Động cơ I4, I6, V6, V8... hay và dở!

Một câu hỏi tưởng chừng đơn giản như: giữa động cơ V6 4.0L và động cơ V8 4.0L – loại nào cho công suất lớn hơn ? lại có câu trả lời không hề dễ dàng chút nào. Khi bàn luận tới các loại động cơ khác nhau, cách bố trí xy lanh không phải là yếu tố lớn nhất ảnh hưởng tới khả năng sinh công của chúng. Với một vài phương thức hỗ trợ nhất định, một động cơ bốn xy lanh cũng có thể đạt công suất như một động cơ V12. Vậy điều gì sẽ đóng vai trò quyết định khiến cho mỗi nhà sản xuất quyết định chọn một loại động cơ nào đó cho mẫu xe của mình? Chúng ta hãy cùng điểm qua ưu nhược điểm của một số loại động cơ thông dụng trên thị trường xe hiện nay.

Lý do nào khiến các nhà sản xuất xe chọn một động cơ nhất định cho sản phẩm của mình?

1. Động cơ I4 - giải pháp "vàng" cho xe dân dụng
Trong số các mô hình động cơ, có lẽ I4 là loại thông dụng nhất. Bạn hầu như có thể bắt gặp nó ở mọi loại xe dân dụng phổ thông trên đường. Thực tế, sự thông dụng đáng ngạc nhiên của động cơ I4 đến từ sự đơn giản với chỉ một hàng xy lanh, một nắp máy và một hàng van xu páp. Vậy ưu thế sẽ nằm ở đâu?

Động cơ I4 có mặt trong hầu hết các dòng xe phổ thông hiện nay
với biến thể gồm loại 3 xy lanh hoặc 5 xy lanh.

Những ưu điểm của động cơ I4
- Động cơ I4 với thiết kế bốn xy lanh thẳng hàng thường nhỏ gọn cho phép tích hợp dễ dàng trong mọi thiết kế khoang máy của các dòng xe. Sự nhỏ gọn cũng cho phép nó rất phù hợp với các dòng xe dẫn động cầu trước.
- Trọng lượng nhẹ với chỉ một cổ xả là ưu thế lớn cho phép cắt giảm trọng lượng tổng thể của xe – yếu tố liên quan trực tiếp tới khả năng vận hành cũng như mức nhiên liệu tiêu thụ.
- Với chỉ một nắp máy, động cơ I4 có ít bộ phận chuyển động (bớt các trục) hơn so với các dòng có nhiều hàng xy lanh (mỗi hàng sẽ cần một nắp máy) như động cơ V6 hay V8. Điều này đồng nghĩa với việc năng lượng hao tổn là nhỏ hơn đồng thời rủi ro hỏng hóc thấp hơn đáng kể.
- Lực sơ cấp (do trục khuỷu sinh ra) được cân bằng do hai piston phía ngoài di chuyển ngược hướng với hai piston phía trong.
- Các loại động cơ I4 thường rất dễ thao tác khi bảo trì, bảo dưỡng cũng như sửa chữa. Thiết kế với nắp máy nằm ở điểm cao nhất cho phép việc tiếp cận bugi cũng như van xu páp rất dễ dàng.
- Thiết kế đơn giản, trọng lượng nhẹ cũng đồng nghĩa với việc động cơ I4 có chi phí sản xuất thấp - yếu tố ảnh hưởng trực tiếp tới tâm lý người dùng các dòng xe phổ thông, gia đình.

Nhược điểm của động cơ I4
- Các lực thứ cấp gây rung động sinh ra từ chuyển động thành phần của động cơ không được cân bằng trừ khi có trục cân bằng cỡ lớn đi kèm – điều khiến kích thước của động cơ không thể được mở rộng và thường hiếm khi vượt quá 2,5L (và rất ít loại 3,0L).
- Động cơ I4 thường có trọng tâm cao hơn so với nhiều dòng khác – điều không có lợi cho các mẫu xe thể thao trừ khi được nhà thiết kế bố trí lại điểm đặt trong khoang máy.
- Độ vững chãi cũng như sự linh hoạt trong thiết kế không được cao như các loại động cơ V6 hay V8.

2. Động cơ với xy lanh đối xứng - lựa chọn số một cho xe thể thao
Đứng ở góc độ hiệu năng, chắc chắn không có lựa chọn nào hấp dẫn với các nhà sản xuất xe – đặc biệt là các thương hiệu thể thao – hơn động cơ với xy lanh đặt đối xứng. Động cơ bốn xy lanh dạng này (thường được gọi tên là Boxer) dù không thông dụng như I4 ở thị trường dân dụng nhưng đây là lựa chọn hàng đầu cho các dòng xe đua. Dù không quá thông dụng nhưng động cơ boxer có mặt trong nhiều dòng sản phẩm của Porsche, Toyota, Subaru... Ngoài loại boxer với bốn xy lanh, bạn cũng có thể bắt gặp boxer với 6 xy lanh trên một số dòng SUV của ba thương hiệu trên.

Những ưu điểm của động cơ Boxer
- Toàn bộ lực sơ cấp và thứ cấp đều được cân bằng tối đa – đồng nghĩa với việc đây là thiết kế động cơ đem lại sự êm ái vào bậc nhất khi vận hành.
- Việc không cần các thành phần cân bằng cũng đồng nghĩa với việc trục khuỷu có trọng lượng nhẹ hơn và như thế sẽ hạn chế tối đa năng lượng bị hao tổn trong quá trình xoay.
- Trọng tâm động cơ thấp (do piston đặt sát đáy) là điểm cộng lớn đối với khả năng vận hành của xe. Đây cũng chính là đặc tính khiến cho động cơ Boxer rất được ưa chuộng trên các dòng xe hiệu năng cao như của Porsche hay Subaru.

Mô hình động cơ boxer 4 xy lanh của Toyota FT-86 (chia sẻ với Subaru BR-Z)

Những nhược điểm:
- Các bố trí xy lanh nằm ngang đối xứng khiến kích thước động cơ mở rộng về bề ngang. Điều này sẽ khiến xe chứa chúng phải có khoang máy rộng hơn. Cùng với việc độ cao không lớn, trọng tâm thấp, thực tế hầu hết các dòng xe sử dụng động cơ boxer đều có kiểu dáng capô khá “dị” khi nằm thuôn dài hoặc bè ra đồng thời thấp hơn so với thông thường.
- Thiết kế bè ngang khiến lực cản gió của động cơ lớn hơn các loại với xy lanh đặt dọc hoặc chéo. Cũng chính vì điều này mà động cơ với xy lanh đặt ngang trước kia đã từng được dùng trong giải F1 do những ưu thế về hiệu năng vận hành nhưng sau đó đã bị loại bỏ.
- Kết cấu động cơ boxer là khá phức tạp khi có hai nắp máy và hai hàng van xu páp độc lập.
- Đặc biệt, việc bảo trì bảo dưỡng có thể đặc biệt khó khăn trên các động cơ boxer được thiết kế quá nhỏ gọn. Nếu bạn đã từng thử thay một vài phụ tùng nào đó của một chiếc Subaru hay Porsche, bạn sẽ thấy đó thực sự là điều ... nhức đầu và thường khó có thể tự làm ở nhà như với các dòng xe với động cơ khác.

3. Động cơ I6 - món độc từ BMW và Mercedes-Benz
Dù có vẻ chỉ là việc bổ sung thêm hai xy lanh nữa vào động cơ I4, động cơ I6 với sáu xy lanh thẳng hàng lại tạo cho BMW một cảm hứng đặc biệt. Đây cũng là động cơ được đánh giá cao về khả năng nâng cấp hiệu năng (điển hình là trên dòng 2JZ). Vậy điểm đặc biệt của động cơ I6 là gì?

Mô hình động cơ 6 xy lanh thẳng hàng rất được BMW ưa chuộng.

Những ưu điểm của động cơ I6 (L6)
- Thiết kế của động cơ cùng việc sắp xếp thứ tự kích nổ bên trong xy lanh đã tạo ra một trong những động cơ êm ái nhất hiện nay.
- Việc đặt kết hợp hai nhóm động cơ I6 thành dạng V12 hay Flat-12 thậm chí còn tạo ra sự êm ái cao hơn.
- Chi phí sản xuất thấp do chỉ cần một khối máy duy nhất có toàn bộ xy lanh nằm chung một hướng.
- Thiết kế tổng thể đơn giản, thuận tiện cho việc thao tác. Điều này tương tự như với động cơ I4.

Nhược điểm
- Quy trình tích hợp động cơ I6 vào xe có thể rất khó khăn do chiều dài của hàng xy lanh lớn. Điều này khiến cho nó không phù hợp với các dòng xe cỡ nhỏ.
- Không phù hợp cho xe với hệ dẫn động cầu trước do quá cồng kềnh. Phần lớn các dòng xe sử dụng động cơ I6 của BMW hay Mercedes-Benz đều là dẫn động cầu sau. Ngoài hai thương hiệu này, Ford, GM, Jeep hay Volvo cũng thường có các dòng xe với động cơ 6 xy lanh thẳng hàng.
- Trọng tâm cao hơn so với động cơ boxer.
- Độ bền cứng tổng thể kém hơn so với động cơ V do khối động cơ I6 dài và “mỏng” hơn.

4. Động cơ V6: êm ái, bền bỉ nhưng cồng kềnh
So với động cơ I6, động cơ V6 có cùng số xy lanh. Nói một cách đơn giản, bạn chỉ việc cắt đôi động cơ I6 và đặt hai nửa thành hình chữ V là có được động cơ V6. Kiểu hình động cơ này khá thông dụng với sáu bugi vận hành kết hợp. Đây cũng là loại động cơ chính thức được sử dụng cho giải đua F1. Vậy tại sao nó lại hấp dẫn tới mức như vậy?

Ưu điểm của động cơ V6
- Trong dòng động cơ V, V6 là động cơ nhỏ gọn nhất với khả năng sử dụng linh hoạt trên cả hai dòng xe với dẫn động cầu trước hoặc sau. Với các mẫu xe phổ thông (đặc biệt là SUV), V6 là lựa chọn hợp lý hơn đáng kể so với V8.
- Thiết kế động cơ V6 cho phép xy lanh có dung tích lớn hơn nhiều so với thiết kế I4 – điều đồng nghĩa với hiệu suất vận hành cao hơn.
- Động cơ V6 có độ chắc chắn đáng kể do thiết kế thành khối. Điều này cũng là lý do tại sao giải F1 lại lựa chọn loại động cơ này cho mùa giải 2014. Lý do là bởi họ muốn nhấn mạnh tới sự quan trọng và khả năng chịu sức ép của chúng.

Động cơ xăng V6 mà Ford sử dụng trong dòng xe Mustang của mình.

Nhược điểm:
- Hai nắp máy đồng nghĩa với chi phí chế tạo cao hơn, động cơ phức tạp và nặng hơn. Như thế, chắc chắn việc bảo dưỡng, sửa chữa sẽ phức tạp hơn đáng kể so với động cơ I4 - điều khiến người sử dụng xe phải đắn đo.
- Thêm nhiều thành phần chuyển động cũng đồng nghĩa với việc hao tổn động năng do ma sát lớn.
- Trọng tâm cao hơn so với động cơ boxer điều này khiến cho động cơ V6 thường phù hợp hơn với xe SUV hoặc sedan cỡ lớn.
- Các lực gây mất cân bằng thứ cấp sẽ buộc nhà sản xuất phải bổ sung thêm trọng lượng vào trục khuỷu động cơ để bù lại.
- Thiết kế hai hàng xy lanh đồng nghĩa với hai cổ xả độc lập – yếu tố đương nhiên khiến trọng lượng tăng thêm. Kết hợp với các đặc tính phía trên, một động cơ V6 sẽ nặng nề hơn rất nhiều so với động cơ I6 hoặc I4.

5. Động cơ V8: sức mạnh vượt trội!
Nếu lấy động cơ V6 bất kỳ và bổ sung thêm một xy lanh vào mỗi hàng, bạn sẽ có được loại động cơ vốn đã trở thành biểu tượng trong các dòng xe cơ bắp Mỹ cũng như xe thể thao cao cấp châu Âu: V8!. Âm thanh ấn tượng, sức mạnh vượt trội là những yếu tố có thể đoán trước, nhưng động cơ này đâu chỉ có thế!

Ưu điểm:
- Chiều dài động cơ ngắn thích hợp với xe thể thao yêu cầu sự nhỏ gọn.
- Khả năng cân bằng thấp tuỳ thuộc vào loại trục khuỷu và thứ tự kích nổ xy lanh.
- Thiết kế chắc chắn.
- Phù hợp để mở rộng dung tích xy lanh. Với nhiều loại V8, các mức trên 6.0L là không hiếm.

Nhược điểm:
- Tương tự như động cơ V6, trọng lượng động cơ V8 là khá nặng nên thường được sản xuất với dung tích lớn để có hiệu suất vượt trội hẳn.
- Nhiều thành phần chuyển động cũng đồng nghĩa với sự hao tổn động năng do ma sát lớn hơn.
- Chi phí sản xuất lớn, độ phức tạp trong thao tác cũng cao nên không thông dụng trong các dòng xe phổ thông.
- Trọng tâm động cơ cao hơn so với động cơ boxer.
- Kích thước tổng thể của động cơ V8 khá cồng kềnh – điều khiến cho nó chỉ phù hợp với các dòng xe dẫn động cầu sau hoặc dẫn động bốn bánh toàn thời gian.Với các dòng xe dẫn động cầu trước vốn đã chiếm dụng rất nhiều không gian khoang máy, việc "nhồi nhét" thêm khối động cơ cồng kềnh như V8 là gần như bất khả thi.