Động cơ Boxer: "Bảo bối" của những chiếc Subaru

Động cơ Boxer là một trong hai tiền tố quan trọng tạo nên danh tiếng của Subaru: "xe Đức của Nhật".

Mỗi khi nhắc đến các sản phẩm xe hơi phổ thông đến từ Nhật Bản, đa phần người nghe đều hình dung ra những chiếc xe bền bỉ, tính thực dụng cao, giá thành rẻ và không tốn quá nhiều chi phí và thời gian cho vận hành, bảo dưỡng. Tuy nhiên, duy nhất có một hãng xe đã "bật" ra khỏi suy nghĩ "ô tô bình dân" mà vẫn giữ được tính "ăn chắc mặc bền" đặc trưng của xe hơi Nhật Bản, đó là Subaru.

Ít ai biết rằng, điều làm nên sự khác biệt giữa Subaru và các hãng xe "đồng hương" khác chính là động cơ Boxer và hệ thống dẫn động bốn bánh đối xứng toàn thời gian (S-AWD) được trang bị trên toàn dải sản phẩm của mình.

Đã có ba thế hệ động cơ Boxer ra đời

Subaru là một bộ phận chuyên trách nhiệm vụ nghiên cứu, chế tạo và sản xuất ô tô của tập đoàn công nghiệp nặng Fuji (Fuji Heavy Industries - FHI). Tập đoàn này được biết đến với một loạt các sản phẩm được phát triển dựa trên công nghệ đáng tin cậy trong các lĩnh vực đa dạng như ô tô, hàng không vũ trụ, sản phẩm công nghiệp và các hệ thống sinh thái. Trong Chiến tranh thế giới thứ 2, FHI trở thành một trong những nhà cung cấp máy bay chiến đấu chính cho quân đội Nhật Bản (công ty máy bay Nakajima - Nakajima Aircraft).

Chiến tranh kết thúc, Nakajima Aircraft được tổ chức lại thành Fuji Sangyo Co, Ltd. Năm 1946, công ty chế tạo ra chiếc xe máy hạng nhẹ Fuji Rabbit với phụ tùng máy bay từ trong chiến tranh. Sau đó, Fuji Sangyo được chia thành 12 công ty con, tiến hành theo đạo luật cải tổ, sắp xếp lại tín dụng cho các công ty vào năm 1950 của chính phủ Nhật Bản khi đó - luật chống tài phiệt. Trong hai năm 1953 - 1955, bốn công ty gồm: Nhà sản xuất động cơ Omiya Fuji Kogyo, nhà chế tạo khung gầm ô tô Utsunomiya Sharyo, công ty thương mại Tokyo Fuji Dangyo, nhà sản xuất thùng xe Fuji Jidosha đã quyết định sáp nhập với nhau để thành lập tập đoàn công nghiệp nặng Fuji nổi tiếng ngày nay.

Ý tưởng sản xuất một chiếc xe hơi Nhật Bản được CEO Kenj Kita - Chủ tịch đầu tiên của hãng ấp ủ từ năm 1950. Đến năm 1954, mẫu xe đầu tiên ra đời với tên gọi P-1 sau chuyển thành Subaru 1500 - tên tiếng Nhật của chòm sao Pleiades - cái tên từng là sở thích riêng của ông từ thời thơ ấu, chỉ có 20 chiếc được xuất xưởng. Biểu tượng 6 ngôi sao ban đầu của Subaru còn mang ý nghĩa "hợp nhất", "đoàn kết" và một sự trùng hợp ngẫu nhiên là FHI được thành lập từ 6 công ty con.

Động cơ Boxer - hay còn gọi là động cơ dạng phẳng (Flat Engine) được kĩ sư người Đức Karl Benz chế tạo năm 1896 với tên gọi Kontra, các xy-lanh chuyển động đối xứng nhau trên cùng một mặt phẳng dọc theo trục khuỷu và cách di chuyển này tương tự như các tay đấm Boxing nên cũng được gọi là động cơ Boxer - tên gọi này phổ biến hơn. Trên thế giới chỉ có hai hãng xe trang bị động cơ Boxer, đó là Porsche và Subaru. Trong khi Porsche lắp đặt động cơ Boxer trên mẫu xe thể thao huyền thoại 911 thì Subaru lại ứng dụng trên toàn dải sản phẩm của mình. Cả hai có những bí quyết riêng khi chế tạo động cơ nhưng tựu chung đều dựa trên nguyên lý của động cơ Kontra nguyên thủy.

Người đặt nền móng cho động cơ Boxer của Subaru là kĩ sư cơ khí Shinroku Momose - người nổi tiếng với câu nói: "Bạn sẽ không bao giờ biết được, nếu bạn không cố gắng". Thế hệ động cơ Boxer đầu tiên được chế tạo là EA52 (1966) được lắp trên mẫu sedan Subaru 1000 với hệ thống dẫn động cầu trước (lúc này S-AWD chưa "ra đời"). Đến năm 1989, thế hệ động cơ Boxer thứ hai với hệ thống nạp khí tự nhiên được ra mắt với mã EJ20. EJ20 được cung cấp một bộ tăng áp và phân phối tới thị trường châu Âu và Nhật Bản. Năm 2008, động cơ tăng áp EJ25 dung tích 2.5 lít đoạt giải động cơ của năm (được trang bị trên xe Subaru Forester, Impreza, Legacy và Outback).

Vậy động cơ Boxer hoạt động như thế nào ?

Khi các piston chuyển động tịnh tiến và ngược chiều nhau, lực đẩy sẽ được truyền đến trục khuỷu một cách đối xứng thông qua thanh truyền, tạo ra chuyển động quay tròn của trục khuỷu. Cơ chế truyền động này mang tính trực tiếp và tối giản, không cầu kỳ như động cơ chữ V hay chữ I. Vấn đề cốt lõi đối với cấu hình động cơ phẳng này là ở chỗ các piston ngược đã cân bằng hiệu quả độ rung của nhau. So sánh với động cơ chữ I và chữ V, loại động cơ này mang đến khả năng cung cấp năng lượng êm ái, liền mạch và trơn tru trong phạm vi tốc độ của động cơ (sự đối xứng của Subaru hay Porsche là một bí mật).

Một điểm rất quan trọng ở loại động cơ này đó là thiết kế ngắn và thấp hơn những loại động cơ khác, có nghĩa là chúng ta có thể làm cho động cơ này thêm nhỏ gọn, nhẹ và vững chắc hơn. Điều này làm cho động cơ phù hợp khi đặt dưới thấp khiến trọng tâm thấp xuống, đồng nghĩa với việc trọng tâm của toàn bộ chiếc xe cũng được hạ thấp vì động cơ là một trong những bộ phận nặng nhất của chiếc xe. Trọng tâm thấp hơn thì xe sẽ ổn định hơn khi vận hành ở tốc độ cao -ưu điểm nổi bật nhất của động cơ Boxer.

Ưu điểm thứ hai của dòng động cơ này là độ rung rất nhỏ trong khi vận hành. Ở động cơ xy-lanh thẳng đứng (chữ I), khi chuyển động tất cả các xy-lanh sẽ tạo ra một lực tịnh tiến theo phương của đường tâm xy-lanh, chúng tác động lên trục khuỷu mà không có đối trọng ở bên dưới, tạo ra độ rung khá lớn. Động cơ chữ V chịu lực tịnh tiến ra làm hai bên, có thể cân bằng một phần với nhau và có thể cân bằng hoàn toàn nếu góc lệch là 90 độ. Khi thiết kế, các kĩ sư phải thêm một số chi tiết để "chống rung" cho động cơ. Bên cạnh đó, nhờ trọng tâm thấp và hình dáng dẹt mà khi gặp tai nạn hay va chạm với một vật cản phía trước mộtđộng cơ tự động gãy gập và trượt xuống gầm xe bảo đảm tính mạng cho người lái.

Tuy nhiên, do có các xy-lanh đối xứng ngang qua mặt phẳng nên ở động cơ Boxer chúng sẽ tự triệt tiêu và cân bằng với nhau về lực tịnh tiến. Dao động ít hơn đồng nghĩa với độ bền sẽ cao hơn, thêm nhiều kết cấu phức tạp thì đồng nghĩa chi phí chế tạo và bảo dưỡng cũng sẽ cao hơn.

"Không có gì là hoàn hảo cả". Câu nói này luôn đúng ở mọi vấn đề và động cơ Boxer của Subaru cũng không phải là ngoại lệ. Chúng ta biết rằng, động cơ Boxer có kiểu dáng rộng về chiều ngang và thấp về chiều cao. Với kết cấu như thế, quá trình chế tạo khung xe phức tạp, tốn nhiều chi phí để động cơ có thể nằm lọt thỏm trong khoang máy. So với động cơ chữ I và chữ V thì chi phí sản xuất động cơ Boxer tốn kém hơn nhiều nên việc áp dụng đại trà dòng động cơ này vẫn còn hạn chế.

Trải qua ba thế hệ, động cơ Boxer của Subaru ngày nay đã đạt đến mức độ hoàn hảo: nhỏ gọn, hiệu suất cao và thân thiện với môi trường. Hiện nay,Subaru đang lắp ráp 6 loại động cơ Boxer trong các mẫu xe của mình bao gồm: