Khi nói về sức mạnh và độ ổn định vượt trội trong ngành công nghiệp ô tô, không thể không nhắc đến động cơ Boxer. Đây không chỉ là biểu tượng của sự đổi mới và công nghệ tiên tiến, mà còn là lựa chọn hàng đầu của những người yêu thích xe hơi trên khắp thế giới. Bài viết này của Danchoioto.vn sẽ cung cấp cho bạn những thông tin hữu ích về động cơ Boxer.
Động cơ boxer là gì?
Động cơ Boxer (còn gọi là động cơ đốt trong dạng phẳng) là loại động cơ ô tô có piston và xi lanh được bố trí nằm ngang đối xứng nhau. Các piston được đặt trên cùng một mặt phẳng nên khi chúng di chuyển sẽ tương tự như các tay đấm boxing, do đó loại động cơ này được gọi là Boxer.
Xem thêm:
- Công nghệ VVT-i của Toyota là gì?
- Công nghệ VTEC và i-VTEC của Honda là gì?
- 4Matic Mercedes có gì đặc biệt?
Trong động cơ đốt có nhiều kiểu bố trí xi lanh khác nhau như thẳng hàng hình chữ I, hai hàng hình chữ V, ba hàng hình chữ W… Các kiểu bố trí này đều ở dạng đứng với piston và xi lanh được đặt vuông góc so với mặt đất (nằm đứng). Nếu từ hai hàng trở lên thì sẽ đối xứng với nhau một góc 60 độ. Tuy nhiên riêng với động cơ Boxer thì piston và xi lanh lại nằm ngang, song song với mặt đất. Đây chính là điểm khác biệt của động cơ Boxer so với các loại động cơ đốt trong thông thường.
Động cơ Boxer được phát minh vào năm 1896 bởi Karl Benz. Ông chính là đã người sáng lập ra tập đoàn Daimler và thương hiệu xe sang Mercedes-Benz. Sau khi phát minh, Karl Benz gọi mô hình động cơ mới của mình là “Contra Engine” – ý chỉ động cơ có hai piston di chuyển ngược chiều nhau.
Về sau, mô hình động cơ này đã được phát triển và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như hàng không, sản xuất mô tô và đặc biệt là sản xuất ô tô. Subaru và Porsche là hai hãng xe sử dụng động cơ Boxer nổi tiếng. Trong đó, gần như tất cả các xe của Subaru đều dùng động cơ Boxer. Subaru và Porsche đều có những nghiên cứu riêng của mình nhưng nhìn chung vẫn dựa trên nền tảng mô hình “Contra Engine” ban đầu của Karl Benz.
Cấu tạo của động cơ Boxer
Cấu tạo cơ bản của động cơ Boxer bao gồm hai hàng piston được đặt song song và di chuyển đối xứng. Đặc điểm này tạo nên hình dạng giống như một hộp, từ đó có tên gọi là động cơ “Boxer”.
Mỗi hàng piston được gắn vào một cánh khuỷu dài (crankshaft), với mỗi cặp piston ở mỗi bên của động cơ di chuyển đối xứng: khi một piston di chuyển lên, piston còn lại trên cùng hàng di chuyển xuống. Điều này tạo ra phương pháp di chuyển của các piston khá ổn định và làm giảm thiểu các lực rung lắc trong quá trình hoạt động của động cơ Boxer.
Nguyên lý hoạt động động cơ Boxer
Nguyên lý hoạt động của động cơ Boxer cũng giống với hầu hết nguyên lý hoạt động của động cơ đốt trong ô tô nói chung với 4 thì: nạp – nén – nổ – xả. Tuy nhiên do có kết cấu nằm ngang đối xứng nên cơ chế truyền động của động cơ Boxer mang tính trực tiếp và tối giản hơn, không phức tạp như các loại động cơ khác.
Cụ thể các piston sẽ di chuyển tịnh tiến và ngược chiều nhau tạo nên lực đẩy truyền đến trục khủy một cách đối xứng thông qua thanh truyền. Từ đó khiến trục khuỷu chuyển động quay tròn.
Xem thêm:
- Tìm hiểu về các công nghệ SkyActiv của Mazda
- Turbo tăng áp là gì?
- Ý nghĩa ký hiệu i4, V6, V12, W12 trên động cơ ô tô là gì?
Ưu nhược điểm động cơ Boxer
Ưu điểm
Hiệu suất động cơ cao hơn
Động cơ Boxer có thể dễ dàng đặt thẳng hàng với trục dẫn động và hộp số. Bởi Boxer có cấu tạo dạng phẳng và hoạt động theo phương ngang. Điều này giúp lực sinh ra từ sự chuyển động của piston truyền đến trục khuỷu qua hộp số tới bánh xe một cách trực tiếp hơn, ít qua các trung gian truyền động như kết cấu động cơ chữ I hay V. Nhờ đó mà động cơ Boxer sẽ có hiệu suất cao hơn do ít bị thất thoát hao phí khi đi qua các thành phần truyền thống.
Êm ái hơn, tuổi thọ cao hơn
Do có kết cấu nằm ngang đối xứng nên khi động cơ Boxer hoạt động, hai dãy piston sẽ tạo ra lực dao động ngược chiều nhau từ đó tự triệt tiêu nhau. Vì thế động cơ Boxer thường có êm ái, ít rung động hơn những loại kết cấu khác. Và dao động ít hơn cũng đồng nghĩa với tuổi thọ cao hơn.
Xem thêm:
- Ưu nhược điểm các loại hệ thống treo ô tô và lỗi thường gặp
- Thân vỏ ô tô làm bằng gì?
- Xe tự lái có mấy cấp độ?
Trọng tâm xe có thể hạ thấp hơn
Với kết cấu nằm ngang, động cơ Boxer sẽ chiếm ít không gian (về chiều cao) hơn các loại động cơ nằm đứng. Nhờ đó mà trọng tâm xe có thể hạ thấp hơn, giúp xe vận hành ổn định hơn ở dải tốc cao.
Nhược điểm
Phải chế tạo khung xe riêng
Động cơ Boxer có kết cấu nằm ngang nên sẽ như một khối chữ nhật dài và rộng nhưng lại dẹp về chiều cao. Điều này gây không ít khó khăn trong việc bố trí động cơ. Để lắp đặt động cơ Boxer, nhà sản xuất phải chế tạo khung xe riêng với các tính toán phức tạp hơn.
Chi phí sản xuất cao
Cũng như động cơ chữ V, động cơ Boxer cần đến hai hàng xi lanh nên chi phí sản xuất cũng sẽ cao hơn.
Tính năng nổi bật
Giảm độ rung và gia tăng độ bền bỉ
Do cách sắp xếp các xi-lanh trên cùng một mặt phẳng, động cơ Boxer giảm thiểu đáng kể độ rung và gia tăng tính bền bỉ. Điều này cho phép động cơ Boxer dễ dàng được thẳng hàng với hộp số và trục truyền động của xe. Công suất từ động cơ được truyền trực tiếp tới trục khuỷu, hộp số và các bánh xe ít phải qua nhiều thành phần truyền động hơn, dẫn đến hiệu suất cao hơn và ít mất công suất qua các bánh răng dẫn động.
Vì sử dụng nguyên lý các xi-lanh đặt đối đỉnh với nhau, động cơ Boxer khi hoạt động sẽ tạo ra một lực tác động đối xứng lên trục khuỷu và các xi-lanh ở phía đối diện, tạo nên cấu trúc cân bằng động học. Nhờ vào cấu trúc này, mọi lực quán tính được giảm thiểu đáng kể, giúp làm giảm mức độ rung động của động cơ và giảm độ mòn của các chi tiết máy. Điều này làm tăng đáng kể mức độ bền của động cơ, đồng thời giảm chi phí bảo dưỡng và thay thế phụ tùng.
Giảm tiếng ồn
Động cơ Boxer có khả năng tự cân bằng các dao động phát sinh trong quá trình hoạt động. Điều này giúp giảm thiểu các dao động của khối động cơ. Từ đó động cơ hoạt động êm ái và mượt mà, giảm thiểu tiếng ồn đáng kể.
Giảm trọng lượng
Với kích thước nhỏ và không cần đến trục cân bằng, động cơ Boxer có trọng lượng nhẹ hơn so với các loại động cơ khác. Điều này không chỉ cải thiện hiệu suất và công suất của xe mà còn giảm tác động đến môi trường, đồng thời tăng tính ổn định của xe.
Trọng tâm thấp, tăng tính ổn định
Động cơ Boxer có kích thước nhỏ và không cần đến trục cân bằng, do đó trọng lượng của nó nhẹ hơn so với các loại động cơ khác. Điều này không chỉ giúp cải thiện hiệu suất và công suất của xe mà còn có tác động tích cực đến môi trường, đồng thời tăng tính ổn định của xe.
Độ an toàn
Động cơ Boxer được thiết kế để thẳng hàng với hộp số và trục dẫn động, nằm ở phía dưới và thấp hơn trong khoang động cơ, nên có thể giảm thiểu tối đa tổn thương cho người lái và hành khách trong các va chạm. Điều này đặc biệt quan trọng khi các bộ phận động cơ không thể bị đẩy ngược vào không gian của hành khách, đồng thời giảm nguy cơ chấn thương do các va chạm trong khoang xe. dụng trong ngành công nghiệp ô tô.
Ứng dụng của động cơ Boxer trong ngành công nghiệp ô tô
Các hãng xe nổi tiếng sử dụng động cơ Boxer: Động cơ Boxer đã được áp dụng bởi nhiều hãng xe ô tô nổi tiếng trên toàn thế giới. Các nhà sản xuất như Subaru, Porsche và Toyota là những ví dụ điển hình trong việc sử dụng động cơ này trong các dòng sản phẩm của họ.
Các dòng xe nổi bật được trang bị động cơ này:
- Subaru: Subaru là một trong những nhà sản xuất nổi tiếng sử dụng động cơ Boxer trong hầu hết các dòng xe của mình như Subaru Impreza, Subaru Forester, và Subaru Outback. Động cơ Boxer của Subaru nổi tiếng với tính năng ổn định và hiệu suất cao.
- Porsche: Porsche cũng sử dụng động cơ Boxer trong một số dòng xe thể thao của mình, ví dụ như Porsche 911. Động cơ Boxer giúp cân bằng trọng lượng xe và tăng tính năng động của Porsche.
- Toyota: Toyota sử dụng động cơ Boxer cho một số dòng xe như Toyota 86 (hoặc Toyota GT86) và Subaru BRZ, những mẫu xe được phát triển dưới sự hợp tác giữa Subaru và Toyota.
Những ứng dụng này cho thấy động cơ Boxer được áp dụng rộng rãi. Hơn nữa động cơ Boxer còn đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao hiệu suất, tăng tính ổn định cho các dòng xe từ các hãng sản xuất uy tín trên thị trường ô tô thế giới.
Dũng Phạm
