Tìm hiểu đặc tính kỹ thuật của Momen xoắn động cơ

(News.oto-hui.com) – Momen xoắn là một trong những yếu tố cấu thành nên công suất của động cơ. Momen xoắn động cơ càng cao, lực quay của bánh xe càng mạnh, xe càng có khả năng chở hay kéo vật nặng và “đề pa” nhanh chóng hơn. Dưới đây là những điều cần biết về đặc tính kỹ thuật của momen xoắn động cơ.

1. Cơ chế sản sinh momen xoắn:

Như ta đã biết, trong một động cơ đốt trong, hòa khí sau khi cháy trong lồng xy-lanh sẽ tạo ra năng lượng. Năng lượng này được chuyển hóa thành cơ năng thông qua hệ thống piston – tay đòn và tác dụng một lực lên trục khuỷu, làm quay trục khuỷu. Hỗn hợp khí sau khi cháy giãn nở mạnh, làm tăng áp suất p trong buồng đốt. Chính áp suất tăng lên này là tác nhân gây ra một lực F lên diện tích bề mặt piston Ap.

Cơ chế sản sinh momen xoắn

Như vậy, trong một động cơ bốn thì, bốn xy-lanh, thì tại một thời điểm chỉ có một piston sinh công và tạo ra momen xoắn lên trục khuỷu. Ba piston còn lại không tạo ra momen. Vậy có thể coi momen xoắn tại đầu ra của động cơ này đúng bằng momen xoắn do một piston gây ra. Biết được các đại lượng áp suất hỗn hợp khí cháy p, đường kính xy-lanh B, bán kính trục khuỷu a, ta có thể tính được momen xoắn do piston tạo ra theo công thức đơn giản sau.

Công thức tính momen xoắn do piston tạo ra

Ví dụ, một động cơ bốn thì, bốn xy-lanh thẳng hàng có B = 85 mm, p = 120,000 Pa (Pascal), và a = 62 mm sẽ tạo ra khoảng 42 Nm momen xoắn. Đương nhiên, thông qua hệ truyền động, momen xoắn truyền tới bánh xe sẽ thay đổi theo tỷ lệ truyền của hộp số và các bộ phận trung gian khác.

Nếu như B và a là hai giá trị cố định đối với mỗi động cơ, áp suất p lại thay đổi liên tục theo tình trạng sử dụng của người lái. Cụ thể, khi tăng hay giảm ga (thông qua hành động đạp hay nhả chân ga), người lái yêu cầu động cơ thay đổi độ mở bướm ga. Từ đó, lượng hòa khí (không khí và nhiên liệu) được đưa vào buồng đốt tăng hoặc giảm, kéo theo sự thay đổi của áp suất tạo ra sau khi hòa khí cháy. Điều này giải thích cho hiện tượng momen xoắn của một động cơ là khác nhau ứng với mỗi tải khác nhau.

Hòa khí không khí – xăng được đốt cháy

Không những vậy, tại một vị trí chân ga cố định, khi vòng tua máy tăng lên thì các đặc điểm đốt cháy hòa khí (góc đánh lửa, thời gian đánh lửa, lượng nhiên liệu…) cũng thay đổi, dẫn tới việc áp suất p cũng thay đổi. Điều này giải thích cho hiện tượng momen xoắn là khác nhau khi tốc độ động cơ tăng giảm.

Momen thay đổi khi tốc độ động cơ thay đổi

Đến đây, hẳn có bác sẽ thắc mắc: Liệu khi sản xuất động cơ, ta tăng mạnh đường kính xy-lanh B và bán kính trục khuỷu a để tăng momen xoắn thì có nên không? Về lý thuyết thì phương án này nghe có vẻ hợp lý, nhưng trên thực tế thì Otoman xin trả lời bác là “không” vì ba lý do sau. Thứ nhất, tăng giá trị hai đại lượng này đồng nghĩa với việc tăng kích thước động cơ – điều chắc chắn sẽ không mang lại lợi ích về mặt kinh tế cho cả nhà sản xuất và người sử dụng. Thứ hai, tăng kích thước các chi tiết đồng nghĩa với tăng thất thoát năng lượng do ma sát tại các diện tích tiếp xúc lớn hơn. Cuối cùng, bán kính trục khuỷu “phình” ra sẽ làm động cơ mất cân bằng khi hoạt động.

Bán kính trục khuỷu lớn sẽ làm mất cân bằng động cơ

2. Biểu đồ đặc tính:

Vậy là ta đã hình dung được cách mà momen xoắn được tạo ra ở động cơ. Câu hỏi tiếp theo được đặt ra là: Sau khi chế tạo xong một chiếc động cơ, làm thế nào để đánh giá khả năng sản sinh momen xoắn của nó? Làm thế nào để so sánh đặc tính momen xoắn của hai động cơ với nhau? Câu trả lời chính là biểu đồ đặc tính momen xoắn của động cơ (engine torque map).

Thường thì nói đến xe hơi, 9/10 người sẽ chỉ nói về công suất và số mã lực mà nó có thể tạo ra. Đương nhiên công suất là quan trọng, nhưng thực tế thì momen xoắn thậm chí còn quan trọng hơn, đặc biệt là trong các thể thức đua xe thể thao. Việc am hiểu, vận dụng, điều chỉnh (tune) biểu đồ momen xoắn và kết hợp nó với các dạng biểu đồ khác là kỹ năng cơ bản phải có của một đội đua, dù ở bất kỳ thể thức nào.

Vậy torque map được tạo ra như thế nào?

Để đánh giá đặc tính momen xoắn, một động cơ hoàn chỉnh được lắp đặt lên máy đo lực (dynamometer hay dyno, phổ biến nhất là loại chạy điện), đồng thời được lắp thêm các cảm biến đo vòng tua máy và độ mở bướm ga. Dyno hoạt động như một thiết bị phanh, có tác dụng hấp thụ năng lượng tạo ra bởi động cơ và cho ra các chỉ số đo được.

Sau khi hoàn thành một bài test động cơ, dyno trả kết quả là biểu đồ đặc tính momen xoắn của động cơ đó (dưới dạng lưới). Biểu đồ này cho ta biết giá trị momen xoắn mà động cơ sản sinh tại một vòng tua máy và tải (tương ứng với vị trí chân ga) cụ thể. Vậy ta tạm kết luận: Biểu đồ đặc tính momen xoắn của động cơ là một biểu đồ ba chiều, trong đó tốc độ động cơ và vị trí bướm ga là đại lượng đầu vào, qua tính toán cho ra giá trị momen xoắn là đại lượng đầu ra.

Biểu đồ đặc tính momen xoắn (dạng lưới)

3. Đơn giản hóa biểu đồ đặc tính momen xoắn:

Thoạt đầu nhìn vào torque map, hẳn vài bác không quen sẽ dễ bị hoa mắt. Chính vì thế, ta sẽ đơn giản hóa biểu đồ lưới 3D này thành một biểu đồ đơn giản hơn ở dạng 2D. Trước hết, cùng xem kết quả momen xoắn mà dyno đo được cho một động cơ được ví dụ trong bảng sau:

Bảng kết quả đo momen xoắn từ dyno

Trong bảng trên, đại lượng đầu vào vòng tua máy được đặt làm cột tham chiếu với giá trị 0 – 6,500 rpm và đại lượng đầu vào vị trí chân ga được đặt làm hàng tham chiếu với giá trị 5 – 100 %. Ứng với mỗi cặp giá trị tham chiếu, dyno trả kết quả là đại lượng đầu ra momen xoắn với giá trị 0 – 190 Nm. Khi đưa các giá trị momen xoắn này lên biểu đồ 2D tương ứng với các điểm, ta được biểu đồ điểm bên dưới.

Biểu đồ 2D dạng điểm

Nối các điểm với cùng giá trị vị trí chân ga, ta được biểu đồ đường như sau. Đường màu hồng chính là đường đặc tính momen ngoài mà nhà sản xuất thường công bố. Tại đây, chân ga được đạp hết mức, bướm ga được mở hoàn toàn (hay còn gọi là vị trí tải toàn phần). Ta dễ dàng thấy rằng mẫu động cơ trong ví dụ này sản sinh momen xoắn cực đại 190 Nm tại vòng tua 4,800 rpm. Một biểu đồ với các đường đặc tính momen xoắn dốc hơn ở vòng tua thấp sẽ cho khả năng tăng tốc từ trạng thái nghỉ tốt hơn. Không những vậy, động cơ có đường đặc tính trải rộng hơn ở vùng momen xoắn cao sẽ cho khả năng duy trì sức kéo được lâu hơn (hay có thể nói là khỏe hơn).

Biểu đồ 2D dạng đường

Mặc dù không được nhà sản xuất công bố, các đường biểu diễn khác trong đồ thị trên thực ra lại đóng vai trò quan trọng hơn. Do người lái thường chỉ đạp chân ga tới một vị trí vừa đủ khi di chuyển hàng ngày trong đô thị, các đường này thể hiện các mức tải thông dụng với người dùng. Vậy nếu là một người tiêu dùng thông thái, Otoman khuyên bác nên chú ý vào các đường đặc tính momen xoắn màu đỏ tới vàng, và chỉ xem đường đặc tính ngoài như một dữ liệu tham khảo. Còn nếu bác là một “racingboy” thì cần chú ý tới tất cả các đường trên.

Trên đây là bài phân tích chi tiết về momen xoắn của động cơ – một trong những đặc tính cơ bản nhưng cực kỳ quan trọng.

Theo Otoman


Bài viết liên quan:

Advertisement

Advertisement

Chia sẻ ý kiến của bạn

Thông Tin Cá Nhân

NamNữ

Trình Độ Học Vấn

Thông tin chung

Kỹ thuật viên sửa chữa chungKỹ thuật viên sơnKỹ thuật viên đồngKỹ thuật viên điệnChăm sóc, làm đẹp, Detailing ô tôCố vấn dịch vụBán hàng (Sales)Nhân viên phụ tùngThiết kếMarketingKiểm soát chất lượng (PDI)Quản đốc xưởngTrưởng/phó phòng dịch vụTrưởng/phó phòng kinh doanhTrưởng/phó phòng kỹ thuậtGiám đốc điều hànhChưa có kinh nghiệmKhác