Đại đa số ôtô thương mại ngày nay sử dụng cách bố trí động cơ đặt trước (front-engine). Tức động cơ nằm ở đầu xe và vị trí phía trước trục trước của xe. Tuy nhiên, đây không phải là cấu hình động cơ tối ưu nhất cho khả năng vận hành của xe hơi.

Vậy tại sao cách bố trí động cơ nằm giữa (mid-engine) cũng như động cơ phía sau (rear-engine) lại ít gặp hơn so với kiểu động cơ đặt trước?

Lý do động cơ nằm phía trước phổ biến hơn kiểu đặt giữa và đặt sau

Dễ điều khiển


Những chiếc ôtô sản xuất vào cuối thế kỷ 19 gần như mặc định có động cơ nằm phía sau và nối liền với cầu sau để dẫn động. Thiết kế này có nhược điểm là phân bổ trọng lượng không đồng đều, khiến đầu xe nhẹ và khó điều khiển.

Đến năm 1895, hãng Panhard đến từ Pháp giới thiệu chiếc ôtô đầu tiên dùng hộp số với động cơ nằm phía trước và dẫn động cầu sau mang tên Panhard et Levassor.

Mẫu xe này tạo nên bước ngoặt cho ngành công nghiệp ôtô thời bấy giờ khi có được tỉ lệ phân bổ trọng lượng hợp lý hơn, giúp gia tăng tính ổn định khi vận hành của xe. Trong giai đoạn 1908-1927 đã có khoảng 16,5 triệu ôtô với động cơ đặt trước và dẫn động cầu sau được bán ra trên toàn thế giới.

Tuy nhiên, đến những năm 1930 xu hướng ưa chuộng xe có động cơ đặt sau và dẫn động cầu sau quay trở lại. Ưu điểm của lối thiết kế này là khả năng tăng tốc ấn tượng và tiết kiệm nhiên liệu. Mẫu xe thành công nhất nhờ công thức này chính là Volkswagen Beetle.

Lý do động cơ nằm phía trước phổ biến hơn kiểu đặt giữa và đặt sau
Mẫu xe nổi tiếng nhất với cấu hình động cơ đặt sau là Porsche 911. Ảnh: Leithcars.

Tuy nhiên, động cơ đặt sau được xem là cấu hình khó lái nhất trong 3 cách bố trí động cơ trên ôtô. Khi trọng lượng dồn về phía sau quá nhiều sinh ra hạn chế là xe dễ bị thừa lái (quăng đuôi - oversteer) khi vào cua ở tốc độ nhanh, đòi hỏi người lái phải có kỹ năng cao để kiểm soát chiếc xe như ý muốn.

Chỉ một vài mẫu coupe 2 cửa với chiều dài cơ sở ngắn và trọng tâm thấp có thể khắc phục được hạn chế, chẳng hạn như như Porsche 911 hay Alpine A110.

Còn đối với cấu hình động cơ đặt giữa, dù đạt đặt tỉ lệ phân bổ trọng lượng tối ưu hơn 2 cấu hình còn lại nhưng nó mắc phải một hạn chế lớn. Đó là khi bị mất kiểm soát theo phương ngang, rất khó để người lái lấy lại cân bằng do lực ly tâm lớn.

Lý do động cơ nằm phía trước phổ biến hơn kiểu đặt giữa và đặt sau
Động cơ đặt trước giúp người lái điều khiển xe dễ dàng hơn. Ảnh: Leithcars.

Đến thập niên 1960, các nhà sản xuất ôtô dần quay lại với cách thiết kế động cơ đặt trước để cải thiện tính an toàn cho các dòng xe thương mại khi mà những công nghệ hỗ trợ vận hành tiên tiến chưa phát triển.

Động cơ nằm phía trước đầu xe khi vào cua sẽ dễ gặp hiện tượng thiếu lái (quăng đầu - understeer), tuy nhiên so với thừa lái thì hiện tượng thiếu lái dễ kiểm soát và xử lý hơn ngay cả với những người lái thiếu kinh nghiệm thông qua thao tác phanh xe, giảm tốc.

Tối ưu không gian


Không chỉ ảnh hưởng đến đặc tính vận hành, cách bố trí động cơ còn liên quan đến độ rộng rãi của nội thất. Cụ thể, động cơ đặt giữa gần với trục sau khiến cho không gian cabin và khoang hành lý chật chội hơn 2 cấu hình còn lại.

Sử dụng cách bố trí này hầu hết là những dòng siêu xe hay xe thể thao 2 chỗ đi cùng một không gian nhỏ để đồ ở cốp phía trước. Một vài cái tên quen thuộc có kể đến như Audi R8, Porsche Cayman, Lamborghini Huracan…

Đối với cấu hình động cơ đặt sau, nội thất được cải thiện đôi chút nhưng cũng không quá rộng rãi. Chẳng hạn như mẫu xe thể thao Porsche 911 có cabin dạng 2+2 với hàng ghế sau dành cho trẻ em.

Lý do động cơ nằm phía trước phổ biến hơn kiểu đặt giữa và đặt sau
Động cơ đặt giữa khiến nội thất bị hạn chế về mặt không gian. Ảnh: Leithcars.

Trái ngược với 2 kiểu bố trí giữa và sau, động cơ đặt trước lại cực kỳ thuận lợi để các kỹ sư thiết kế không gian nội thất theo ý muốn. Với động cơ nằm gọn dưới nắp capo, cabin có thể được kéo dài tối đa tùy theo chiều dài cơ sở của xe. Phần đuôi xe cũng không bị gò bó nên khoang hành lý dễ dàng được mở rộng để tăng tính tiện dụng cho người dùng.

Chi phí sản xuất thấp


Trong bối cảnh thị trường cạnh tranh ngày càng quyết liệt, tối ưu hóa chi phí sản xuất là mục tiêu mà hầu hết thương hiệu nhắm đến. Vậy nên, động cơ đặt trước vốn rẻ, dễ thiết kế hơn 2 cấu hình động cơ đặt giữa và sau càng được các hãng xe tận dụng tối đa.

Động cơ nằm ở đầu xe kết hợp với hệ dẫn động cầu trước, nhà sản xuất cắt giảm được đáng kể những bộ phận truyền động phức tạp cho cầu sau. Từ đó, những mẫu xe trên thị trường có giá bán dễ chịu hơn và tiếp cận được với nhiều khách hàng hơn trước.

Đồng thời, các công nghệ hỗ trợ vận hành ngày nay cũng góp phần khắc phục được những hạn chế đặc thù của cấu hình động cơ đặt trước như tăng tốc kém, bị thiếu lái khi vào cua hay hiệu năng phanh thấp.

Lý do động cơ nằm phía trước phổ biến hơn kiểu đặt giữa và đặt sau

Từ những nguyên nhân kể trên, có thể thấy cấu hình động cơ đặt trước phổ biến hơn cả nhờ vào tính ứng dụng cao, đặc biệt là trên các dòng xe phổ thông.

Trong khi đó, cấu hình động cơ đặt giữa và đặt sau với giá thành cao ngày nay chỉ xuất hiện trên các dòng xe thể thao, siêu xe vốn ưu tiên tính năng vận hành mạnh mẽ hơn yếu tố tiện dụng và thoải mái.