So sánh các loại động cơ ô tô I – V – Boxer – W – VR – Wankel
Có khá nhiều các loại động cơ ô tô chuyển đổi năng lượng hóa học thành động năng, và ngược lại từ động năng thành năng lượng hóa học để khiến chiếc xe chuyển động. Mỗi loại động cơ sẽ có cách bố trí và ưu/nhược điểm riêng.
Vậy những ưu/nhược điểm riêng của từng loại động cơ ấy là gì? Hãy cùng trường dạy nghề sửa chữa điện ô tô VATC tìm hiểu về những loại động cơ phổ biến nhất hiện nay như I – V – Boxer – W – Wankel.
-
Loại động cơ ô tô thẳng hàng chữ I – Inline Engine
Động cơ thẳng hàng Inline Engine là một trong số các loại động cơ ô tô phổ biến nhất hiện nay. Phần này chủ yếu nói về động cơ I4 (Inline Four Cylinders). Trên hầu hết các loại xe 4 xylanh đều được trang bị động cơ thẳng hàng Inline 4 xylanh, nó đòi hỏi sự gọn, nhẹ và ổn định về công suất để tối đa khả năng tiết kiệm nhiên liệu.
Đối với cách bố trí của từng bộ phận trên loại động cơ này, các xylanh hình trụ được sắp xếp theo một đường thẳng. Tùy thuộc vào từng hàng mà sẽ có cách bố trí trục cam kiểu SOHC (trục cam đơn) hay DOHC (trục cam đôi).
# Ưu điểm của các loại động cơ ô tô thẳng hàng
Dài hơn động cơ V nhưng lại hẹp hơn, vậy nên chúng thường được đặt ngang (động cơ I6) để giảm tối đa chiều dài của khoang động cơ, giúp mở rộng tối đa diện tích khoang hành khách. Do có kích thước khá nhỏ gọn nên động cơ I4 có thể đặt dọc hoặc đặt ngang tùy thuộc vào nhà sản xuất. Ngoài ra, chúng có:
- Chi phí sản xuất khá thấp nên việc sửa chữa, thay thế các chi tiết động cơ không quá đắt đỏ.
- Cấu tạo đơn giản, nhẹ và ít các chi tiết chuyển động.
- Tiết kiệm nhiên liệu hơn các loại động cơ ô tô chữ V.
# Nhược điểm của loại động cơ thẳng hàng
Các lực sinh ra bởi chuyển động lên xuống của pittong tác động không đồng đều lên trục khuỷu khiến động cơ bị rung lắc và trọng tâm cao. Vậy nên phải cần thêm một hệ thống trục cân bằng để triệt tiêu đi tình trạng rung lắc, cân bằng động cơ. Ngoài ra, chúng còn:
- Giới hạn dung tích.
- Hoạt động không êm và bền bỉ như động cơ V6, V8…
-
Các loại động cơ ô tô dạng phẳng Boxer
Loại động cơ này có xylanh đặt nằm ngang trên 1 mặt phẳng, pittong vì vậy sẽ chỉ chuyển động theo phương ngang (sang phải hoặc sang trái) thay vì chuyển động theo chiều dọc (lên.xuống như động cơ truyền thống Inline).
Một nửa số pittong sẽ chuyển động theo 1 hướng và nửa còn lại sẽ chuyển động theo hướng ngược lại. Động cơ dạng phẳng nhìn chung có 2 loại là: loại Boxer và loại động cơ hình chữ V góc mở 180o.
# Ưu điểm của động cơ dạng phẳng
Do có thiết kế phẳng nên các loại động cơ ô tô dạng phẳng có chiều cao thấp, vì vậy khi lắp vào khoang máy sẽ kéo tâm trọng lực của xe xuống thấp, do đó xe đầm và hoạt động ổn định hơn. Ngoài ra, chúng có:
- Các xylanh được bố trí đều sang hai bên cũng như chuyển động theo các hướng ngược chiều nhau nên phân bố trọng lực đều hơn, từ đó xe ít rung lắc hơn so ới kiểu động cơ có xylanh thẳng hàng.
- Thiết kế độc đáo giúp giảm trọng lượng tác động lên trục khuỷu, đảm bảo ít tiêu tốn năng lượng hơn.
# Nhược điểm của động cơ dạng phẳng
Các loại động cơ ô tô phẳng đa phần chỉ được áp dụng trên các dòng xe Porsche và Subaru, vậy nên rất ít kỹ thuật viên sửa chữa được tiếp cận với loại động cơ này. Hậu quả là giá thành sửa chữa cao. Ngoài ra, chúng còn:
- Đắt hơn động cơ Inline (I4 và I6).
- Âm thanh động cơ khá lớn, ồn.
- Khoang động cơ chật hẹp, việc bảo dưỡng tương đối khó khăn.
-
Các loại động cơ ô tô chữ V
Không giống với động cơ thẳng hàng, động cơ hình chữ V có cấu tạo phức tạp hơn bởi nó gần giống như 2 động cơ thẳng hàng. Cụ thể là các bộ phận phải nhân đôi như 2 nắp quy lát, 4 trục cam… (riêng trục khuỷu sử dụng chung).
Ngoài ra, việc đồng bộ chuyển động của pittong với trục khuỷu cũng phức tạp hơn so với loại 4 xylanh thẳng hàng. Động cơ hình chữ V có các xylanh thường được đặt cách nhau 60 hoặc 90 độ. Phần so sánh này chủ yếu nói về động cơ V6.
# Ưu điểm của động cơ ô tô chữ V
Do kết nối với ít xylanh hơn, nên trục khuỷu của các loại động cơ ô tô chữ V cũng ngắn hơn so với loại động cơ thẳng hàng. Vậy nên việc thiết kế loại động cơ này bắt buộc phải đảm bảo sự chắc chắn, nhưng không cần tới hệ thống trục cân bằng để triệt tiêu sự rung lắc như động cơ thẳng hàng. Ngoài ra, chúng có:
- Cấu trúc vuông vắn hơn động cơ thẳng hàng, qua đó hạn chế tối đa lực ly tâm khi xe vào cua ở tốc độ cao.
- Thiết kế hình chữ V cho phép trọng lực được phân bố đều sang 2 bên, vậy nên tình trạng rung lắc do chuyển động của pittong được hạn chế tối đa.
- Cấu tạo góc mở của thiết kế hình V càng lớn thì trọng tâm của động cơ càng thấp, tương tự như trường hợp của động cơ phẳng khi góc mở đạt tối đa 180o đem lại độ ổn định tối đa cho xe.
# Nhược điểm của động cơ chữ V
Do phải nhân đôi các bộ phận và có cấu tạo phức tạp hơn động cơ thẳng hàng nên các loại động cơ ô tô chữ V đắt hơn cả về chi phí sản xuất lẫn chi phí bảo dưỡng – sửa chữa. Ngoài ra, chúng còn:
- Rộng và nặng hơn động cơ thẳng hàng.
- Tiêu tốn nhiều nhiên liệu hơn.
- Động cơ V6 ít cân bằng hơn động cơ I6 và V8.
- Do cấu tạo của động cơ V nên hệ thống xả cần 2 đường ống xả riêng biệt.
- Động cơ từ V8 – V10 – V12 đòi hỏi tính đến sự thiết kế khung chịu lực lớn, trọng lượng tăng dần, giá thành sản xuất tăng, mức tiêu thụ nhiên liệu lớn.
- Chỉ áp dụng trên những dòng xe cao cấp.
Xem thêm: Các hư hỏng thường gặp trên động cơ ô tô
-
Các loại động cơ ô tô VR
Đây là biến thể lai giữa 2 loại động cơ thằng hàng và động cơ V, các xylanh đều nghiêng theo một góc 15o so với phương thẳng đứng. VR6 có hai phiên bản là 12 xupap (mỗi xylanh 2 xupap) và 24 xupap (mỗi xylanh 4 xupap).
VR6 (6 xylanh) là mẫu động cơ VR được ứng dụng khá phổ biến của hãng Volkswagen, siêu xe Audi Quattro TT, xe tải Mercedes-Benz Vito, Lamborghini, Bugatti, Porsche Cayenne và Bentley,…
# Ưu điểm của động cơ ô tô VR
Do chỉ dùng 1 nắp quy lát như động cơ thẳng hàng nhưng lại ngắn hơn, nên nó vẫn có cấu trúc 2 hàng xylanh như các loại động cơ ô tô chữ V. Ngoài ra, chúng có:
- Thiết kế nhỏ gọn, chi phí sản xuất thấp hơn động cơ V6.
- Khả năng cân bằng tốt, độ rung thấp hơn nhiều so với động cơ V6.
- Thiết kế ống xả đơn giản, tất cả khí thải đều ra cùng một phía của động cơ, không yêu cầu 2 cụm ống xả như động cơ V6. Vậy nên trọng lượng giảm, tiết kiệm chi phí hơn.
# Nhược điểm của các loại động cơ ô tô VR
Phần đáy của động cơ phải làm dày và khoan lỗ lớn để có thể làm mát và tạo độ cứng phù hợp nhằm cân bằng khi vận hành. Do sử dụng bộ tăng áp nên loại động cơ này không có khả năng tiết kiệm nhiên liệu tối đa. Vậy nên, động cơ I4 đang ngày dần thay thế động cơ này. Ngoài ra chúng còn:
- Nặng hơn động cơ I4.
- Có momen xoắn thấp hơn động cơ I4 và dải công suất ngắn hơn.
- Thiết kế phức tạp cho cấu trúc của các xylanh đều nghiêng theo một góc từ 15 – 20
-
Loại động cơ W / động cơ VV (V kép)
Loại động cơ này có 8 – 12 – 16 xylanh (cá biệt có loại 18 – 32 xylanh), tương đương với 2 động cơ V đặt cạnh nhau: Động cơ W chỉ được sử dụng trong các nhóm xe của VW như Audi A8L, Bentley Continental GT, VW Toureg, Bugatti Veyron và Chiron.
Cấu trúc của các loại động cơ ô tô W khá phức tạp, yêu cầu sắp xếp càng nhiều xylanh càng tốt để giảm tối đa kích thước động cơ. Có 3 kiểu sắp xếp của động cơ W12 (phần này chủ yếu nói về W12).
- Hai hàng, 6 xylanh mỗi hàng và một trục khuỷu (hai động cơ V ghép liền nhau).
- Ba hàng, 4 xylanh mỗi hàng và một trục khuỷu (sử dụng cho động cơ máy bay và đã dừng sản xuất từ lâu).
- Bốn hàng, 3 xylanh mỗi hàng và một trục khuỷu (hai động cơ VR góc hẹp 15o ghép liền nhau, với góc nghiêng giữa hai hàng là 72o). Đây là kiểu cấu hình phổ biến nhất của động cơ W12.
Đôi khi người ta gọi là WR12 chứ không phải là W12 vì sự đặc biệt của loại động cơ VR này. Và mỗi khối VR chỉ có một đầu duy nhất, vậy nên tất cả các động cơ được Volkswagen W sản xuất đều có hai đầu.
# Ưu điểm của động cơ ô tô W
Chúng tạo ra nhiều momen xoắn hơn so với các loại động cơ ô tô V12 do cách sắp xếp trục khuỷu và xylanh. Động cơ ngắn hơn V12 nhưng lại rộng hơn vì bố trí nhiều xylanh ở hai bên.
# Nhược điểm của động cơ ô tô W
Âm thanh ồn hơn so với V12 và chi phí sản xuất W12 đắt đỏ do có cấu tạo phức tạp với nhiều chi tiết.
-
Loại động cơ ô tô Wankel
Các loại động cơ ô tô này không sử dụng pittong lên xuống như động cơ ô tô thông thường, thay vào đó là buồng đốt hình oval và 1 rotor cánh quạt hình tam giác chuyển động xoay tròn trong nó. Hiện tại, mẫu động cơ này thường chỉ được áp dụng trên các dòng xe đua.
# Ưu điểm của loại động cơ ô tô Wankel
Ổn định: Có ít chi tiết chuyển động hơn so với các loại động có 4 kỳ có sức mạnh tương đương. Một động cơ tam giác xoay 2 pittong có 3 bộ phận chuyển động là 2 rotor và 1 trục khuỷu. Trong khi đối với động cơ 4 kỳ đơn giản nhất thì có ít nhất là 40 chi tiết chuyển động. Việc tối thiểu hóa chi tiết chuyển động giúp động cơ pittong xoay vận hành ổn định, đáng tin cậy hơn. Thậm chí một số hãng máy bay còn muốn áp dụng loại động cơ này.
Nhỏ và Nhẹ, tỷ lệ công suất/trọng lượng cao: Do các loại động cơ ô tô Wankel có khá ít chi tiết, cộng thêm chất liệu chủ yếu là nhôm nên động cơ pittong xoay có trọng lượng nhẹ hơn khoảng 1/3 và kích thước xấp xỉ chỉ 1/3 so với các loại động cơ cùng công suất khác.
Hoạt động êm ái: Do chuyển động của toàn bộ các thành phần đều theo 1 hướng, không có cơ chế đổi chiều chuyển động của pittong, lại cộng thêm cơ chế tự động cân bằng nhờ đối trọng nên động cơ có thể hoạt động mà sự rung động là rất ít.
Chuyển động xoay của pittong tạo ra momen xoắn nên có thể sử dụng nhiên liệu có chỉ số octan thấp.
# Nhược điểm của loại động cơ ô tô Wankel
Pittong có thể bị bó cứng:
Xuất phát từ sự khác nhau giữa độ giãn nở do nhiệt độ của các vật liệu khác nhau, nên toàn bộ khối động cơ sẽ có sự giãn nở không đồng đều trong quá trình vận hành. Điều này khiến pittong dễ bị bó cứng vào trong thành xylanh. Ngoài ra:
Tiêu hao nhiên liệu:
do vị trí tiếp xúc giữa piston và thành xy lanh dễ bị hở nên nhiên liệu có thể bị rò rỉ, buồng cháy không kín nên không đốt sạch nhiên liệu. Tương tự, chất thải có thể bị lẫn vào trong nhiên liệu.
- Cả 2 mặt đều tiếp xúc với nhiên liệu, bên trong không thể bố trí hệ thống bôi trơn chuyên dụng nên không thể bôi trơn như động cơ 2 kỳ. Do đó, có thể phần tiếp xúc giữa đỉnh pittong và thành xylanh có thể bị hở sau quá trình sử dụng.
- Quá trình đốt chậm do sau khi đánh lửa, “buồng đốt” phải di chuyển trong hành trình dài, hẹp nên gây ra sự trễ và có thể không cháy sạch.
- Nhiên liệu cháy không hết còn bị xả ra bên ngoài nên kém thân thiện với môi trường.
- Quá trình sản xuất đòi hỏi yêu cầu kỹ thuật cao, giá thành không rẻ.
Xem thêm:
Chẩn đoán lỗi động cơ qua màu sắc khí thải
Trên là những thông tin cơ bản nhất về so sánh các loại động cơ ô tô thông dụng nhất hiện nay, mà các kỹ thuật viên sửa chữa ô tô có thể gặp phải khi sửa chữa. Hy vọng các bạn có thêm được những kiến thức thú vị về bài viết này.
Trung Tâm Huấn Luyện Kỹ Thuật Ô Tô Việt Nam VATC
Địa chỉ: số 50 đường 12, P.Tam Bình, Q.Thủ Đức, TP.HCM
Điện thoại: 0945711717
Theo: Trí.H Oto-hui.com
