Trong bài viết này, bạn sẽ tìm hiểu về động cơ V, bao gồm nguyên lý hoạt động, các bộ phận, ưu điểm, nhược điểm và ứng dụng của nó, kèm theo hình ảnh minh họa.
Động cơ V là gì?
Một động cơ V là cấu trúc phổ biến của động cơ xăng hoặc diesel. Động cơ V có hai hàng xi-lanh gắn liền với nhau trên trục khuỷu ở góc từ 60 đến 90 độ, tạo thành hình chữ ‘V’.
Thông thường, các động cơ V có số xi-lanh chẵn như 2, 4, 6 và 8. Động cơ V khác biệt so với động cơ thẳng (inline engine) ở cấu trúc và thiết kế phức tạp hơn. Động cơ thẳng, như tên gọi, có tất cả các xi-lanh xếp thẳng hàng với nhau.
Tuy nhiên, kích thước nhỏ gọn và hiệu suất tốt hơn của động cơ V bù đắp cho cấu trúc phức tạp hơn. Do động cơ V có thiết kế hình chữ V, nó cần ít không gian hơn, cho phép thêm nhiều xi-lanh hơn. Số xi-lanh bổ sung giúp tăng mô-men xoắn và công suất động cơ, đồng thời cải thiện dung tích động cơ tổng thể.

Các bộ phận của động cơ V
Một số bộ phận chính của động cơ V bao gồm:
- Trục camshaft
- Thanh điều khiển phun nhiên liệu (Injector rocker arm)
- Thanh trục điều khiển phun nhiên liệu (Injector control shaft)
- Thanh răng điều khiển phun nhiên liệu (Injector rack)
- Kim phun nhiên liệu (Fuel Injector)
- Bu-gi (Spark plug)
- Thanh kết nối (Connecting rod)
- Máy khởi động (Starter motor)
- Ống dẫn nước vào và ống phân phối (Water inlet jumper and manifold)
- Trục khuỷu (Crankshaft)
- Cân bằng trục khuỷu (Crankshaft counterweight)
- Van xả (Exhaust valve)
- Nắp xylanh (Cylinder head)
- Piston
- Vành piston (Piston rings)
- Thanh đẩy (Push rod)
- Thân máy (Crankcases)
- Lớp lót xylanh (Cylinder liner)
- Ống dẫn dầu làm mát piston (Piston cooling oil pipe)
- Khối dầu và que thăm dầu (Oil pan and oil level gauge)
- Bộ lọc gió (Air cleaner)
- Ống dẫn nhiên liệu (Engine manifold)
Các bộ phận này hợp thành cấu trúc cơ bản của động cơ V, đóng vai trò quan trọng trong quá trình vận hành và hiệu suất của động cơ.
Đặc điểm
Một động cơ V ngắn hơn và rộng hơn so với một động cơ thẳng (inline), cấu hình phổ biến nhất cho động cơ dưới sáu xi-lanh. Sự khác biệt về chiều dài này tăng lên khi số xi-lanh trong động cơ tăng lên.
Sự khác biệt về chiều dài giữa động cơ V-twin và động cơ thẳng-twin có thể không đáng chú ý lắm, nhưng động cơ V8 thì ngắn hơn nhiều so với động cơ thẳng. So với động cơ phẳng ít phổ biến hơn, động cơ V cao hơn, hẹp hơn và có trọng tâm lớn hơn.
Các động cơ có ít xi-lanh hơn sẽ có sự cân bằng khác nhau tùy thuộc vào các khoảng cách nổ, trục khuỷu và trục cân bằng. Trong động cơ này, các trục khuỷu thường chia sẻ các cặp xi-lanh từ hai dãy đối xứng, với một khoảng cách lệch giữa chúng.
Cách Hoạt Động của Động Cơ V
Cả động cơ đốt trong chạy bằng xăng bốn kỳ và động cơ V đều hoạt động khá tương tự nhau. Các xi-lanh của động cơ V tiếp nhận không khí và nhiên liệu vào buồng đốt của chúng. Khí gas được hút vào sau đó được nén và đốt cháy.
Có một lượng lớn áp suất được tạo ra do quá trình cháy trong các buồng kín và bị nén này. Tất cả năng lượng tích lũy này được chuyển thành lực, làm các piston di chuyển xuống dưới.
Các piston sau đó sẽ di chuyển lên, thải khí đã tích lũy ra ngoài. Quá trình này diễn ra tuần tự trong các xi-lanh khác nhau, đảm bảo cung cấp hoặc phân phối năng lượng một cách mượt mà.
Các Loại Động Cơ V
Động cơ V được phân loại dựa trên số lượng xi-lanh được sử dụng. Các loại động cơ V điển hình bao gồm:
Động Cơ V2
Động cơ V2 còn được gọi là động cơ V-twin. Loại động cơ này có hai buồng xi-lanh. Vì chỉ có hai xi-lanh, nên nó chiếm ít không gian để lắp đặt.
Vào năm 1889, chiếc Daimler Stahlradwagen đã áp dụng nguyên lý hoạt động của động cơ V vào ô tô của họ. Do chiếm ít không gian hơn, động cơ này thường được tìm thấy trên các loại xe máy.
Động Cơ V4
Do thiết kế phức tạp, loại động cơ đốt trong này hiếm khi được sử dụng trên ô tô. So với các loại động cơ khác, V4 ít phổ biến hơn.
Động cơ V4 có hai cặp xi-lanh gắn vào trục khuỷu. Nó sử dụng bốn buồng xi-lanh được xếp tại góc 90 độ, giúp cải thiện hiệu suất.
Thiết kế tổng thể của nó rất phức tạp, dẫn đến chi phí sản xuất cao. Tuy nhiên, so với động cơ I4 (inline-4), V4 hoạt động êm ái hơn về mặt công suất và độ cứng.
Động Cơ V6
Đây là kiểu sắp xếp động cơ phổ biến với sáu buồng xi-lanh. Hai bộ ba xi-lanh vẫn gắn với trục khuỷu ở một góc (60, 90 hoặc 120 độ).
Động cơ V6 nhỏ gọn hơn, nhẹ hơn và động cơ đốt trong hoạt động hiệu quả hơn so với động cơ V8 và V12. Đồng thời, nó giúp giảm đáng kể rung động của xe. Vì V6 sử dụng ít không gian và cải thiện tính khí động học, nên chúng thường được tìm thấy trên hầu hết các loại sedan phổ biến ở Các Tiểu vương quốc Ả Rập Thống nhất. Đến năm 2022, xe Công thức 1 sẽ chỉ được sử dụng động cơ V6 tăng áp trong các giải Grand Prix.
Động Cơ V8
Vào năm 1903, các kỹ sư đã phát triển động cơ V8 dựa trên thành công ban đầu của động cơ V2. Một động cơ V8 gồm 8 buồng xi-lanh và hai bộ 4 buồng xi-lanh gắn với nhau tại góc 90 độ thông qua trục khuỷu.
Động cơ này ngắn gọn, nhẹ, với sức mạnh đốt cháy cao, giúp ô tô tăng tốc nhanh chóng mà không gặp nhiều khó khăn. Hai xi-lanh liên tục đẩy lực trong quá trình nổ. Loại động cơ này thường được sử dụng trong các phương tiện hạng sang và siêu xe để giảm kích thước khoang động cơ và tăng hiệu quả lái.
Động Cơ V10
Động cơ V10 là động cơ có 10 xi-lanh, với hai hàng 5 xi-lanh được sắp xếp thành hình chữ V quanh trục khuỷu. So với động cơ V8 và V12, động cơ V10 ít phổ biến hơn rất nhiều.
Loại động cơ này thường được tìm thấy trên các xe thể thao và xe hiệu suất cao bởi tính thực tế hơn so với động cơ 10 xi-lanh xếp thẳng hàng. Động cơ V10 diesel đầu tiên được sản xuất vào năm 1965, và động cơ V10 xăng đầu tiên ra mắt với Dodge Viper vào năm 1991.
Động Cơ V12
Động cơ V12 là một trong những động cơ mạnh mẽ nhất trong ngành công nghiệp ô tô. Các xi-lanh của động cơ V12 thường được gắn tại góc 60 độ, mang lại cấu trúc cân bằng hơn.
Loại động cơ này được sử dụng trong các tàu thủy, máy bay, xe quân sự và các phương tiện khác vì được cho là có thể tạo ra công suất lớn nhất.
Động cơ V8 và V12 chủ yếu khác nhau về thiết kế, hình dạng và hiệu suất. Động cơ V12 cung cấp sức mạnh lớn hơn do khả năng xử lý dung tích lớn hơn. Xe Rolls-Royce Phantom-III là phương tiện thương mại đầu tiên sử dụng động cơ V12.
Động Cơ V16
Động cơ V16 là một động cơ piston có hai hàng 8 xi-lanh sắp xếp hình chữ V quanh trục khuỷu. So với các động cơ V8 và V12, động cơ V16 ít phổ biến hơn.
Hầu hết các động cơ V16 có góc nghiêng giữa hai hàng là 45 độ. Động cơ V16 lần đầu tiên được sử dụng trong máy bay thử nghiệm Antoinette VII vào năm 1910. Ngày nay, động cơ V16 chủ yếu được sử dụng trong các đầu máy xe lửa, tàu thuyền, và các máy phát điện cố định.
Động Cơ V18
Trong động cơ V18, hai hàng 9 xi-lanh được sắp xếp hình chữ V quanh trục khuỷu. Động cơ V18 là một cấu hình đặc biệt chủ yếu được tìm thấy trong các động cơ diesel cỡ lớn vận hành ở tốc độ thấp.
Động Cơ V20
Động cơ V20 là động cơ piston có hai hàng 10 xi-lanh sắp xếp hình chữ V quanh trục khuỷu. Động cơ V20 đã được áp dụng rộng rãi trong các đầu máy xe lửa, xe tải khai thác hạng nặng, máy phát điện và các loại động cơ hàng hải lớn.
Động Cơ V22
Động cơ V22 có thiết kế hình chữ V với 22 xi-lanh được tổ chức thành hai hàng. Cấu hình này cho phép thiết kế gọn gàng trong khi vẫn đảm bảo khả năng tạo ra công suất lớn.
Động Cơ V24
Động cơ V24 là động cơ với hai hàng 12 xi-lanh sắp xếp hình chữ V quanh trục khuỷu. Vào đầu những năm 1930, động cơ V24 đã cung cấp sức mạnh cho máy bay Macchi M.C.72, được thiết kế để tham gia các cuộc đua không khí Schneider Trophy năm 1931.
Ưu Điểm
Các lợi ích phổ biến của động cơ hình chữ V bao gồm:
- Động cơ hình chữ V có ứng dụng rộng rãi trong các phương tiện như xe tải, xe mô tô, xe quân sự, và máy bay.
- Vì có kích thước nhỏ gọn hơn, động cơ hình chữ V có hiệu suất khí động học tốt hơn.
- Do trục khuỷu nhỏ hơn, động cơ hình chữ V truyền tải nhiều sức mạnh từ động cơ đến trục khuỷu hơn.
- Cấu hình này sản sinh mô-men xoắn cao hơn, giúp các xe chạy tốt trên địa hình khó khăn.
- Động cơ hình chữ V có nhiều loại kích thước, từ hai đến hai mươi bốn xi-lanh.
- Động cơ này ít rung lắc và tiếng ồn hơn.
Nhược Điểm
Các nhược điểm phổ biến của động cơ hình chữ V bao gồm:
- Việc phát triển và lắp ráp động cơ hình chữ V phức tạp và khó khăn đối với các nhà sản xuất.
- Vấn đề làm mát là một hạn chế lớn của cấu hình động cơ hình chữ V.
- Động cơ có thêm các bộ phận, dẫn đến tăng trọng lượng.
- So với các động cơ khác, động cơ hình chữ V có chi phí cao hơn, thường gắn liền với xe cao cấp.
- Hiệu suất nhiên liệu kém hơn so với các loại động cơ khác trên thị trường.
Sự Khác Biệt Giữa Động Cơ Thẳng (Inline) và Động Cơ Hình Chữ V
Các sự khác biệt chính được liệt kê dưới đây:
- Hiệu suất: So với các động cơ thẳng cùng kích thước, động cơ hình chữ V ít hiệu quả hơn.
- Phức tạp và bảo trì: So với động cơ thẳng, động cơ hình chữ V thường phức tạp hơn và khó bảo trì hơn.
- Kích thước: Động cơ hình chữ V gọn gàng hơn, trong khi động cơ thẳng dài và hẹp, thường được lắp ngang trong các xe nhỏ.
- Khả năng làm mát: Động cơ thẳng có thể khó làm mát hơn, đặc biệt là với động cơ làm mát bằng không khí, so với động cơ hình chữ V.
- Trọng tâm: Động cơ thẳng có trọng tâm thấp hơn do cấu trúc rộng và phẳng.
- Camshaft: Động cơ thẳng cần nửa số trục cam so với động cơ hình chữ V khi sử dụng cam kép.
- Chi phí sản xuất: Động cơ hình chữ V thường tốn kém hơn so với động cơ thẳng.
- Rung lắc: Động cơ hình chữ V dễ bị rung lắc hơn so với động cơ thẳng.
Kết Luận
Đó là tất cả. Cảm ơn bạn đã đọc. Tôi hy vọng đã bao quát đầy đủ mọi thứ về “Động Cơ Hình Chữ V.” Nếu bạn nhận thấy điều gì chưa được đề cập hoặc có bất kỳ thắc mắc nào, đừng ngần ngại cho tôi biết.
Nếu bạn thấy bài viết này thú vị, hãy chia sẻ với bạn bè của bạn.