Thiết kế boong hở và boong kín, cái nào tốt hơn?

Ngày nay, phần thân máy của động cơ đốt trong rất đa dạng trong thiết kế, cũng như cách gia cố và vật liệu. Tuy nhiên, dù có khác nhau như thế nào đi nữa thì vẫn luôn có một vài chi tiết mà thân máy của tất cả động cơ đều có.

Cụ thể, nằm ở phần đỉnh thân máy là phần boong (deck). Hiện có một vài kiểu thiết kế boong phổ biến, đó là: boong hở (open deck), boong nửa hở (semi-open deck) và boong kín (closed deck). Chúng ta biết rằng, boong máy là bề mặt tiếp xúc giữa nắp máy và thân máy. Nhiệm vụ của nó là cung cấp một bề mặt vững chãi để nhà sản xuất lắp đặt nắp máy.

Bên cạnh đó, phần boong máy còn cho phép dung dịch làm mát lưu thông quanh ống lót xi lanh và đi lên trên phần nắp máy. Trong bài viết này, chúng ta sẽ cùng so sánh những ưu và nhược điểm của các thiết kế boong máy phổ biến nói trên.

1. Những đặc điểm cơ bản của các kiểu thiết kế boong máy

Như đã đề cập ở trên, hiện có 3 dạng thiết kế boong máy chính là: boong hở, boong nửa hở và boong kín. Các kiểu thiết kế boong này được đặt tên theo cách mà dung dịch làm mát lưu thông quanh ống lót xi lanh và nắp máy.

Cụ thể, đúng như tên gọi của nó, boong hở là kiểu thiết kế mà trong đó, khoảng cách giữa ống lót xi lanh và thành thân máy là hoàn toàn hở. Với thiết kế boong hở, các khe dẫn dung dịch làm mát được đúc trực tiếp với phần boong máy.

Điểm lợi của kiểu thiết kế này nằm ở việc nó giúp cải thiện hiệu quả làm mát động cơ và giảm các điểm nóng tại ống lót xi lanh. Tuy nhiên, độ cứng và độ bền của phần boong máy do vậy cũng bị giảm đi.

Thiết kế boong kín trái ngược hoàn toàn với boong hở. Đối với boong kín, giữa ống lót xi lanh và thành thân máy gần như không có khe hở. Trên bề mặt boong máy của kiểu động cơ với thiết kế boong kín chỉ có các khe hở dành cho đinh ốc nắp máy, kênh lưu thông dung dịch làm mát, kênh cung dầu và kênh trả dầu.

Như đã nói ở trên, phần ống lót xi lanh và boong máy là một khối đồng nhất. Do đó, kiểu thiết kế này thường được bắt gặp trên các động cơ sắt đúc và động cơ hiệu suất cao với thân máy bằng nhôm.

Cuối cùng, thiết kế boong nửa hở là sự kết hợp giữa boong kín và boong hở, đồng thời mỗi kiểu boong nửa hở lại khác nhau hoàn toàn. Tuy vậy, nhìn chung thì thiết kế boong nửa hở trông khá giống với boong hở, trừ việc vẫn có các đoạn nối giữa ống lót xi lanh và thành thân máy. Tất nhiên, vị trí các điểm nối này là tùy thuộc vào mỗi loại động cơ.

2. Kiểu thiết kế boong máy nào cứng cáp hơn?

Không nói chắc bạn cũng có thể đoán ra, rằng động cơ boong kín dĩ nhiên là cứng nhất. Điều này là rất dễ nhận ra bởi vì thiết kế boong kín sử dụng nhiều vật liệu hơn, đồng thời không có nhiều khe hở như thiết kế boong hở. Tuy nhiên, điều này cũng không có nghĩa là động cơ boong hở không hề cứng cáp.

Minh chứng rõ nhất cho kết luận này là việc rất nhiều xe hiệu suất cao ngày nay sử dụng động cơ có thiết kế boong hở. Các ví dụ điển hình bao gồm các động cơ K20A và K20C của Honda, động cơ N54 và N55 của BMW và động cơ 2.3L Ecoboost của Ford. Trái ngược với những động cơ này, các động cơ S55 và B58 của BMW, hay VR38 của Nissan lại sử dụng thiết kế boong kín.

Từ những ví dụ trên, ta thấy được rằng các động cơ hiện đại về cơ bản sử dụng cả hai kiểu thiết kế boong máy. Tuy nhiên, nếu xét đến các động cơ đời cũ như 2JZ của Toyota, RB26 và SR20 của Nissan, 4G63 của Mitsubishi... thì nhìn chung, các động cơ tăng áp đời cũ đều sử dụng thiết kế boong kín. Trong khi đó, động cơ tăng áp hiện đại lại sử dụng cả hai kiểu thiết kế.

Nhưng nếu động cơ boong kín là cứng cáp hơn, vậy tại sao các hãng sản xuất xe hơi ngày nay lại vẫn sử dụng thiết kế boong hở (bên cạnh boong kín), đặc biệt là với động cơ tăng áp? Câu trả lời rõ ràng nhất nằm ở 2 yếu tố: chi phí sản xuất và hiệu suất nhiệt.

3. Chi phí sản xuất của các loại boong máy

Một trong những điểm yếu lớn của động cơ boong kín là giá thành sản xuất cao (hơn so với quá trình sản xuất động cơ boong hở). Tất nhiên, nếu chỉ sản xuất một hoặc một vài động cơ thì sự chênh lệch là không đáng ngại. Tuy nhiên, nếu là sản xuất hàng loạt, chắc chắn các hãng sẽ có thể tiết kiệm được một khoảng tiền đáng kể với động cơ boong hở.

Thậm chí, không chỉ có giá thành sản xuất thấp hơn mà động cơ boong hở vẫn có thể trở nên cứng hơn cả động cơ boong kín. Lý do là bởi vì các hãng sản xuất động cơ ngày nay đã có trong tay nhiều loại vật liệu, kỹ thuật đúc và thiết bị hiện đại.

Trước đây, nhiều thợ độ từng than phiền rằng các ống lót xi lanh của động cơ boong hở rất dễ bị “xé toạc” khi độ tăng áp. Thế nhưng, giờ đây vấn đề này gần như đã không còn xuất hiện. Thân máy với kế cấu boong hở của động cơ tăng áp hiện nay có thể chịu được mức công suất lớn, do đó việc sản xuất động cơ boong kín (với chi phí sản xuất cao hơn) đã không còn là lựa chọn ưu tiên của nhiều hãng sản xuất động cơ.

Ngoài ra, thiết kế boong hở cũng giúp tối ưu hóa hiệu suất nhiệt cho động cơ. Vì vấn đề quản lý nhiệt là một phần rất quan trọng của một khối động cơ, nhiều nhà sản xuất đã chọn lựa thiết kế boong hở.

4. Hỏng ống lót xi lanh – nhược điểm của boong hở

Rõ ràng, khu vực mà động cơ được hưởng lợi từ thiết kế boong hở (hoặc boong nửa hở) là phần trên của thân máy, xung quanh ống lót xi lanh. Nếu tăng áp suất nạp một cách đáng kể cho những khối động cơ, phần xung quanh ống lót xi lanh chắc chắn sẽ là nơi chịu rủi ro hỏng hóc đầu tiên.

Bởi vì lượng lớn áp xuất nạp và quá trình nổ diễn ra bên trong ống lót xi lanh và phần trên của thân máy, cho nên trong động cơ có thiết kế boong hở rất dễ gặp phải tình trạng nứt lốc máy. Ngược lại, động cơ boong kín được gia cố bởi thành thân máy, cho nên quá trình tăng áp suất nạp khó có thể gây ra vấn đề này.

Dù cho ống lót xi lanh và thân máy có không nứt đi chăng nữa, thì động cơ boong hở khi được tăng áp suất nạp vẫn có thể gặp phải hiện tượng biến dạng ống lót xi lanh. Vấn đề này cũng kéo theo hàng loạt nguy cơ tiềm ẩn khác và có thể gây hư hỏng động cơ trầm trọng.

5. Lựa chọn thân máy boong nửa hở thì sao?

Tóm lại, thiết kế boong kín đương nhiên cho ra một khối thân máy cứng cáp và vững chãi hơn là thiết kế boong hở, đơn giản là bởi vì thiết kế boong kín có nhiều vật liệu hơn, với một cấu trúc toàn vẹn hơn. Tuy nhiên, như đã được đề cập ở trên, thiết kế, vật liệu và phương pháp sản xuất hiện đại đã giúp cho thân máy boong hở đạt được độ cứng tiệm cận với với thân máy boong kín.

Ngoài ra, điểm mạnh của thân máy boong hở là chúng có chi phí sản xuất thấp hơn. Đồng thời, với một số dòng động cơ nhất định, các nhà sản xuất lại không yêu cầu thân máy phải quá cứng. Đây là lý do chúng vẫn còn được sử dụng cho tới ngày nay.

Dù vậy, nếu cần phải độ công suất cho động cơ với mức áp suất lớn bên trong buồng đốt hay ống lót xi lanh thì về mặt lý thuyết, bạn vẫn nên chọn thân máy boong kín.

Bên cạnh đó, thân máy nửa hở cũng là một lựa chọn. Dạng thiết kế này cho phép động cơ hưởng lợi từ cả hai kiểu thiết kế mà chúng ta phân tích ở trên. Điều quan trọng mà chúng ta cần hiểu là khi lựa chọn động cơ, thiết kế boong máy cũng chỉ là một trong nhiều yếu tố quyết định độ cứng vững.

6. Chuyển đổi sang thiết kế boong kín

Để tăng độ cứng cho thân máy boong hở, chúng ta cũng có thể chuyển đổi nó thành dạng thân máy boong kín. Công việc này được thực hiện bằng cách lắp đặt thêm các tấm kim loại gia cố tại khe hở giữa ống lót xi lanh và thành thân máy.

Tất nhiên, những tấm kim loại gia cố này được đục lỗ để tạo điều kiện cho dung dịch làm mát lưu thông (tương tự như động cơ thân máy boong kín). Việc lắp đặt những tấm kim loại gia cố được thực hiện bằng cách ép các tấm vào khe hở sao cho chúng không lung lay và dịch chuyển. Nếu các tấm này không được cố định chắc chắn, chúng sẽ không thể gia cố phần thân máy được.

7. Vậy thiết kế boong máy nào tốt hơn?

Câu trả lời cho câu hỏi này tùy thuộc vào ứng dụng của động cơ mà bạn sử dụng là gì. Nếu bạn muốn độ một khối động cơ lên con số công suất cao thì thân máy boong kín sẽ là phù hợp hơn.

Bên cạnh đó, một số động cơ với thân máy boong hở nay đã có thể chịu được lượng công suất lớn (mà không gặp phải bất kỳ vấn đề gì). Nhưng điều quan trọng cần luôn ghi nhớ là ngoài phần thân máy, nhiều khu vực khác trên động cơ vẫn có thể hỏng hóc khi tăng công suất. Do đó, động cơ boong hở sẽ là phù hợp hơn với mức áp suất nạp vừa phải.

Vậy bạn thích kiểu thiết kế boong máy nào hơn? Hãy cho Otoman biết tại phần bình luận bên dưới. Cảm ơn bạn vì đã dành thời gian đọc bài phân tích trên đây!