Khi lựa chọn một chiếc ô tô hay xe máy mới, người dùng ngày nay có thể bắt gặp nhiều dạng động cơ đốt trong khác nhau bên cạnh sự xuất hiện ngày càng phổ biến của xe điện. Trong số đó, sự khác biệt quan trọng nhất nằm ở cách bố trí các xi-lanh.
Động cơ hiện đại phổ biến nhất là loại đặt xi-lanh thẳng hàng, thường được gọi là động cơ “inline”. Một số khác sử dụng dạng chữ V, với hai dãy xi-lanh hợp lại thành hình chữ V.
Ngoài ra còn có kiểu boxer đối đỉnh nằm ngang, vốn là chủ đề thường được phân tích riêng do đặc thù kỹ thuật đặc biệt.
Động cơ thẳng hàng ngày nay thường có từ hai đến sáu xi-lanh, bao gồm hai xi-lanh, ba xi-lanh, bốn xi-lanh, năm xi-lanh và sáu xi-lanh.
Trong khi đó, động cơ chữ V luôn dùng số xi-lanh chẵn như V-twin, V4, V6, V8, V10 hay V12. Trong quá khứ cũng từng tồn tại những cấu hình hiếm hơn như động cơ thẳng hàng tám xi-lanh hoặc V16, nhưng hiện nay chúng rất ít xuất hiện.
Việc lựa chọn dạng động cơ nào phụ thuộc vào mục tiêu thiết kế. Không có dạng bố trí nào vượt trội hoàn toàn vì mỗi loại có ưu điểm riêng về khả năng đóng gói không gian, hướng đến hiệu suất, chi phí sản xuất và đặc tính sử dụng.
Nhiều động cơ sáu xi-lanh thẳng hàng được xem là huyền thoại đã thể hiện rõ sức mạnh của bố trí này. Có thể kể đến: Chevrolet Stovebolt Six, Chrysler Slant Six, động cơ 4.0L thẳng hàng của Jeep, Toyota 2JZ, Nissan RB26DETT, dòng 3.0L của Mercedes-Benz, BMW M88, Jaguar XK6, Ford 300 thẳng hàng và Cummins 6BT chạy dầu.
Dù số lượng nhà sản xuất dùng động cơ thẳng hàng sáu xi-lanh ngày nay ít hơn trước, kiểu bố trí này vẫn được đánh giá cao. Động cơ hai xi-lanh và bốn xi-lanh thẳng hàng vẫn phổ biến trong xe máy, trong khi ô tô hiện đại thường dùng loại ba, bốn hoặc năm xi-lanh thẳng hàng.
Sự phổ biến của động cơ thẳng hàng đến từ độ đơn giản trong cơ khí. Chúng chỉ cần một nắp quy lát và hệ thống phối khí đơn giản hơn so với động cơ chữ V vốn có hai dãy xi-lanh. Kết cấu này giúp giảm độ phức tạp và chi phí sản xuất.
Đặc biệt, động cơ sáu xi-lanh thẳng hàng có khả năng cân bằng tự nhiên, vận hành rất êm mà không cần cơ chế cân bằng bổ sung. Đây là lý do BMW hay Mercedes-Benz vẫn ưa chuộng loại động cơ này cho các mẫu xe cao cấp.
Trong khi đó, động cơ bốn xi-lanh thẳng hàng chiếm thị phần lớn nhất trên toàn cầu nhờ dung tích vừa phải, tiết kiệm nhiên liệu và vẫn cho hiệu năng tốt. Công nghệ tăng áp hiện đại giúp cải thiện đáng kể công suất.
Chẳng hạn, động cơ tăng áp 2.3L trên Ford Focus RS đạt khoảng 350 mã lực và mô-men xoắn 350 lb-ft. Một ví dụ khác là động cơ 2.0L tăng áp của Honda Civic Type R đời mới, đạt khoảng 315 mã lực.
Động cơ chữ V được thiết kế với hai dãy xi-lanh đặt nghiêng tạo góc từ 60 đến 90 độ. Cấu trúc này giúp động cơ ngắn lại đáng kể theo chiều dọc so với động cơ thẳng hàng có cùng số xi-lanh, từ đó thuận lợi hơn trong việc bố trí ở khoang động cơ hạn chế về không gian.
Ngoài ra, động cơ chữ V có thể đặt thấp hơn trong khung xe, góp phần hạ trọng tâm, cải thiện khả năng vận hành.
V6 là dạng động cơ phổ biến nhất trong nhóm này nhờ cân bằng tốt giữa kích thước, trọng lượng và sức mạnh. Khi kết hợp tăng áp hoặc siêu nạp, V6 có thể đạt mức công suất tương đương các động cơ lớn trước đây.
Dù số lượng động cơ V8 giảm do yêu cầu khí thải ngày càng khắt khe, chúng vẫn giữ vai trò quan trọng trong các dòng xe thể thao hiệu suất cao, xe sang và xe bán tải cỡ lớn.
Một ví dụ tiêu biểu là động cơ V8 hút khí tự nhiên 5.5L trên Chevrolet Corvette Z06 với công suất khoảng 670 mã lực, thuộc nhóm động cơ hút khí tự nhiên mạnh nhất từng xuất hiện trên xe thương mại.
Xét tổng thể, không có bố trí động cơ nào vượt trội hoàn toàn. Động cơ thẳng hàng đem lại sự đơn giản, vận hành êm và chi phí hợp lý, trong khi động cơ chữ V linh hoạt về không gian và phù hợp để tạo ra mức công suất lớn hơn trong giới hạn kích thước nhỏ gọn.
Các hãng xe sẽ lựa chọn loại nào tùy vào mục tiêu thiết kế, chi phí và phân khúc mà sản phẩm hướng đến. Cả hai kiểu bố trí này đều đã góp phần tạo nên những cỗ máy được xem là tinh hoa trong lịch sử ngành ô tô.
