Tại sao không có động cơ 7 xi lanh trên xe hơi?

Từ trước đến nay, đã có nhiều nỗ lực trong nghiên cứu và phát triển các kết cấu động cơ khác nhau kể từ khi xe hơi ra đời. Động cơ đã được chế tạo với 2, 3, 4, 5, 6, 8, 16 và thậm chí là 32 xi lanh. Một trường hợp đặc biệt là động cơ quay (wankel engine) thậm chí còn không có bất kỳ xi lanh nào!

Để đồng thời đạt được hiệu suất cao, tính kinh tế cũng như độ bền, ngành công nghiệp xe hơi đã xem xét mọi lựa chọn liên quan đến thiết kế động cơ cũng như các cách sắp xếp xi lanh khác nhau. Trong số này có thể kể đến động cơ với các xi lanh được xếp thẳng hàng, xếp theo hình chữ V, chữ W, hay thậm chí là đặt trên một mặt phẳng (flat, boxer).

Tất cả các phương án động cơ đốt trong cho đến nay đều đã được nghiên cứu. Nhưng bạn có bao giờ thắc mắc, vậy động cơ với 7 xi lanh thì sao?

Máy bay, tàu thuyền, tàu ngầm và một số xe tải lớn đều có sử dụng động cơ 7 xi lanh thẳng hàng (hoặc xuyên tâm), nhưng xe hơi thì chưa bao giờ. Dưới đây là hai lý do chính.

1. Tiếng ồn, độ rung và kích thước động cơ

Động cơ 7 xi lanh dễ bị rung hơn động cơ V8 cùng dung tích vì có số xi lanh lẻ. Số 7 phức tạp hơn về mặt toán học khi so với các số chẵn (2,4,6,8). Với công nghệ chế tạo động cơ của 50 năm trước, rất khó để thực hiện các phép tính toán cho động cơ 7 xi lanh.

Vì vậy, khi thiết kế động cơ cỡ lớn ở thời kỳ sơ khai (khoảng thời gian từ năm 1920 - 1940), người ta đã tập trung vào động cơ I6 và I8. Lúc bấy giờ, không có lý do gì mà các kỹ sư phải bận tâm với con số 7? Hãy nhớ rằng, người ta đã ngừng sản xuất động cơ I8 vào những năm 1950. Chúng không có bất kỳ ưu điểm nào so với động cơ V8, trong khi lại có kích thước lớn hơn tương đối.

Một yếu tố khác cần xem xét là kích thước tổng thể của động cơ. Động cơ tàu thủy sử dụng 7 xi lanh rất lớn và sẽ không bao giờ phù hợp với phương tiện giao thông đường bộ.

Một động cơ I7 sẽ cần một khoang động cơ rất lớn. Nó thậm chí sẽ chiếm nhiều không gian hơn khi so sánh với với động cơ V12!

Trên thực tế, động cơ I8 từng được sử dụng trong những chiếc xe đua như Bugatti Type 35 và Alfa Romeo 158/159 (từng giành hai chức vô địch thế giới F1). Tuy nhiên, những dòng động cơ này không hề phổ biến.

Động cơ VR5 của Volkswagen có thể là một trường hợp thú vị. Nhưng nếu kết cấu VR này là nhỏ gọn, tại sao chúng ta không chế tạo động cơ V7 tương tự với các xi lanh được đặt cạnh nhau (side-by-side)? Câu trả lời liên quan đến sự cân bằng.

2. Sự mất cân bằng động cơ

Sự mất cân bằng động (dynamic imbalance) có thể được giải quyết bằng các piston đối nghịch. Cụ thể, khi một piston đẩy xuống làm quay trục khuỷu, một piston khác có nhiệm vụ cân bằng lại lực này. Do đó, động cơ số lẻ cần có thêm đối trọng (counterweight) đủ nặng hoặc bộ cân bằng động (imbalancer). Cả hai phương pháp này đều rất tốn kém.

Vì trọng lượng, kích thước cũng như chi phí đắt đỏ, động cơ 7 xi lanh không bao giờ được sử dụng trên một chiếc xe hơi sản xuất hàng loạt. Nhưng không ai biết được, có thể một ngày nào đó, với một số công nghệ mới, động cơ 7 xi lanh có thể lại là cấu hình động cơ được sản xuất nhiều nhất.