Lịch sử phát triển công nghệ tăng áp tua-bin hơn 100 năm

Công nghệ tăng áp tua-bin đã có mặt trong ngành công nghiệp thế giới tròn 100 năm. Thế nhưng, chỉ mới 30 năm gần đây, các kỹ sư ôtô mới vượt qua giới hạn công suất, tăng hiệu suất cháy, giảm khí thải động cơ nhờ sử dụng công nghệ này.

Ngày 16/11/1905, kỹ sư người Thuỵ Sĩ, Dr.Alfred Buchi nhận bằng phát minh sáng chế mang số 204630 từ văn phòng phát minh Reich, Đức. Sinh ngày 11/7/1879, Buchi làm việc dưới vai trò kỹ sư tại thành phố Wunterthur, Thuỵ Sĩ. Trong lúc nhiều phương pháp tăng áp suất khí nạp được công bố, Buchi đã đi theo ý tưởng của riêng ông là tận dụng năng lượng động học sinh ra từ khí thải áp suất lớn để nén hỗn hợp khí nạp trước khi vào động cơ. Buchi sử dụng dòng khí thải để vận hành tua-bin, qua đó, nén dòng khí nạp trước khi vào động cơ, kỹ thuật của ông mang tên turbocharger - tăng áp tua-bin.

Buchi phải đợi 18 năm trước khi phát minh của ông được đưa vào áp dụng. Động cơ tàu biển công suất lớn là thiết bị đầu tiên tích hợp công nghệ này. Dưới sự quản lý của Bộ giao thông, ngành hàng hải Đức đã đóng hai chiếc tàu du lịch “Danzig” và “Preussen” trang bị động cơ turbo diesel 10 xi-lanh, công suất 2.500 mã lực, khoẻ hơn 750 mã lực so với động cơ thường. Tới 45 năm sau, tăng áp tua-bin mới được sử dụng trên xe hơi lần đầu tiên với tên gọi “turbo gap” -khoảng trễ từ động cơ tới bướm ga. “Turbo gap” tạo điều kiện cho các kỹ sư tăng công suất động cơ qua giới hạn mà thời kỳ đó chưa ai vượt qua được.

Năm 1973, Porsche chế tạo chiếc xe đua 917/30, công suất 1.100 mã lực, sử dụng công nghệ tăng nạp. Với sức mạnh kinh khủng đó, 917/30 đánh bại mọi đối thủ trên đường đua CanAm Series và ban tổ chức phải nhanh chóng thay đổi luật và biến 917/30 thành “hiện vật” trong bảo tàng. Sau sự kiện 917/30, Porsche tiếp tục chinh phục giới hạn tốc độ và công suất bằng 911 Turbo trình làng tại triển lãm Paris 1974. Với công suất 260 mã lực, vận tốc tối đa 250 km/h, Porsche 911 Turbo chỉ cần 5,5 giây để “bốc” từ 0 lên 100 km/h, gia tốc nhanh nhất tại thời điểm đó.

Bắt đầu sản xuất thương mại năm 1977, nghĩa là hơn 70 năm sau phát minh, tăng áp tua-bin gúp nâng cao công suất động cơ một cách ấn tượng. Ví như chỉ có dung tích 3,3 lít, động cơ turbo có công suất lên tới 300 mã lực, tương đương với 91 mã lực/lít. Đi cùng với sự phát triển của tăng áp tua-bin, một thiết bị mới được khai sinh, đó là Intercooler. Chức năng của Intercooler là làm mát khí nạp xuống thấp hơn 100 độ C, giảm áp suất nạp của tua-bin tăng áp mà không giảm công suất.

Đến những năm 1980, công nghệ tăng áp tua-bin tạo nên thời kỳ cách mạng trong môn đua xe thể thao F1. Đội McLaren Honda sử dụng động cơ tăng áp trên MP4/4 và giành chiến thắng tới 15 trong 16 chặng đua, 1.003 trong tổng số 1.031 vòng trong một mùa giải và hai chiếc MP4/4 về nhất nhì trong 10 chặng. Động cơ tăng áp Honda khiến mùa giải 1988 trở nên “vô nghĩa” hơn bao giờ hết nhờ công suất máy lên tới 800 mã lực, trong khi dung tích chỉ có 1,5 lít. Một năm sau, kỹ thuật tăng áp có kết cục giống như chiếc 917/30 của Porsche khi liên đoàn ôtô thế giới cấm sử dụng công nghệ tăng áp trên xe F1.

Ngày nay, tăng áp tua-bin vẫn được sử dụng rộng rãi trên các dòng xe, đặc biệt là xe thể thao. Cùng với bộ trung hoà khí thải, tăng áp tua-bin có thể giảm thiểu lượng khí thải. Năm 1987, Porsche chế tạo thành công bộ tăng áp tua-bin kép mang tên biturbocharger. Tăng áp tua-bin còn là ý tưởng để các kỹ sư của Porsche sáng tạo ra hệ thống kiểm soát khí thải On-Board Diagnosis II (OBD II), công nghệ biến chiếc 911 Turbo thành mẫu xe sạch nhất thế giới.