Độ rung mà động cơ tạo ra là yếu tố khiến hiếm có mẫu xe 4 xi-lanh thẳng hàng nào dung tích cao hơn 3.0.
Động cơ xăng 4 xi-lanh thẳng hàng (I4) là một trong những loại động cơ phổ biến nhất trên ôtô. Loại động cơ này thường có dung tích 1.3-2.5 trên những mẫu xe bán ra hiện nay, ngoài ra một số mẫu kei-car tại Nhật được trang bị động cơ xăng 4 xi-lanh thẳng hàng siêu nhỏ, tối đa 0,66 lít. Động cơ xăng 4 xi-lanh thẳng hàng có dung tích trên 3.0 rất hiếm gặp trên các mẫu xe mới bán ra.
Mặt cắt động cơ I4. Ảnh: Reddit
Theo các chuyên trang kỹ thuật ôtô, lý do vì điểm yếu cố hữu trên động cơ 4 xi-lanh thẳng hàng là mất cân bằng động cơ, tức các lực sản sinh ra trong quá trình hoạt động của máy không được cân bằng. Có hai loại thuật ngữ dùng trong vấn đề mất cân bằng động cơ, bao gồm mất cân bằng sơ cấp và mất cân bằng thứ cấp.
Mất cân bằng sơ cấp dùng để miêu tả độ rung được tạo ra khi trục khuỷu quay. Với động cơ 4 xi-lanh thẳng hàng, khi hoạt động luôn có một cặp piston di chuyển ngược chiều với cặp piston còn lại nên về cơ bản không mất cân bằng sơ cấp.
Tuy nhiên, loại động cơ này sở hữu điểm yếu bị mất cân bằng thứ cấp. Sự mất cân bằng này được tạo ra bởi chuyển động không đối xứng của thanh truyền khi trục khuỷu quay, khiến piston di chuyển với tốc độ khác nhau, cụ thể là di chuyển nhanh hơn khi đang ở vị trí nửa trên, chậm hơn khi ở vị trí nửa dưới. Sự khác nhau này tuy rất nhỏ, nhưng với tốc độ xoay hàng nghìn vòng một phút của máy, động cơ sẽ rung rõ rệt nếu không có giải pháp cải thiện.
Thiết kế trục cân bằng đầu tiên (C và D) được tạo bởi kỹ sư người Anh Frederick W. Lanchester. Ảnh: Modern Motors
Hầu hết các động cơ 4 xi-lanh dung tích dưới 2.0 tận dụng tính năng giảm chấn của giá đỡ động cơ để triệt tiêu những rung động, ngăn truyền vào thân xe và người lái. Các động cơ dung tích lớn hơn phải dùng hai trục cân bằng để triệt tiêu các dao động này. Trục cân bằng trang bị đối trọng, quay nhanh gấp đôi tốc độ trục khuỷu nhằm khử rung. Khi động cơ tăng dung tích, trục cân bằng phải tăng kích thước theo để đảm bảo độ cân bằng luôn đạt mức ổn định.
Việc tăng dung tích khiến động cơ mạnh hơn, qua đó lực tạo ra từ các piston cao hơn, dẫn đến các độ rung của động cơ phải được triệt tiêu bằng trục cân bằng có kích thước lớn và nặng hơn.
Lúc này, việc tìm cách khiến động cơ 4 xi-lanh thẳng hàng giảm độ rung, như là tăng kích thước và trọng lượng của trục cân bằng, không có lợi về mặt kinh tế cho các nhà sản xuất ôtô, thay vào đó họ có thể dùng cách đơn giản hơn là sử dụng các loại động cơ với cách bố trí xi-lanh khác, ví dụ như boxer (các động cơ nằm đối xứng), hoặc bổ sung thêm xi-lanh. Các chuyên gia cho rằng dung tích mỗi xi-lanh vào khoảng 0,45-0,5 lít là tối ưu cho hiệu suất, hiệu quả nhiên liệu và độ rung của động cơ.
Theo vnexpress
