Tại sao động cơ V4 lại không phổ biến trên xe ô tô?

Động cơ 4 xy-lanh thẳng hàng thống trị ngày nay do cấu tạo đơn giản và tiết kiệm chi phí sản xuất, khiến động cơ V4 hiếm gặp trên ô tô.

iPhone on MacBook Keyboard

Hiện nay, động cơ 4 xy-lanh thẳng hàng là động cơ phổ biến nhất được tìm thấy trên ô tô kể từ khi chúng được sử dụng trên xe du lịch, bắt đầu với Ford Model T từ 1908-1941. Đây là một trong những cấu hình động cơ được sản xuất đông đảo nhất trong ngành công nghiệp 4 bánh và trong những năm gần đây, mức độ phổ biến của động cơ I4 thậm chí còn tăng lên nhiều hơn. 

Nhưng có một biến thể ít được biết đến hơn của động cơ bốn xy-lanh ngày nay không còn tồn tại trên các mẫu xe 4 bánh thương mại, đó là động cơ 4 máy xếp hình chữ V. Động cơ V4 có kết cấu nhỏ gọn nhưng chế tạo phức tạp, dẫn đến việc được sử dụng hạn chế trên ô tô, mặc dù chúng khá phổ biến trên các loại xe môtô phân khối lớn và số ít mẫu xe đua đặc biệt.

Lần cuối cùng động cơ V4 được trang bị cho ô tô thương mại là vào năm 1994 trên một mẫu xe Ukraine là ZAZ-968M. Sự mất hút của động cơ V4 thậm chí khiến nhiều người dùng không hề biết chúng đã từng tồn tại trên ô tô phổ thông.

Mẫu xe ZAZ-968M sử dụng động cơ V4.

Lý do chính khiến động cơ V4 không phổ biến trên ô tô là động cơ có các xy-lanh xếp thẳng hàng được sản xuất đơn giản hơn nhiều so với động cơ có cấu hình xy-lanh xếp theo chữ V. Việc sản xuất động cơ 4, 5 và 6 xy-lanh thẳng hàng dễ dàng hơn nhiều so với việc sản xuất động cơ V4 khi các chi tiết được sắp xếp trên một dây chuyền duy nhất, giúp giảm độ phức tạp và chi phí vận hành. 

Trong khi đó,, bố cục chữ V tạo thêm rất nhiều sự phức tạp ở phần thiết kế và chế tạo, chẳng hạn đầu xy-lanh kép, ống xả và hệ thống van nạp xả đều rắc rối hơn động cơ xy-lanh thẳng hàng. Điều này khiến quy trình sản xuất động cơ V4 khá giống với quá trình chế tạo động cơ V6 hoặc V8. 

Về cơ bản, việc tách một khối động cơ ra thành 2 phần tương đương với việc phải tạo ra các bộ phận cấu thành của từng nhánh, điều này làm tăng chi phí sản xuất và tăng thêm yêu cầu kỹ thuật khi so sánh với động cơ I4.

 
Động cơ V4 của Ducati.

Bất kỳ cấu hình động cơ nào cũng có rất nhiều ưu điểm và nhược điểm. Tùy thuộc vào ứng dụng của nó, V4 có thể là lựa chọn động cơ tốt nhất nhưng nó cũng có những nhược điểm hạn chế khả năng ứng dụng trong ngành công nghiệp ô tô.

Ưu điểm của động cơ V4:

- Cấu hình chữ V làm cho động cơ V4 ngắn hơn nhiều so với I4, nhờ vậy V4 dễ dàng phù hợp với không gian nhỏ. V4 có thể có chiều rộng lớn hơn I4, nhưng đó cũng là một lợi thế trong một số trường hợp nhất định. Kích thước nhỏ gọn giúp cân bằng và phân bổ trọng lượng tốt hơn Động cơ ít rung hơn giúp việc lái xe êm ái hơn.

- Động cơ V4 tối ưu hóa tốt hơn cho việc tiết kiệm nhiên liệu, đặc biệt là ở các loại xe nhỏ. Động cơ V4 có thể cho ra số vòng tua cao hơn và tạo ra nhiều công suất hơn, đặc biệt là trong các ứng dụng hiệu suất cao.

Nhược điểm của động cơ V4:

- Cấu hình chữ V làm cho động cơ này thiết kế và lắp ráp phức tạp hơn, dẫn đến chi phí sản xuất cao hơn so với động cơ 4 xy-lanh thẳng hàng.

- Chiều rộng của động cơ V4 có thể gây khó khăn cho việc tích hợp các bộ phận khác vào nó vì chúng đã được chế tạo cho không gian nhỏ gọn.

- Các bộ phận dành cho động cơ V4 thường không có sẵn nên khó tìm được phụ tùng thay thế. Quy trình chăm sóc, bảo dưỡng động cơ V4 cũng yêu cầu chuyên môn cao hơn của nhân viên kỹ thuật.

Hiện nay, động cơ V4 chủ yếu được sản xuất thương mại dành cho những chiếc mô tô công suất lớn và điều này cũng vô hình tạo nên một sức hấp dẫn nhất định cho kiểu động cơ này vì số lượng hạn chế.

Động cơ của Porsche 919 Hybrid V4.

Chính vì lợi thế về hiệu suất nên Porsche đã ứng dụng cấu hình động cơ V4 trên chiếc xe đua LMP1 nổi tiếng của họ với tên gọi 919 Hybrid V4. Porsche đã khéo léo kết hợp động cơ tăng áp V4 90 độ dung tích 2.0L mạnh 500 mã lực với hệ thống hybrid tạo ra tổng công suất là 900 mã lực. Porsche đã sử dụng hệ thống này cho chiếc xe đua 919 Hybrid thi đấu tại hạng LMP1 trong giai đoạn 2015-2017.

Sau đó, Porsche đã nâng cấp động cơ V4 này bằng một phiên bản mới với hậu tố Evo. Vì phiên bản nâng cấp này không nhằm mục đích thi đấu nên Porsche đã phát huy hết tiềm năng của động cơ trên đường đua Nürburgring, phá vỡ kỷ lục đã tồn tại 35 năm khi đạt thành tích 5 phút 19,55 giây. 

Đến nay, 919 Hybrid V4 Evo tạo ra công suất 720 mã lực từ động cơ xăng và 440 mã lực từ hệ thống hybrid, điều này mang lại cho nó tổng công suất là 1.160 mã lực, khiến đây này trở thành chiếc xe trang bị động cơ V4 mạnh nhất trên thế giới. So sánh với chiếc xe mô-tô V4 mạnh nhất thế giới là Ducati Panigale V4 R với công suất 234 mã lực.

Xe đua Porsche 919 Hybrid dùng động cơ V4.

* Vui lòng gõ tiếng Việt có dấu, tối thiểu 10 chữ, không chứa liên kết.