“Hemi” là một thuật ngữ không chính thức dùng để chỉ động cơ có buồng đốt hình bán cầu (xuất phát từ hemispherical). Nó thường được liên kết với Chrysler, nhưng công ty này không liên quan gì đến phát minh của mình. Nó tồn tại sớm nhất là vào những năm 1900.
Động cơ Hemi, hay còn gọi là động cơ bán cầu, là một loại động cơ đốt trong được thiết kế với buồng đốt hình bán cầu. Loại động cơ này có một số đặc điểm độc đáo mang lại hiệu suất và khả năng vận hành vượt trội so với các loại động cơ truyền thống.
Lịch sử phát triển:
Như đã đề cập trước đó, nhiều người liên tưởng động cơ Hemi với Chrysler. Công ty đã cách mạng hóa và phổ biến chúng, nhưng thực tế họ không phát minh ra động cơ. Việc này đã được thực hiện cách đây một thời gian trước khi họ bắt đầu công việc ở Hemis. Lịch sử của động cơ Hemi bắt đầu từ đầu thế kỷ 20, khoảng những năm 1900, có thông tin cho rằng Harry Ricardo, một kỹ sư người Anh, đã phát minh ra động cơ Hemi đầu tiên. Tuy nhiên, động cơ Hemi không được ứng dụng rộng rãi cho đến những năm 1950.
Động cơ hình bán cầu được nhắc đến sớm nhất từ năm 1905. Nhà sản xuất ô tô Bỉ Pipe đã sử dụng Hemi với thiết kế bốn xi-lanh. Xe đua Fiat 130 HP Grand Prix là chiếc xe tiếp theo có động cơ này hai năm sau đó.
Nhiều nhà sản xuất khác đã giới thiệu Hemis của họ với nhiều lợi ích khác nhau. Những công ty này bao gồm Alfa Romeo, Peugeot, Daimler và nhiều công ty khác. Tuy nhiên, sau một thời gian, việc sản xuất bị dừng lại do động cơ quá đắt để chế tạo.
Sau Thế chiến thứ hai, động cơ này quay trở lại thị trường ô tô. Hầu hết các nhà sản xuất đã loại bỏ nó khỏi dây chuyền sản xuất vì nó quá đắt, nhưng Chrysler đã xuất hiện và khiến chúng trở nên phổ biến một lần nữa.
Năm 1951, Chrysler Corporation giới thiệu động cơ Hemi V8 đầu tiên trên thế giới. Động cơ này được sử dụng trong các mẫu xe hiệu suất cao của Chrysler như Chrysler 300 và Dodge Charger.
Có thể nói, Harry Ricardo là người phát minh ra động cơ HEMI, nhưng Chrysler Corporation là nhà sản xuất đầu tiên ứng dụng động cơ này vào sản xuất xe thương mại.
Thiết kế độc đáo:
Động cơ Hemi có một số đặc điểm thiết kế độc đáo giúp tạo nên hiệu suất vượt trội:
- Buồng đốt hình bán cầu: Buồng đốt hình bán cầu giúp tối ưu hóa diện tích bề mặt và giảm thiểu khoảng cách từ bugi đến thành buồng đốt. Điều này giúp cải thiện hiệu quả đốt cháy nhiên liệu, tăng công suất và mô-men xoắn.
- Van nạp và van xả lớn: Động cơ Hemi thường có van nạp và van xả lớn hơn so với các loại động cơ khác. Điều này giúp tăng lượng khí nạp và khí thải, cải thiện hiệu quả nạp và thải khí, đồng thời tăng công suất động cơ.
- Trục cam đặt cao: Trục cam trong động cơ Hemi thường được đặt cao hơn so với các loại động cơ khác. Điều này giúp tăng độ chính xác của hệ thống điều phối van, cải thiện hiệu quả hoạt động và tăng công suất động cơ.
Tại sao lại trang bị buồng đốt “Hemi” cho động cơ?
Công việc của buồng đốt nghe có vẻ khá là đơn giản: là không gian cho sự giãn nở và áp suất của quá trình cháy để áp suất có thể tác động lên piston đẩy nó xuống trong xilanh. Ngoài ra, buồng cháy còn chứa bugi – nguồn đánh lửa cho động cơ xăng.
Trong nỗ lực không ngừng nhằm cải thiện công suất, hiệu suất và lượng khí thải, sự ưa chuộng các hình dạng buồng đốt khác nhau đã giảm dần theo năm tháng. Các nhà sản xuất thiết bị gốc đã hành xử theo cách này vì các ưu tiên về chi phí, khối lượng, đóng gói và hiệu suất đã tăng dần tầm quan trọng từ năm này sang năm khác. Đặc biệt về hiệu suất, buồng đốt hình bán cầu có lợi thế hơn các hình dạng khác, nhưng có giá thành cao hơn so với các hình dạng khác. Đây là những ưu và nhược điểm mà chúng ta sẽ đề cập ở đây.
Hình dạng bán cầu đặc trưng của buồng hemi được đặc biệt quan tâm và tạo ra áp suất buồng đốt tăng nhanh hơn so với thiết kế van trên cao điển hình có buồng hình nêm. Với điều kiện nguồn đánh lửa ở gần tâm buồng, sóng áp suất phản xạ phát ra từ thành buồng sẽ tạo ra đỉnh áp suất nhanh hơn, mạch lạc hơn. Hành động đốt cháy tất cả nhiên liệu trong khoảng thời gian ngắn hơn so với trong khoảng thời gian dài hơn có nghĩa là sự tích tụ áp suất trong buồng xảy ra sớm hơn trong hành trình công suất, nơi nó có hiệu quả cao hơn nhờ lợi thế cơ học trên trục khuỷu.
Tỉ số nén cao hơn
Một trong những ưu điểm chính của buồng đốt hình bán cầu là chúng cho phép tỷ số nén cao hơn, tức là tỷ số giữa thể tích hỗn hợp không khí và nhiên liệu trong xi lanh trước và sau khi nén. Tỷ số nén cao hơn có nghĩa là động cơ tạo ra nhiều công suất và mô-men xoắn hơn, cũng như tiết kiệm nhiên liệu tốt hơn và lượng khí thải thấp hơn. Điều này là do hình dạng bán cầu tạo ra nhiều không gian hơn cho van và bugi, đồng thời giảm diện tích bề mặt của buồng đốt, giúp giảm nguy cơ thất thoát nhiệt.
Dòng chảy luồng khí tốt hơn
Một lợi ích khác của buồng đốt hình bán cầu là chúng cải thiện luồng khí vào và ra khỏi xi lanh, giúp tăng cường quá trình đốt cháy và hiệu suất động cơ. Hình dạng bán cầu cho phép các van lớn hơn và góc cạnh hơn, giúp tăng diện tích cổng nạp và cổng xả và giảm lực cản dòng chảy. Các van cũng được bố trí đối diện nhau, tạo ra hiệu ứng dòng chảy chéo xoáy hỗn hợp không khí và nhiên liệu trong xi lanh, nâng cao hiệu quả trộn và đốt. Các bugi cũng được bố trí gần tâm buồng đốt, giúp đảm bảo hỗn hợp đánh lửa đồng đều và hoàn toàn hơn.
Chi phí và độ phức tạp cao hơn
Một trong những nhược điểm chính của buồng đốt hình bán cầu là chúng đắt hơn, chế tạo và bảo trì phức tạp hơn so với các hình dạng buồng đốt khác. Điều này là do hình dạng bán cầu đòi hỏi nhiều vật liệu và gia công hơn cho đầu xi lanh, cũng như nhiều bộ phận hơn cho bộ truyền động van. Bộ truyền động van cũng cần được điều chỉnh và bảo dưỡng thường xuyên hơn, vì các van phải chịu ứng suất và độ mòn cao hơn do các góc lớn hơn và dốc hơn. Hình dạng bán cầu còn khiến đầu xi-lanh nặng và cồng kềnh hơn, điều này làm tăng thêm trọng lượng và kích thước của động cơ.
Hiệu suất nhiệt thấp hơn
Một nhược điểm khác của buồng đốt hình bán cầu là chúng có hiệu suất nhiệt thấp hơn so với các dạng buồng đốt khác, nghĩa là chúng lãng phí nhiều năng lượng nhiệt hơn và tạo ra nhiều khí thải hơn. Điều này là do hình dạng bán cầu tạo ra thể tích buồng đốt lớn hơn, làm tăng tổn thất nhiệt cho thành xi lanh và làm giảm áp suất cũng như nhiệt độ của quá trình đốt cháy. Thể tích lớn hơn cũng làm loãng hỗn hợp không khí và nhiên liệu với nhiều khí dư hơn, làm giảm chất lượng đốt cháy và tăng lượng khí thải hydrocarbon không cháy hết và carbon monoxide.
So sánh với các hình dạng buồng đốt khác
Buồng đốt bán cầu không phải là kiểu thiết kế động cơ duy nhất có thể ảnh hưởng đến hiệu suất và hiệu suất của động cơ. Có nhiều hình dạng khác của buồng đốt có những đặc điểm và sự cân bằng khác nhau, chẳng hạn như mái dốc, hình nêm, hình bồn và đầu phẳng. Mỗi hình dạng đều có ưu điểm và nhược điểm riêng, tùy thuộc vào kích thước động cơ, tốc độ, loại nhiên liệu và ứng dụng.
Ví dụ, buồng đốt mái dốc (pent-roof) tương tự như buồng đốt hình bán cầu, nhưng có bề mặt phẳng hơn và thể tích nhỏ hơn, giúp cải thiện hiệu suất nhiệt, giảm trọng lượng và chi phí. Buồng đốt nêm có dạng hình tam giác giúp giảm diện tích bề mặt và tăng tỷ số nén nhưng cũng hạn chế kích thước van và luồng khí. Buồng đốt của dạng bồn có hình dạng nông và rộng cho phép lắp van lớn và luồng khí tốt nhưng cũng làm tăng nguy cơ thất thoát nhiệt và kích nổ. Buồng đốt đầu phẳng có thiết kế đơn giản và rẻ tiền với đầu xi-lanh và piston phẳng nhưng cũng có luồng khí và tỷ số nén kém.
Ứng dụng:
Động cơ Hemi được sử dụng trong nhiều loại xe khác nhau, bao gồm:
- Xe hiệu suất cao: Động cơ Hemi thường được sử dụng trong các xe thể thao, xe đua và xe hiệu suất cao khác.
- Xe tải: Động cơ Hemi cũng được sử dụng trong một số loại xe tải, đặc biệt là xe tải hạng nặng.
- Xe SUV: Động cơ Hemi được sử dụng trong một số loại xe SUV, đặc biệt là xe SUV cỡ lớn.
Các nhà sản xuất động cơ Hemi nổi tiếng:
- Chrysler: Là nhà sản xuất đầu tiên giới thiệu động cơ Hemi V8 vào năm 1951.
- Dodge: Tiếp tục sử dụng động cơ Hemi trong các mẫu xe hiệu suất cao của mình.
- Ford: Cũng sản xuất động cơ Hemi cho một số mẫu xe của mình.
- Ferrari: Sử dụng động cơ Hemi V12 trong một số mẫu xe đua huyền thoại.
Động cơ Hemi là một loại động cơ mạnh mẽ và độc đáo với nhiều ưu điểm vượt trội. Tuy nhiên, loại động cơ này cũng có một số nhược điểm như chi phí cao và độ phức tạp cao. Do đó, động cơ Hemi thường được sử dụng trong các loại xe hiệu suất cao và xe tải hạng nặng.
