Hiểu về tiếng động cơ V8 với trục khuỷu cross-plane và flat-plane

Trong thế giới xe hơi, nhiều người cho rằng không có loại động cơ nào có âm thanh hay hơn của động cơ V8 từ Mỹ. Có thể nói, động cơ V8 của Mỹ là một trong những loại động cơ hiệu suất cao phổ biến nhất, đặc trưng bởi tiếng nổ ầm ầm. Âm thanh này của động cơ sẽ khiến lồng ngực bạn phải rung lên sung sướng.

Ở châu Âu, các động cơ V8 lại có âm thanh hoàn toàn khác. Âm thanh của chúng giống như một nốt nhạc lớn, có thể sẽ khiến bạn dựng hết cả tóc gáy. Vậy tại sao lại có sự khác biệt này trong “tiếng” của động cơ V8?

Lý do chính dẫn đến sự khác biệt này là việc động cơ sử dụng loại trục khuỷu khác nhau. Người Mỹ thường chọn trục khuỷu dạng cross-plane, còn người châu Âu thì thường chọn trục khuỷu dạng flat-plane. Vậy sự khác biệt giữa chúng là gì? Kết cấu nào là tốt hơn? Hãy cùng tìm hiểu trong bài viết dưới đây.

1. Trục khuỷu là gì?

Trục khuỷu là một trục chia thùy (lobed shaft) ở phần dưới của động cơ, nơi các piston được kết nối vào và chuyển những chuyển động tịnh tiến thành chuyển động quay. Trục khuỷu cross-plane là loại trục khuỷu có góc quay 90 độ giữa các tay quay trục khuỷu (crank throw). Nói một cách đơn giản là mỗi khi trục khuỷu cứ quay 90 độ thì có một piston bước vào kỳ nổ.

Trong các động cơ bốn thì, trục khuỷu cross-plane được sử dụng nhiều cho động cơ I8, V8, V16 và thậm chí cả động cơ boxer 8 hoặc 16 xi lanh. Với động cơ V8, cross-plane là loại trục khuỷu phổ biến nhất trên thế giới.

Cụ thể, loại trục khuỷu này được trang bị trên những động cơ V8 sản xuất thương mại hàng loạt như các khối 5.0L V8 trên Ford Mustang GT hay V8 Hemi trên Dodge Hellcat. Ngay cả Mercedes-AMG cũng sử dụng dạng trục khuỷu này cho động cơ 6.2L V8 M156 của mình.

Ngược lại, trục khuỷu flat-plane là loại có góc 180 độ giữa các tay quay. Nói một cách đơn giản, trục khuỷu cứ quay 180 độ thì một piston sẽ bước vào kỳ nổ. Trong động cơ V8, trục khuỷu dạng flat-plane ít được sử dụng hơn.

Thường thì dạng động cơ V8 này chỉ được những nhà sản xuất xe hơi đến từ châu Âu sử dụng. Một số ví dụ điển hình bao gồm các động cơ của Ferrari hay động cơ 3.8L của McLaren trên McLaren 12C và McLaren P1.

2. Ưu nhược điểm của hai loại trục khuỷu

Trục khuỷu cross-plane: Ưu điểm của động cơ sử dụng trục khuỷu dạng cross-plane là âm thanh “hoành tráng” mà chúng tạo ra. Ngoài tiếng ồn chói tai, động cơ với kết cấu trục khuỷu này còn vận hành rất êm ái.

Bên cạnh đó, ưu điểm lớn nhất của động cơ là có thể đạt được mức momen xoắn lớn ngay từ những vòng tua thấp. Đó là lý do tại sao động cơ V8 Hemi (trên xe của Chrysler và Dodge) thường cho cảm giác cực mạnh ngay từ khi xe vừa nổ máy.

Tuy nhiên, không phải là loại động cơ này không có nhược điểm. Trên thực tế, động cơ với trục khuỷu cross-plane thường nặng và cồng kềnh hơn.

Lý do là bởi vì trục khuỷu dạng cross-plane cần có các đối trọng đủ nặng để động cơ không bị rung lắc. Thêm vào đó, động cơ có khối lượng lớn nên redline đạt được cũng không quá cao.

Trục khuỷu flat-plane: Ưu điểm của trục khuỷu dạng flat-plane là đem lại khả năng cân bằng động cơ tốt, do đó không cần trang bị thêm các đối trọng mà động cơ vẫn có thể vận hành êm ái. Với khối lượng quay (rotational mass) thấp hơn, động cơ sẽ nhẹ và gọn gàng hơn. Không những thế, điểm quán tính (inertia point, lượng năng lượng cần thiết để kích thích chuyển động) của động cơ cũng thấp hơn.

Điều này giúp cho phản hồi của động cơ nhạy hơn. Đồng thời, nó cho phép động cơ V8 sử dụng trục khuỷu flat-plane đạt được redline cao hơn nhiều so với động cơ V8 sử dụng trục khuỷu cross-plane. Ví dụ, động cơ V8 của Ferrari có thể đạt tới mức vòng tua 9,000 rpm.

Tuy nhiên, nhược điểm của động cơ trang bị trục khuỷu flat-plane là rung mạnh và đặc biệt là thiếu momen xoắn ở dải vòng tua thấp. Lý do là bởi vì khoảng thời gian giữa hai kỳ nổ liên tiếp tương đối dài. Do đó, động lượng tạo ra ở vòng tua thấp sẽ chậm hơn, khiến cho momen xoắn thấp hơn ở thởi điểm này.

Tuy nhiên, nhược điểm này sẽ được khắc phục khi xe di chuyển ở dải vòng tua cao hơn.

3. Kết luận

Rõ ràng, mỗi loại trục khuỷu đều có những ưu và khuyết điểm riêng, và không loại nào tỏ ra “out trình” hơn. Tuy nhiên về cơ bản, động cơ nhỏ gọn với mức quán tính và khối lượng quay thấp đã mang lại chút ít lợi thế cho động cơ V8 sử dụng trục khuỷu flat-plane.

Mặc dù dạng động cơ này còn có nhiều nhược điểm, chúng cũng đã dần được khắc phục. Ví dụ, để chống lại độ rung cao ở vòng tua thấp, các nhà sản xuất động cơ đã chế tạo ra giá đỡ động cơ chủ động (active engine mount) và bộ giảm xóc động cơ (engine damping).

Chưa hết, trong thời đại của các hệ thống tăng áp như hiện nay thì động cơ V8 với trục khuỷu flat-plane hoàn toàn có thể sản sinh một lượng lớn momen xoắn ngay từ những vòng tua đầu tiên.

Tất nhiên, dù có thể “yếu” hơn về mặt kỹ thuật, tiếng động cơ V8 với trục khuỷu cross-plane chắc chắn là điều khó có thể bỏ qua. Nên nhớ, âm thanh là một trong những khía cạnh cảm xúc nhất của động cơ.

Qua bài viết này, Otoman hy vọng rằng bạn đọc đã có thêm những kiến thức mới về trục khuỷu trên động cơ xe hơi, đồng thời tìm được lời giải cho câu hỏi “Vì sao cùng là động cơ V8 nhưng lại phát ra hai âm thanh khác nhau?”. Vậy bạn thích kết cấu trục khuỷu nào hơn? Hãy để lại lựa chọn của mình bên dưới phần bình luận.