Turbocharger, gọi ngắn là turbo, là một trong những phát minh quan trọng nhất của kỹ thuật động cơ đốt trong. Tuy ý tưởng cốt lõi khá đơn giản: tận dụng năng lượng khí xả vốn bị bỏ phí để quay tuabin, tuabin kéo máy nén khí nạp, từ đó nhồi thêm không khí vào xy lanh và đốt được nhiều nhiên liệu hơn trong cùng dung tích.

Năm 1905, kỹ sư người Thụy Sĩ Alfred Büchi nộp bằng sáng chế cho khái niệm “động cơ siêu nạp mạnh” dùng tuabin khí xả và máy nén chung trục. Đây thường được xem là cột mốc khai sinh turbo hiện đại.

Động lực phát triển turbo lúc đó không phải ô tô, mà là hàng không. Ở độ cao lớn, không khí loãng làm động cơ piston hụt công suất. Các thử nghiệm của General Electric với kỹ sư Sanford Moss tại Pikes Peak cho thấy turbosupercharger giúp động cơ Liberty duy trì công suất ở cao độ, có số liệu so sánh rõ ràng giữa có và không có turbo.




Sang Thế chiến II, turbosupercharger trở thành công nghệ then chốt cho máy bay ném bom tầm cao. GE nhận các đơn hàng lớn để sản xuất turbosupercharger cho dòng máy bay như B-17.

Phải đến tận đầu thập niên 1960, turbo mới bước vào thế giới ô tô, bắt đầu từ xe thương mại. Năm 1962, Oldsmobile đưa F-85 Jetfire ra thị trường với động cơ V8 215 cu in có turbo, bán từ tháng 4 năm 1962.




Cùng năm, Chevrolet có gói Corvair Monza Spyder turbo, tạo nên giai đoạn mở màn đầy hấp dẫn nhưng cũng nhiều thách thức về độ bền, kiểm soát kích nổ và trải nghiệm lái.

Turbo có kết cấu gồm 3 phần chính: tuabin phía xả, máy nén phía nạp và trục quay đặt trên ổ đỡ. Khi tải thay đổi nhanh, turbo phải tăng tốc cực mạnh, nên bài toán vật liệu chịu nhiệt, bôi trơn, làm mát và cân bằng động là sống còn.

Để kiểm soát áp suất nạp, turbo dùng wastegate xả bớt khí qua tuabin. Để tăng hiệu quả, intercooler làm mát khí nén, giúp tăng mật độ không khí và giảm nguy cơ kích nổ.

Bước tiến quan trọng khác là turbo biến thiên hình học VGT hoặc VNT. Ý tưởng được Garrett phát triển và cấp bằng sáng chế từ năm 1953, nhưng đến cuối thập niên 1980 mới thương mại hóa rộng rãi, giúp giảm turbo lag bằng cách thay đổi góc cánh dẫn dòng phía tuabin theo vòng tua và tải.