Trong ngành công nghiệp xe hơi, việc thiết kế vị trí đặt động cơ, hộp số, hệ thống truyền động… được các hãng xe nghiên cứu khá kỹ, bởi nó ảnh hưởng trực tiếp đến chi phí sản xuất, độ phức tạp, phân bổ trọng lượng hay mục đích sử dụng của chiếc xe.
Phần lớn ô tô cá nhân trên thế giới có động cơ đặt trước, và hầu hết chúng ta đều mặc định với suy nghĩ rằng, mở nắp ca-pô trước của xe lên sẽ nhìn thấy động cơ. Tuy nhiên, trong một số trường hợp bạn bất ngờ khi thấy một “tay chơi” mở nắp trước chiếc xe tuyệt đẹp lên và xách ra túi hành lý!
Đó gần như chắc chắn là một chiếc xe có động cơ đặt sau, dẫn động cầu sau hoặc 4 bánh, thuộc dòng thể thao tính năng cao, 2 cửa, 2 chỗ hoặc có thể là 2 2 chỗ, một chiếc xe có động cơ đặt sau, đi kèm với hệ dẫn động cầu sau hoặc hai cầu, Ferrari 458, 488, Porsche 911, Porsche Cayman/Boxster, Audi R8, Bugatti Veyron, Bugatti Chiron, Lamborghini Aventador, Lamborghini Huracan, Pagani Zonda, Pagani Huayra, Alfa Romeo 4C… Đều là những chiếc xe có động cơ đặt sau, nó mang trong mình “dòng máu” của một chiếc xe thể thao tính năng cao thực thụ.
Trong khi phần lớn ô tô phổ thông như Honda Civic, Mazda6, Toyota Vios, Mazda 3, Hyundai Accent,.. có động cơ đặt trước, thì những chiếc như siêu xe Lamborghini Aventador, Pagani Huayra, Bugatti Veyron, Audi R8, Porsche 911 đều là những chiếc xe có động cơ đặt sau. Tại sao lại có sự khác biệt như vậy?
Xe ô tô có động cơ nằm phía sau và phía trước tại sao?
Động cơ ô tô đặt phía trước
Động cơ đặt phía trước, dưới nắp ca-pô khá phổ biến. Ở vị trí này, trọng lượng động cơ lớn giúp bảo vệ người lái nếu chẳng may xảy ra va chạm. Động cơ được làm mát và bảo dưỡng dễ dàng hơn trong quá trình vận hành. Ngoài ra, khả năng đi qua cua an toàn hơn khi một chiếc xe có động cơ đặt trước.
Động cơ phía trước và nằm ngang
Đây là vị trí thường thấy nhất, các bạn chỉ cần mở nắp capo lên, 90% xe ô tô có mô tơ đặt tại vị trí này. Ưu điểm của động cơ nằm ngang là giúp xe nhỏ gọn hơn đồng thời cho phép mở rộng tối đa khoang hành khách, nhỏ gọn hơn cũng đồng nghĩa tiết kiệm hơn vì vậy kiến trúc này được sử dụng trên phần lớn các xe phổ thông.
Nhược điểm của động cơ nằm ngang là không thể lắp 1 động cơ lớn hơn do sẽ khó mở rộng xe hơn là làm cho xe dài ra. Động cơ nhỏ hơn đồng nghĩa với công suất nhỏ hơn và vì vậy không phải là món ăn ưa thích của các tín đồ xe sang hay xe thể thao.
Bên cạnh đó, các xe có cấu trúc động cơ nằm ngang thường là xe dẫn động cầu trước. Nhược điểm của xe cầu trước là không thể tăng tốc qúa nhanh vì các bánh xe cần phải bám mặt đường để giúp bạn điều khiển hướng lái. Thêm 1 nhược điểm nữa là phân bố trọng lực sẽ thiên về phía đầu xe vì vậy khi vào cua sẽ dễ bị văng đuôi, tuy điều này ngày nay có thể được giảm thiều nhiều bằng cách sử dụng hệ thống cân bằng điện tử ESP.
Động cơ phía trước và nằm dọc
Động cơ cũng như hộp số được đặt thẳng hàng theo chiều dài xe, đây mặc định là cấu hình động cơ cho các dòng xe cao cấp, vì vậy khi bạn mở nắp capo của 1 chiếc Audi, BMW hay Mercedes mà động cơ không nằm dọc thì chắc chắn đây là hàng “nhái”. Cấu hình nằm dọc nhằm tối ưu liên kết giữa hộp số với trục cắt đăng và vì vậy thích hợp xe dẫn động cầu sau (Lưu ý là vẫn có những dòng xe như Audi A4 có động cơ đặt dọc nhưng dẫn động cầu trước). Đới với các xe BMW và Mercedes, xe 1 cầu là xe dẫn động cầu sau, các biến thể dẫn động 2 cầu (4Matic / Xdrive) được lắp thêm 1 trục láp phụ nối từ hộp số ngược lên 2 bánh trước.
Ứu điểm của động cơ đặt dọc là phân bố trọng lực tốt hơn theo chiều dài của xe. Hơn nữa có thể lắp 1 động cơ cũng như hộp số có kích thước lớn hơn vì có nhiều khoảng trống hơn là cấu hình nằm ngang. Đối với các garage, sẽ dễ dàng thay dây curoa hơn vì chúng ở ngay trước mặt (trừ trường hợp của vài mẫu BMW dây curoa lại được lắp ở phía sau, cũng dễ hiểu vì sao BMW lại sử dụng xích trên các mẫu xe này)
Động cơ đặt phía sau
Động cơ đặt phía sau làm tăng tải trọng lên các bánh xe phía sau, tạo cho chiếc xe có độ bám đường tốt hơn. Động cơ đặt phía sau phổ biến trên xe nhỏ, đặc biệt xe thể thao và siêu xe. Động cơ đặt phía sau cũng chiếm nhiều không gian hơn, nên khoang hành lý thường được thiết kế ở mui xe. Hệ thống làm mát đối với kiểu đặt động cơ này cũng gặp nhiều khó khăn hơn so với động cơ đặt phía trước.
Động cơ “đặt sau” hiểu nôm na là loại động cơ được đặt phía sau ghế lái, khác với những dòng xe phổ thông thường đặt động cơ trước đầu xe. Cụ thể hơn, động cơ đặt sau ghế lái còn chia làm hai loại khác là: động cơ đặt sau và động cơ đặt giữa.
Trong đó, động cơ đặt giữa sẽ ở sau ghế lái nhưng vẫn ở trước cầu sau. Loại còn lại là động cơ đặt sau đúng nghĩa sẽ nằm hoàn toàn ở phía sau cầu sau như chiếc : Porsche 911. Vậy đâu là lý do mà các dòng xe thể thao thường sử dụng cấu hình động cơ đặt sau khác hẳn với phần còn lại của thế giới xe.
Vì sao xe thể thao thường có động cơ đặt sau?
Khả năng tăng tốc
Khi xe tăng tốc nhanh, quán tính khiến trọng lượng của xe dồn lên cầu sau. Trọng lượng này giúp chiếc xe có độ bám đường tốt hơn và tăng tốc nhanh hơn. Nếu chiếc xe có khối động cơ đặt phía sau, tổng trọng lượng đặt lên cầu sau sẽ lớn hơn khi khối động cơ đặt phía trước, kết hợp với hệ dẫn động cầu sau sẽ tận dụng được tối đa độ bám đường của các bánh xe phía sau và chiếc xe có khả năng tăng tốc nhanh nhất có thể.
Bên cạnh đó, nếu động cơ đặt phía trước đầu xe khiến lực quán tính lớn ảnh hưởng đến quá trình vào cua và dẫn đến hiện tượng văng đầu xe khi chuyển hướng một cách nhanh chóng.
Vì vậy, các siêu xe thể thao có động cơ đặt sau để tăng khả năng bám cho cầu sau của xe khi tăng tốc và khử đi lực quán tính dẫn đến văng đầu xe khi vào cua ở tốc độ cao.
Dễ dàng vào cua ở tốc độ cao
Siêu xe thể thao không được sinh ra để chạy chậm. Nếu nhà sản xuất đặt động cơ của siêu xe ở phía trước, khi xe vào cua dễ dàng bị hiện tượng thiếu lái (understeer). Understeer rất dễ gặp trên các xe có động cơ đặt ở phía trước, hiện tượng này hiểu đơn giản là khi tài xế bẻ lái xe sẽ không đi theo ý muốn mà có xu hướng đi thẳng chệch ra hướng ngược lại của cua.
Động cơ đặt hoàn toàn ở phía sau dẫn đến quán tính phần đuôi xe tăng lên đáng kể. Điều này dẫn đến chiếc xe rất dễ bị văng đuôi khi vào cua ở tốc độ cao. Tuy nhiên, các hãng sản xuất xe thể thao lại chế ngự, kiểm soát và tận dụng yếu tố này để chiếc xe có khả năng vào cua nhanh hơn ở tốc độ cao.
Bên cạnh đó, khả năng văng đuôi xe lại là yếu tố được ưa thích đối với những tay lái “lụa”, giàu kinh nghiệm và thích trải nghiệm, biểu diễn đối với xe hơi. Điều này giúp các tài xế xe đua chuyên nghiệp có thể dễ dàng tạo ra những cú drift xe mang lại cảm giác phấn khích.
Cắt giảm các chi tiết
Việc bố trí động cơ ở phía sau cũng giúp các nhà sản xuất xe có thể giảm bớt một số chi tiết trong hệ truyền động, vì không cần tới một số chi tiết như trục các đăng truyền dẫn lực từ cầu trước ra cầu sau.
Việc cắt giảm các chi tiết không chỉ giúp nhà sản xuất giảm giá thành mà còn giúp giảm khối lượng của xe, một yếu tố quan trọng đối với xe thể thao.
Vậy tại sao hầu hết các xe ô tô có động cơ ở phía trước?
Chi phí sản xuất:
Chi phí sản xuất luôn được ưu tiên. Nếu động cơ được đặt ở phía sau, nó sẽ khiến hệ thống truyền lực đòi hỏi một cơ chế phức tạp hơn để vận hành tốt với hệ thống lái. Động cơ phía trước dễ dàng kết nối với các liên kết điều khiển như ly hợp và chân ga.
Làm mát động cơ:
Chúng ta đều biết rằng động cơ cần được làm mát để có thể hoạt động bình thường. Nếu động cơ quá nóng, sớm hay muộn thì chiếc xe cũng sẽ bị hỏng. Hầu hết các xe ô tô hiện đại được trang bị công nghệ cảm biến sẽ cảnh báo khi vượt qua giới hạn nhiệt độ xác định. Động cơ ở phía trước cho hiệu quả làm mát tốt hơn vì nó tiếp xúc trực tiếp với không khí, rất lý tưởng cho một bộ tản nhiệt. Điều đó tạo ra sự khác biệt trong việc kiểm soát nhiệt độ động cơ.
Xử lý và vận hành xe
Những chiếc xe có động cơ phía sau có thể gây ra tình trạng lái quá mức xảy ra đột ngột hơn và cần có phản xạ nhanh thông qua việc đánh tay lái, không phải là điều mà một người có kỹ năng lái xe trung bình có thể làm được. Hậu quả tai nạn cũng không thể đoán trước vì bạn có thể sẽ gặp một chướng ngại vật ở bên cạnh, hoặc phía sau, hoặc thậm chí lật xe. Mặt khác, tình trạng thiếu lái xảy ra khi bạn quay vô lăng và xe không quay đầu như mong đợi, thường là do bạn đi quá nhanh.
Phân bổ trọng lượng
Phân bổ trọng lượng lý tưởng là 50/50 giữa 2 cầu xe trước và sau, nhưng thực tế không như vậy. Đặc biệt là xe tải, chúng thường là cầu trước/cầu sau = 30/70. Vì vậy nên động cơ ở phía trước giúp cải thiện phân bố tải trọng. Nó rất quan trọng vì liên quan đến khả năng bám và lực phanh.
An toàn:
Trong một vụ va chạm trực diện với xe động cơ phía trước, khối động cơ có thể là rào cản giúp hấp thụ một phần năng lượng va chạm trước khi chúng tác động tới khoang hành khách. Trên thực tế tai nạn va chạm trực diện giữa hai xe ô tô thường hay xảy ra nhiều nhất.
Trong khi đó, động cơ đặt sau thường có xu hướng trượt về phía trước theo quán tính khi ô tô bị dừng đột ngột. Hành khách có thể bị thương khi động cơ phá vỡ cấu trúc đuôi xe và lao vào cabin.
