Xi lanh là gì? Ý nghĩa ký hiệu i4, V6, V12, W12 trên động cơ ô tô

Trong thông số kỹ thuật ô tô, bạn thường sẽ thấy các ký hiệu I4, V6… hay thuật ngữ động cơ 4 xi lanh, 6 xi lanh… Vậy đó là gì?

Xi lanh ô tô là gì?

Xi lanh là một bộ phận quan trọng trong cấu tạo động cơ ô tô. Đây chính là nơi diễn ra quá trình đốt cháy hỗn hợp khí và nhiên liệu để piston di chuyển, làm trục khuỷu quay, từ đó giúp động cơ tạo ra công.

Một số khái niệm và kiến thức liên quan đến xi lanh ô tô:

Không gian công tác xi lanh (buồng đốt): Giới hạn bởi đỉnh piston, nắp xi lanh và thành xi lanh. Theo đó thể tích không gian công tác xi lanh sẽ thay đổi theo chuyển động của piston lên hay xuống, ở điểm chết trên hay điểm chết dưới.

Dung tích xi lanh: Là thể tích phần không gian công tác xi lanh được giới hạn bởi 2 mặt phẳng vuông góc tính từ tâm của xi lanh, đi qua điểm chết trên và điểm chết dưới.

Số lượng và cách sắp xếp xi lanh trong động cơ

Động cơ có thể gồm 1 hoặc nhiều xi lanh. Số lượng xi lanh trong động cơ ô tô hiện thường là 3, 4, 5, 6, 8, 12… Trong đó phổ biến nhất là động cơ 4 xy lanh và 6 xy lanh. Có nhiều kiểu sắp xếp xi lanh bên trong động cơ ô tô. Thường gặp nhất là kiểu chữ I – xi lanh thẳng hàng, kiểu chữ V – xi lanh xếp đối đỉnh, kiểu chữ W… Động có số lượng xy lanh càng lớn thì sẽ được sắp xếp phức tạp hơn để đảm bảo kích thước và sự vận hành của động cơ được tối ưu nhất.

Trong phần thông số kỹ thuật của mẫu xe, các nhà sản xuất đề cập rất rõ số lượng xy lanh và kiểu sắp xếp theo dạng ký hiệu gồm kiểu sắp xếp xi lanh đi cùng với số lượng xi lanh.

Ví dụ:

• Động cơ I4: Động cơ có 4 xy lanh xếp theo kiểu thẳng hàng giống chữ I (1 hàng 4 xy lanh)
• Động cơ V6: Động cơ có 6 xy lanh xếp theo kiểu đối đỉnh giống chữ V (2 hàng, mỗi hàng 3 xy lanh)
• Động cơ V8: Động cơ có 8 xy lanh xếp theo kiểu đối đỉnh giống chữ V (2 hàng, mỗi hàng 4 xy lanh)
• Động cơ W12: Động cơ có 12 xy lanh xếp theo kiểu chữ W (4 hàng – mỗi hàng 3 xy lanh)
• Động cơ W16: Động cơ có 16 xy lanh xếp theo kiểu chữ W (4 hàng – mỗi hàng 4 xy lanh)

Các dòng xe ô tô bình dân hiện nay như Toyota Vios, Hyundai Accent, Mazda 3, Toyota Camry, Toyota Fortuner, Ford Ranger… đa phần đều sử dụng động cơ I4 – 4 xi lanh.

Các dòng xe hạng sang cỡ trung trở lên như Audi A6, Lexus LS, Mercedes S-Class, Lexus RX… sử dụng động cơ V6 – 6 xi lanh. Các dòng xe hạng sang cỡ lớn như BMW 750Li, Mercedes Maybach, Mercedes G63, Lexus GX… sử dụng động cơ V8 xi lanh – 8 xi lanh.

Những xe siêu sang hay xe thể hiệu suất sao, siêu xe thể thao như các dòng xe của hãng Aston Martin, Rolls-Royce, Bentley, Lamborghini, Ferrari… thường sử dụng động cơ V12 hoặc W12 – 12 xi lanh.

Vì sao động cơ ô tô cần nhiều xy lanh?

Tốc độ quay trục khuỷu đều hơn

Động cơ ô tô cần nhiều xy lanh để tối ưu sự phân bổ lực. Ví dụ động cơ 4 kỳ (kỳ nạp – kỳ nén – kỳ nổ – kỳ xả) có 1 xy lanh thì cần một góc quay của trục khuỷu là 720 độ (tương đương 2 vòng) để hoàn thành một chu trình. Nghĩa là 1 chu trình cháy sẽ diễn ra sau 2 vòng quay của trục khuỷu. Trong đó chỉ có kỳ nổ là sinh công kỳ nạp, kỳ nén và kỳ xả gây tốn công, đặc biệt là kỳ nén. Như vậy nếu động cơ có 1 xy lanh sẽ sinh ra công ở dạng xung tuần hoàn.

Nếu muốn phân bổ lực kéo đồng đều, động cơ cần có tận dụng quán tính để giữ tốc độ quay không thay đổi thông qua một bánh đà nặng. Bánh đà càng nặng thì lực được phân bổ càng đều. Tuy nhiên bánh đà càng nặng lại khiến động cơ kém nhạy hơn.

Do đó, động cơ cần nhiều xy lanh. Nếu động cơ 1 xy lanh, kỳ nổ ứng với 2 vòng quay của trục khuỷu thì động cơ 2 xy lanh kỳ nổ chỉ ứng với 1 vòng quay. Tương tự, động cơ 3 xy lanh kỳ sổ ứng với 720 độ/3 là 240 độ góc quay. Động cơ 4 xy lanh là 720 độ/4 là 180 độ góc quay. Với động cơ 12 xy lanh, kỳ nổ chỉ cần 720 độ/12 là 60 độ góc quay. Có thể động cơ càng nhiều xy lanh thì công suất sinh ra càng đều.

Khả năng cân bằng tốt hơn

Việc sử dụng nhiều xy lanh thay vì chỉ 1 xy lanh sẽ giúp khối lượng từng piston giảm đáng kể. Điều này giúp lực quán tính nhỏ hơn, động cơ có khả năng cân bằng tốt hơn. Từ đó tốc độ của động cơ cũng nhanh hơn do khối lượng mỗi piston nhẹ hơn.

Giảm lực cản đường ống nạp/xả

Động cơ có càng nhiều xy lanh thì sẽ có càng nhiều đường ống nạp/xả. Điều này giúp giảm lực cản trên đường ống, hỗ trợ quá trình nạp/xả diễn ra tốt hơn, động cơ đạt công suất cao hơn.

Tuỳ vào công suất động cơ mà nhà sản xuất sẽ thiết kế số xy lanh phù hợp. Ví dụ xe ô tô 30 – 100 mã lực thường có 3 xy lanh, 100 – 300 mã lực thường có 4 xy lanh, 300 – 400 mã lực thường có 6 xy lanh, 400 – 700 mã lực thường có 8 xy lanh, hơn 700 mã lực thường có 12 xy lanh.

Văn Toàn