Xy lanh động cơ thường là số chẵn và lý do không phải ai cũng biết

Trên thực tế, phương thẳng đứng không phải là phương dao động duy nhất. Bởi vì thanh tuyền ngoài việc có thể chuyển động với phương lên xuống thì nó còn chuyển động sang trái và sang phải. Chính vì vậy, dao động vẫn xảy ra theo phương ngang.

Tuy nhiên, khối lượng của thanh truyền lại nhẹ hơn rất nhiều ở piston. Do vậy, dao động theo phương ngang gây ra bởi sự di chuyển qua lại của thanh truyền là nhỏ hơn nhiều so với dao động theo phương đứng gây ra bởi piston. Và đó mới chỉ là đối với động cơ một xy lanh, mọi chuyện sẽ phức tạp hơn ở động cơ nhiều xy lanh.

1. Động cơ hai xy lanh thẳng hàng:

Ứng với một vòng quay (720/2 = 360 độ góc quay trục khuỷu thì động cơ nổ một lần, chính vì thế hai piston chuyển động hoàn toàn giống nhau về chiều lẫn vị trí.

• Vậy có nghĩa là dao động tổng cộng có độ lớn gấp đôi dao động do một xy-lanh sinh ra.
• Phương chuyển động lên xuống của piston là phương dao động chủ yếu.

Loại động cơ này có cấu hình kém ổn định, vì vậy nó chỉ được trang bị trên những loại xe mini rẻ nhất trước đây như Fiat 128, Fiat Cinquecento và Honda, Today,…

Trên thực tế hiện nay thì có vẻ không còn mẫu xe sản xuất với số lượng lớn nào sử dụng loại động cơ này, kể cả loại xe nhỏ nhất của Nhật là K-cars. Mặc dù dung tích xy-lanh của K-cars chỉ có 660cc và trên lý thuyết là thích hợp với việc sử dụng động cơ hai xy lanh.

Thật ra với có thiết kế ba xy lanh hoặc thậm chí bốn xy lanh thì động cơ này vẫn có thể tránh được vấn đề dao động của loại động cơ hai xy lanh.

2. Động cơ ba xy lanh thẳng hàng:

Động cơ đốt cháy một lần ứng với mỗi 240 (độ) góc quay của trục khuỷu (720/3 = 240). Và dường như, dù trục khuỷu quay thế nào thì trọng tâm kết hợp của cả ba piston và thanh truyền sẽ vẫn giữ nguyên ở một vị trí, vì thế mà không có dao động nào được sinh ra.

Dù không có lực sinh ra theo phương đứng cũng như theo phương ngang nếu như tính toán bằng các phép tính toán học. Vậy tại sao đây vẫn được gọi là động cơ ba xy lanh cần có trục cân bằng?

Trên thực tế, dựa trên một số tính toán như vậy vẫn chưa hợp lí bởi do các lực tác động lên ba điểm khác nhau trên trục khuỷu, thay vì triệt tiêu lẫn nhau thì chúng làm cho trục khuỷu dao động ở hai đầu, đầu nọ đến đầu kia.

3. Động cơ bốn xy lanh thẳng hàng:

Để giảm dao động thì một động cơ bốn xy lanh thẳng hàng cần phải có hai trục cân bằng quay ở vận tốc gấp đôi với vận tốc của trục khuỷu. Và điều này khác hoàn toàn so với động cơ ba xilanh, do động cơ ba xy lanh chỉ cần một trục cân bằng quay cùng vận tốc với trục khuỷu.

Và trên thực tế, đương nhiên dao động do động cơ bốn xy lanh thẳng hàng sinh ra cũng không giống với động cơ ba xy lanh thẳng hàng.

4. Động cơ đối xứng ngang (Boxer):

Động cơ Boxer đối xứng ngang luôn có các cặp piston ở các vị trí đối xứng, bất kể trục khuỷu quay như thế nào. Cặp piston này chuyển động cùng vận tốc và ngược hướng nhau, dẫn đến việc tất cả các lực sinh ra đều được triệt tiêu lẫn nhau. Động cơ Boxer đối xứng ngang sẽ là sự lựa chọn tối ưu nhất nếu loại trừ vấn đề giá thành và những đòi hỏi về tính nhỏ gọn.

Trái lại với động cơ bốn xy lanh thẳng hàng, khi trục khuỷu quay một góc nào đó, piston ở gần điểm chết trên sẽ đi được một quãng đường lớn hơn so với quãng đường mà piston đến gần điểm chết dưới. Do động lực theo phương phương thẳng đứng được tính bằng quãng đường đi được của piston nhân cho khối lượng piston và chia cho thời gian thực hiện quãng đường.

Vì vậy, có thể thấy hai quãng đường là khác nhau nên động lực đòi hỏi cũng phải khác nhau, dẫn đến việc dao động bị triệt tiêu hoàn toàn là điều không thể.

5. Giải pháp hai trục cân bằng:

Nếu piston có hành trình càng dài cộng với khối lượng của piston và thanh truyền càng nặng sẽ dẫn tới dao động sinh ra bởi lực quán tính càng lớn. Tuy vậy, trên thực tế, những nhà sản xuất vẫn chuộng sử dụng động cơ bốn xy lanh thẳng hàng hơn vì những ưu điểm về giá và kích thước gọn nhẹ của nó.

a. Một số thông tin về động cơ sử dụng trục cân bằng:

Động cơ bốn xy lanh thẳng hàng được các kỹ sư ô tô đánh giá cao từ những năm 80 khi mà nó có dung tích trên hai lít sẽ hoạt động tốt hơn nếu lắp thêm hai trục cân bằng để triệt tiêu dao động. Mặc dù, nhược điểm trên vẫn có thể khắc phục bằng việc gia cố thân máy, sử dụng giá thủy lực và piston có khối lượng nhẹ, tuy vậy phát triển theo hướng tiếp tục cải tiến đã cho ra đời nhiều kiểu động cơ có dung tích trên 2 lít sử dụng trục cân bằng.

Trục cân bằng được phát minh vào đầu thế kỷ 20 bởi một chuyên gia ô tô người Anh, ông Frederick Lanchester. Và bằng sáng chế của động cơ này đã được Mitsubishi sở hữu và tiến hành sản xuất hàng loạt vào năm 1976 với chiếc Colt Celeste 2000. Sê-ri động cơ Lamda cũng được Fiat sử dụng nó, gồm cả Delta HF 1.6L và Croma, Lancia. Không những thế, phát minh này còn được áp dụng trên cả Saab 9000 và Porsche 994.

Mitsubishi là hãng nhượng quyền sản xuất tất cả các động cơ sử dụng trục cân bằng này.

b. Khử dao động bằng trục cân bằng:

Một cặp trục cân bằng được dẫn động từ động cơ có thể được dùng để khử dao động. Cặp này quay ngược chiều nhau và với vận tốc gấp đôi vận tốc của trục khuỷu. Động cơ sẽ quay êm hơn khi đối trọng trên trục cân bằng khử lực cấp II.

• Do dao động của động cơ phần lớn là theo phương đứng nên sử dụng hai trục cân bằng thay vì chỉ một trục lớn.
• Hai trục quay ngược nhau có thể khử các lực ngang của nhau, do vậy lực theo phương đứng còn lại sẽ có tác dụng khử dao động.

Có thể thấy nếu không có hai trục cân bằng, thì các động cơ bốn xy lanh thẳng hàng dung tích 3L sẽ không thể được Porsche chế tạo ra và sử dụng trên các mẫu xe 944 S2 và 968 (Đây là loại động cơ 4 xy-lanh thẳng hàng lớn nhất trong số các loại xe tân tiến hiện nay).

Carmudi Vietnam là website hàng đầu trong việc cung cấp thông tin và trao đổi mua bán ô tô đáng tin cậy nhất tại Việt Nam!