Tìm hiểu về mô-men xoắn và công suất động cơ

(News.oto-hui.com) – Khi nói về 1 chiếc xe thì những cụm từ như công suất hay momen xoắn luôn được nhắc đến đầu tiên vì đây là 2 thông số quan trọng nhất, đặc trưng cho “sức mạnh” của 1 chiếc xe. Tuy nhiên, nhiều người vẫn còn nhầm lẫn và chưa thực sự hiểu rõ về 2 thông số này. Trong bài viết hôm nay, chúng ta hãy cùng tìm hiểu thế nào là mô-men xoắn và công suất động cơ nhé!

1. Momen xoắn động cơ:

Thông thường, khi “nói chuyện” về xe cộ với nhau, người ta hay nói về công suất của chiếc xe mà ít ai nói về mô-men xoắn bởi họ thường nghĩ rằng họ không hiểu nhiều về mô-men xoắn, hoặc là cho rằng mô-men xoắn không quan trọng cho lắm. Thật ra, mô-men xoắn mới là thứ “dễ hiểu” hơn so với công suất. Chính vì vậy, đầu tiên chúng ta phải hiểu về momen xoắn trước khi đến với công suất..

Ngay ở cái tên của nó, mô-men xoắn đã thể hiện ý nghĩa thực sự là gì.

Mô-men xoắn chính là lực sinh ra khi xảy ra hiện tượng vật thể quay quanh trục và nó có nguồn gốc từ những thí nghiệm của nhà khoa học nổi tiếng Archimede về đòn bẩy. Khi có một lực tác động vào một vật khiến nó quay quanh một điểm, mô-men xoắn sẽ xuất hiện. Nói một cách nôm na, mô-men xoắn chính là lực xoay của trục khuỷu và nếu “tưởng tượng” ra xa hơn thì nó tượng trưng cho lực quay của bánh xe và có đơn vị là vòng/phút (rpm).

Xét đến khả năng vận hành của một chiếc xe:

• Mô men xoắn cao có ý nghĩa lớn trong việc giúp xe bươn, trườn, ủi, leo dốc. Và ví dụ điển hình cho các loại xe mô men xoắn cao đó là các dòng xe dùng động cơ diesel.
• Vì đặc tính tự cháy của nhiên liệu diesel, nên động cơ diesel được thiết kế với tỷ số nén lớn, hành trình piston dài nên bán kính khuỷu lớn (tức cánh tay đòn lớn), tạo ra mô men xoắn lớn trên trục khuỷu ngay từ các dải tốc độ thấp.

Ví dụ:

• Toyota Fortuner phiên bản máy dầu có dung tích động cơ chỉ 2.5L nhưng mô men xoắn cực đại lên tới 343 Nm tại tốc độ quay 2.800 vòng/phút, trong khi đó phiên bản máy xăng có dung tích động cơ 2.7L, nhưng mô men xoắn cực đại chỉ là 241 Nm tại tốc độ quay 3.800 vòng/phút. Đây cũng là lý do mà phần lớn các dòng xe tải vốn đòi hỏi cao về sức kéo thay vì tốc độ, thường được trang bị động cơ diesel thay vì động cơ xăng.

2. Công suất động cơ:

Một chiếc xe có mô-men xoắn càng lớn thì lực quay của bánh xe càng mạnh, xe càng có khả năng chở hay kéo vật nặng và do đó càng “đề pa” nhanh chóng hơn. Tuy nhiên, chiếc xe có đạt được tốc độ cao hay không thì phụ thuộc một thông số quan trọng nữa, đó chính là công suất của động cơ.

Công suất về lý thuyết là công mà một lực thực hiện được trong một đơn vị thời gian. Đơn vị thường dùng của công suất là “mã lực” (HP) xuất phát từ cách tính của James Watt về công mà một chú ngựa bỏ ra để kéo một vật nặng 1 pound (0,454kg) lên cao 1 foot (0,3048m) trong thời gian 1 phút.

• Đó là với chuyển động thẳng, còn trong chuyển động tròn với vận tốc quay là n thì quãng đường di chuyển trong một đơn vị thời gian được quy đổi thành vận tốc góc, và lúc này công suất bằng mô men xoắn gây ra tác động quay nhân với vận tốc quay.
• Trong hệ mét thì 1 mã lực được quy ước bằng 75kgf.m/s và bằng 735,5W.

Trong thiết kế động cơ đốt trong, công suất không tượng trưng cho lực quay hoặc sức mạnh của các bánh xe mà nó sẽ tượng trưng cho khả năng đạt tốc độ nhanh hay chậm của xe. Dễ hiểu hơn, công suất là tốc độ sinh công, còn gọi là tốc độ sinh ra momen xoắn của động cơ đốt trong. Một chiếc xe có công suất lớn, có thể đạt vận tốc rất cao, nhưng chưa chắc nó đã có sức kéo mạnh.

Chúng ta có thể xem ví dụ:

• Một chiếc siêu xe có thể chạy nhanh hơn 350 km/h nhưng siêu xe này chưa chắc có thể kéo được vật thể nặng hơn vài chục tấn. Và có thể bạn đã biết, đối với một chiếc xe ben của Caterpillar hạng nặng chỉ chạy được tối đa với vận tốc là 150km/h lại vô cùng đơn giản.

3. Mối quan hệ giữa momen xoắn và công suất động cơ:

Mô-men xoắn và công suất đóng một vai trò quan trọng trong thị trường ô tô.

• Hai con số này được nhấn mạnh tùy thuộc vào công năng mà một chiếc xe có thể làm được.
• Hai con số thực tế tương quan với nhau phức tạp hơn nhiều so với trên lý thuyết, và các kỹ sư thiết kế sẽ dùng những công cụ để điều phối sự ưu tiên giữa công suất hay mô-men xoắn.

Điều cơ bản, mô-men xoắn là cơ sở cho khả năng sinh công, trong khi công suất là đại diện cho cường độ sinh công đó. Và công cụ để điều phối việc này chính từ hệ thống số của một chiếc xe.

• Một chiếc xe tải có thể thiết lập cấp số thấp để tăng thêm lượng mô-men xoắn vào một tình huống đặc biệt, như kéo những vật nặng.
• Nếu cùng cấp số giữa một mẫu sedan với một mẫu bán tải, thì chiếc bán tải luôn có sức mạnh lớn hơn vì sự khác biệt trong cách công suất hoạt động.
• Càng có nhiều mã lực được tạo ra, càng có nhiều mô-men xoắn từ động cơ.

Nhưng đó chỉ là trên lý thuyết:

• Lực kéo còn được truyền tới các bánh xe còn được quyết định bởi hộp số và hệ thống dẫn động của xe. Các chi tiết này được thiết kế để xác định làm thế nào công suất được chuyển thành mô-men xoắn.

Để hiểu điều này, hãy nghĩ đến sự khác biệt giữa một chiếc xe đua và một chiếc máy kéo.

• Chiếc xe đua cần một lượng lớn mã lực, nhưng mô-men xoắn chỉ cần vừa đủ để duy trì tốc độ thông qua hộp số. Không cần nhiều sức kéo để đẩy một chiếc xe đua về phía trước, do đó công suất được sử dụng chủ yếu để tối đa hóa tốc độ của chiếc xe.
• Một chiếc máy kéo thì lại khác, có thể chiếc máy kéo có cùng kích thước động cơ và cùng một lượng mã lực. Nhưng mã lực đó thông qua hộp số để tối ưu hóa mô-men xoắn, vì thế máy kéo không thể đạt tốc độ cao, nhưng nó có thể kéo và đẩy một khối lượng lớn trọng lượng.

Và đó là cách mà hai con số này phối hợp với nhau để hoạt động trong một chiếc xe. Công suất cao sẽ giúp một chiếc xe chạy nhanh hơn, mô-men xoắn cao sẽ giúp một chiếc xe chở được khối lượng nặng hơn.

4. Những điều quan trọng cần lưu ý:

Mô-men xoắn và công suất sẽ liên tục biến thiên trong dải vòng tua hoạt động của động cơ đốt trong. Vì vậy, một động cơ được gọi là hoàn hảo khi nó đạt được những tiêu chí sau:

• Có công suất lớn cực đại => Đạt được tốc độ cao
• Có momen xoắn lớn cực đại => Tải nặng, kéo mạnh, tăng tốc nhanh
• Momen xoắn cực đại đạt được ở vòng tua thấp => Giúp tăng tốc nhanh, khả năng tải nặng tức thời và tiết kiệm nhiên liệu
• Công suất cực đại đạt được tại dải vòng tua kéo dài => Kéo dài khả năng tải nặng cũng như khả năng tăng tốc độ của xe

Có thể thấy, Mô-men xoắn và công suất không quá phức tạp như nhiều người vẫn nghĩ phải không nào? Hy vọng bài viết đã mang đến cho bạn những kiến thức bổ ích về 2 thông số quan trọng này. Hẹn gặp lại các bạn trong những bài viết tiếp theo!

Bài viết liên quan:

• Đơn vị công suất Brake horsepower là gì? Khác với HP như thế nào?
• Phun nước vào động cơ – Thủ thuật tăng công suất