RE: Cấu hình chữ V của động cơ
2. Sau khi tìm hiểu về việc cân bằng động xong, ta xem tiếp tới khái niệm "hệ số không đều" của động cơ. Như đã biết, ở động cơ 4 kỳ thì chỉ có duy nhất 1 thì sinh công là thì nổ dãn ( tương ứng với 1/2 vòng quay trục khủyu, nhưng trong thực tế thì còn ít hơn vì hiện tượng mở sớm của súp páp xả vào cuối nổ đầu xả), và bản thân lực tác động lên piston cũng như moment tác động lên trục khủyu cũng không phải cố định mà cũng còn phụ thuộc vào vị trí Piston và áp suất trong buồng đốt. Ở các thì còn lại ( hút, nén, xả) thì Piston phải nhận lực từ thanh truyền ( do các Piston khác và Bánh đà cung cấp!) để di chuyển. Vậy việc trục khủyu quay "lúc nhanh lúc chậm" là tất yếu. Cơ bản là là ở mức nào "chấp nhận được" mà thôi ( hệ số không đều của động cơ đốt trong thường phải nhỏ hơn 1/30!).
Ở các động cơ 1 xi lanh, người ta dùng bánh đà có khối lượng tương đối khá lớn để tích trữ năng lượng nhằm giảm hệ số không đều của động cơ. Năng lượng tích trữ vào bánh đà có thể giúp máy nổ êm ái, vượt tải tức thì tốt nhưng bản thân bánh đà lại gây sức ì lớn khi cần tăng tốc, hơn nữa năng lượng tích trữ vào bánh đà bị xem là vô ích khi số vòng tua thay đổi liên tục, tức là bánh đà gián tiếp làm giảm công suất và hiệu suất của động cơ (như bác Gaz nói!). Khi có nhiều hơn 1 xi lanh, người ta phải chia thì nổ sao cho tương đối đồng đều,và dĩ nhiên khối lượng cần thiết của bành đà cũng sẽ nhỏ lại; Tức là các thì nổ sẽ lệch nhau 720/n độ ( n : số xilanh!). VD : động cơ có 2 xi lanh thì mỗi 360 độ lại có 1 máy nổ sinh công, động cơ 3 xilanh thì 240 độ, động cơ 4 xi lanh thì 180 độ.......! Và cũng trên cơ sở này thì Động cơ có càng nhiều xi lanh càng dễ vận hành "êm".
Tuy nhiên, vấn đề không đơn giản dừng lại ở đó khi người ta cần phải kết hợp giữa công nghệ cân bằng động trục khủyu và việc chia thì cho từng xi lanh. VD đơn giản nhất là của động cơ xe Mô tô 2 xi lanh, thay vì phải làm 2 máy nổ lệch nhau 360 độ ( tức là 2 piston song hành!) thì đa số người ta vẫn làm chúng nổ lệch nhau có ... 180 độ, tức là sau khi máy 1 nổ thì máy 2 lại nổ ở 180 độ, sau đó "nghỉ" suốt 540 độ còn lại cho tới khi máy 1 nổ lại ở 720 độ. Tại sao họ làm vậy ? Vấn đề ở chỗ họ phải sắp xếp 2 xi lanh thẳng hàng cho gọn ghẽ và điều đó dẫn tới việc trục khủyu dễ cân bằng hơn khi 2 ổ trục lệch nhau 180 độ.[8|] Vậy nên trong động cơ 2 xi lanh, mô hình lý tưởng về mặt kỹ thuật nhất lại là loại động cơ "đối đỉnh" như mô tô BMW, Ural ....! Cả vị trí cổ trục và thứ tự thì nổ đều thỏa mãn điều kiện cân bằng tối ưu.
Tương tự như vậy ở động cơ 3 xi lanh, việc chọn lựa giữa cân bằng trục khủyu và chia thì hợp lý buộc NSX phải lâm vào tình thế "trong 2 chọn 1", vì trước đây việc chế tạo trục khủyu với 3 cổ trục lệch nhau 240 độ xem ra phức tạp và tốn kém hơn cả làm trục khủyu 4 cổ trục. Đôi khi, vì đòi hỏi gắt gao của hình dạng trục khủyu , người ta buộc lòng phải bỏ qua việc cân bằng nó và kiểm soát mức độ mất cân bằng của nó bằng thực nghiệm, sau đó sản xuất 1 trục có quy luật dao động "bù trừ" với nó, trục đó được gọi là trục cân bằng ( balance shaft)
Vấn đề trên đã gặp được "bội số chung nhỏ nhất" khi động cơ có 4 xilanh, lúc đó 4 cổ trục được chế tạo lệch nhau lần lượt 180 độ và thì nổ cũng vậy, lần lượt lệch nhau 180 độ. Cũng chính vì lý do đó mà động cơ I4 là loại động cơ được ưa chuộng và chiếm ưu thế tương đối ( về nhiều mặt như giá thành, thương mại..... chứ không đơn thuần là Kỹ thuật!) nhất so với các loại động cơ khác. Chắc các bác cũng biết là gần 90% các xe ô tô ngày nay được trang bị loại động cơ này, đặc biệt là dòng Sedan hạng trung!
Tuy nhiên, vì rất nhiều yêu cầu về mặt kỹ thuật cũng như thương mại, việc sản xuất các động cơ Công suất lớn đòi hỏi người ta phải sản xuất các động cơ có 6, 8,10, 12 xi lanh chứ không thể "làm to ra" động cơ I4 được. Lý do là vì khối lượng các cơ phận tịnh tiến ( piston, biên...) quá lớn và hành trình tịnh tiến quá dài sẽ làm giảm hiệu suất và tuổi thọ của động cơ. Việc bố trí lại các xi lanh là 1 nhu cầu thuộc về yếu tố thẩm mỹ và không gian hơn là yêu cầu về kỹ thuật, cũng từ đó mà loại động cơ V ra đời. Loại động cơ này tuy bày ra 1 bài toán mới về cân bằng cho các nhà sản xuất nhưng lại phần nào thỏa mãn được các vấn đề khác như bố cục trong xe, động cơ ngắn lại tuy có to ngang hơn, cổ hút được đặt giữa 2 hàng Culass cũng khá hợp lý, cân đối và đẹp mắt. Và để động cơ có 6 xilanh (V6) được chia đúng thì nổ theo công thức 720/n thì trục khủyu sẽ phải gia công khá phức tạp, tức trục khủyu sẽ phải được chia thành 2 "nhóm", mỗi nhóm 3 cổ trục, mỗi trục trong nhóm lệch nhau 240 (120) độ và 2 nhóm lệch nhau 1 góc bằng với góc V của động cơ. Việc này đồng nghĩa với việc trục khủyu được chia không "đều" lắm nếu góc V không phải là 60 độ. Nhưng trong công nghệ gia công thì thường nhà sản xuất ưu tiên cho góc V 90 độ ( vuông!) vì đây là góc lý tưởng cho việc đo kiểm, lắp đồ gá, gia công......! Vậy nên đôi khi vẫn có việc trục khủyu bị chia không đều lắm và động cơ đòi hỏi phải có Balance Shaft. KHi số Xi lanh bằng 8 thì một lần nữa mọi việc lại trở nên khá thuận lợi, việc chia thì 720/8 lại trùng với góc gia công lý tưởng của Block máy ( 90 độ!) Tức là mỗi cổ trục khủyu sẽ lệch nhau 90 độ, góc V xilanh cũng là 90 độ...! Nhưng khi số xilanh lên tới 10 thì vấn đề lại phức tạp hẳn, lại phải chia số xi lanh thành 2 nhóm 5 xilanh, mỗi xilanh lệch nhau 144 độ trục khủyu và 2 nhóm trên lại lệch nhau 1 góc bằng với góc V xilanh.[&:] Muốn cho mọi việc "trùng khớp" thì góc V xi lanh phải là 72 Độ, khá "phê" cho NSX....!
Còn ở F1 thì có phần khác bác Bab ạ, ở đó người ta tạm quên đi các yếu tố như : giá thành, độ khó về mặt công nghệ, tính đại trà của sản phẩm.... mà chỉ tập trung vào yếu tố kỹ thuật như Công suất, độ cân bằng.... nên sẽ thực hiện theo phương châm " kiểu gì ngon nhất là ta mần"
. Được như vậy thì chỉ đơn giản là càng nhiều máy càng cân bằng thôi bác ạ. Hơn nữa, với kích thước bị gói gọn, khối lượng toàn xe bị hạn chế dẫn tới khối lượng động cơ cũng bị giới hạn trong khi nhu cầu gia tốc và công suất là thật lớn nên bánh đà trở thành điều "tối kỵ" trong động cơ F1 rồi. Nó phải càng nhỏ và càng nhẹ càng tốt. Chính vì thế nên việc có nhiều Xilanh mới quan trọng tới vậy.
Tóm lại, ở các xe thương mại thì số xilanh nếu bằng bội số của 4 (4,8,12...) thì động cơ DỄ CHẾ TẠO CÂN BẰNG hơn so với các loại động cơ có "lẻ" số xilanh (5,6,10...) nên nó có phần ít rung động hơn chứ không phải là cân bằng tốt hơn đâu bác Ptson ạ. Còn chơi xe F1 như bác Bab nhà ta thì rõ là "càng nhìu càng tốt" rồi...! Mà đó là nói chuyện trên lý thuyết thôi các bác ạ, chứ thực tế thì NSX có để cái máy nào bị mất cân bằng đâu. Tới cái xe gắn máy mà tốt tốt tí (Viva, Jupiter..) thì máy nổ cũng đâu bị rung giật gì nhìu...!
2. Sau khi tìm hiểu về việc cân bằng động xong, ta xem tiếp tới khái niệm "hệ số không đều" của động cơ. Như đã biết, ở động cơ 4 kỳ thì chỉ có duy nhất 1 thì sinh công là thì nổ dãn ( tương ứng với 1/2 vòng quay trục khủyu, nhưng trong thực tế thì còn ít hơn vì hiện tượng mở sớm của súp páp xả vào cuối nổ đầu xả), và bản thân lực tác động lên piston cũng như moment tác động lên trục khủyu cũng không phải cố định mà cũng còn phụ thuộc vào vị trí Piston và áp suất trong buồng đốt. Ở các thì còn lại ( hút, nén, xả) thì Piston phải nhận lực từ thanh truyền ( do các Piston khác và Bánh đà cung cấp!) để di chuyển. Vậy việc trục khủyu quay "lúc nhanh lúc chậm" là tất yếu. Cơ bản là là ở mức nào "chấp nhận được" mà thôi ( hệ số không đều của động cơ đốt trong thường phải nhỏ hơn 1/30!).
Ở các động cơ 1 xi lanh, người ta dùng bánh đà có khối lượng tương đối khá lớn để tích trữ năng lượng nhằm giảm hệ số không đều của động cơ. Năng lượng tích trữ vào bánh đà có thể giúp máy nổ êm ái, vượt tải tức thì tốt nhưng bản thân bánh đà lại gây sức ì lớn khi cần tăng tốc, hơn nữa năng lượng tích trữ vào bánh đà bị xem là vô ích khi số vòng tua thay đổi liên tục, tức là bánh đà gián tiếp làm giảm công suất và hiệu suất của động cơ (như bác Gaz nói!). Khi có nhiều hơn 1 xi lanh, người ta phải chia thì nổ sao cho tương đối đồng đều,và dĩ nhiên khối lượng cần thiết của bành đà cũng sẽ nhỏ lại; Tức là các thì nổ sẽ lệch nhau 720/n độ ( n : số xilanh!). VD : động cơ có 2 xi lanh thì mỗi 360 độ lại có 1 máy nổ sinh công, động cơ 3 xilanh thì 240 độ, động cơ 4 xi lanh thì 180 độ.......! Và cũng trên cơ sở này thì Động cơ có càng nhiều xi lanh càng dễ vận hành "êm".
Tuy nhiên, vấn đề không đơn giản dừng lại ở đó khi người ta cần phải kết hợp giữa công nghệ cân bằng động trục khủyu và việc chia thì cho từng xi lanh. VD đơn giản nhất là của động cơ xe Mô tô 2 xi lanh, thay vì phải làm 2 máy nổ lệch nhau 360 độ ( tức là 2 piston song hành!) thì đa số người ta vẫn làm chúng nổ lệch nhau có ... 180 độ, tức là sau khi máy 1 nổ thì máy 2 lại nổ ở 180 độ, sau đó "nghỉ" suốt 540 độ còn lại cho tới khi máy 1 nổ lại ở 720 độ. Tại sao họ làm vậy ? Vấn đề ở chỗ họ phải sắp xếp 2 xi lanh thẳng hàng cho gọn ghẽ và điều đó dẫn tới việc trục khủyu dễ cân bằng hơn khi 2 ổ trục lệch nhau 180 độ.[8|] Vậy nên trong động cơ 2 xi lanh, mô hình lý tưởng về mặt kỹ thuật nhất lại là loại động cơ "đối đỉnh" như mô tô BMW, Ural ....! Cả vị trí cổ trục và thứ tự thì nổ đều thỏa mãn điều kiện cân bằng tối ưu.
Tương tự như vậy ở động cơ 3 xi lanh, việc chọn lựa giữa cân bằng trục khủyu và chia thì hợp lý buộc NSX phải lâm vào tình thế "trong 2 chọn 1", vì trước đây việc chế tạo trục khủyu với 3 cổ trục lệch nhau 240 độ xem ra phức tạp và tốn kém hơn cả làm trục khủyu 4 cổ trục. Đôi khi, vì đòi hỏi gắt gao của hình dạng trục khủyu , người ta buộc lòng phải bỏ qua việc cân bằng nó và kiểm soát mức độ mất cân bằng của nó bằng thực nghiệm, sau đó sản xuất 1 trục có quy luật dao động "bù trừ" với nó, trục đó được gọi là trục cân bằng ( balance shaft)
Vấn đề trên đã gặp được "bội số chung nhỏ nhất" khi động cơ có 4 xilanh, lúc đó 4 cổ trục được chế tạo lệch nhau lần lượt 180 độ và thì nổ cũng vậy, lần lượt lệch nhau 180 độ. Cũng chính vì lý do đó mà động cơ I4 là loại động cơ được ưa chuộng và chiếm ưu thế tương đối ( về nhiều mặt như giá thành, thương mại..... chứ không đơn thuần là Kỹ thuật!) nhất so với các loại động cơ khác. Chắc các bác cũng biết là gần 90% các xe ô tô ngày nay được trang bị loại động cơ này, đặc biệt là dòng Sedan hạng trung!
Tuy nhiên, vì rất nhiều yêu cầu về mặt kỹ thuật cũng như thương mại, việc sản xuất các động cơ Công suất lớn đòi hỏi người ta phải sản xuất các động cơ có 6, 8,10, 12 xi lanh chứ không thể "làm to ra" động cơ I4 được. Lý do là vì khối lượng các cơ phận tịnh tiến ( piston, biên...) quá lớn và hành trình tịnh tiến quá dài sẽ làm giảm hiệu suất và tuổi thọ của động cơ. Việc bố trí lại các xi lanh là 1 nhu cầu thuộc về yếu tố thẩm mỹ và không gian hơn là yêu cầu về kỹ thuật, cũng từ đó mà loại động cơ V ra đời. Loại động cơ này tuy bày ra 1 bài toán mới về cân bằng cho các nhà sản xuất nhưng lại phần nào thỏa mãn được các vấn đề khác như bố cục trong xe, động cơ ngắn lại tuy có to ngang hơn, cổ hút được đặt giữa 2 hàng Culass cũng khá hợp lý, cân đối và đẹp mắt. Và để động cơ có 6 xilanh (V6) được chia đúng thì nổ theo công thức 720/n thì trục khủyu sẽ phải gia công khá phức tạp, tức trục khủyu sẽ phải được chia thành 2 "nhóm", mỗi nhóm 3 cổ trục, mỗi trục trong nhóm lệch nhau 240 (120) độ và 2 nhóm lệch nhau 1 góc bằng với góc V của động cơ. Việc này đồng nghĩa với việc trục khủyu được chia không "đều" lắm nếu góc V không phải là 60 độ. Nhưng trong công nghệ gia công thì thường nhà sản xuất ưu tiên cho góc V 90 độ ( vuông!) vì đây là góc lý tưởng cho việc đo kiểm, lắp đồ gá, gia công......! Vậy nên đôi khi vẫn có việc trục khủyu bị chia không đều lắm và động cơ đòi hỏi phải có Balance Shaft. KHi số Xi lanh bằng 8 thì một lần nữa mọi việc lại trở nên khá thuận lợi, việc chia thì 720/8 lại trùng với góc gia công lý tưởng của Block máy ( 90 độ!) Tức là mỗi cổ trục khủyu sẽ lệch nhau 90 độ, góc V xilanh cũng là 90 độ...! Nhưng khi số xilanh lên tới 10 thì vấn đề lại phức tạp hẳn, lại phải chia số xi lanh thành 2 nhóm 5 xilanh, mỗi xilanh lệch nhau 144 độ trục khủyu và 2 nhóm trên lại lệch nhau 1 góc bằng với góc V xilanh.[&:] Muốn cho mọi việc "trùng khớp" thì góc V xi lanh phải là 72 Độ, khá "phê" cho NSX....!
Còn ở F1 thì có phần khác bác Bab ạ, ở đó người ta tạm quên đi các yếu tố như : giá thành, độ khó về mặt công nghệ, tính đại trà của sản phẩm.... mà chỉ tập trung vào yếu tố kỹ thuật như Công suất, độ cân bằng.... nên sẽ thực hiện theo phương châm " kiểu gì ngon nhất là ta mần"
. Được như vậy thì chỉ đơn giản là càng nhiều máy càng cân bằng thôi bác ạ. Hơn nữa, với kích thước bị gói gọn, khối lượng toàn xe bị hạn chế dẫn tới khối lượng động cơ cũng bị giới hạn trong khi nhu cầu gia tốc và công suất là thật lớn nên bánh đà trở thành điều "tối kỵ" trong động cơ F1 rồi. Nó phải càng nhỏ và càng nhẹ càng tốt. Chính vì thế nên việc có nhiều Xilanh mới quan trọng tới vậy.Tóm lại, ở các xe thương mại thì số xilanh nếu bằng bội số của 4 (4,8,12...) thì động cơ DỄ CHẾ TẠO CÂN BẰNG hơn so với các loại động cơ có "lẻ" số xilanh (5,6,10...) nên nó có phần ít rung động hơn chứ không phải là cân bằng tốt hơn đâu bác Ptson ạ. Còn chơi xe F1 như bác Bab nhà ta thì rõ là "càng nhìu càng tốt" rồi...!
Mà đó là nói chuyện trên lý thuyết thôi các bác ạ, chứ thực tế thì NSX có để cái máy nào bị mất cân bằng đâu. Tới cái xe gắn máy mà tốt tốt tí (Viva, Jupiter..) thì máy nổ cũng đâu bị rung giật gì nhìu...!
