Trục khuỷu động cơ V8 đại khái được chia thành hai loại, một loại là trục khuỷu chéo và loại còn lại là trục khuỷu phẳng. Sự khác biệt lớn nhất là góc giữa hai trục khuỷu là 90 độ thay vì 180 độ. Động cơ V8 trục khuỷu mặt phẳng có kết cấu đơn giản, quán tính nhỏ, tạo điều kiện cho động cơ đạt số vòng tua và phản ứng cao, có độ rung siêu lớn...

Có hai khái niệm về dao động cơ học của động cơ: dao động bậc một và dao động bậc hai.

Ví dụ. máy ba xi-lanh

Tại bất kỳ thời điểm nào khi trục khuỷu quay, không những số piston lên xuống luôn thay đổi mà chiều chuyển động của các piston xi lanh 1 và xi lanh 3 luôn ngược chiều nhau khiến cho động cơ không những dao động lên xuống mà còn dao động tới lui. Nếu bạn muốn sử dụng nó trên ô tô sản xuất hàng loạt thì phải trang bị trục cân bằng, nếu không bạn có thể dùng nó để lái một món đồ chơi điện. Như người ta vẫn nói: ba xi-lanh đã gây chấn động thế giới.

Nhưng máy bốn xi-lanh thông thường

Có vẻ như hai xi lanh chuyển động lên trong khi hai xi lanh chuyển động xuống. Đây có phải là một động cơ hoàn hảo?

Lấy một nửa động cơ 4 xi-lanh ra để phân tích riêng, không khó nhận thấy do cấu hình hình học của thanh nối trục khuỷu nên tốc độ của piston hướng lên luôn nhanh hơn tốc độ của piston hướng xuống, gây ra hiện tượng động cơ dao động lên xuống theo chu kỳ 180 độ của trục khuỷu. .

Giải pháp? Trục cân bằng quay nhanh gấp đôi trục khuỷu. Có thể nói, sau khi Mitsubishi lần đầu tiên áp dụng trục cân bằng kép vào động cơ 4 đoạn sản xuất hàng loạt vào những năm 1970, loại động cơ này thực sự đã có tương lai.

Tuy nhiên, trục khuỷu của động cơ bốn xi-lanh đời đầu thậm chí còn không có đối trọng. Ngoài các vấn đề về quá trình gia công lúc bấy giờ, tốc độ động cơ còn thấp hơn so với động cơ diesel hiện nay.

Vì vậy vào những năm 1910, các nhà thiết kế của Cadillac và Ford muốn giải quyết vấn đề rung lắc thông qua góc 90 độ và đối trọng. (Nhưng trên lý thuyết thì trục phẳng không cần thiết kế này)

Van bên V8 và trục khuỷu phẳng đơn giản lúc bấy giờ

Ưu điểm của động cơ góc 90° là trọng lượng cân bằng trên trục khuỷu có thể được sử dụng để bù lại mômen rung được tạo ra do chuyển động của piston trong một hàng xi lanh khác. Nguyên lý này áp dụng cho động cơ kiểu chữ V góc 90 độ có nhiều cặp xi lanh.

Ví dụ, khi hình trụ phía trên di chuyển lên trên thì đối trọng sẽ di chuyển xuống dưới. Trong khi quay ngược chiều kim đồng hồ, tốc độ của đối trọng hướng về phía dưới bên phải sau khi quay lúc 6 giờ, nhưng piston di chuyển từ phải sang trái sẽ phản tác dụng khoảnh khắc này.

Nhưng đến những năm 1920, tốc độ động cơ tăng lên, vấn đề rung động thứ cấp ngày càng lộ rõ ​​nên hầu hết động cơ V8 sản xuất hàng loạt bắt đầu được trang bị trục khuỷu chéo.

Sự khác biệt lớn nhất giữa trục khuỷu chéo (trên) và trục khuỷu phẳng (dưới) là góc giữa hai trục khuỷu là 90 độ thay vì 180 độ. Trục khuỷu máy bay V8 sẽ gặp vấn đề rung động thứ cấp tương tự như động cơ 4 xi-lanh thẳng hàng, và khoảng cách 90 độ giữa hai hàng xi-lanh cũng sẽ khiến rung động 180 độ chồng lên nhau. Trục khuỷu chéo là do sự chênh lệch giữa hai bộ trục khuỷu cách nhau 180 độ là 90 độ thay vì 180 độ. Tần số rung động thứ cấp chỉ bằng một nửa trục khuỷu phẳng và biên độ giảm đi rất nhiều.

Bạn có nhớ ưu điểm của động cơ 90 độ không? Vấn đề được giải quyết sau khi thêm đối trọng

Nhưng ở đây có vấn đề. Vì mỗi hàng xi-lanh có hai lần đánh lửa ở điểm chết trên với khoảng cách 90 độ nên cho dù trình tự đánh lửa được sắp xếp như thế nào thì mỗi hàng xi-lanh sẽ có hai lần đánh lửa ở các khoảng cách 90 độ, dẫn đến ảnh hưởng nghiêm trọng đến khí thải (nghĩa là, Động cơ V8 nói chung cũng tương tự như nguyên nhân gây ra tiếng ồn khí thải từ máy móc nông nghiệp).

Vì vậy, để tăng khả năng quét ở tốc độ thấp, động cơ V8 dân dụng thông thường sẽ thiết kế một ống cân bằng loại H hoặc loại X ở giữa ống xả và tận dụng sự chênh lệch áp suất giữa hai ống xả để giảm ảnh hưởng của nhiễu khí thải.

Một số động cơ V8 tập trung vào hiệu suất sử dụng thiết kế rối hơn. Ví dụ, ống xả của Ford GT nối xi lanh đánh lửa liền kề với ống xả ở phía bên kia. Hơn nữa (chiếc BMW điên cuồng) không ngần ngại xả hết ống xả. Đo vào bên trong chữ V để sử dụng các ống xả phức tạp hơn

Vì vậy trục khuỷu chéo không phải là điều tốt cho động cơ hiệu suất cao. Tuy độ rung nhỏ nhưng đối trọng nặng khiến quán tính bên trong của động cơ quá lớn, không có lợi cho phản ứng nhạy của động cơ và hiện thực hóa tốc độ cao, chưa kể đến việc giảm trọng lượng. Ngoài ra, sự can thiệp của khí thải cũng là điều cấm kỵ lớn của động cơ hiệu suất. Vì thế động cơ V8 hiệu suất cao của châu Âu vẫn nhất quyết sử dụng trục khuỷu phẳng.

Trục khuỷu máy bay V8 về cơ bản hàn hai số 4 thẳng lại với nhau. Vì các piston chạy lên và xuống luôn đi theo cặp nên sẽ không xảy ra vấn đề rung động sơ cấp, nhưng rung động kép thứ cấp phải yêu cầu trục cân bằng nặng hơn. Để giải quyết. Việc bổ sung trục cân bằng làm tăng khối lượng và mô men quán tính, vì vậy những động cơ hiệu suất này sử dụng piston hành trình ngắn và kết cấu chắc chắn hơn để xử lý các triệu chứng chứ không phải nguyên nhân cốt lõi nhằm giảm thiểu những rung động này.

Trình tự bắn của trục khuỷu máy bay V8 rất đơn giản, không có vấn đề gì khi trục khuỷu V8 và xi lanh xả lần lượt được đánh lửa. Các hình trụ hoạt động luôn là trái-phải-trái-phải-trái-phải-trái-phải..., thay vì trái-phải-trái-trái-phải-trái-phải-phải như trục chéo, vì vậy có không có hàng Đối với các vấn đề về nhiễu không khí, bạn có thể sử dụng các ống xả có chiều dài bằng nhau thông thường để tăng công suất ở số vòng quay cao.

Trục chéo

Ưu điểm: độ rung thấp và vận hành êm ái

Nhược điểm: trọng lượng nặng, quán tính lớn, cản trở khí thải

Trục phẳng

Ưu điểm: kết cấu đơn giản, quán tính thấp, tốt cho tốc độ cao và phản ứng của động cơ

Nhược điểm: độ rung lớn