【tỷ số trận nhật bản】Động cơ siêu nạp trên ô tô: Cuộc đua mã lực một thời bùng nổ rồi lụi tàn

Cúp C1 2025-01-10 00:24:13 382

Bộ siêu nạp (Supercharged) đã ra đời từ khi nào?ĐộngcơsiêunạptrênôtôCuộcđuamãlựcmộtthờibùngnổrồilụitàtỷ số trận nhật bản

Bộ siêu nạp sơ khai được ra đời trước ô tô sử dụng động cơ đốt trong hàng thập kỷ dưới dạng là một máy thổi khí. Chúng được tạo ra bởi hai anh em kỹ sư người Mỹ là Philander Higley và Francis Marion Roots.

Thiết bị này đã được cấp bằng sáng chế vào năm 1860 dưới tên gọi máy thổi khí Roots. Các bản thiết kế ban đầu được xác nhận là của Philander Higley Roots, cho thấy mỗi roto có hai, ba và bốn thùy được quay theo hướng ngược nhau để bơm không khí từ đầu vào đến đầu ra.

roots blower patent.jpg — *Bằng sáng chế máy thổi khí Roots được cấp vào năm 1860. Ảnh: Motor1*

Cơ chế quay của hai roto làm tăng áp suất trong hệ thống, đảm bảo rằng không có luồng khí nào thoát ra theo hướng khác. Khi đó, máy thổi này được sử dụng trong lò cao và các ứng dụng công nghiệp khác.

Đến năm 1878, nhà phát minh người Đức Heinrich Krigar cũng đã thiết kế một máy nén khí hai roto của riêng mình. Thay vì sử dụng hai cánh quạt dạng thùy kiểu Roots, Krigar đã sử dụng hai trục dạng vít. Máy nén khí kiểu trục vít nén không khí bên trong vỏ bộ siêu nạp thay vì ở cổng nạp.

Tuy nhiên, cả hai thiết bị kể trên đều không phải là thiết kế dành cho ô tô, hay là các loại phương tiện sử dụng động cơ đốt trong.

Công nghệ siêu nạp ứng dụng lên xe hơi

Dù những thiết kế sơ khai của bộ siêu nạp không phải dành cho ô tô nhưng các kỹ sư đã nhận ra tiềm năng của chúng. Gottlieb Daimler đã nhận được bằng sáng chế của Đức về động cơ đốt trong có hệ thống siêu nạp đầu tiên vào năm 1885.

Tiếp đó là Rudolf Diesel đã sử dụng bộ siêu nạp kiểu Roots trên động cơ nén-nổ mang tên ông (động cơ Diesel) vào cuối những năm 1890.

Vào đầu thế kỷ 20, các kỹ sư ô tô tiếp tục thử nghiệm bộ siêu nạp. Trong đó, Louis Renault đã được cấp bằng sáng chế cho bộ siêu nạp ly tâm ở Pháp vào năm 1902.

Mercedes 6 25 40hp secret classics.jpg — *Mercedes 6/25/40hp là một trong những chiếc xe trang bị động cơ siêu nạp đầu tiên được sản xuất hàng loạt. Ảnh: Mercedes-Benz*

Những chiếc ô tô có bộ siêu nạp đầu tiên được sản xuất hàng loạt đầu tiên trên thế giới là Mercedes 6/25/40hp và Mercedes 10/40/65hp. Cả hai mẫu đều sử dụng bộ siêu nạp kiểu Roots và được giới thiệu vào năm 1921.

Thật không may, công nghệ thời đó khiến cho việc sản xuất động cơ siêu nạp trở nên đắt đỏ. Điều này giải thích tại sao những chiếc xe sử dụng động cơ siêu nạp đầu những năm của thế kỷ 20 chủ yếu là những chiếc xe thể thao, xe đua và xe du lịch cao cấp.

Ở châu Âu, có Bugatti Type 35C, Alfa Romeo P2, Auburn 851, Cord 821..., nhưng nổi tiếng nhất là Bentley với mẫu Blower được giới thiệu vào năm 1929 được trang bị bộ siêu nạp kiểu Roots và đặt ở phía trước lưới tản nhiệt.

1929 bentley supercharged 41 2 litre blower.jpg — *Bentley Blower được giới thiệu vào năm 1929 với bộ siêu nạp kiểu Roots được đặt ở phía trước lưới tản nhiệt. Ảnh: Bentley*

Gần nửa thế kỷ sau, sự phát triển của bộ siêu nạp đã đạt được một cột mốc quan trọng khi kỹ sư người Thụy Điển Alf Lysholm đã phát triển máy nén khí trục vít đôi của Henrich Kragar thành một bộ siêu nạp vào năm 1935.

Mặc dù lợi ích của động cơ tăng áp siêu nạp là rất rõ ràng nhưng do được dẫn động bằng dây đai, xích hoặc bánh răng từ động cơ, nên nhược điểm của bộ siêu nạp là luôn tạo ra lực cản cho động cơ ô tô.

Ngoài ra, việc nén khí nạp sẽ làm tăng nhiệt độ của nó. Đối với động cơ đốt trong, nhiệt độ của khí nạp trở thành yếu tố giới hạn hiệu suất của động cơ. Nhiệt độ quá cao có thể gây ra hiện tượng đánh lửa trước, làm giảm hiệu suất và có thể gây hư hỏng động cơ.

lysholm_2300_supercharger_for_2010_camaro_IMG_1507 cutout.jpg — *Bộ siêu nạp trục vít đôi của Chevrolet Camaro 2010 được lấy theo tên của nhà phát minh Alf Lysholm (Thụy Điển). Ảnh: Motoringweekly*

Ở thời điểm đó, công nghệ tăng áp (Turbocharger) có thể giải quyết được vấn đề này. Nhưng khoa học kỹ thuật và vật liệu thời đó chưa đáp ứng được yêu cầu. Vì vậy, công nghệ siêu nạp vẫn được xem là thiết bị tăng công suất được ưa chuộng nhất trong giai đoạn đầu thế kỷ 20.

Cuộc đua về sức mạnh động cơ

Sau Thế chiến 2, công nghệ siêu nạp gần như biến mất khỏi những chiếc xe sản xuất đại trà, đặc biệt ở châu Âu và nhường lại chỗ cho những động cơ hút khí tự nhiên truyền thống có độ tin cậy hơn. Song các nhà sản xuất ô tô vẫn luôn làm mọi cách để đưa công nghệ này trở nên phổ biến.

Trong giai đoạn những năm 1980-1990, sự xuất hiện của những mẫu xe sử dụng động cơ siêu nạp ngày một nhiều hơn, từ những thương hiệu phổ thông như Lancia, Ford, Toyota cho đến những thương hiệu hạng sang như Jaguar, Aston Martin hay Mercedes-Benz.