokého výkonu“ pro stoupání se zvýšily přibližně na 1 500 až 1 650 PS; bojový výkon se rovněž zlepšil až o 150 hp (110 kW). Verze E byla také použita jako základ pro BMW 801R, který zahrnoval výrazně složitější a výkonnější dvoustupňový čtyřrychlostní kompresor, dále tlakově lité hydronaliové hlavy válců, zesílený klikový hřídel a písty a pochromované válce a výfukové ventily; předpokládalo se, že tato verze by mohla dosahovat výkonu přes 2 000 hp (přes 1 500 kW, resp. přes 2 030 PS), případně přes 2 600 hp (přes 1 940 kW, resp. přes 2 640 PS) při použití vstřikování směsi vody a metanolu MW 50.Christopher (2013), s. 81
Verze 801E neměla pouze vyšší převodové poměry, ale také lepší vnitřní aerodynamiku kompresoru. Při pětiminutovém přetlaku dokázal motor 801E na zkušebním stolici v roce 1942 dosáhnout výkonu 2 300 PS. Gersdorff (1995), s. 65
Motor 801R, vybavený dvoustupňovým čtyřrychlostním kompresorem, měl kritickou výšku 11 000 metrů. Nad touto výškou mohl motor R využívat dodatečné zvýšení výkonu pomocí vstřikování oxidu dusného (GM-1). Verze R byla rovněž dvoupalivová. Ve své kritické výšce byl motor R schopen dodávat výkon 1 400 PS. Gersdorff (1995), s. 66
Navzdory těmto zlepšením nebyla verze E široce rozšířena. Namísto toho vedla další vylepšení základní koncepce verze E k vývoji motoru BMW 801F, který výrazně zlepšil výkony ve všech režimech. Vzletový výkon se zvýšil na 2 400 hp (1 790 kW), čímž se motor 801 stal jediným německým leteckým motorem již existující konstrukce, u něhož vznikla vyráběná podvarianta schopná překročit výkon 1 500 kW u ověřené vojenské pohonné jednotky. Plánovalo se použití verze F u všech pozdních verzí Fw 190, avšak válka skončila dříve, než mohla být zahájena sériová výroba.