Nhìn lại lịch sử phát triển của công nghệ động cơ xe máy

Gần hai thế kỷ qua, công nghệ động cơ xe máy đã phát triển như thế nào? Hãy cùng chúng tôi tìm hiểu về lịch sử của động cơ xe máy.

Năm 1869: Sylvester Roper đi vào lịch sử bằng chiếc xe đạp chạy bằng hơi nước

Sylvester H. Roper là một trong những nhà phát minh người Mỹ đi đầu trong công cuộc chế tạo xe máy. Vào năm 1869, Roper đã lắp thêm một động cơ hơi nước giữa các bánh xe của chiếc xe đạp Velocipede để tạo ra chiếc chiếc xe máy đầu tiên của nước Mỹ. Chiếc xe đạp có khung sắt và bánh xe làm từ gỗ hồ đào, sử dụng một nồi hơi nước 2 xi-lanh và vận hành bằng cách vặn bướm ga gắn trên tay lái.

Mẫu xe máy đầu tiên chạy bằng hơi nước của nhà phát minh Sylvester H. Roper. Ảnh: National Motorcycle Museum

Sau đó Roper còn nâng cấp và cải thiện một vài chi tiết trên chiếc xe trước khi đem bán chúng vào 1895, nhưng ông đã qua đời vào năm 1896 sau vụ tai nạn khi đang cầm lái và đua xe đạp ở vận tốc tối đa lên tới 64 km/h. Vì vậy, phát minh của Sylvester Roper có thể được coi là chiếc xe máy đầu tiên, nhờ đó ông đã được ghi danh vào Đại sảnh Danh vọng xe máy vào năm 2002.

Năm 1885: Gottlieb Daimler phát minh ra chiếc xe máy hiện đại đầu tiên

Gottlieb Daimler là một kỹ sư, nhà thiết kế công nghiệp người Đức. Mặc dù là người tiên phong trong lĩnh vực động cơ đốt trong và phát triển ô tô thời kỳ đầu, nhưng ông cũng đã phát minh ra một động cơ đốt trong với xi-lanh thẳng đứng, có dung tích 264cc, tạo ra công suất 1/2 mã lực để lắp vào một chiếc xe hai bánh.

Daimler Reitwagen được coi là chiếc xe máy hiện đại đầu tiên. Ảnh: RM Sothebys

Chiếc xe máy sử dụng động cơ đốt trong đầu tiên này có tên là Petroleum Reitwagen, được ra mắt vào năm 1885. Giống như thiết kế của Roper, Reitwagen của Daimler cũng được chế tạo bằng khung gỗ.

Paul, con trai của Daimler, đã thực hiện chuyến lái thử xe máy đầu tiên và cuộc thử nghiệm đã diễn ra suôn sẻ ngoại trừ việc ống đánh lửa quá nhiệt khiến yên xe bị bốc cháy. Thế nhưng chỉ 1 năm sau Daimler đã từ bỏ mẫu xe máy Reitwagen để chuyển sang phát triển ô tô. Dẫu vậy, Reitwagen đã được công nhận rộng rãi là chiếc xe máy đầu tiên và Daimler thường gọi phát minh này như là "cha đẻ của xe máy".

Năm 1885 trở đi, xe máy động cơ một xi-lanh đã phát triển

Daimler có thể được ví như người tiên phong trong việc sử dụng động cơ một xi-lanh trên chiếc xe Petroleum Reitwagen của mình. Kể từ đó, động cơ một xi-lanh đã đạt được sự tin cậy trong những năm đầu phát triển xe máy do tính đơn giản, kích thước nhỏ nhẹ, ít gặp vấn đề và không yêu cầu nhiều bộ phận chuyển động.

Honda Super Cub chính là minh chứng cho sự phát triển của động cơ xi-lanh đơn cho đến ngay nay. Ảnh: GDF

Trải qua hơn 140 năm phát triển, công nghệ động cơ xi-lanh đơn này đã trở nên phổ biến cho đến ngày nay nhờ việc cung cấp sức mạnh liên tục và mô-men xoắn tốt ở dải công suất thấp, kết hợp với chi phí rẻ và bảo trì dễ dàng. Minh chứng là Honda Super Cub, chiếc xe bán chạy nhất mọi thời đại vẫn đang sử dụng động cơ một xi-lanh 4 thì.

Những động cơ xi-lanh đơn hiện đại thường sẽ có dung tích động cơ từ 49-450cc, cũng có thể lớn hơn tùy thuộc vào nhà sản xuất xe máy. Trong những năm 1990, Suzuki đã tung ra mẫu xe DR Big 800S với động cơ xi-lanh đơn 800cc. Ngày nay, KTM và Husqvarna vẫn đang sản xuất các mẫu xe máy xi-lanh đơn với dùng tích gần 700cc.

Một nhược điểm rõ ràng của động cơ một xi-lanh là các nhà sản xuất xe máy chỉ có thể khai thác được một lượng công suất nhất định từ động cơ này. Chính vì vậy, các kỹ sư bắt đầu thêm một hoặc nhiều xi-lanh bổ sung và thử nghiệm cấu hình của chúng. Nỗ lực tìm kiếm thêm công suất này đã dẫn đến sự ra đời của xe máy hai xi-lanh.

Năm 1894: Hildebrand & Wolfmüller mở ra kỷ nguyên của động cơ hai xi-lanh

Một thập kỷ sau sự xuất hiện của Reitwagen, những người đồng hương của Daimler là Alois Wolfmüller đã hợp tác với hai anh em Heinrich và Wilhelm Hildebrand để cho ra đời chiếc xe máy sản xuất hàng loạt đầu tiên với động cơ hai xi-lanh thẳng hàng. Động cơ này sản sinh công suất 2,5 mã lực, giúp xe có thể đạt vận tốc tối đa 45 km/h.

Mẫu xe máy sử dụng động cơ xi-lanh đôi đầu tiên của hãng Hildebrand & Wolfmüller. Ảnh: Harry NL

Động cơ hai xi-lanh phức tạp và nặng hơn so với động cơ xi-lanh đơn, nhưng chúng cung cấp nhiều công suất hơn và nhờ các piston hoạt động ngược nhau đã giúp triệt tiêu rung động. Điều này mang lại trải nghiệm lái mượt mà hơn so với xe máy có động cơ xi-lanh đơn dung tích lớn.

Nhưng đó không phải là cách duy nhất để thiết lập động cơ xi-lanh đôi khi động cơ boxer, V-Twin hoặc L-Twin dần trở thành một cấu hình phổ biến khác. Năm 1889, Daimler lại gây chấn động khi được cấp bằng sáng chế cho một động cơ, trong đó hai xi-lanh hoạt động với góc tách biệt 20 độ. Động cơ này ban đầu được dùng cho thuyền, nhưng một công ty xe máy của Anh là Princeps Autocar đã sản xuất một chiếc mô tô sử dụng động cơ kiểu V-Twin đầu tiên vào năm 1902.

Năm 1896, Carl Benz cũng đã tạo nên lịch sử bằng việc giới thiệu động cơ xi-lanh đôi nằm ngang đối đỉnh đầu tiên (động cơ boxer). Tuy nhiên, động cơ V-Twin đã phát triển vượt bậc kể từ nỗ lực ban đầu của Daimler, trở thành một trong những loại động cơ xe máy phổ biến nhất vẫn được sử dụng cho đến ngày nay.

Động cơ xi-lanh dạng V-Twin đưa thương hiệu Harley-Davidson trở nên nổi tiếng. Ảnh: Topspeed

Có thể kể đến Harley-Davidson nổi tiếng với động cơ đôi 45 độ trong nhiều thập kỷ. Năm 1970, Ducati giới thiệu động cơ hai xi-lanh được dán nhãn là L-twin cho góc 90 độ giữa các xi-lanh.

Năm 1905: Động cơ bốn xi-lanh đầu tiên bắt đầu xuất hiện

Động cơ xe máy bốn xi-lanh đầu tiên đã làm chấn động thế giới xe máy vào năm 1905 khi nhà sản xuất FN (Fabrique Nationale) của Bỉ đưa mẫu FN Four ra thị trường. FN Four bố trí động cơ dọc theo trục xe máy để tạo điều kiện cho bánh sau dẫn động bằng trục.

FN Four là mẫu xe máy sử dụng động cơ 4 xi-lanh đầu tiên trên thế giới. Ảnh: iMotorbike News

Chưa đầy 10 năm sau, một công ty xe máy của Mỹ là Henderson cũng đã trình làng mẫu Henderson Four. Sau đó, Carl Stearns Clancy (một đạo diễn phim và nhà sản xuất người Mỹ) thực hiện chuyến lưu diễn vòng quanh thế giới dài gần 29.000km với chiếc xe máy này, thu hút được sự chú ý của nhiều người.

Ưu điểm của động cơ bốn xi-lanh là sự cân bằng, bền bỉ và tương đối rẻ đối với các nhà sản xuất. Nhưng phải mất hàng thập kỷ sau đó, các nhà sản xuất xe máy mới phát huy được hết tiềm năng của loại động cơ này.

Đáng chú ý nhất là Honda CB750 1969 sở hữu động cơ bốn xi-lanh nằm ngang, được nhiều người coi là siêu mô tô đầu tiên, đồng thời động cơ này đã đặt ra tiêu chuẩn cho xe mô tô hiệu suất cao trong nhiều năm sau đó. Ba mẫu mô tô thương mại nhanh nhất gồm Kawasaki Ninja H2R, Suzuki Hayabusa và Honda Blackbird, cũng như các mẫu xe đua MotoGP đều sử dụng động cơ bốn xi-lanh.

Honda CB750 1969 trở thành mẫu superbike đầu tiên trên thế giới. Ảnh: Motorcycle News

Nhược điểm của động cơ bốn xi-lanh thẳng hàng là hy sinh hiệu suất ở vòng tua thấp để có mã lực cao ở vòng tua cao. Tuy nhiên, với sức hấp dẫn bền bỉ, đáp ứng nhu cầu đa dạng, động cơ bốn xi-lanh vẫn là động cơ mạnh mẽ và phổ biến trong thế giới xe máy.

Từ những năm 1930 trở đi, động cơ ba xi-lanh xuất hiện

Động cơ ba xi-lanh có vẻ là bước kế tiếp hợp lý sau động cơ xi-lanh đôi, nhưng những khó khăn về mặt kỹ thuật đã khiến chúng không được đưa vào cuộc chơi cho đến những năm 1930. Moto Guzzi (Ý) là nhà sản xuất xe máy giới thiệu xe máy ba xi-lanh thẳng hàng nằm ngang đầu tiên vào năm 1932 với tên gọi Tre Cilindri.

Moto Guzzi Tre Cilindri sử dụng động cơ 3 xi-lanh đã mở ra một giai đoạn sau này cho những chiếc mô tô đời mới. Ảnh: Guzzitek

Dẫu vậy, Tre Cilindri không tồn tại lâu do gặp nhiều vấn đề. Số lượng xi-lanh lẻ khiến động cơ mất cân bằng, dẫn đến rung và chạy không ổn định, đặc biệt là ở tốc độ thấp. Các nhà chế tạo đã giải quyết những vấn đề này bằng cách sử dụng đối trọng hoặc cân bằng trục khuỷu, nhưng các giải pháp này làm tăng thêm trọng lượng và độ phức tạp.

Song động cơ ba xi-lanh cũng có những ưu điểm, bao gồm thiết kế nhỏ gọn hơn động cơ bốn xi-lanh và tỷ lệ mô-men xoắn trên dung tích xi-lanh tốt hơn. Do đó, loại động cơ này vẫn được các nhà sản xuất xe máy phát triển, hiện tại có thể được tìm thấy trong những chiếc xe mô tô đời mới như Yamaha MT-09, Triumph Street Triple hay MV Agusta Brutale... Đáng chú ý, thể thức đua Moto2 chỉ sử dụng động cơ ba xi-lanh để thi đấu.

Những năm 1970 đến nay: Chứng kiến những chiếc xe máy sản xuất có sáu xi-lanh trở lên

Chiếc CBX1000 sáu xi-lanh của Honda đã thu hút sự chú ý khi xuất hiện trên đường phố vào năm 1978. Ra đời từ những thử nghiệm của xe đua Honda RC165 sáu xi-lanh vào những năm 1960, thiết kế sáu xi-lanh thẳng hàng, nằm ngang là một bước tiến táo bạo hướng đến việc đưa công nghệ lấy cảm hứng từ xe đua đến với công chúng.

Honda CBX1000 sử dụng động cơ 6 xi-lanh nằm ngang

Không chịu thua kém, Kawasaki cũng gia nhập danh sách những xe máy sử dụng động cơ sáu xi-lanh với mẫu Z1300 vào năm 1979. Cả Honda và Kawasaki đều triển khai động cơ sáu xi-lanh thẳng hàng lắp ngang.

Với đặc tính làm mát tuyệt vời và công suất cân bằng hoàn hảo, trên lý thuyết, đây có vẻ là một ý tưởng hay. Chỉ có điều, những động cơ này lại quá rộng, khiến người lái không thể vào cua ở vị trí quá thấp. Độ phức tạp về mặt cơ học và trọng lượng khiến động cơ sáu xi-lanh thẳng hàng ngang không tồn tại lâu trên các dòng xe máy đường phố.

Thay vào đó, chúng thường xuất hiện trên những dòng xe máy đường trường như BMW K 1600 2025 sử dụng động cơ sáu xi-lanh thẳng hàng nằm dọc hay mẫu touring hạng sang đầu bảng của Honda là GoldWing sử dụng động cơ boxer sáu xi-lanh.

Động cơ boxer 6 xi-lanh trên mẫu xe Touring hạng sang Honda GoldWing. Ảnh: Honda

Một số nhà sản xuất xe máy chuyên biệt như Boss Hoss còn đưa cả động cơ ô tô Chevrolet V8 lên mẫu xe của hãng. Xe ý tưởng Tomahawk của Dodge cũng sử dụng động cơ V10 8.3L từ mẫu xe thể thao Dodge Viper từng được giới thiệu tại triển lãm ô tô Detroit vào năm 2004 và sau đó được sản xuất giới hạn theo đơn đặt hàng.

Tổng kết

Có thể thấy, sau gần 2 thế kỷ phát triển, không phải tất cả động cơ xe máy đều được tạo ra như nhau. Chúng có nhiều hình dạng, kích thước và cấu hình khác nhau, được thiết kế để phù hợp với từng mục đích, từ di chuyển ngắn trong thành phố cho đến đường đua với tốc độ có thể đạt được hơn 360 km/h.

Hiện nay, xu thế điện khí hóa khiến hầu hết các nhà sản xuất xe máy lớn đều phải miễn cưỡng cam kết sản xuất xe máy điện nhưng sự phát triển xe máy trong tương lai ra sao vẫn khó có thể dự đoán được. Song có thể khẳng định một điều rằng các nhà sản xuất xe máy sẽ luôn cố gắng duy trì sự tồn tại của động cơ đốt trong và giữ cho tương lai của ngành công nghiệp này luôn thú vị.

Hãy để lại bình luận bên dưới hoặc chia sẻ bài viết về Ban Ô tô xe máy theo email: otoxemay@vietnamnet.vn. Các nội dung phù hợp sẽ được đăng tải. Xin cảm ơn!

Ngô Minh