Động cơ xy lanh đối xứng nằm ngang đem lại ích lợi gì cho ô tô?

Kết cấu tổng thể của một động cơ boxer.

Ý tưởng về động cơ boxer được khởi xướng từ năm 1896 bởi Karl Benz, người phát minh ra chiếc ô tô đầu tiên của nhân loại. Suốt nhiều năm sau đó, hàng loạt mẫu xe mang tính biểu tượng của các tên tuổi lớn đã thử sức với loại động cơ này, trong đó phải kể tới Ford Model A, Lancia Flavia, Alfa Romeo 33, Volkswagen Beetle và thậm chí là Ferrari Testarossa. Trong thế giới ô tô hiện đại, nổi tiếng hơn cả với boxer chính là Porsche với chiếc xe thể thao lừng danh 911 (sử dụng động cơ boxer 6 xy lanh) và các mẫu xe của Subaru (sử dụng kết hợp cả động cơ boxer 6 xy lanh và 4 xy lanh).

Ferrari Testarossa là một trong những mẫu xe thành công nhờ động cơ boxer.

Về lý thuyết, những ích lợi của động cơ boxer là khá rõ ràng và dễ nhận ra, mà không cần quá am hiểu về kĩ thuật ô tô. Việc bố trí xy lanh nằm ngang khiến động cơ này có trọng tâm nằm sát mặt đất, giúp hạ trọng tâm của toàn bộ chiếc ô tô. Đặc điểm này khiến những chiếc xe với động cơ boxer đặc biệt linh hoạt và ổn định trong vận hành. Hơn thế nữa, do kết cấu “dàn trải”, việc phân bổ trọng lượng lên trục bánh truyền động sẽ giúp xe tăng tốc thoát các góc cua dễ dàng hơn.

Việc phân bổ trọng lượng tối ưu giúp xe với động cơ boxer (bên trái) vận hành ổn định hơn rất nhiều các loại với động cơ I hay V (bên phải).

Trên những thiết kế động cơ boxer loại tốt, nhà sản xuất có thể căn chỉnh chính xác trọng lượng các thành phần, giúp giảm đáng kể trọng lượng so với động cơ 4 xy lanh đối xứng I hay 6 xy lanh hình V. Việc loại bỏ trục cân bằng cũng như tận dụng đáng kể vật liệu nhôm cũng khiến động cơ boxer “không có đối thủ” nếu đặt lên bàn cân.

Chưa dừng ở đó, trên những động cơ boxer sử dụng hệ thống tăng áp, việc tận dụng cánh quạt bộ tăng áp để điều chỉnh hướng thoát khí thải cũng góp phần tạo ra khả năng phản hồi nhanh nhạy của động cơ boxer, tốt hơn rất nhiều so với các loại động cơ I và V nêu trên.

Đối với các dòng xe phổ thông, động cơ boxer cũng đem tới nhiều ích lợi. Trước tiên, động cơ với xy lanh xếp hình chữ V hoặc I đều có nhược điểm chung là tất cả piston di chuyển cùng hướng, dẫn tới việc sản sinh ra lực rất khó triệt tiêu. Điều này hoàn toàn không xuất hiện ở động cơ boxer nhờ kết cấu xy lanh nằm ngang và đối xứng nhau. Thiết kế này khiến lực thừa sinh ra tự triệt tiêu lẫn nhau, đem tới sự êm ái và ổn định trong quá trình vận hành.

Do xy lanh vận hành đối xứng cho phép triệt tiêu rung động, động cơ boxer êm ái hơn so với các động cơ I (giữa) và V (bên phải).

Thứ đến, sự êm ái mà động cơ boxer có được cũng đem tới nhiều lợi thế khác, như tuổi thọ các linh kiện cao hơn do ít bị xô đẩy vào nhau gây bào mòn. Quan trọng hơn, nhà sản xuất ít phải trang bị các thành phần triệt tiêu rung chấn như với động cơ V hay I, có thể tiết kiệm hơn chi phí sản xuất, đơn giản hóa việc bảo trì, bảo dưỡng... Thậm chí, việc thay thế phụ tùng cũng ít tốn kém hơn so với các loại động cơ V hay I.

Một bất ngờ thú vị nữa ở động cơ boxer là giúp cải thiện sự an toàn đối với hành khách ngồi bên trong khoang lái ô tô. Việc xy lanh đặt nằm ngang đồng nghĩa chiều cao động cơ rất thấp. Do đó, khi có va chạm xảy ra, động cơ boxer có xu hướng “tuột” xuống gầm xe, thay vì lao thẳng vào khoang lái như các động cơ V hay I thông thường.

Porsche và Subaru là những đại diện tiêu biểu trong việc ứng dụng thành công động cơ boxer trên sản phẩm thực tế.

Tuy nhiên, bất chấp nhiều ích lợi đáng kể như vậy, hàng loạt thách thức trong quá trình sản xuất, cũng như các vấn đề kĩ thuật đã khiến không ít hãng ô tô từ bỏ cuộc chơi boxer. Hệ quả là, trong suốt chiều dài lịch sử của ngành công nghiệp bốn bánh, những tên tuổi thực sự xây dựng được hình ảnh gắn liền với loại động cơ độc đáo này không nhiều.

Nguyễn Thúc