野兽之“心”-克莱斯勒HEMI发动机

野兽之“心”-克莱斯勒HEMI发动机

克莱斯勒HEMI®发动机的经典传奇

20世纪30年代中期,克莱斯勒的工程师Ray White、William E. Drinkard和Mel Carpentier开始开发“FirePower”V8发动机,Fred Zeder的兄弟James G. Zeder负责督导开发工作。

半球形燃烧室的益处早已众所周知,但这种设计仅仅应用于当时外国制造的赛车。克莱斯勒开发团队实现了这种设计在批量生产轿车中的实用性。半球形气缸盖具有许多益处:

· 进气门位置与排气门相对,使气体能够更加顺畅地流过燃烧室:发动机“呼吸”更加顺畅,并产生更大的功率。

· 火花塞位置可以靠近燃烧室中心,使燃烧更加彻底,从而提高功率和效率。

· 那时的半球形燃烧室有助于提高压缩比(7.5:1)。

所有这些设计特性提高了发动机功率,从而显著提升了性能。

331立方英寸排量的“FirePower”V8发动机的功率为180马力(4000转/分钟),比同排量的凯迪拉克V8发动机高20%左右(0.544制动马力/立方英寸对0.484制动马力/立方英寸)。成批生产赛车和改装赛车的车手很快就发现凸轮、汽化和排气的调校能够将制动马力提高到350马力左右。(制动马力注释:功率与制动马力不同。制动马力是可转化为有用功的功率。制动马力低于功率,因为发动机运转时发生了各种功率损失。在测定制动马力时,必须从总输出功率中减去各种机械损失功率的总和。)

Hemi®发动机的制造成本高于其他发动机,因为Hemi®发动机气门位于气缸盖的对面。这就需要两套摇臂轴、摇臂和推杆来传动气门,而不是一套。然而,Hemi®发动机的优势胜过了重量更大和制造成本更高的劣势。

克莱斯勒Hemi®发动机成了经典传奇。克莱斯勒基于最初“FirePower”V8设计的发动机生产了20多年。

世界十佳发动机荣誉榜上有其名,北美2005年度车型上见其身,这就是克莱斯勒HEMI发动机,一个古老又年轻的名字。对字母HEMI的意义,以前有一种模糊的 认识 ,就是代表可关闭一半汽缸,保留另一半汽缸工作,这确是当今HEMI发 动机 的一个显著特征,但还不是最本质的地方,HEMI最基本的特征应该是拥有半球型燃烧室汽缸结构。

HEMI发动机最早出现在1948年,当时开发了一款用于捷豹汽车的6缸HEMI发动机,随后在1951年,克莱斯勒汽车公司发布了180马力的V-8 HEMI发动机,排量5.4升(331立方英寸),因此被命名为"331 HEMI"。虽然180马力对于现代发动机算不得什么,可 在当 时,这是一个难以触及的动力颠峰,由此开辟了HEMI 的传奇时代。

与同时代发动机相比,早期HEMI发动机的最大优势在于燃烧室效率,使得它能产生更强大的功率。HEMI 发动机的燃烧室顶部呈半球状,火花塞通常安装在燃烧室的顶部中央,进排气门分列在燃烧室两侧。相对于HEMI的半球缸盖,平顶缸盖发动机是上世纪50年代大多数车型的首选,因为这样的结构制造成本更低。平顶燃烧室发动机的进排气门安排在发动机一侧,由凸轮轴直接驱动而省略了挺杆和摇臂系统。

既然HEMI发动机的优势在于热效率,那么让我们先看一看影响热效率的若干因素:首先,要让汽缸内的可燃混合气充分燃烧,如果不能保证这一点,那么未燃气体即变成损失掉的能量;其次高汽缸压力可以产生更多的动能;还有要尽可能地减少进排气时消耗的能量;以及尽量减少热量向发动机外传导,因为热量是产生压力的因素,失去热量意味着降低峰值压力,而HEMI发动机正是在防止散热这一项指标有结构上的优势。

理论上,表面积越大则散热越快,而贴近汽缸壁的部分燃油可能会因为温度偏低导致不能充分燃烧,进而影响燃油经济性。对于普通平顶燃烧室发动机,其缸内表面积相对与燃烧室体积就显得偏大,HEMI发动机在这方面有明显改善,因而提高了绝热和高压的效果。另外,相对于一边侧置气门式发动机,HEMI的两边分开式气门结构有更充足的气门空间,使得气门尺寸可以做得更大,进排气更加通畅,发动机的效率再一次得到挖掘。

HEMI发动机既然有众多的优越性,那么为什么后来没有成为汽车发动机的主流呢?因为事物总有两面性,半球状燃烧室结构也有它的不足,如多气门布置就是一个难题。随着发动机技术的发展,侧置气门结构的逐渐淡出,HEMI的优势逐渐削弱甚至转化成劣势,新的每缸多气门技术使发动机有更顺畅的呼吸,而紧凑型燃烧室的兴起又让HEMI在绝热方面的领先地位大打折扣,因为在紧凑型燃烧室内火焰传播距离变短,因而燃烧速度加快,效率提升。

上世纪70年代后,HEMI发动机的表现已经大不如前了,新的发动机技术如多气门结构、可变气门升程和点火提前角技术、稀薄燃烧和缸内直喷技术等让人眼花缭乱的新鲜事物已经把曾经辉煌的HEMI徽标淹没了。就在人们已经把HEMI逐渐遗忘时(年轻的车迷已经少有人知道HEMI的真正含义),克莱斯勒发布了全新的5.7升HEMI V-8发动机。

新HEMI 发动机除了具有半球状燃烧室这一显著的传统特征外,还采用了多排量系统(MDS)和每缸双火花塞设计。其中多排量系统能使发动机在4缸运行模式和8缸模式之间相互转化,使得发动机能兼顾高性能和低油耗两方面要求,对不能实现多气门结构做了良好的补偿,克莱斯勒认为MDS可以使燃油经济性改善20%。汽缸运行模式之间的转换是通过收缩液压挺柱,使气门保持关闭,从而关闭汽缸,据称,两种模式的转换可在40豪秒内完成,驾驶员对动力系统的转变可能会毫无察觉。双火花塞成纵列布置在汽缸中央,作用是使缸内可燃混合气燃烧更完全、速度更快,进而改善燃油经济性和降低尾气排放水平,而排放问题也是早期HEMI发动机受到质疑的地方。

有了上述改进和其他方面的改善,新款HEMI发动机使早期的经典得到了延续和发展。在刚刚结束的Ward十佳发动机评比中,新5.7升V-8 HEMI发动机榜上有名,延续了自它诞生之年的光荣传统。在美国权威汽车杂志《Motor Trend》年度车型评选中,搭载HEMI发动机的克莱斯勒300C脱颖而出,一举摘取了北美这个全球最大汽车市场的唯一大奖,看一看本刊有关北美年度车型评选的文章就知道,HEMI 发动机对300C的获奖起到了至关重要的作用。

HEMI发动机的出色表现使它成为装车的首选,在美国,43%的克莱斯勒300和同胞兄弟道奇麦加的用户都选择5.7升HEMI V-8发动机,2005年,另一款全新的6.1升425马力HEMI V-8发动机还将诞生,它将会装配到克莱斯勒300C SRT-8上,目的是使SRT-8能在5秒之内跑完0-96公里/小时的加速路程。

详细资料:

如果您是爱车一族,您或许听说过HEMI发动机。 如果您是60年代或之前出生的,您肯定记得克莱斯勒HEMI发动机在50-70年代创造的奇迹。 如果您是强力跑车爱好者或街头飙车一族,您肯定知道性能强劲、最受欢迎的426型EMI发动机。您或许也听说过克莱斯勒在2003年产的道奇牌卡车中开始使用HEMI发动机。

野兽之“心”-克莱斯勒HEMI发动机

配有5.7升HEMI Magnum V-8发动机的2003道奇公羊

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2003道奇公羊的5.7升HEMI Magnum V-8发动机

即使对汽车或发动机知之甚少,您也可能对HEMI这个词有点印象。 这个词已经成为了强劲发动机的代名词。

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5.7升HEMI Magnum V-8发动机

本文介绍HEMI发动机的工作原理,您将了解采用HEMI设计的发动机之所以具有如此强劲动力的原因。

1948年,Harry Westlake和其他工程师一起为美洲虎汽车开发了一个HEMI 6缸的发动机,从此HEI发动机开始出现在汽车上。 几年后,也就是1951年,克莱斯勒开始在一些车型中使用一种180马力的HEMI V-8发动机。 克莱斯勒HEMI发动机具有331立方英寸排量(5.4升),因此以“331 HEMI”著称。

从现在来看,180马力听起来不算什么。 但是在1951年,180马力可是前所未闻的。 对于当时来说,它的马力相当惊人,于是便成就了“HEMI 传奇”。

克莱斯勒继续改进HEMI的设计,分别在1956和1957年发布5.8和6.4升排量的发动机,并最终在1964年发布426立方英寸(7 升)型发动机。这款发动机在1964年的戴托纳500全国汽车比赛协会(NASCAR)大赛中包揽了前三名,从而稳固了HEMI的传奇地位。1965 年,426型路上应用的HEMI发动机问世,功率输出可达425马力。

直至今日,道奇公司仍然提供这种426型气缸体和缸盖。 这种426型HEMI发动机是街头飙车、强力跑车的流行动力装备之一。

这种1951年的克莱斯勒HEMI发动机比当时任何其他发动机的马力都大,原因在于它燃烧室的高效率。

野兽之“心”-克莱斯勒HEMI发动机

如上图所示,在HEMI发动机中,气缸的燃烧室顶盖是半球形的。 顶部的燃烧区也是半球形的。 这被称为具有“半球形气缸盖”设计的发动机。 在这种HEMI发动机中,火花塞位于燃烧室的顶部,气门位置与燃烧室相对。

50年前,大部分汽车都使用一种被称为“平顶”的设计,由于其制造成本比较低,现在许多割草机仍然使用这种发动机。 在这种平顶的发动机中,气门设计在气缸内部,而不是在缸顶。气门是在活塞旁边的燃烧室打开。

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平顶发动机的气缸盖相当简单,只需在坚固的金属铸件中钻一个孔来放置火花塞即可。 凸轮轴直接作用于阀杆,从而不需要推杆和摇杆臂。 在这种平顶设计中,一切都更加简单。 下面我们将讨论平顶设计的热效率问题。

HEMI发动机的优点

发动机设计中有许多部件可以控制每次燃烧冲程所提供的能量。 例如:

  • 您想燃尽缸体中的汽油。 如果这种设计留下未完全燃烧的汽油,那就是未被使用的能量。
  • 当曲轴处在合适的角度时,您想让气缸压力正好达到峰值,以便于利用其释放的能量。
  • 您想尽量少地浪费能源,把气体和燃料吸入到燃烧室,将废气排出。
  • 您想尽可能减少由于热量传给缸盖和气缸壁而造成的热量损失。 热量是气缸中产生压力的一个因素,因此热量损失意味着峰压的降低。

其中最后一项是HEMI发动机与平顶发动机相比的突出优点之一。 缸体表面会导致热量损失 接近缸顶壁的燃料可能因为温度太低而没有完全燃烧。 因为是缸盖是平顶的,所以缸盖的表面积相对于燃烧室来说比较大。 在HEMI发动机中,缸体的表面积比平顶缸盖的小得多,因此这样做,热量损失少,峰压会更高。

另外一个影响因素是HEMI发动机气门的大小。 既然气门在缸顶的相对面,这样就有更多的气门空间。 在HEMI发动机问世之前,发动机被设计成带有一组线形排列气门的楔形燃烧室。 进油管路的设计限制了气门的大小。在HEMI发动机中,气门可以设计得很大,因此改善了缸体内的气体流动。

道奇HEMI大排量发动机

道奇HEMI发动机打破HEMI动力的传统,提供了一款排量为5.7升的V-8发动机,带有半球形燃烧室缸盖。

这种发动机可达345马力,与同级别的汽油机相比具有明显优势。

例如:

  • 道奇5.7 升V-8-345马力,5400 转/分钟
  • 福特5.4 升V-8-260马力,4500 转/分钟
  • 通用6.0 升V-8-300马力,4400 转/分钟
  • 通用8.1 升V-8-340马力,4200 转/分钟
  • 道奇8.0 升V-10-305马力,4000 转/分钟
  • 福特6.8 升V-10-310马力,4250 转/分钟

HEMI大排量发动机每个缸体有两个气门和两个火花塞。 这两个火花塞可以帮助解决喷射问题,这个问题曾一直困扰着克莱斯勒早期的HEMI发动机设计。 两个火花塞可同时点燃两个火焰锋,确保完全燃烧。

HEMI发动机的缺点

既然HEMI发动机有这么多的优点,为什么不是所有的发动机都使用半球形气缸盖呢? 这是因为现在已经有了更好的配置。

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半球形气缸盖永远不可能实现每缸四个气门。 这是因为气门的角度如此复杂,几乎不可能设计出这种的缸顶。 因为赛车发动机限制只能每缸两个气门,在街头飚车或美国汽车比赛协会 (NASCAR) 的比赛中,每个缸体只有两个气门并不是大问题。 但是普通情况下,四个稍小一点的气门相对于两个大气门而言,可以让发动机“呼吸”得更容易一些。 现在的发动机是用棱顶式设计,可容纳四个气门。

大部分高性能发动机都不用HEMI设计的另外一个原因是想制造一个更小的燃烧室。 小的燃烧室可以在燃烧过程中进一步减少热量损失,并且可以缩短火焰锋必需的行程。 结构紧密的棱顶型设计在这里也很有用。

像以前美国很多经典的肌肉车都配备着这种大功率的HEMI发动机!