T
tienvinh1992
Khách
1. Yêu cầu chung đối với động cơ đốt trong:
Động cơ đốt trong đạt yêu cầu là động cơ phải hoạt động êm ái và không rung lắc. Với mỗi xy lanh, trục khuỷu xoay 720 độ (2 vòng) trong chu trình hoạt động 4 thì (nạp – nén - nổ - xả). Hiểu theo cách khác, do chỉ có 1 thì nổ nên trong 2 vòng xoay của trục khuỷu, mỗi xy lanh chỉ một lần tạo ra mô men xoắn. Chính vì đặc điểm chu kỳ này, để có thể vận hành ổn định, động cơ 1 xy lanh phải có thêm bánh đà hoặc người ta ghép nhiều xy lanh với nhau theo các cấu hình nhất định như thẳng hàng, hình chữ V, nằm ngang đối nhau (động cơ boxer), hay hình chữ W. Nguyên nhân khiến động cơ rung lắc là do chuyển động của các chi tiết bên trong, đặc biệt là piston và thanh truyền. Nếu số xy lanh ít, quả piston lớn và nặng sẽ khiến động cơ tua chậm, không ổn định. Do vậy động cơ càng lớn thì càng nên tăng số xy lanh cho phù hợp. Tuỳ theo dung tích động cơ, ở đây đề cập tới hai loại cấu hình động cơ chính sau:
2. Động cơ cấu hình chữ I (thẳng hàng).
- Động cơ thẳng hàng 2 xy lanh (dung tích dưới 600CC): Động cơ này sản sinh ra mô men xoắn trong mỗi vòng quay trục khuỷu (720/2=360 độ) Do hai piston chạy cùng hướng và vị trí dao động của động cơ gấp đôi độ rung của mỗi xy lanh nên đây là cấu hình tồi; dung tích động cơ chỉ khoảng 600cc không sử dụng phổ biến. Tuy nhiên ưu điểm là giá thành rẻ, dễ chế tạo.
- Động cơ thẳng hàng 3 xy lanh (dung tích dưới 1,2l): đông cơ sinh ra mô men xoắn sau 720/3=240 độ góc trục khuỷu; động cơ không rung do cả 3 piston và thanh truyền giữ nguyên vị trí tương đối với nhau. Tuy nhiên thực tế động cơ này vẫn cần có một trục cân bằng chuyển động nhờ trục khuỷu để triệt tiêu dao động. Động cơ này cũng có ưu điểm là giá rẻ, dễ chế tạo.
- Động cơ thẳng hàng 4 xy lanh ( dung tích tối đa 2,7l): Động cơ này có dao động chính gần như bằng không, hoàn hảo hơn rất nhiều động cơ 2 xy lanh và 3 xy lanh. Để tránh dao động giữ đầu và cuối động cơ, người ta xếp piston đầu và cuối thành 1 cặp, 2 piston giữa thành một cặp. Tuy nhiên, khi hoạt động nó vẫn tạo ra dao động thứ cấp. Khoảng chạy piston càng dài, trọng lượng piston và thanh truyền càng lớn thì dao động thứ cấp càng mạnh. Vì thế dung tích tối đa thực tế của động cơ này chỉ là 2,7l. Đối với động cơ loại này có dung tích từ 2l trở nên, người ta vẫn dùng 2 trục cân bằng, xoay với tần số nhanh gấp đôi trục khủyu để ổn định hoạt động. Động cơ này cũng thuộc loại đơn giản, dễ chế tạo và có nhiêu ưu điểm nên là cấu hình phổ biến nhất trên xe hơi hiện nay.
- Động cơ thẳng hàng 5 xy lanh: Động cơ này không phổ biến trong ngành công nghiệp ô tô. Cấu hình này là giải pháp hiệu quả hơn nằm giữa động cơ 4 xy lanh và 6 xy lanh thẳng hàng. So với loại 4 xy lanh, nó chỉ có 1 trục cân bằng, còn so với loại 6 xy lanh, nó ngắn hơn để có thể đặt nằm ngang trong xe dẫn động cầu trước. Động cơ này cũng có thể cải tiến từ thiết kế của động cơ 4 xy lanh hoặc 6 xy lanh nên tiết kiệm chi phí phát triển.
- Động cơ 6 xy lanh thẳng hàng: đây là động cơ đơn giản nhất đạt được sự cân bằng cơ khí cả chính yếu lẫn thứ cấp nên độ dao động gần như bằng không. Nhờ những ưu điểm này, chi phí sản xuất động cơ tương đối thấp và nó cũng hoạt động êm ái hơn hẳn các động cơ thẳng hàng ít xy lanh hơn. Tuy nhiên, nhược điểm của chúng là quá dài nên không thể sử dụng cho xe dẫn động cầu trước. Động cơ này thường có dung tích trên 2,5 lít.
3. Động cơ cấu hình chữ V:
Như đã nói ở trên, động cơ dung tích càng lớn thì càng cần có nhiều xy lanh. Nhưng khi động cơ có từ 6 xy lanh trở lên, cách bố trí thẳng hàng trở thành quá cồng kềnh, khó bố trí cho loại xe có động cơ nằm ngang, dẫn động cầu trước nên người ta chuyển sang sử dụng động cơ cấu hình chữ V. Đây là cấu hình phổ biến thứ hai, chỉ sau cấu hình động cơ I4. Ở động cơ chữ V, góc nghiêng giữa hai hàng xy lanh có ảnh hưởng rất lớn tới tính năng; góc nghiêng càng lớn thì hai dãy xy lanh càng đối xứng và trọng tâm cũng thấp hơn, nên động cơ sẽ êm hơn nhưng cũng sẽ chiếm nhiều diện tích hơn.
- Động cơ V6: Động cơ V6 không đơn thuần chỉ là chia động cơ I6 thành hai hàng nghiêng một góc chữ V, mà thiết kế trục khủyu của nó hoàn toàn khác với chỉ 4 ổ trục chính chứ không phải 7. Động cơ V6 thường được sử dụng cho dòng xe được xem là “quá khổ” khi sử dụng động cơ I4 đồng thời giá thành chế tạo nó cũng hợp lý, không quá tốn kém. Về góc nghiêng, do số xy lanh mỗi hàng lẻ nên động cơ V6 vốn không cân bằng. Để ổn định, hầu hết các động cơ V6 có góc 60 độ hoặc 90 độ. Bằng cách này, chuyển động của các xy lanh thuộc một hàng sẽ tương xứng với hàng bên kia do đó giữ 2 hàng không tạo ra rung lắc. Góc nghiêng 60 độ sẽ hạn chế tối thiểu kích thước của động cơ cũng như độ rung và đủ êm để không cần đến các trục cân bằng. Đông cơ V6 góc nghiêng 90 độ cũng phổ biến vì nó có thể hoán cải từ động cơ V8 (chỉ có góc nghiêng 90 độ) bằng cách bớt đi 2 xy lanh. V6 thường có dung tích từ 2,5l đến 4,3 lít và được đánh giá là một trong các cấu hình gọn nhẹ nhất, ngắn hơn cả I4. Về độ ổn định, V6 không bằng I6 hay boxer 6 xy lanh.
- Động cơ V8: Động cơ V8 có thể xem như hai động cơ I4 sử dụng chung 1 trục khuỷu, vì vậy V8 êm hơn V6 và cũng rẻ hơn V12. Trục khuỷu của V8 cũng đơn giản hơn nhiều V6 và động cơ này cũng chỉ có 1 góc nghiêng duy nhất 90 độ. V8 có hai kiểu thiết kế trục khuỷu được gọi là “cross-plane” thường thấy ở tất cả các động cơ V8 của Mỹ và kiểu “flat-plane” ở hầu hết các dòng xe thể thao của châu âu như Ferrari, Lotus, TVR. Dù thiết kế trục khuỷu có thế nào thì V8 cũng không tạo ra rung động theo chiều thẳng đứng, chiều ngang hay giưã hai hàng động cơ. Động cơ V8 có thiết kế tinh vi, phức tạp khiến cho chi phí chế tạo tăng mạnh. V8 thường có dung tích từ 3 lít đến 8,2 lít.
- Động cơ V10: V10 về bản chất là 2 động cơ I5 kết hợp với nhau và góc nghiêng tốt nhất của động cơ này là 72 độ. Do số xy lanh ở mỗi hàng lẻ nên V10 vẫn cần có thêm 1 trục cân bằng để triệt tiêu rung lắc giữa hai đầu động cơ. Với cấu trúc phức tạp, V10 không phải là cấu hình động cơ thông dụng, song nó lại phù hợp với các xe cao cấp mà động cơ V8 không tạo ra đủ sức mạnh trong khi nếu dùng V12 thì lại quá tốn kém và cồng kềnh.
- Động cơ V12: V12 trên lý thuyết là cấu hình cân bằng nhất bởi nó gồm hai hàng động cơ I6 ghép lại nên góc nghiêng của động cơ không còn quá quan trọng đồng thời cũng không phải bổ sung thêm các trục cân bằng. Cấu hình này được xem là mạnh nhất của động cơ đốt trong, vì thế V12 được lắp cho xe sang cao cấp hoặc siêu xe thể thao. Nhược điểm của V12 là cấu tạo phức tạp nên giá thành cao và mức tiêu hao nhiên liệu lớn, đồng thời bản thân động cơ cũng khá nặng.
Động cơ đốt trong đạt yêu cầu là động cơ phải hoạt động êm ái và không rung lắc. Với mỗi xy lanh, trục khuỷu xoay 720 độ (2 vòng) trong chu trình hoạt động 4 thì (nạp – nén - nổ - xả). Hiểu theo cách khác, do chỉ có 1 thì nổ nên trong 2 vòng xoay của trục khuỷu, mỗi xy lanh chỉ một lần tạo ra mô men xoắn. Chính vì đặc điểm chu kỳ này, để có thể vận hành ổn định, động cơ 1 xy lanh phải có thêm bánh đà hoặc người ta ghép nhiều xy lanh với nhau theo các cấu hình nhất định như thẳng hàng, hình chữ V, nằm ngang đối nhau (động cơ boxer), hay hình chữ W. Nguyên nhân khiến động cơ rung lắc là do chuyển động của các chi tiết bên trong, đặc biệt là piston và thanh truyền. Nếu số xy lanh ít, quả piston lớn và nặng sẽ khiến động cơ tua chậm, không ổn định. Do vậy động cơ càng lớn thì càng nên tăng số xy lanh cho phù hợp. Tuỳ theo dung tích động cơ, ở đây đề cập tới hai loại cấu hình động cơ chính sau:
2. Động cơ cấu hình chữ I (thẳng hàng).
- Động cơ thẳng hàng 2 xy lanh (dung tích dưới 600CC): Động cơ này sản sinh ra mô men xoắn trong mỗi vòng quay trục khuỷu (720/2=360 độ) Do hai piston chạy cùng hướng và vị trí dao động của động cơ gấp đôi độ rung của mỗi xy lanh nên đây là cấu hình tồi; dung tích động cơ chỉ khoảng 600cc không sử dụng phổ biến. Tuy nhiên ưu điểm là giá thành rẻ, dễ chế tạo.
- Động cơ thẳng hàng 5 xy lanh: Động cơ này không phổ biến trong ngành công nghiệp ô tô. Cấu hình này là giải pháp hiệu quả hơn nằm giữa động cơ 4 xy lanh và 6 xy lanh thẳng hàng. So với loại 4 xy lanh, nó chỉ có 1 trục cân bằng, còn so với loại 6 xy lanh, nó ngắn hơn để có thể đặt nằm ngang trong xe dẫn động cầu trước. Động cơ này cũng có thể cải tiến từ thiết kế của động cơ 4 xy lanh hoặc 6 xy lanh nên tiết kiệm chi phí phát triển.
- Động cơ 6 xy lanh thẳng hàng: đây là động cơ đơn giản nhất đạt được sự cân bằng cơ khí cả chính yếu lẫn thứ cấp nên độ dao động gần như bằng không. Nhờ những ưu điểm này, chi phí sản xuất động cơ tương đối thấp và nó cũng hoạt động êm ái hơn hẳn các động cơ thẳng hàng ít xy lanh hơn. Tuy nhiên, nhược điểm của chúng là quá dài nên không thể sử dụng cho xe dẫn động cầu trước. Động cơ này thường có dung tích trên 2,5 lít.
3. Động cơ cấu hình chữ V:
Như đã nói ở trên, động cơ dung tích càng lớn thì càng cần có nhiều xy lanh. Nhưng khi động cơ có từ 6 xy lanh trở lên, cách bố trí thẳng hàng trở thành quá cồng kềnh, khó bố trí cho loại xe có động cơ nằm ngang, dẫn động cầu trước nên người ta chuyển sang sử dụng động cơ cấu hình chữ V. Đây là cấu hình phổ biến thứ hai, chỉ sau cấu hình động cơ I4. Ở động cơ chữ V, góc nghiêng giữa hai hàng xy lanh có ảnh hưởng rất lớn tới tính năng; góc nghiêng càng lớn thì hai dãy xy lanh càng đối xứng và trọng tâm cũng thấp hơn, nên động cơ sẽ êm hơn nhưng cũng sẽ chiếm nhiều diện tích hơn.
- Động cơ V6: Động cơ V6 không đơn thuần chỉ là chia động cơ I6 thành hai hàng nghiêng một góc chữ V, mà thiết kế trục khủyu của nó hoàn toàn khác với chỉ 4 ổ trục chính chứ không phải 7. Động cơ V6 thường được sử dụng cho dòng xe được xem là “quá khổ” khi sử dụng động cơ I4 đồng thời giá thành chế tạo nó cũng hợp lý, không quá tốn kém. Về góc nghiêng, do số xy lanh mỗi hàng lẻ nên động cơ V6 vốn không cân bằng. Để ổn định, hầu hết các động cơ V6 có góc 60 độ hoặc 90 độ. Bằng cách này, chuyển động của các xy lanh thuộc một hàng sẽ tương xứng với hàng bên kia do đó giữ 2 hàng không tạo ra rung lắc. Góc nghiêng 60 độ sẽ hạn chế tối thiểu kích thước của động cơ cũng như độ rung và đủ êm để không cần đến các trục cân bằng. Đông cơ V6 góc nghiêng 90 độ cũng phổ biến vì nó có thể hoán cải từ động cơ V8 (chỉ có góc nghiêng 90 độ) bằng cách bớt đi 2 xy lanh. V6 thường có dung tích từ 2,5l đến 4,3 lít và được đánh giá là một trong các cấu hình gọn nhẹ nhất, ngắn hơn cả I4. Về độ ổn định, V6 không bằng I6 hay boxer 6 xy lanh.
- Động cơ V8: Động cơ V8 có thể xem như hai động cơ I4 sử dụng chung 1 trục khuỷu, vì vậy V8 êm hơn V6 và cũng rẻ hơn V12. Trục khuỷu của V8 cũng đơn giản hơn nhiều V6 và động cơ này cũng chỉ có 1 góc nghiêng duy nhất 90 độ. V8 có hai kiểu thiết kế trục khuỷu được gọi là “cross-plane” thường thấy ở tất cả các động cơ V8 của Mỹ và kiểu “flat-plane” ở hầu hết các dòng xe thể thao của châu âu như Ferrari, Lotus, TVR. Dù thiết kế trục khuỷu có thế nào thì V8 cũng không tạo ra rung động theo chiều thẳng đứng, chiều ngang hay giưã hai hàng động cơ. Động cơ V8 có thiết kế tinh vi, phức tạp khiến cho chi phí chế tạo tăng mạnh. V8 thường có dung tích từ 3 lít đến 8,2 lít.
- Động cơ V10: V10 về bản chất là 2 động cơ I5 kết hợp với nhau và góc nghiêng tốt nhất của động cơ này là 72 độ. Do số xy lanh ở mỗi hàng lẻ nên V10 vẫn cần có thêm 1 trục cân bằng để triệt tiêu rung lắc giữa hai đầu động cơ. Với cấu trúc phức tạp, V10 không phải là cấu hình động cơ thông dụng, song nó lại phù hợp với các xe cao cấp mà động cơ V8 không tạo ra đủ sức mạnh trong khi nếu dùng V12 thì lại quá tốn kém và cồng kềnh.
- Động cơ V12: V12 trên lý thuyết là cấu hình cân bằng nhất bởi nó gồm hai hàng động cơ I6 ghép lại nên góc nghiêng của động cơ không còn quá quan trọng đồng thời cũng không phải bổ sung thêm các trục cân bằng. Cấu hình này được xem là mạnh nhất của động cơ đốt trong, vì thế V12 được lắp cho xe sang cao cấp hoặc siêu xe thể thao. Nhược điểm của V12 là cấu tạo phức tạp nên giá thành cao và mức tiêu hao nhiên liệu lớn, đồng thời bản thân động cơ cũng khá nặng.
