Động cơ Boxer là gì, ưu nhược điểm thế nào?

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 các tay đấm boxing, do đó loại động cơ này được gọi là Boxer.

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. (Ảnh minh họa).

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 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.

Nguyên lý hoạt động động cơ Boxer

Nguyên lý hoạt động của động cơ boxer cũng tương tự như các loại động cơ đốt trong ô tô nói chung, bao gồm 4 thì cơ bản: Nạp - nén - nổ - xả. Tuy nhiên, vì có kết cấu nằm ngang, đối xứng nên boxer có cơ chế chuyển động trực tiếp và tối giản hơn, không quá phức tạp như các loại động cơ khác.

Cụ thể: Các piston sẽ di chuyển theo hướng tịnh tiến và ngược chiều nhau để tạo nên một lực đẩy truyền đến trục khuỷu. Lực tác động này khiến trục khuỷu chuyển động quay tròn.

Ưu và nhược điểm của động cơ dạng phẳng boxer

Những ưu điểm vượt trội

Giảm rung: Việc sử dụng nguyên lý đặt các xilanh đối đỉnh với nhau sẽ tạo ra lực tác động lên trục khủy khi một trong các động cơ đốt cháy nhiên liệu. Xilanh còn lại sẽ chịu trách nhiệm cân bằng động cơ, giảm tối thiểu những rung lắc tác động lên thân xe.

Porsche 911 dùng động cơ boxer 3 lít 6 xi-lanh. (Ảnh: Auto Express).

Giảm ồn: Động cơ boxer sở hữu khả năng tự cân bằng các dao động phát sinh trong quá trình vận hành. Khi đó, các khối động cơ có thể vận hành một cách êm ái nhất. Do vậy, bên cạnh giảm rung hiệu quả thì khả năng giảm ồn của boxer cũng vô cũng nổi bật.

Trọng tâm có thể hạ thấp: Với kết cấu nằm ngang, động cơ boxer sẽ không chiếm nhiều không gian như các loại động cơ được thiết kế nằm đứng. Chính vì vậy, trọng tâm của xe cũng có thể hạ thấp hơn, giúp xe vận hành ổn định kể cả khi ở tốc độ cao.

Hiệu suất động cơ cao hơn: Boxer có cấu tạo dạng phẳng, hoạt động theo phương nằm ngang. Chính vì vậy, có thể dễ dàng đặt loại động cơ này thẳng hàng với trục dẫn và hộp số. Điều này sẽ giúp cho lực sinh ra từ những chuyển động của piston đến trục khuỷu --> hộp số --> bánh xe một cách trực tiếp, ít qua trung gian hơn. Đây cũng là lý do động cơ boxer có hiệu suất cao hơn.

Tuổi thọ cao hơn: Khi động cơ boxer hoạt động, hai dãy piston sẽ tạo ra lực dao động ngược chiều nhau sau đó tự triệt tiêu nhau. Do vậy, động cơ này thường hoạt động êm ái, giảm rung, giảm ồn. Điều này cũng đồng nghĩa với việc tuổi thọ sẽ được nâng cao hơn.

Nhược điểm:

Động cơ được thiết kế theo dạng chữ H, nghĩa là khối động cơ nằm xẹp xuống phía dưới. Vì vậy, việc đặt khối động cơ vào trong khoang máy hoặc khi sửa chữa, bảo dưỡng cũng gây ra những khó khăn, đòi hỏi xe phải có kết cấu khung gầm khác biệt.

Chỉ có 4 hoặc 6 xilanh những loại sử dụng 2 dàn đầu xilanh. Điều này đã kéo theo việc nguyên vật liệu sản xuất cần tăng thêm.

Chi phí sản xuất động cơ boxer thường cao hơn các loại động cơ I ở trên thị trường. Bởi nhà sản xuất cần đáp ứng được 2 yêu cầu: vừa nhỏ gọn để có thể lắp đặt dễ dàng loại vừa cần có công suất cao để giúp xe hoạt động tốt.

PHẠM DUY (Tổng hợp)