“HEMI” เครื่องยนต์ในตำนาน ที่แรงหายห่วง

เชื่อว่าผู้อ่านที่ชื่นชอบรถอเมริกันต้องเคยผ่านหูผ่านตากับคำว่า HEMI ที่ใช้อยู่ในกลุ่มเครื่องยนต์แบบ วี 8 สูบ ของค่าย ไครสเลอร์ กันมาบ้างแล้ว และเคยสงสัยไหมว่า HEMI นั้นคืออะไร ?

จุดกำเนิดของคำว่า HEMI นั้นมาจากคำว่า HEMISPHERICAL ซึ่งแปลว่า “ครึ่งทรงกลม” (ซีกโลกเหนือเส้นศูนย์สูตร ฝรั่งเรียกว่า NORTHERN HEMISPHERE) หรือจะให้เข้าใจง่ายขึ้นก็คือ รูปทรง “โดม” นั่นเอง แล้ว “โดม” นี้มันมาเกี่ยวกับเครื่องยนต์ได้อย่างไร เรามาติดตามกัน

นับจากยุคเริ่มแรกของเครื่องยนต์สันดาปภายใน ตั้งแต่ต้นศตวรรษที่ 20 ได้เกิดการออกแบบห้องเผาไหม้ในหลากหลายรูปทรง อาทิ ทรงแบน (FLAT HEAD) และทรงลิ่ม (WEDGE HEAD) ซึ่งบรรดาวิศวกรในขณะนั้น พบว่าการออกแบบให้ห้องเผาไหม้มีรูปทรงชามคว่ำ หรือรูปทรงโดม อันเป็นที่มาของคำว่า “HEMI” (HEMI HEAD) หรือครึ่งทรงกลม ที่มีการวาง วาล์วไอดี และไอเสีย อยู่ตรงข้ามกันนั้น สร้างข้อได้เปรียบทางวิศวกรรมหลายประการ อาทิ

1. สามารถใช้วาล์วขนาดใหญ่ เพื่อให้ไอดีและไอเสียไหลได้ดีกว่า ด้วยแนวคิดการสร้างห้องเผาไหม้รูปโดม ทำให้พื้นที่ติดตั้งวาล์วมีมากกว่าห้องเผาไหม้ทรงลิ่ม ที่ใช้การจัดเรียงวาล์วเคียงกันตามยาว บนเพลาราวลิ้น (แคมชาฟท์) ชุดเดียว ซึ่งแม้จะเรียบง่าย แต่การออกแบบให้วาล์วต้องวางเคียงกัน เป็นการจำกัดขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางของวาล์วโดยอัตโนมัติ และเมื่อนำขนาดของวาล์วทั้งหมดมารวมกันแล้ว ยังไม่กว้างไปกว่าขนาดของกระบอกสูบ แต่หากออกแบบให้ติดตั้งวาล์วลงบนห้องเผาไหม้ทรงโดม จะสามารถขยายขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางของวาล์วไอดี และไอเสียให้ใหญ่ขึ้นได้

2. การออกแบบให้วาล์วไอดีและไอเสีย อยู่ตรงข้ามกัน ช่วยให้ไอดีและไอเสีย ไหลเข้า/ออกได้สะดวกมากขึ้น เมื่อเทียบกับการวางวาล์วเคียงกันของห้องเผาไหม้ทรงลิ่ม

3. การออกแบบให้หัวเทียนอยู่บริเวณยอดสุดของห้องเผาไหม้ ช่วยให้การเผาไหม้มีสมดุล

4. ห้องเผาไหม้ทรงโดม ลดการสูญเสียความร้อน (MINIMIZED HEAT LOSS) ได้ดี ช่วยให้เครื่องยนต์มีกำลังดีกว่าแบบอื่น

ข้อดีหลายประการดังกล่าว ทำให้เครื่องยนต์รถแข่งในสมัยต้นศตวรรษที่ 20 หลายต่อหลายเครื่องใช้ห้องเผาไหม้ทรงโดม “HEMI” และนอกจากค่าย ไครสเลอร์ แล้ว ยังมีอีกหลายค่ายที่สร้างเครื่องยนต์แบบ “HEMI” ที่โดดเด่น อาทิ เครื่องยนต์ วี 6 สูบ แบบก้านกระทุ้ง (PUSHRODS) ความจุ 2.5 ลิตร 12 วาล์ว ของ อัลฟา โรเมโอ ที่ออกแบบโดย จูเซปเป บุซโซ (GIUSEPPE BUSSO) ซึ่งคนที่เคยได้ยินเสียงเครื่องยนต์ตัวนี้ล้วนหลงใหลกันทุกคน จากการที่ออกแบบพอร์ทไอเสียให้ไหลได้ตรงมาก (เมื่อพัฒนาขึ้นเป็นแบบ 24 วาล์ว ได้เปลี่ยนเป็นห้องเผาไหม้แบบหลังคาจั่ว (PENT-ROOF HEAD))

นอกจากนี้ ยังรวมถึงเครื่องยนต์แบบ 6 สูบแถวเรียง บลอคที่ประจำการใน แจกวาร์ ตระกูล เอกซ์เค ยุคที่ใช้ฝาสูบแบบ 12 วาล์ว และเครื่องยนต์ 6 สูบนอน (BOXER ENGINE) ระบายความร้อนด้วยอากาศของ โพร์เช 911 อีกด้วย ส่วนที่บ้านเราใช้กัน ได้แก่ เครื่องยนต์ของ มิตซูบิชิ ตระกูล “แอสตรอน” (ASTRON) และ “แซเทิร์น” (SATURN)

แต่ต่อมาเมื่อวิศวกรต้องการจะรีดเอาประสิทธิภาพของการเผาไหม้เชื้อเพลิงออกมาให้มากที่สุด จึงให้ความสนใจกับเรื่อง “กำลังอัด” (COMPRESSION RATIO) ให้มีสัดส่วนการบีบอัดสูงขึ้น ซึ่งแน่นอนว่า หากใช้ลูกสูบที่มีหัวสูบแบนจะไม่สามารถบีบอัดไอดี ซึ่งเป็นส่วนผสมของเชื้อเพลิงและอากาศ ได้มากพอ เพราะมีพื้นที่ว่างเหลืออยู่ เมื่อลูกสูบเคลื่อนที่ขึ้นสู่จุดสูงสุดในกระบอกสูบ (ศูนย์ตายบน หรือ TDC (TOP DEAD CENTER) จึงต้องมีการออกแบบรูปทรงของหัวลูกสูบให้นูนขึ้นเพื่อรับกับทรงของห้องเผาไหม้ ซึ่งสามารถแก้ปัญหาเรื่องกำลังอัดให้มีกำลังอัดสูงขึ้นได้ในที่สุด

การแก้ปัญหาด้วยวิธีการนี้ นำมาซึ่งปัญหาน้ำหนักของลูกสูบ ซึ่งจะส่งผลกระทบโดยตรงต่อ “เพลาข้อเหวี่ยง” (CRANKSHAFT) เนื่องจากน้ำหนักของลูกสูบที่มากขึ้น ทำให้เพลาข้อเหวี่ยงต้องแข็งแรงขึ้นตามไปด้วย โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อเครื่องยนต์ต้องหมุนในรอบสูง ซึ่งทั้งหมดส่งผลให้เครื่องยนต์น้ำหนักมากขึ้น

แต่ข้อดีประการหนึ่งของการออกแบบห้องเผาไหม้ทรง “HEMI” คือ วิศวกรสามารถเลือกได้ว่า เครื่องยนต์ตัวนี้จะมีกำลังอัดมากหรือน้อยได้ตามต้องการ ด้วยการเปลี่ยนรูปทรงของลูกสูบ อาทิ เมื่อต้องการจะใช้กับระบบอัดอากาศ ซูเพอร์ชาร์จ ที่เราเห็นบ่อยมากในรถแข่งดแรก จากแดนคาวบอย วิศวกรก็สามารถเปลี่ยนจากลูกสูบแบบหัวนูนเป็นแบบหัวแบน ทำให้กำลังอัดลดลงเหมาะกับการใช้งานร่วมกันกับซูเพอร์ชาร์จ รวมถึงหากต้องการนำไปใช้กับเชื้อเพลิงที่เกรดไม่สูงนัก การเปลี่ยนมาเป็นเครื่องยนต์กำลังอัดต่ำ ก็สามารถทำได้สะดวกเช่นกัน ตัวอย่างเช่น เครื่องยนต์ วี 8 สูบ ความจุ 5.7 ลิตร ของ ไครสเลอร์ มีกำลังอัดตั้งแต่ 9.5:1 ในรุ่นลูกสูบแบน ไปจนถึง 10.9:1 ในรุ่นที่ใช้ลูกสูบนูน ขึ้นอยู่ลักษณะการใช้งาน

นอกจากนี้ปัญหามลภาวะ ยังทำให้เครื่องยนต์ “HEMI” ยุคใหม่ต้องเปลี่ยนแปลงตำแหน่งการติดตั้งหัวเทียน ที่ของเดิมนั้นต้องการให้มีการเผาไหม้ทั่วถึง จึงได้ติดตั้งหัวเทียนไว้ในตำแหน่งยอดสุดของโดม แต่ก็พบว่าระยะทางที่ค่อนข้างมากระหว่างลูกสูบถึงยอดโดม ทำให้การกระจายของเปลวไฟในการเผาไหม้ (FLAME PROPAGATION) ค่อนข้างไกล จึงเผาไหม้ได้ไม่หมดจดนัก เลยต้องพัฒนาเครื่องยนต์ให้ใช้หัวเทียน 2 ตัว/1 กระบอกสูบ (TWINSPARK) เนื่องจากเผาไหม้ได้หมดจด มีมลภาวะต่ำ ตัวอย่างเช่น หากวางตำแหน่งของ วาล์วไอดี-ไอเสีย ที่ตำแหน่ง 12 และ 6 นาฬิกา หัวเทียนจะถูกวางในตำแหน่ง 3 และ 9 นาฬิกา นั่นเอง ดังนั้น หากนับหัวเทียนของ ดอดจ์ ชาลเลนเจอร์ ที่ใช้เครื่องยนต์ วี 8 สูบ “HEMI” คุณอาจจะตกใจที่พบว่ามันมีถึง 16 หัวเลยทีเดียว !

ปัจจุบัน ห้องเผาไหม้ทรงหลังคาจั่ว ที่มีพื้นที่ของวาล์วไอดีกับไอเสียสอดคล้องกับระบบ 4 วาล์ว/กระบอกสูบ หรือมัลทิวาล์ว ทำให้ความนิยมใช้ห้องเผาไหม้แบบ “HEMI” ลดลง จนแทบจะเหลือเพียงรถจากค่าย ไครสเลอร์ เท่านั้นที่ยังยืนหยัดใช้ จนเป็นเหมือนเครื่องหมายการค้าของพวกเขาไปแล้ว แต่ถึงกระนั้นก็ได้ปรับรูปทรง และหลักการซึ่งต่างจากเครื่องยนต์ “HEMI” ในอดีตไม่น้อย

อย่างไรก็ตาม สำหรับแฟน ไครสเลอร์ แม้จะไม่รู้ว่า “HEMI” นั้นคืออะไร แต่พวกเขาก็มั่นใจว่ารถที่แปะโลโก “HEMI” นั้น “แรงหายห่วง” แน่นอน !?!