1. Giới hạn của tiến bộ công nghệ
Một công nghệ có các tham số thực hiện, biểu hiện một thuộc tính bất kỳ. ví dụ với
động cơ của hơi nước là hiệu suất của chu trình nhiệt, với ơ tơ là tốc độ tính theo
km/h… Tiến bộ cơng nghệ là sự nâng cao những tham số này. Nếu biểu hiện các
tham số này theo trục y, ứng với thời gian theo trục x, ta có một đường cong có
dạng hình chữ S
Hình1: Đường cong chữ S của tiến bộ cơng nghệ
Đường cong chữ S có thể chia làm ba giai đoạn: giai đoạn phôi thai, giai đoạn tăng
trưởng và giai đoạn bão hịa.
Giai đoạn phơi thai được đặc trưng bởi sự tăng trưởng tham số thực hiện chậm, tiếp
theo, các tham số được cải thiện nhanh nhờ các cải tiến. giai đoạn bão hịa bắt đầu
khi cơng nghệ đạt đến giới hạn của nó, ví dụ các giới hạn vật lý.
Đặc trưng chữ S dẫn đến một nhận thức quan trọng “khi một công nghệ đạt tới giới
hạn tự nhiên của nó, nó trở thành cơng nghệ bão hịa và có khả năng bị thay thế hay
loại bỏ”.
2. Động cơ đốt trong
Động cơ đốt trong là một loại động cơ nhiệt, tạo ra công cơ học bằng cách đốt
nhiên liệu bên trong động cơ. Hỡn hợp khơng khí và nhiên liệu được đốt trong xy
lanh của động cơ đốt trong. Khi đốt cháy, nhiệt độ tăng, làm cho khí đốt giãn nở tạo
nên áp suất tác dụng lên một pít tơng, đẩy pít tơng này di chuyển đi. Chuyển động
tịnh tiến của pittơng làm quay trục cơ, sau đó làm bánh xe chuyển động nhờ xích
tải hoặc trục truyền động.
2.1 Động cơ chữ V
Động cơ chữ V là loại động cơ đốt trong mà piston được xếp theo hình chữ V khi
nhìn từ trục khuỷu. Cấu hình chữ V giúp giảm chiều dài và trọng lượng của động
cơ so với động cơ 1 hàng xy-lanh có cùng cơng suất.
Động cơ chữ V đầu tiên ra đời vào năm 1888, là sản phẩm của Gottlieb Daimler và
Wilhelm Maybach. Động cơ có góc V (góc giữa 2 hàng xy-lanh) bằng 170C, dung
tích 1050 cc, tạo cơng suất 4 mã lực tại 900 vịng/phút.
2.2 Động cơ V4
Động cơ V4 là loại động cơ chữ V có 4 xy-lanh. Ra đời vào năm 1922 trên xe hơi
của Lancia. Động cơ V4 đầu tiên có khoảng chạy piston dài 120 mm, với trục cam
đơn được lắp trên đầu xi-lanh. Sau đó, loại V4 cải tiến với hai lựa chọn dung tích
1633 cc và 1996 cc đã được Ford trang bị cho mẫu xe Ford Essex. Vào năm 1962,
Ford giới thiệu mẫu động cơ V4 một trục cân bằng trên mẫu xe Ford Taunus. Từ đó
trở đi, động cơ V4 ngày càng trở nên phổ biến trên nhiều mẫu xe của các hãng khác
nhau.
2.3 Động cơ V6
Động cơ V6 là loại động cơ đốt trong với 6 xy lanh xếp theo hình chữ V. Đây là
loại động cơ được dùng phổ biến thứ hai trong tất cả các mẫu xe hiện đại, sau động
cơ 4 xy lanh thẳng hàng. Nó rất phù hợp với các mẫu xe dẫn động cầu trước hiện
nay, và ngày càng trở nên phở biến hơn khi xe hơi có xu hướng có trọng lượng lớn
hơn.
Động cơ V6 đầu tiên được công ty Lancia giới thiệu năm 1924, nhưng không để lại
ấn tượng gì đặc biệt. Đến năm 1950, động cơ này lại xuất hiện với mẫu xe Lancia
Aurelia, dần dần V6 càng trở nên phổ biến hơn. Thiết kế của V6 cũng được cải tiến
nhanh chóng, đặc biệt sau khi mẫu Buick Special được tung ra thị trường năm
1962. Đây là lần đầu tiên, động cơ V6 được sản xuất hàng loạt. Năm 1983, Nissan
sản xuất động cơ V6 đầu tiên tại Nhật cho dòng VG series.
Động cơ V8
Động cơ V8 là động cơ V có 8 xy lanh, rất phổ biến trong các mẫu xe hơi cơng suất
lớn. Động cơ V8 thường có dung tích từ 4 đến 8.5 lít.
Động cơ V8 đầu tiên do Rolls Royce phát triển, đó là động cơ 3.5 lít dành cho mẫu
Rolls Royce Legalimit. Tuy nhiên, động cơ này được sản xuất hàng loạt lần đầu
tiên bởi hãng Cadillac. Cho đến nay, hãng này đã sản xuất 8 thế hệ động cơ V8,
trong đó thế hệ động cơ Cadillac V8 đầu tiên là Type 51. Type 51 được sản xuất
năm 1914, là động cơ tiêu chuẩn cho các mẫu xe Cadillac của năm 1915. So với
động cơ L-head, V8 Type 51 có những điểm mới mẻ riêng như hệ thống làm mát
bằng nước được điều khiển nhiệt tĩnh hay phần động cơ, ly hợp và hộp số hợp lại
thành một khối riêng. Trong chiến tranh thế giới I, Ủy ban Chiến tranh của Mỹ đã
mua hơn 2000 động cơ V8 tiêu chuẩn của Cadillac để sử dụng tại châu Âu.
Động cơ V8 phát triển bởi một hãng xe hơi Pháp, Count De Dion Bouton. Tại thị
trường Mỹ. nó được coi như một sự đổi mới, nhưng về nguyên lý hoạt động vẫn
khơng có gì mới mẻ. Động cơ V8 mới của Cadillac nhẹ hơn so với động cơ 4 xy
lanh thế hệ trước đó. Xe có gắn động cơ này có thể đạt tốc độ 90-100km/h.
Tới năm 1923, động cơ này được phát triển thêm với công suất lớn hơn, 83,5 mã
lực. Khi đó, động cơ L-head được đánh giá là một trong 10 động cơ tốt nhất của thế
kỷ 20.
Cadillac sản xuất loại động cơ V8 mới, động cơ 341 cho năm 1928 có cơng suất 90
mã lực. Cùng năm đó, hộp số đờng bộ ra đời. Động cơ 341 được trang bị cho các
mẫu xe thuộc series 341 và 341B năm 1928 và 1929. Trong 5 năm, từ năm 1930
đến 1935, Cadillac lại tung ra phiên bản động cơ mới với dung tích 5,8lít.
2.4 Động cơ V10
Động cơ V10 gồm 10 xy lanh xếp thành hai hàng, mỡi hàng 5 chiếc. Về hình dáng,
10 xy lanh của động cơ không được thiết kế cân bằng như động cơ V6. 10 xy lanh
chỉ cân bằng với đối trọng trục khuỷu như động cơ Vee 90 độ (của mẫu BMW M5
hay Dodge Viper), hoặc với một trục thăng bằng như động cơ 72 độ.
Tuy nhiên, V10 không được sử dụng phổ biến cho xe hơi như động cơ V12, tuy hơi
phức tạp nhưng chạy êm hơn. Còn động cơ V8 không quá phức tạp nhưng tiết kiệm
nhiên liệu hơn. Từ năm 1994, động cơ V10 đã được đưa vào sử dụng trong mẫu
Dodge Ram.
2.5 Động cơ V12
Về cơ bản, V12 là động cơ có 12 xy lanh, cũng giống như động cơ V6 với 6 xy
lanh thẳng hàng, cấu trúc của loại động cơ này vốn tự cân bằng nên không cần
dùng đến trục thăng bằng.
Động cơ V12 đầu tiên được sử dụng vào năm 1912 cho model Packard “Double
Six”, nhưng trước chiến tranh thế giới II, nó đã được trang bị cho nhiều mẫu xe hơi
đắt tiền của Cadillac, Packard, Lincoln, Franklin, Rolls Royce và Hispano Suiza.
Sau chiến tranh thế giới II, khi động cơ V8 trở nên phở biến hơn thì V12 khơng cịn
được ưa chuộng tại Mỹ nhiều như trước nữa. Những chiếc xe thể thao của các hãng
xe Ý như Ferrari và Lamborghini lại chỉ sử dụng động cơ V12 cho các mẫu xe công
suất cao của họ. Hãng xe Jaguar đã phát triển động cơ V12 và liên tục sử dụng
động cơ này từ năm 1971 đến 1997.
Đường cong tiến bộ công nghệ
Hiện nay, tại Việt Nam cũng như trên thế giới, động cơ chữ V rất phổ biến để
ứng dụng sản xuất ô tô; phổ biến nhất là động cơ V4 và V6 được ứng dụng trong
sản xuất ô tô con và V8 được sử dụng trong sản xuất ô tô tải. Đường cong tiến bộ
công nghệ của động cơ chữ V hiện nay đã qua giai đoạn phôi thai và đang trong
giai đoạn tăng trưởng, chưa tới giai đoạn bão hòa.
Tài liệu tham khảo:
• Lý thuyết động cơ đốt trong của PGS. TS Phạm Minh Tuấn, NXB Khoa học
và kỹ thuật, năm 2005
• Nguyên lý động cơ đốt trong của TS Nguyễn Thành Lương, NXB Khoa học
và kỹ thuật, năm 2007
• Website />