Các loại động cơ trên ô tô

1. Cấu tạo, ưu và nhược điểm của các loại động cơ trên ô tô

Động cơ trên xe ô tô khá đa dạng về hình dạng cũng như cách sắp xếp các xy-lanh theo nhiều kiểu khác nhau, trong đó phổ biến là những loại động cơ hình kiểu I, V, W, động cơ boxer. Mời các bác cùng tìm hiểu các loại động cơ trên ô tô.

1/ Động cơ kiểu VI

• 1.1 Động cơ hình chữ I​
• 1.2 Ưu và nhược điểm của động cơ hình chữ I​
• 1.3 Các loại xe sử dụng động cơ hình chữ I phổ biến tại Việt Nam​

2/ Động cơ kiểu V​

• 2.1 Động cơ chữ V là gì?​
• 2.2 Ưu và nhược điểm của động cơ hình chữ V​
• 2.3 Các loại xe sử dụng động cơ chữ V phổ biến tại Việt Nam​

3/ Động cơ hình kiểu W ​

• 3.1 Động cơ chữ W là gì​
• 3.2 Ưu và nhược điểm của động cơ hình chữ W​
• 3.3 Các loại xe sử dụng động cơ chữ W phổ biến tại Việt Nam​

4/ Động cơ xy-lanh đối đỉnh Boxer ​

• 4.1 Động cơ xy-lanh đối đỉnh Boxer là gì​
• 4.2 Ưu và nhược điểm của động cơ xy-lanh đối đỉnh Boxer​
• 4.3 Các loại xe sử dụng động cơ xy-lanh đối đỉnh Boxer phổ biến tại Việt Nam​

5/ Cách phân biệt xe lắp động cơ I, V và W
6/ Có thể độ, thay đổi (swap) động cơ không?
7 Nên chọn động cơ động cơ I, V và W?
​Sau đây là chi tiết các loại động trên cơ ô tô đã nêu trên cùng với đó là lời giải đáp cho các câu hỏi đặt ra

—​

1.1. Động cơ kiểu I

​

Block máy của một động cơ 4cyl ​

Động cơ hình chữ I là dạng động cơ phổ biến trên ô tô, bao gồm động cơ dầu và xăng, bên cạnh các loại động cơ lai như hybrid, plug-in hybrid và mild-hybrid. Về cơ bản, động cơ này được bố trí xy-lanh theo kiểu thẳng hàng theo một đường thẳng và nằm phía trên trục khuỷu. Trên thực tế, phần lớn các động cơ cấu hình thẳng hàng sử dụng 4 xi-lanh hoặc 3 xi-lanh.

Ngoài ra, động cơ này còn được bố trí 5 hoặc 6 xi-lanh, tùy theo mục đích sử dụng mà nhà sản xuất sẽ chọn các thiết lập khác nhau. Động cơ có nhiều xi-lanh không có ý nghĩa về việc tạo thêm nhiều công suất, mà phần lớn phụ thuộc vào hệ thống tăng áp hay các hệ thống hỗ trợ lái như lai điện.
​

Động cơ 6cyl thẳng hàng, dung tích 3.0L tích hợp công nghệ lai mild hybrid của Mercedes-Benz​

Ưu điểm: Cấu hình xi-lanh thẳng hàng khá đơn giản, giảm độ phức tạp cơ học, giảm chi phí sản xuất, đồng thời dễ bảo trì sửa chữa với chi phí thấp. Hơn nữa, động cơ sử dụng xi-lanh thẳng hàng, đặc biệt là kiểu bố trí 3 hoặc 6 xi-lanh thường có độ cân bằng cao. Do các piston thẳng hàng và động cơ dài hơn, động cơ 6 xi-lanh thẳng hàng tạo ra nhiều mô-men xoắn ở tốc độ cao hơn động cơ V6.

Nhược điểm: Do sự sắp xếp theo đường thẳng thường bị hạn chế, động cơ thường xu hướng cao hơn và dài hơn theo các cách sắp xếp. Chính vì vậy, các động cơ có 5 hoặc 6 xi-lanh thường đường bố trí nằm dọc trên khoang máy. Trong khi các động cơ dùng 3 hoặc 4 xi-lanh thường đường bố trí theo kiểu nằm ngang trên khoang máy.

Các loại xe sử dụng động cơ chữ I phổ biến tại Việt Nam
Động cơ hình chữ I là loại động cơ cực kỳ phổ biến trong các loại động cơ trên ô tô sử dụng động cơ nhiên liệu xăng và dầu. Chúng ta rất dễ tìm thấy một mẫu xe sử dụng động cơ này. Cụ thể, các mẫu xe Toyota Vios (4cyl 1.5L N/A), VinFast Fadil (4cyl 1.4L N/A) đều sử dụng động cơ bố trí kiểu 4 xi-lanh; xe sang như Mercedes-Benz GLS 450 4Matic (6cyl 3.0L + mild hybrid) sử dụng động cơ kiểu 6 xi-lanh. Ở xe máy dầu, mẫu Ford Ranger Wildtrak đời cũ sử dụng động cơ kiểu 5 xi-lanh (5cyl 3.2L single turbo) và hơn nữa.​

1.2. Động cơ kiểu V​

Động cơ hình chữ V là một động cơ phổ biến không kém gì động cơ hình chữ I. Về cơ bản, động cơ hình chữ V chia sự sắp xếp các xi-lanh sang hai bên tạo hình chữ V tạo một góc 45 độ, 60 độ hoặc 90 độ tùy thuộc vào kích cỡ, yêu cầu công suất và mục đích của nhà sản xuất. Thông thường, động cơ hình chữ V có khoảng 6 xi-lanh (V6), 8 xi-lanh (V8), 10 xi-lanh (V10), 12 xi-lanh (V12). Trong đó, động cơ V6 và V8 phổ biến hơn các loại động cơ kiểu V10 và V12 – thường chỉ lắp đặt trên các mẫu xe đắt tiền, đòi hỏi công suất cao hoặc thậm chí là ít rung động khi hoạt động.

Ưu điểm: Động cơ hình chữ V ngắn hơn, động cơ có độ cân bằng tốt, trọng lượng thấp hơn (so với động cơ chữ I có cùng xi-lanh) giúp nhà sản xuất dễ dàng đạt tỷ lệ công suất trên trọng lượng, tạo sự cân bằng hoàn hảo cho xe.

Động cơ hình chữ V giảm ma sát bên trong, tốc độ cao hơn và tăng tốc nhanh hơn, tiêu thụ nhiên liệu thấp hơn, nhiệt độ hoạt động thấp hơn, nhỏ gọn dễ làm mát giải nhiệt.

Động cơ V6, V8 thậm chí là V12 có thể linh động lắp ở phía trước hoặc đặt giữa một cách đa dạng.

Cụ thể, có rất nhiều xe có động cơ V6 sử dụng hệ dẫn động cầu trước, chẳng hạn như Toyota Camry, Nissan GT-R (R35), hoặc đặt giữa như Honda NSX.

Ngoài ra, động cơ V12 có thể được lắp ở phía trước như siêu xe Ferrari F12 hay những mẫu siêu sang của Rolls-Royce hoặc đặt giữa như siêu xe Lamborghini Aventador…

Một động cơ hình chữ V như V6 thường được thiết kế nhỏ gọn và ngắn hơn. Piston có hành trình ngắn hơn, trục khuỷu ngắn hơn, động cơ V6 có tốc độ tua máy cao hơn so với động cơ 6 xi-lanh thẳng hàng. Tốc độ cao hơn đồng nghĩa với việc tăng công suất, đó là lý do tại sao xe tải cần có mô-men xoắn cao thường dùng kiểu 6 xy-lanh thẳng hàng, trong khi xe con cần mã lực thì dùng kiểu động cơ V6. Điều này chỉ mang tính chất tham khảo.

Nhược điểm: Động cơ hình chữ V đòi hỏi thiết kế phức tạp hơn, nhiều bộ phận hơn như trục cam, giảm độ tin cậy đồng thời đẩy chi phí sản xuất cao hơn. Theo thiết kế, động cơ V6 không cân bằng, hoạt động ồn hơn động cơ xy-lanh thẳng hàng 6. Điều này khiến giá thành của xe lắp động cơ hình chữ V thường cao hơn. Động cơ này đòi hỏi sửa chữa bảo dưỡng phức tạp và chi phí cao hơn so với động cơ hình chữ I.

Các loại xe sử dụng động cơ chữ V phổ biến tại Việt Nam​

Động cơ hình chữ V là 1 trong các loại động cơ trên ô tô cực kỳ phổ biến sử dụng động cơ xăng. Chúng ta rất dễ tìm thấy một mẫu xe sử dụng động cơ này.

Cụ thể, các mẫu xe Toyota Land Cruiser thế hệ mới (V6 3.5L Twin-turbo), Mercedes-Benz G63 (V8 4.0L biturbo) hay các mẫu xe Rolls-Royce (V12 6.75L Twin-turbo) và hơn nữa. Điểm chung của các mẫu xe máy V là có giá bán không hề rẻ.​

1.3. Động cơ hình kiểu W​

Động cơ hình W là một kiểu động cơ có cấu tạo phức tạp và ít phổ biến. Động cơ này thường sử dụng kiểu phổ biến gồm 8 xy-lanh (W8), 12 xy-lanh (W12) thường sử dụng trên các mẫu xe của Bentley hay Audi, và 16 xy-lanh (W16) sử dụng trên các động cơ của Bugatti Chiron và Veyron. Ở động cơ W16 của xe Bugatti, động cơ này được tạo thành từ hai khối động cơ VR8 góc hẹp 90 độ, chỉ có một trục khuỷu, kết hợp cùng với 4 bộ tăng áp và tổng cộng 10 tản nhiệt. Động cơ W12 này được thiết kế để có nhiều xi-lanh hơn, đồng thời mang công suất cao hơn thường được gọi là “Super Engine”.

Ưu điểm: Về lý thuyết, động cơ kiểu W cho phép sử dụng nhiều xi-lanh hơn động cơ V và I, mà không tăng kích thước quá lớn vốn đòi hỏi nhiều không gian hơn khi lắp đặt trên xe.

Ví dụ điển hình nhất là Bugatti Chiron, sử dụng động cơ 16 xi-lanh được bố trí đặt giữa. Bugatti Chiron có chiều dài cơ sở 2.710mm. Lamborghini Aventador S có chiều dài cơ sở 2.700mm. Bằng cách sử dụng cấu hình động cơ chữ W, Bugatti có thể lắp 16 xi-lanh trong cùng kích thước chiều dài cơ sở với Lamborghini sử dụng động cơ V12. Động cơ W cũng hoàn toàn phù hợp để lắp nhiều hệ thống tăng áp và tản nhiệt để tăng thêm công suất cao theo ý đồ của nhà sản xuất.​

Nhược điểm: Thiết kế phức tạp, đòi hỏi nhiều bộ phận cấu thành lên động cơ, chính vì thế việc sản xuất, bảo dưỡng và sửa chữa động cơ này đòi hỏi chi phí cao. Trên thực tế, những chiếc xe lắp động cơ W ngày nay là những mẫu xe xa xỉ, cực kỳ đắt tiền.

Động cơ hình chữ W là loại động cơ cực kỳ phổ biến. Đa số xe lắp động cơ này đều là những hãng xe thuộc Tập đoàn Volkswagen.

Theo đó, các mẫu xe lắp động cơ W mà chúng ta có thể thấy bao gồm Bentley Bentayga, Continental GT hay Flying Spur (W12 6.0L twin-turbo), siêu xe như Bugatti Veyron ở Việt Nam (W16 6.0L Quad-turbo).

1.4. Động cơ Boxer ​

Động cơ boxer là một động cơ khá quen thuộc đối với những “tín đồ” của hai hãng xe Subaru hay Porsche. Về cơ bản, loại động cơ này được bố trí các xy-lanh đối đỉnh, số lượng xy-lanh thông thường là sử dụng 4 hoặc 6 xy-lanh. Các piston của động cơ boxer được định vị theo chiều ngang bên trong động cơ tạo ra sự cân bằng tốt hơn so với chuyển động của piston ở động cơ hình chữ V và I. Động cơ boxer này không cần đối trọng để cân bằng, nên tạo ra ít rung động hơn.
​

Động cơ boxer đặt thấp trong khoang máy và có trọng tâm thấp. Ảnh: Subaru Forester thế hệ cũ (H6)​

Ưu điểm: Vì cấu tạo nằm ngang, nên động cơ này đặt thấp hơn động cơ hình chữ I và động cơ hình chữ V, điều này giúp xe lắp động cơ Boxer có trọng tâm thấp, dàn trải và cân bằng trọng lượng hiệu quả hơn nhiều so với động cơ thông thường do thiết kế rộng và nằm phẳng. Nhờ đó, xe lắp động cơ boxer thường đem lại khả năng xử lý tốt hơn, tăng sự ổn định và sự nhanh nhẹn, đặt biệt là trên các mẫu xe thể thao. Do chuyển động piston cân bằng lẫn nhau, nên động cơ boxer có độ cân bằng cao và ít rung động, ít lắp thêm các bộ phận để triệt tiêu quán tính và làm giảm độ rung. Thiết kế của động cơ boxer có trọng lượng thấp, tiết kiệm nhiên liệu hơn.

Nhược điểm: Do động cơ boxer có thiết kế khác biệt so với các loại động cơ xe hơi khác, nên nó mang nhiều nhược điểm. Vì động cơ nằm ngang trong khoang máy nên đòi hỏi sửa chữa phức tạp, khó luồn lách dụng để tháo lắp các bộ phận, hai đầu xi-lanh (nắp máy) và van đòi hỏi phải bảo dưỡng nhiều. Động cơ boxer sử dụng đến 2 nắp quy lát và tất nhiên là dùng nhiều trục cam hơn máy I thông thường. Chủ sở hữu của xe cần phải có kiến thức sử dụng, vận hành và chăm sóc động cơ để động cơ hoạt động một cách trơn tru. Việc bảo dưỡng động cơ boxer phức tạp hơn so với động cơ hình chữ I thông thường.

Như đã đề cập, động cơ boxer là một động cơ khá quen thuộc đối với những “tín đồ” của hai hãng xe Subaru hay Porsche. Trên thực tế, hai hãng xe này dùng nhiều động cơ boxer nhất hiện nay. Chúng ta có thể bắt gặp xe lắp động cơ boxer như các dòng xe của Subaru bao gồm Impreza, Forester hay Outback, giá cả bình dân có dòng Subaru Forester (H4 2.0L N/A), đến các mẫu xe thể thao đắt tiền của Porsche như dòng 911 (H6; 3.0L turbo hay H6 4.0L N/A…)​

1.5. Cách phân biệt xe lắp động cơ I, V, W, Boxer?​

Thông thường, các nhà sản xuất thường thể hiện các loại động cơ trên ô tô thông qua các logo và “mác” bên ngoài ngoại thất xe. Chúng ta có thể dễ dàng bắt gặp logo chữ “V8 biturbo” trên mẫu xe như G63 hay tem “V6 3000” trên mẫu Mitsubishi Pajero đời cũ.

Ngoài ra, người dùng có thể quan sát bằng cách mở nắp ca-pô. Ở các động cơ đời mới, nhà sản xuất thường thể hiện các xi-lanh động cơ qua nắp đậy động cơ bằng những đường gân, dập nổi mô tả xi-lanh – thường gặp ở xe Lexus, hay đơn giản là ghi rõ loại động cơ và dung tích, thường thấy trên các mẫu xe thể thao.

Thậm chí có nhiều mẫu xe nhà sản xuất không hề thể hiện loại động cơ và dung tích. Chính vì thế người xem cần có kiến thức để quan sát như xem các chụp bugi ở máy xăng, thậm chí xem cách bố trí động cơ nằm ngang hay học (đối với máy I)​

1.6. Có thể độ, thay đổi (swap) động cơ không?​

Việc loại bỏ động cơ nguyên bản để thay đổi, hoán đổi sang một loại động cơ khác là hoàn toàn có thể. Trên thực tế, việc thay đổi động cơ rất phổ biến trong giới độ xe nhằm đáp ứng cho nhu cầu và sở thích của các chủ sở hữu xe.

Thông thường, việc hoán đổi động cơ hay swap động cơ thường để đáp ứng cho nhu cầu cần tăng công suất cho xe, điều mà mẫu xe nguyên bản hay xe “zin” không thể đáp ứng cho nhu cầu của chủ sở hữu. Hay đơn giản là chủ xe muốn thay đổi sang động cơ mới, khi động cơ nguyên bản đã hư hại, thiếu phụ tùng thay thế hay chi phí phục hồi và sửa chữa cao.
​

Lamborghini Huracan (stock V10) được các tuner swap động cơ V8 twin-turbo ​

Việc thay đổi động cơ có thể tác động đến các yếu tố như độ an toàn, hiệu suất, khả năng vận hành và độ tin cậy của động cơ. Xe được hoán đổi động cơ có thể đánh mất sự cân bằng trọng lượng, điều này gây ảnh hưởng xấu đến động lực học của xe. Ngoài ra, việc hoán đổi cũng tác động đến các bộ phận khác như hệ truyền động, hệ thống phanh, can thiệp vào khung gầm và hơn nữa.

Thông thường, các mẫu xe hoán đổi động cơ để công suất mạnh mẽ hơn luôn được các tuner chuyên nghiệp tính toán một cách kỹ lưỡng, việc hoán đổi động cơ cơ còn đi kèm với sự thay đổi hộp số mới, hệ truyền động, hệ thống phanh, gia cố khung gầm… Tất cả để giúp xe có thể chịu được công suất mạnh mẽ hơn sau khi đã thay đổi, vận hành ổn định hơn, đáp ứng các tiêu chí đã được vạch ra trước khi nâng cấp.

Hoán đổi động cơ để mang lại công suất mạnh mẽ hơn thường tốn kha khá chi phí. Ví dụ, động cơ mới “đập thùng” như K20C1 (K Series) có giá khoảng 9.000 USD (khoảng 207 triệu đồng) hay động cơ Coyote V8 5.0L của Ford có giá 9.874 USD (khoảng 224 triệu đồng). Đấy là chưa kể các chi phí kéo theo để thay thế, can thiệp vào nhiều hạng mục trên xe khi hoán đổi động cơ mới.

Có thể nói, thế giới xe độ khá phong phú, việc hoán đổi động cơ rất đa dạng. Xe sử dụng động cơ 4cyl có thể hoán đổi sang động cơ 6cyl như Ford Ranger Raptor (4cyl 2.0L biturbo) được nâng cấp lên động cơ 6cyl 3.0L tăng áp kép (2JZ) của Toyota. Hay Toyota 86 (Boxer 2.0 N/A) có thể hoán đổi động cơ V8 hút khí tự nhiên của Ferrari…​