Tốc độ – Cuộc chiến từng giây

Dường như mê tốc độ vốn thuộc về bản chất của con người, một khi họ còn đủ sức khỏe và tuổi tác cho phép. Hãy nhìn vào các môn thi Olympic, có thể thấy rõ điều này. Trong lĩnh vực công nghiệp xe hơi, cuộc chạy đua marathon về tốc độ và thời gian tăng tốc cho xe luôn nóng bỏng và cực kỳ khốc liệt. Vậy đâu sẽ là giới hạn cuối cùng?

Động cơ – Điểm đột phá

Nền công nghiệp xe hơi ra đời dựa trên nền tảng là chiếc động cơ, thiết bị tạo ra lực kéo cho xe. Bởi vậy, không có gì lạ khi ngay từ thuở công nghiệp xe hơi mới ra đời, các nhà sản xuất luôn chú trọng đến động cơ với mục đích làm chiếc xe chạy nhanh hơn, chí ít cũng nhanh hơn… xe ngựa và xe đạp. Những đường đua lâu đời nhất, như đường đua Le Mans 24h chính là nơi chứng kiến các cải tiến về động cơ của nhiều nhà sản xuất xe hơi. Việc cải tiến động cơ thoạt đầu theo nguyên lý đơn giản : càng nhiều xi lanh thì động cơ càng khoẻ. Đơn giản như thế, song đã hơn một thế kỷ trôi qua kể từ khi chiếc xe hơi đầu tiên xuất hiện, nguyên lý này đến nay vẫn được các nhà sản xuất xe hơi áp dụng. Số xi lanh động cơ tăng dần, từ 2, 3, 4 xi lanh đến 6, 8, 10,12 và 16 xi lanh. Cách bố trí xi lanh theo các sơ đồ khác nhau cũng là một hướng đột phá của công nghệ sản xuất động cơ và cho nhà sản xuất có thêm nhiều lựa chọn trong việc nâng cao sức mạnh cho bộ phận quan trọng nhất của xe hơi. Các sơ đồ bố trí xi lanh theo hàng dọc, hình chữ H, chữ X, chữ V, chữ W hay tam giác đều đã từng có một thời oai hùng trong lịch sử phát triển của công nghiệp xe hơi. Các xe hơi ngày nay dùng phổ biến kiểu bố trí xi lanh động cơ theo hình chữ V, nhưng ai mà biết được với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ và sức sáng tạo vô bờ bến của loài người, kiểu bố trí xi lanh sẽ còn thay đổi như thế nào nữa.

Tuy nhiên, nếu chỉ trông chờ vào hai giải pháp tăng số xi lanh và kiểu bố trí chúng trên động cơ thì công nghiệp xe hơi không thể phát triển mạnh mẽ như bây giờ ta được chứng kiến. Hai giải pháp cơ bản này cho nhà sản xuất cơ hội lựa chọn không nhiều. Loại động cơ mạnh V12 chẳng hạn, chỉ giúp chiếc xe đạt tới khoảng tốc độ trên dưới 200 km/giờ và thời gian tăng tốc 0-100 km kéo dài trên 10 giây, rõ ràng không thoả mãn mong muốn của những ai mê tốc độ. Thế nhưng những phương án công nghệ dễ dàng đã hết. Các kỹ sư và nhà thiết kế bắt buộc phải tìm tòi nhiều giải pháp mới. Một trong những giải pháp tốt nhất hiện đang được áp dụng là sử dụng động cơ tăng áp.

Bằng cách sử dụng máy nén để nén cưỡng bức khí nạp vào xi lanh theo kiểu turbo (máy nén dẫn động nhờ động năng khí thải) hoặc kiểu supercharger (máy nén được dẫn động trực tiếp nhờ trục khuỷu), công suất động cơ tăng lên đáng kể, thậm chí tới 50-60% so với loại không tăng áp. Một giải pháp khác cũng đang là mốt thời thượng là phun trực tiếp Ô-xít Nitơ N₂O vào buồng đốt để dưới tác động của nhiệt độ cao, N₂O sẽ tách ra Ô-xy đơn chất giúp quá trình cháy diễn ra triệt để hơn.

Ngoài các giải pháp được coi như cẩm nang nói trên, các kỹ sư thiết kế xe hơi còn sử dụng vô vàn phương pháp khác nhau trong việc mổ xẻ nâng cấp thiết bị ngoại vi của động cơ nhằm mục đích đạt được công suất cao nhất. Có thể kể đến các biện pháp thay đổi vị trí trục cam, nâng cấp phần xả (cổ góp, ống xả), thay đổi góc đánh lửa, cải tiến các xu-páp, tăng cường làm mát động cơ…

Ngoại hình xe hơi và cuộc chạy đua của các siêu xe

Xe hơi có động cơ cực mạnh cũng chưa đảm bảo đạt được tốc độ cao nhất. Yếu tố song hành với động cơ để đạt được tốc độ cao, không gì khác hơn chính là hình dáng bên ngoài của xe. Không riêng gì siêu xe hay các xe thể thao mà xe hơi ngày nay đều được thiết kế hình dáng theo dạng khí động học để giảm sức cản không khí, qua đó tăng được tốc độ của xe và giảm nhiên liệu cũng như công suất tiêu hao để thắng sức cản gió. Cần chú ý rằng để đạt yếu tố tốc độ, xe hơi hiện đại không còn hình dáng với những đường cong “đẹp như mơ” của thời thập niên 50.

Các siêu xe thể thao hiện đại ngày nay thường mang hình dáng hao hao như nhau, với phần đầu và gầm hạ thấp để giảm tối đa lực cản, các bề mặt góc cạnh trên thân xe được tính toán kỹ để triệt tiêu sức gió, các hốc hút gió hông xe nhằm làm mát cho động cơ đặt giữa và những cặp ống xả hầm hố. Khó mà nói hình dáng như thế lại được coi là đẹp.

Cuộc chiến tốc độ giữa các hãng sản xuất xe hơi đã dẫn đến khái niệm siêu xe. Có hai tiêu chuẩn để liệt xe hơi vào hàng ngũ siêu xe là tốc độ tối đa đạt được và thời gian tăng tốc từ 0-100km. Cả hai tiêu chuẩn này đều có giới hạn bởi trình độ kỹ thuật và công nghệ của chính con người. Đối với tiêu  chuẩn đầu tiên, xe càng đạt vận tốc cao càng đòi hỏi nhiên liệu có chỉ số ốc-tan cao và vật liệu chế tạo động cơ (xi lanh, piston, xupap…) phải đủ sức chịu đựng chế độ tải, nhiệt độ và áp suất cực lớn. Với tiêu chuẩn thứ hai, độ gia tốc lớn cũng làm nảy sinh các yêu cầu như trên.

Bên cạnh đó, dù động cơ đạt được công suất cần thiết thì người điều khiển siêu xe cũng không dễ mà điều khiển nó đạt được độ gia tốc ấy. Khó khăn lớn nhất hiện nay trong việc phá vỡ các kỷ lục về tốc độ cực đại và thời gian tăng tốc lại đến từ một nguyên nhân đơn giản : lốp xe. Những công nghệ mới nhất về lốp xe hơi chưa thể chế ra loại lốp khiến chiếc xe có thời gian tăng tốc dưới 2,0 giây (về lý thuyết, còn trên thực tế chưa có xe thương mại nào tăng tốc 0-100km dưới 2,5 giây). Bạn có thể nhìn xe Công thức 1 lúc bắt đầu khởi động. Gia tốc tức thời cực lớn ngay lập tức mài mòn và đốt cháy lốp trước khi nó kịp lăn bánh. Tốc độ cao nhất mà một xe thương mại đạt được tới nay là 412km/giờ.

Theo tiêu chuẩn ngầm định, một xe hơi thương mại được gọi là siêu xe nếu có thời gian tăng tốc 0-100km dưới 4 giây và vận tốc cực đại trên 250km/giờ. Tiêu chuẩn này thoạt trông tưởng là ngặt nghèo, song với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ động cơ, hiện nay tiêu chuẩn này đang tỏ ra lỗi thời, bởi nhiều nhà sản xuất hoặc độ xe vượt qua chúng “dễ như bỡn”. Các siêu xe nhanh nhất hiện nay đều sử dụng động cơ tăng áp và có hình dáng khí động học được tính toán tối ưu trên máy tính và thử ở hầm gió (wind tunnel). Theo tính toán của các kỹ sư động lực thuộc Viện kỹ thuật Masachusets (Hoa Kỳ), công nghệ xe hơi thương mại sẽ đạt được giới hạn 450km/giờ và thời gian tăng tốc 0-100km dưới 2 giây trong vòng 10 năm nữa, nghĩa là vào khoảng năm 2026. Chúng ta hãy chờ xem.

Top 5 siêu xe nhanh nhất thế giới

Save