So sánh cơ bản động cơ đốt trong với 3 và 4 xi lanh

Ngày nay, nhiều nhà sản xuất xe hơi đang tập trung vào việc sản xuất xe sử dụng động cơ 3 xi lanh. Chúng ta vẫn thường nghĩ rằng động cơ 3 xi lanh là không tốt bằng động cơ 4 xi lanh và chỉ phù hợp với những chiếc xe bình dân cỡ nhỏ.

Trên thực tế, động cơ 3 xi lanh có chức năng khác với động cơ 4 xi lanh, và đặc biệt không hề kém cạnh khi đưa lên bàn cân so sánh. Vậy khác biệt này là như thế nào? Chúng ta sẽ cùng tìm hiểu trong bài viết dưới đây.

1. Sự khác biệt từ số lượng xi lanh

Sự khác biệt chính giữa hai cấu hình động cơ này nằm ở số lượng xi lanh. Động cơ 3 xi lanh có khối lượng nhẹ hơn và thứ tự nổ (firing order) cũng khác. Số xi lanh ít hơn giúp động cơ 3 xi lanh duy trì được khá tốt sự cân bằng của động cơ. Trên động cơ, công được tạo ra sau mỗi góc quay 120 độ của trục khuỷu, tương ứng với góc công tác (working angle) giữa các xi lanh.

Ngược lại, trên động cơ 4 xi lanh, công được tạo ra cứ sau mỗi góc quay 90 độ của trục khuỷu. Điều này đem lại khả năng sản sinh công suất liên tục trên động cơ với kết cấu này. Từ sự chênh lệch về số lượng xi lanh, động cơ 3 xi lanh có nhiều đặc điểm khác biệt đáng kể so với động cơ 4 xi lanh.

2. Ưu điểm của động cơ 3 xi lanh

Vì có ít hơn một xi lanh, tổng nguyên vật liệu cần thiết để sản xuất động cơ 3 xi lanh sẽ ít hơn. Đây được xem là điểm cộng lớn nhất, mang lại 2 ưu điểm cho các nhà sản xuất xe hơi. Thứ nhất, các nhà sản xuất sẽ tiết kiệm được một khoản đầu tư đáng kể cho việc sản xuất mỗi một động cơ. Thứ hai, họ cũng có thể tạo ra một động cơ với kích thước nhỏ hơn, nhưng vẫn có cùng dung tích với động cơ 4 xi lanh tiêu chuẩn.

Từ đó, các nhà sản xuất có thể tạo ra khoang động cơ nhỏ gọn và tập trung hơn vào thiết kế không gian bên trong xe. Đối với xe hiệu năng cao, những yêu cầu về khối lượng là rất quan trọng.

Ví dụ, mẫu xe Koenigsegg Gemera được trang bị một động cơ đốt trong 2.0L 3 xi lanh kết hợp với 3 động cơ điện. Trong đó, động cơ đốt trong chỉ có khối lượng 70 kg nhưng mang lại sức mạnh đáng kể với công suất 590 hp và momen xoắn 600 Nm.

Khả năng tiết kiệm nhiên liệu: Đây là điểm cộng được mong đợi nhất từ góc độ người dùng. Động cơ 3 xi lanh tiết kiệm nhiên liệu hơn khi so với động cơ 4 xi lanh có cùng dung tích. Lý do là bởi vì động cơ có khả năng giảm tổn thất ma sát và có khối lượng nhẹ.

Cụ thể, khi có ít hơn một xi lanh, tổn thất ma sát do các bề mặt kim loại tiếp xúc trong động cơ cũng sẽ ít hơn. Điều này một phần giúp tăng hiệu suất động cơ. Thêm vào đó, giảm bớt một xi lanh giúp cho khối lượng động cơ nhẹ hơn khá nhiều. Từ đó, khối lượng tổng thể của xe giảm xuống, giúp xe giảm tiêu hao nhiên liệu.

Chi phí vận hành và bảo dưỡng thấp: Nhìn chung, động cơ 3 xi lanh có chi phí vận hành và bảo dưỡng tương đối thấp. Hơn nữa, động cơ ít bị hao mòn hơn so với động cơ 4 xi lanh. Thậm chí, nếu động cơ bị hư hỏng nặng, tổng chi phí sửa chữa cũng không quá cao.

Do đó, động cơ 3 xi lanh mang lại giá thành rất cạnh tranh cho những mẫu xe có trang bị này.

3. Ưu điểm của động cơ 4 xi lanh

Khả năng cân bằng: Gần như tất cả các động cơ đốt trong ngày nay đều là động cơ 4 kỳ (nạp, nén, cháy - giãn nở, xả). Với động cơ 4 xi lanh, khả năng cân bằng cơ học của động cơ là rất tốt (nhưng vẫn không thể cân bằng tuyệt đối được). Điều này giúp cho động cơ hoạt động êm ái, không gây ra quá nhiều rung động.

Thông qua mỗi hành trình xi lanh, luôn có 1 xi lanh ở trong thì sinh công và các xi lanh còn lại ở các vị trí khác nhau (tiêu thụ công). Điều này mang lại sự chuyển động nhịp nhàng giữa các piston, thanh truyền và trục khuỷu, giúp động cơ vận hành trơn tru và có độ cân bằng cao.

Khả năng tăng tốc mạnh mẽ: Như đã nói ở trên, trong một chu trình, động cơ 3 xi lanh có một khoảng thời gian không sinh công. Trong khoảng thời gian này, trục khuỷu quay hoàn toàn dựa trên động lượng do piston tạo ra ở hành trình trước đó. Vì vậy ở vòng tua thấp, động cơ 3 xi lanh luôn gặp khó khăn khi giải phóng sức mạnh. Tuy nhiên khi vòng tua tăng lên, trục khuỷu nhận được nhiều động lượng hơn từ piston. Lúc này, động cơ sẽ phát huy được sức mạnh cao nhất của mình.

Trái lại, động cơ 4 xi lanh không gặp vấn đề này vì không có độ trễ trong thứ tự nổ giữa các xi lanh. Do luôn có một xi lanh ở thì sinh công nên động cơ hoạt động tốt như nhau ở cả vòng tua máy thấp và cao, nhờ đó đem đến khả năng tăng tốc tức thời và mạnh mẽ.

4. Kết luận

Ngày nay, động cơ 3 xi lanh sản sinh lượng công suất gần như tương đương với động cơ 4 xi lanh có cùng dung tích. Vậy tóm lại trên bàn cân, động cơ nào sẽ chiến thắng? Câu trả lời của Otoman là không có loại nào cả!

Mỗi loại động cơ đều có ưu, nhược điểm riêng và cả hai đều phù hợp với các mục đích sử dụng khác nhau. Động cơ 3 xi lanh phù hợp hơn để tiết kiệm nhiên liệu và chi phí. Ngược lại, động cơ 4 xi lanh lại phù hợp hơn để hiệu chỉnh và cung cấp sức mạnh. Nói tóm lại, người dùng sẽ có những lựa chọn khác nhau tùy thuộc vào sở thích và mong muốn của họ.