Sự thăng trầm của động cơ năm xi-lanh

Thứ Sáu, 15/12/2023 - 11:08

Vào những năm 1990, bạn có thể mua một số ô tô có động cơ 5 xi-lanh chạy bằng xăng hoặc diesel. Nhưng hiện nay, động cơ này chỉ được giới hạn ở một số mẫu xe Audi RS. Sau khi Audi TT RS ngừng sản xuất sau mẫu xe này trong năm nay, sẽ

Vào những năm 1990, bạn có thể mua một số ô tô có động cơ 5 xi-lanh chạy bằng xăng hoặc diesel. Nhưng hiện nay, động cơ này chỉ được giới hạn ở một số mẫu xe Audi RS.

Sau khi Audi TT RS ngừng sản xuất sau mẫu xe này trong năm nay, sẽ chỉ có hai chiếc xe được trang bị động cơ 5 xi-lanh là Audi RS3 và RS Q3. Hình dung cả hai loại đó sẽ tồn tại trong vài năm nữa và bất cứ khi nào chúng được thay thế, động cơ ô tô năm xi-lanh sẽ chính thức kết thúc.

Kể từ khi được giới thiệu vào năm 1974, chiếc xe khách năm xi-lanh luôn là một con vịt kỳ quặc. Mercedes là hãng đầu tiên tạo ra động cơ diesel 5 xi-lanh, dung tích 3,0 lít cho chiếc sedan 300D của mình. Trong một bài báo của SAE từ năm 1975, các kỹ sư Kurt Obländer và Manfred Fortnagel của Daimler đã phác thảo lý do của công ty đằng sau động cơ năm xi-lanh: “Theo thời gian, nhu cầu giao thông hiện đại đòi hỏi phải tăng hiệu suất liên tục của động cơ diesel,” họ viết. “Cho đến năm 1974, nhu cầu này đã được đáp ứng bằng cách tăng tốc độ piston trung bình và dung tích xi-lanh của động cơ bốn xi-lanh liên quan đến tiến bộ trong quá trình đốt cháy động cơ diesel. Xem xét các vấn đề về hao mòn, tiêu thụ nhiên liệu, tiếng ồn và độ rung, tốc độ và độ dịch chuyển của xi-lanh đã đạt đến giới hạn trên, do đó chỉ có thể tăng thêm hiệu suất của động cơ hút khí tự nhiên bằng cách tăng số lượng xi-lanh.”

Mercedes đã có động cơ diesel bốn xi-lanh, vậy tại sao không thêm một xi-lanh? Điều đó đảm bảo rằng một số bộ phận chính, như piston, thanh truyền và van có thể được chia sẻ với động cơ bốn xi-lanh, giúp tiết kiệm đáng kể chi phí. Trong khi Mercedes cung cấp động cơ xăng sáu xi-lanh vào thời điểm đó, công ty cho rằng động cơ sáu xi-lanh là quá đắt và quá nặng. (Mercedes cuối cùng đã giới thiệu động cơ diesel 6 xi-lanh thẳng hàng vào giữa những năm 1980.) Vì vậy, họ đã sử dụng động cơ 5 xi-lanh thẳng hàng và tạo ra một loại động cơ đặc biệt trường tồn đã trở thành huyền thoại.

Động cơ diesel 5 xi-lanh OM 617 có tỷ lệ đường kính xi-lanh và hành trình gần như vuông giống như động cơ 2,4 lít bốn xi-lanh OM 616 và nặng 515 pound — nặng hơn 68,3 so với động cơ bốn xi-lanh. Công suất tăng từ 62 lên 77 mã lực trong khi mô-men xoắn tăng từ 101 lên 116 lb-ft. Đây không phải là những con số lớn. Nhưng trong cuộc thử nghiệm trên đường với chiếc 300D vào tháng 1 năm 1975 của R&T, họ đã viết rằng nó “nhanh hơn, mượt mà hơn và yên tĩnh hơn đáng kể so với các động cơ diesel [Mercedes] trước đây.” Tuy nhiên, nó chỉ có thể tăng tốc 0-100 km/h trong 20,3 giây, nhưng con số tiết kiệm nhiên liệu 24,5 mpg ấn tượng hơn rất nhiều. Đó là một con số lớn đối với một chiếc xe hạng sang hạng nặng, được trang bị đầy đủ vào thời điểm đó. Mercedes có lượng khách hàng sử dụng động cơ diesel tương đối lớn ở Mỹ và trong bối cảnh đất nước này vẫn đang quay cuồng vì cuộc khủng hoảng nhiên liệu, nền kinh tế tốt với hiệu suất tương đối tốt đã có sức hấp dẫn mạnh mẽ.

Chiếc Mercedes năm xi-lanh đó có tiếng kêu lạch cạch không tải đặc trưng, nhưng động cơ, cũng như tất cả các loại năm xi-lanh, rất êm ái. Khi sử dụng thứ tự nổ 1-2-4-5-3 điển hình, các lực chính—những lực được tạo ra bởi các pít-tông chuyển động thẳng đứng—hoàn toàn cân bằng, như trường hợp của động cơ bốn và sáu xi-lanh thẳng hàng. Các lực thứ cấp, được tạo ra bởi các pít-tông tăng tốc khi chúng đến điểm chết trên và giảm tốc độ khi chúng chạm vào điểm chết dưới, cũng được cân bằng hoàn hảo, giống như động cơ sáu xi-lanh thẳng hàng nhưng không phải động cơ bốn xi-lanh thẳng hàng. Không giống như động cơ bốn hoặc sáu xi-lanh thẳng hàng, động cơ ‘năm xi-lanh thẳng hàng có các cặp rung chuyển, dẫn đến động cơ dao động qua lại dọc theo chiều dài của nó. Đây là lý do tại sao năm xi-lanh thường sử dụng trục cân bằng. Các kỹ sư cũng tăng cường hệ thống truyền động và giá đỡ động cơ để xử lý những rung động này.

Tuy nhiên, việc cung cấp năng lượng diễn ra suôn sẻ với mỗi xi lanh ở kỳ nổ cho mỗi vòng quay 144 độ của trục khuỷu, điều này có nghĩa là có 36 độ chồng chéo (giao thoa) giữa mỗi hành trình công suất. Ở động cơ bốn xi-lanh, mỗi hành trình công suất xảy ra khi trục khuỷu quay 180 độ, nghĩa là không có sự chồng chéo, trong khi ở động cơ sáu xi-lanh thẳng hàng, quá trình đánh lửa xảy ra cứ sau 120 độ, nghĩa là có 60 độ chồng chéo nhau. Âm thanh khí thải kêu lạo xạo đặc trưng và bất thường của động cơ năm xi-lanh được sinh ra từ các xung khí thải cách đều nhau này, xảy ra cứ sau 72 độ.

Mặc dù bản thân Henry Ford đã thử nghiệm động cơ 5 xi-lanh chạy bằng xăng từ những năm 1930 và những nhà sản xuất khác cũng đã thử, nhưng phải đến khi ra mắt chiếc Audi 100 thế hệ thứ hai vào năm 1976, nó mới trở thành một sản phẩm được ưa chuộng. Như một bài báo của Hemmings năm 2018 đã chỉ ra, các vấn đề về chế hòa khí là trở ngại lớn nhất cho việc phát triển động cơ năm xi-lanh. Trừ khi ai đó phát minh ra bộ chế hòa khí năm thùng – chỉ có thể được sử dụng với động cơ năm xi-lanh – việc đo lượng nhiên liệu đều giữa các xi-lanh là điều gần như không thể. Audi thực sự đã sản xuất một số lượng nhỏ động cơ 5 xi-lanh được chế hòa khí, nhưng đại đa số, đều là loại phun nhiên liệu.

Động cơ tốt nhất cho ô tô không phải là động cơ tốt nhất trên băng ghế dyno. Đóng gói — nơi hàng hóa được vận chuyển mới xác định mọi thứ. Đối với Mercedes, đây không phải là mối lo ngại lớn vì khung gầm W115 đã được bán với động cơ sáu xi-lanh (có tên mã kỳ lạ là W114) và sử dụng kiểu bố trí dẫn động cầu sau thông thường. Mọi thứ đã khác ở Audi. Nó đã sử dụng một động cơ dọc độc đáo, bố trí dẫn động cầu trước — cách bố trí có từ khi DKW sử dụng động cơ ba xi-lanh thẳng hàng nhỏ gọn — trong đó động cơ đương nhiên đi trước đường trục trước. Audi muốn cạnh tranh với những chiếc xe sáu xi-lanh thẳng hàng của Mercedes và BMW, nhưng việc chế tạo một chiếc ô tô sáu xi-lanh thẳng hàng, dẫn động cầu trước, động cơ dọc là một điều không thể thông minh hơn: Nó sẽ quá dài ở phía trước và quá nặng ở phần mũi. Vì vậy, dưới sự lãnh đạo của Ferdinand Piech, người thành viên Tập đoàn VW, luôn là một người yêu thích thử thách kỹ thuật, nó đã bắt đầu hoạt động trên động cơ năm xi-lanh.

Theo một bài báo SAE năm 1978 do các kỹ sư của Audi viết, động cơ V-6 đã được cân nhắc nhưng được coi là không khả thi vì nó sẽ không trơn tru như động cơ 5 xi-lanh thẳng hàng và nó không thể chia sẻ nhiều bộ phận với động cơ 4 xi-lanh của VW/Audi. (Audi cuối cùng đã sử dụng động cơ V-6 vào những năm 1990 và đã mắc kẹt với cách bố trí động cơ kể từ đó.) Động cơ 5 xi-lanh đầu tiên của Audi thực sự chỉ là một phiên bản dài hơn của động cơ 4 xi-lanh 1,6 lít, có dung tích 2,1 lít. Nó cũng dùng chung một số bộ phận với động cơ 4 xi-lanh 2.0 lít được sử dụng trong chiếc Porsche 924 mới ra đời lúc bấy giờ. Động cơ này đã giúp đưa Audi lên bản đồ và khi được tăng áp cực mạnh và trở lại trên những chiếc xe đua Group B của công ty, nó đã trở thành một biểu tượng, công suất 500 mã lực. Ở dòng xe đường trường Quattro, động cơ turbo năm xi-lanh đã giúp Audi trở thành hãng dẫn đầu về công nghệ.

Honda giới thiệu động cơ 5 xi-lanh vào năm 1989 với Acura Vigor, mặc dù chỉ sử dụng động cơ này trong khoảng một thập kỷ. Giống như Audi, chiếc động cơ 5 xi-lanh của Honda được lắp theo chiều dọc, khá bất thường đối với thương hiệu vốn hầu như chỉ sử dụng động cơ ngang.

Mercedes, vốn là nhà sản xuất ô tô dẫn động cầu sau có động cơ dọc, chưa bao giờ nhận thấy nhu cầu về động cơ 5 xi-lanh chạy bằng xăng, vì việc đóng gói động cơ 6 xi-lanh thẳng hàng không phải là vấn đề. Nhưng những người khác đã làm như vậy. Đối với ô tô dẫn động cầu trước động cơ ngang, động cơ năm xi-lanh là một giải pháp gọn gàng. Nó không dài hơn nhiều so với động cơ bốn xi-lanh thẳng hàng, nhưng điều quan trọng là nó hẹp hơn nhiều so với động cơ V-6. Tất nhiên, rất nhiều nhà sản xuất ô tô đã chế tạo những chiếc ô tô V-6 nằm ngang.

Đó là trường hợp của Volvo, hãng đã đưa ra loại động cơ 5 xi-lanh nằm ngang cho chiếc 850 vào năm 1991. Volvo đã biến động cơ 5 xi-lanh trở thành trung tâm trong dòng sản phẩm của mình, cung cấp chúng với nhiều phiên bản và về cơ bản là mọi thứ họ đã bán cho đến năm 2016, khi hãng chuyển sang dòng sản phẩm toàn 4 xi-lanh. Đáng chú ý, Ford cũng đã mượn chiếc Volvo năm xi-lanh trong khi sở hữu thương hiệu Thụy Điển cho Focus ST và RS thế hệ thứ hai, với màn thể hiện mạnh mẽ nhất là RS500, nơi động cơ 5 xi-lanh 2,5 lít tạo ra công suất 345 mã lực. Ngoài ra, Ford còn sản xuất động cơ diesel 5 xi-lanh, loại động cơ này được sử dụng trên xe van Transit cho đến tận thời gian gần đây.

Vào những năm 1990, động cơ năm xi-lanh đã phát triển. Fiat đã đưa ra một chiếc, trong khi Mercedes vẫn cung cấp động cơ diesel 5 xi-lanh, và động cơ 5 xi-lanh của Audi đã tìm được những ngôi nhà khác trong Tập đoàn VW. VW thậm chí còn chế tạo VR-5 dựa trên VR-6 góc hẹp, một động cơ kiểu chữ V chỉ có một đầu xi-lanh. Một số mẫu xe của Volkswagen như Beetle, Golf và Jetta cũng có động cơ 5 xi-lanh thẳng hàng ngang vào năm 2005, mặc dù động cơ này không được nhớ đến trong số những mẫu xe 5 xi-lanh tuyệt vời. GM thậm chí còn sản xuất động cơ 5 xi-lanh cho xe bán tải Colorado và Canyon thế hệ đầu tiên cũng như Hummer H3, mặc dù loại động cơ này chưa bao giờ được thay thế.

Có lẽ loại động cơ 5 xi-lanh hiện đại nhất là mẫu xe hiện tại của Audi. Trong khi các sản phẩm khác của VW liên tục sử dụng động cơ 5 xi-lanh, loại động cơ này thực sự đã bị loại khỏi thương hiệu Audi vào năm 1997, nhưng đối với TT RS 2009, thương hiệu này đã tạo ra loại động cơ 5 xi-lanh ngang mới. Được tăng áp, nó tạo ra công suất 340 mã lực trong chiếc TT RS đầu tiên đó, và bây giờ ở TT RS và RS3 ngày nay, nó tạo ra công suất cực lớn 400 mã lực. Nó cũng mượt mà như mọi thứ, đồng thời mang lại những đặc tính mà bạn không thể có được ở một chiếc động cơ bốn xi-lanh.

Có điều là công nghệ từng giúp ra đời loại động cơ tăng áp 5 xi-lanh đặc biệt nhất cũng đã khai tử loại động cơ này. Công nghệ tăng áp hiện đại có nghĩa là các kỹ sư có thể đạt được số lượng mã lực lớn, khả năng tiết kiệm nhiên liệu và lượng khí thải tuyệt vời từ động cơ bốn xi-lanh thẳng hàng. Vậy thì chẳng có lý do gì để quan tâm đến chi phí và độ phức tạp của động cơ năm xi-lanh nữa. Cũng nên cân nhắc rằng các tiêu chuẩn an toàn ngày càng chặt chẽ hơn khiến việc đóng gói trở nên khó khăn hơn và do đó chiều dài tăng thêm của động cơ 5 xi-lanh thẳng hàng đã trở thành một vấn đề. Việc sử dụng động cơ 5 xi-lanh của Audi rất hẹp, chỉ được cung cấp trên những chiếc xe có lợi nhuận cao có thể dễ dàng bù đắp chi phí tăng thêm cho pít-tông thứ năm. Audi thậm chí còn chế tạo phiên bản 400 mã lực của động cơ 4 xi-lanh EA888 của VW.

Động cơ 5 xi-lanh ban đầu được dự định là một sự thỏa hiệp, mạnh mẽ hơn động cơ 4 xi-lanh, nhỏ hơn và tiết kiệm hơn động cơ 6 xi-lanh. Ngàynay, nó chỉ là một sự trở lại. Một sự lựa chọn hoàn toàn phi lý cho đặc tính độc đáo trong âm thanh của nó. Không có bất kỳ lý do hợp lý nào cho sự tồn tại tiếp tục của nó, đó là lý do tại sao động cơ 5 xi-lanh đã ngừng hoạt động trên mọi mẫu xe ngoại trừ những mẫu Audi RS này. Tuy nhiên, khi Audi thực hiện quá trình chuyển đổi sang xe điện, động cơ năm xi-lanh sẽ không còn tồn tại lâu nữa trên thế giới này.

Chia sẻ

Tin cũ hơn

Đề nổ từ xa: Tính năng hữu ích nhưng nhiều người vẫn chưa hiểu hết

Tính năng đề nổ từ xa ngày một phổ biến trên xe hơi nhưng ngoài chức năng nổ máy không cần vào trong xe, nhiều người vẫn lo lắng về khả năng an toàn và độ tin cậy của tính năng này

Vì sao động cơ ô tô cần nhiều xy-lanh và thường là số chẵn?

Vậy vì sao động cơ ô tô cần nhiều xy-lanh hơn và số xy-lanh thường phải là số chẵn? Đâu là những điều kiện quyết định những yếu tố trên và tại sao phải tuân

Lịch sử các đời xe Kia Soluto ở Việt Nam và Thế giới

Kia Soluto hay còn gọi là Kia Pegas là chiếc xe tương đối mới mẻ của hãng xe Hàn Quốc, thuộc phân khúc Sedan hạng B và được bán ra tại nhiều thị trường trên thế giới từ 2017, trong đó có Việt Nam (từ 2019). Xe thu hút sự chú ý với thiết kế trẻ trung và năng động và đặc biệt là giá bán cực kỳ cạnh tranh

Tác dụng của túi khí và nguyên lý hoạt động

Túi khí là một hệ thống an toàn hạn chế bổ sung trên xe tác động đến hành khách bên trong nhằm bảo vệ khỏi những chấn thương nghiêm trọng khi có va chạm. Túi khí được thiết kế để phồng lên cực kỳ nhanh, sau đó nhanh chóng xẹp xuống khi va chạm.

Các tính năng ẩn thú vị trên xe ô tô, bạn biết chưa?

Một số tính năng ẩn thú vị trên xe ô tô có thể kể đến như: đề nổ từ xa, hạ kính xe từ xa, cảnh báo áp suất lốp, ga tự động, kiểm soát hành trình,...

Có thể bạn quan tâm

  • Hộp số CVT và những điều bạn cần biết
    Hộp số CVT và những điều bạn cần biết
    Hộp số CVT là tiêu chuẩn mới trên ôtô phổ thông cung cấp trải nghiệm lái xe mượt mà và êm ái hơn so với hộp số tự động truyền thống, tuy nhiên hộp số CVT cũng có những điểm yếu như độ bền kém và chi phí sửa chữa cao hơn so với hộp số truyền thống
  • Hệ thống phanh đĩa và phanh tang trống trên ô tô bạn cần biết
    Hệ thống phanh đĩa và phanh tang trống trên ô tô bạn cần biết
    Phanh có chức năng chính là giúp giảm tốc độ xe ô tô thông qua tác động lên trục bánh xe, có 2 loại hệ thống phanh trên ô tô là phanh đĩa và phanh tang trống được sử dụng phổ biến nhất hiện nay
  • Ý nghĩa của chữ và số ở cần gạt số hộp số tự động
    Ý nghĩa của chữ và số ở cần gạt số hộp số tự động

    Hãy cùng tìm hiểu cụm từ “PRNDL” và tất cả các biến thể của nó, bao gồm các chế độ D1, D2 và D3 để đi tìm ý nghĩa đầy đủ các chữ và số trên cần gạt hộp số tự động. Bạn đã bao giờ tự hỏi những chữ và số trên cần gạt

  • Đèn báo áp suất bánh xe ô tô: 4 thông tin cần nắm rõ
    Đèn báo áp suất bánh xe ô tô: 4 thông tin cần nắm rõ

    Khi đèn báo áp suất bánh xe ô tô hiện lên ở bảng taplo, bạn cần phải làm gì? Đây là một trong những lỗi thường xuyên xuất hiện trên xe ô tô đời mới, và là kỹ

  • Lịch sử ra đời của động cơ VTEC
    Lịch sử ra đời của động cơ VTEC
    VTEC (Variable Valve Timing Lift Electronic Control) là hệ thống biến thiên pha phân phối khí và điều khiển độ nâng van bằng điện tử được phát triển bởi hãng xe ô tô Honda. Chức năng của VTEC là tối ưu hiệu suất động cơ và tăng cao khả năng tiết kiệm nhiên liệu.