Vì sao động cơ siêu nạp đang dần biến mất?

Từng là công nghệ tăng áp hàng đầu được các nhà sản xuất ô tô ưa chuộng, siêu nạp (supercharger) giờ đây đang dần lui vào dĩ vãng. Sự phát triển mạnh mẽ của tăng áp khí thải (turbocharger) cùng với xu hướng điện khí hóa đã khiến siêu nạp không còn giữ được lợi thế cạnh tranh.

Trên thực tế, việc kết hợp hệ thống tăng áp và công nghệ hybrid đang mang đến hiệu quả vận hành cao hơn, đồng thời giải quyết phần lớn những hạn chế cố hữu của siêu nạp, khiến công nghệ này ngày càng trở nên kén người dùng.

Dù turbocharger chỉ mới phổ biến trong khoảng 50 năm trở lại đây, thì siêu nạp đã xuất hiện trên xe hơi từ giai đoạn sơ khai của ngành công nghiệp ô tô, thậm chí còn có lịch sử lâu đời hơn cả chiếc xe đầu tiên.

Từ nhà máy đến đường đua: Hành trình hơn một thế kỷ của siêu nạp

Công nghệ siêu nạp thực chất xuất phát từ các thiết bị công nghiệp dùng để tăng lưu lượng khí trong lò nung. Sau đó, nguyên lý này được ứng dụng vào động cơ - trước tiên là động cơ máy bay, rồi đến ô tô.

Vào cuối thế kỷ XIX, các kỹ sư nổi tiếng như Gottlieb Daimler và Louis Renault đã bắt đầu thử nghiệm và đăng ký bằng sáng chế cho các hệ thống siêu nạp. Đến thập niên 1920, thị trường đã chứng kiến sự xuất hiện của những mẫu xe siêu nạp đầu tiên, trong đó nổi bật là chiếc Bentley Blower huyền thoại.

Khi Thế chiến thứ hai nổ ra, công nghệ siêu nạp trở thành trang bị tiêu chuẩn trên nhiều dòng máy bay chiến đấu. Dù turbocharger cũng bắt đầu được nghiên cứu từ thời điểm đó, những hạn chế về mặt kỹ thuật đã khiến siêu nạp vẫn là lựa chọn khả thi hơn.

Sau chiến tranh, siêu nạp tiếp tục khẳng định vai trò trong giới đua xe, đặc biệt là trong cộng đồng chơi xe drag tại Mỹ. Các bộ siêu nạp độ (aftermarket) bắt đầu phổ biến từ thập niên 1950 và trở thành biểu tượng cho kỷ nguyên xe cơ bắp - thời kỳ mà công suất là tiêu chí hàng đầu, còn mức tiêu thụ nhiên liệu hay khí thải không được đặt nặng.

Tuy nhiên, đà phát triển của siêu nạp bắt đầu chững lại từ những năm 1980, khi turbocharger bước vào giai đoạn trưởng thành và được trang bị rộng rãi hơn trên xe thương mại. Từ đây, công nghệ siêu nạp dần mất vị thế vốn có.

Siêu nạp hoạt động như thế nào?

Khác với turbocharger vốn tận dụng năng lượng từ khí thải động cơ, siêu nạp vận hành bằng chính công suất lấy trực tiếp từ trục khuỷu. Cụ thể, hệ thống này sử dụng một dây curoa nối với trục khuỷu để dẫn động máy nén, qua đó tạo áp suất khí nạp cao hơn đưa vào buồng đốt.

Có hai loại siêu nạp phổ biến. Loại thứ nhất là siêu nạp thể tích (positive-displacement), cung cấp một lượng khí ổn định trong mỗi vòng quay. Loại thứ hai là siêu nạp động lực học (dynamic supercharger), phức tạp hơn, sử dụng nguyên lý gia tốc dòng khí đến tốc độ cao rồi khuếch tán để tạo áp suất.

Điểm mạnh không đủ để che mờ điểm yếu

Ưu điểm lớn nhất của siêu nạp là khả năng phản hồi tức thời, gần như không có độ trễ như turbocharger.

Tuy nhiên, để đạt được điều này, hệ thống phải đánh đổi bằng lượng công suất lấy trực tiếp từ động cơ, gây ra hiện tượng "tổn hao ký sinh". Ngoài ra, siêu nạp tạo ra tiếng ồn lớn và sinh nhiệt cao - hai yếu tố không phù hợp với xe thương mại hiện đại vốn ưu tiên sự êm ái và tiết kiệm.

Trong khi đó, turbocharger ngày càng chứng minh được hiệu quả vượt trội, đặc biệt khi kết hợp với động cơ dung tích nhỏ hoặc hệ truyền động hybrid. Do sử dụng năng lượng khí xả, turbocharger không gây tổn hao công suất động cơ, giúp xe đạt mức tiêu thụ nhiên liệu tốt hơn mà vẫn đảm bảo hiệu năng vận hành.

Turbocharger - bước tiến không thể đảo ngược

Dù ra đời gần như cùng thời điểm với siêu nạp, turbocharger phải mất gần một thế kỷ mới đạt độ hoàn thiện để ứng dụng rộng rãi. Mẫu xe đầu tiên trang bị turbocharger là Oldsmobile Jetfire ra mắt năm 1962.

Mặc dù vậy, công nghệ thời điểm đó còn nhiều hạn chế, đặc biệt là yêu cầu nạp thêm dung dịch nước/methanol để làm mát, khiến người dùng phổ thông e ngại.

Phải đến thập niên 1980, khi độ bền và hiệu suất của turbocharger được cải thiện, công nghệ này mới thực sự bùng nổ.

Không chỉ trên xe con, turbocharger còn được ứng dụng cho cả xe bán tải, điển hình là Dodge Ram với động cơ diesel tăng áp đầu tiên vào năm 1989. Từ đây, turbocharger dần chiếm lĩnh thị trường, còn siêu nạp ngày càng lép vế, trở thành lựa chọn mang tính biểu tượng hơn là thực dụng.

Liệu vẫn còn cơ hội cho siêu nạp?

Câu trả lời là còn, nhưng không nhiều. Đến năm 2024, chỉ còn một số ít mẫu xe siêu nạp xuất hiện trên thị trường, trong đó có những cái tên sắp dừng sản xuất như Jaguar F-Type hay Dodge Charger và Challenger Hellcat.

Những dòng xe cuối cùng vẫn giữ lại siêu nạp như Cadillac CT5-V Blackwing hay Lotus Emira có lẽ chỉ còn tồn tại trong vài năm tới, trước khi hoàn toàn bị thay thế bởi turbo hoặc hệ thống hybrid.

Động cơ siêu nạp có thể đã để lại dấu ấn sâu đậm trong lịch sử phát triển ô tô, nhưng trước làn sóng công nghệ mới cùng xu hướng điện hóa ngày càng mạnh mẽ, thời đại của siêu nạp đang dần khép lại.