Cân bằng dao động và thiết kế trục khuỷu

Một vấn đề lớn là toán học và cơ khí: để thiết kế động cơ thẳng hàng (inline) với 7 xi-lanh, trục khuỷu (crankshaft) sẽ phải có các trục con sắp xếp cách đều nhau ở khoảng 51,42857 độ-  một con số rất “lẻ” và khó gia công chính xác. 

Thêm vào đó, nếu so sánh với các cấu trúc động cơ phổ biến: Động cơ inline-sáu (I6) có các xi-lanh cách đều 60 độ, V8 thì có khoảng 45 độ đều là các thiết kế đơn giản hơn rất nhiều về mặt cơ khí.

Vấn đề còn nghiêm trọng hơn khi xét đến cân bằng dao động (vibration): Động cơ 7 xi-lanh sẽ tạo ra các dao động hài (harmonic vibration) phức tạp mà rất khó để triệt tiêu hoàn toàn. Trong khi đó, động cơ thẳng hàng sáu xi-lanh hoặc V8 sử dụng trục khuỷu và bố trí piston sao cho các lực piston có thể đối kháng và triệt tiêu lẫn nhau, giúp máy chạy êm hơn. 

Chi phí cao, lợi ích kém và xu hướng công nghệ thay đổi

Về chi phí, việc sản xuất một động cơ 7 xi-lanh sẽ đòi hỏi thiết kế trục khuỷu rất đặc thù và quy trình gia công phức tạp, dẫn đến chi phí cao hơn so với các động cơ 6 hoặc 8 xi-lanh thông thường. Lợi ích mà một động cơ 7 xi-lanh mang lại về công suất hoặc mô-men xoắn thực tế là rất hạn chế khi so sánh với các lựa chọn hiện nay. 

Hơn nữa, ngay cả trong công nghiệp, nơi động cơ 7 xi-lanh từng được dùng (như trong tàu hay máy nông nghiệp), chúng hoạt động ở vòng tua thấp, mạnh mẽ nhưng không cần phải cân bằng quá cao như ô tô hoạt động ở vòng tua cao. Trong các ứng dụng như vậy, khối lượng lớn và flywheel (bánh đà) lớn có thể giúp triệt tiêu phần nào dao động. 

Một lý do nữa khiến động cơ 7 xi-lanh trở nên “lỗi thời” là xu hướng điện hóa động cơ: khi các hãng xe chuyển dần sang hybrid và xe điện, cuộc “chạy đua số xi-lanh” đang giảm bớt. Thay vì tăng số xi-lanh, các hãng thường sử dụng turbo, điện tạo mô-men hoặc kết hợp hybrid để đạt công suất cao. 

Khả năng thay thế và ảnh hưởng thị trường

Nếu một hãng thực sự muốn phát triển một động cơ 7 xi-lanh cho ô tô, họ phải vượt qua rất nhiều rào cản kỹ thuật. Nhưng ngay cả nếu làm được, giá thành cao, rung động khó kiểm soát và lợi ích không vượt trội so với cấu hình phổ biến như I6 hay V8 khiến khả năng thương mại hóa thấp.

Hơn hết, khi điện khí hóa đang chiếm ưu thế, nhiều công nghệ truyền thống (như động cơ đốt trong) được mở rộng theo hướng tăng áp nhỏ (turbo) hoặc hybrid thay vì tăng xi-lanh. Xe điện cung cấp mô-men xoắn ngay tức thì, êm ái và hiệu quả cao mà không cần nhiều xi-lanh.

Động cơ 7 xi-lanh là một ý tưởng thú vị về mặt lý thuyết, nhưng thực tế kỹ thuật vật lý, chi phí sản xuất cao và lợi ích khi áp dụng cho xe ô tô là không đủ hấp dẫn. Với sự phát triển nhanh của xe điện và công nghệ tăng áp, cấu trúc động cơ truyền thống như I6, V6, V8… đã đáp ứng tốt các nhu cầu hiệu suất mà không cần phải thêm “xi-lanh lẻ” phức tạp như số 7.