Mô men xoắn là gì, công suất và ý nghĩa trên ô tô

Ngày đăng: 19/09/2016 08:42 PM

Mô men xoắn là gì, công suất và ý nghĩa trên ô tô

MÔ MEN XOẮN LÀ GÌ, CÔNG SUẤT VÀ Ý NGHĨA TRÊN Ô TÔ

Mô men xoắn, công suất trên ô tô - 2 thông số này càng lớn cho thấy xe càng mạnh, nhưng ít ai nắm rõ cụ thể ý nghĩa của chúng như thế nào trên xe.

Đọc thông số kỹ thuật của một xe, bạn có thể gặp các số liệu như công suất cực đại của động cơ là 200 mã lực, đạt được ở tốc độ quay 5.000 vòng/phút, hay mô men xoắn cực đại là 360Nm tại tốc độ quay 2.500 vòng/phút. Vậy thực sự những số liệu này xuất phát từ đâu và có ý nghĩa như thế nào?

Để đơn giản và dễ hiểu, bài viết sẽ đề cập lần lượt từng vấn đề và các khái niệm cơ bản với các ví dụ minh họa cụ thể, trước khi gắn chúng với ô tô để hiểu ý nghĩa của những khái niệm này trên ô tô.

Mô men xoắn là gì?

Mô men xoắn là một đại lượng vật lý biểu thị cho tác động của một lực làm quay một vật thể quanh một trục, ví dụ tác động xiết ốc của một cờ-lê như hình dưới. Mô men xoắn như được biết đến có đơn thường dùng trong hệ SI là Nm, tức mô men xoắn tỷ lệ thuận với độ lớn của lực tác động (đo bằng Newton – N) và độ dài của cánh tay đòn (Mét – m).

Trong ví dụ cờ-lê xiết ốc thì khi xiết với lực 50N và cánh tay đòn dài 30cm, mô men xoắn mà cờ lê tạo ra là 50x0,3 = 15Nm.

MÔ MEN XOẮN LÀ GÌ, CÔNG SUẤT VÀ Ý NGHĨA TRÊN Ô TÔ

Ví dụ minh họa dễ hiểu thứ 2 để mô tả đại lượng mô men xoắn đó là hình ảnh trục quay giếng nước.

Khi khối lượng thùng nước là không đổi, cánh tay đòn càng dài thì bạn chỉ cần tác động một lực tương đối nhỏ là có thể quay được thùng nước lên. Nếu cánh tay đòn càng dài, lực tác động càng lớn, thì mô-men bạn tạo ra càng cao, có thể quay được thùng nước lớn hơn nhiều.

MÔ MEN XOẮN LÀ GÌ, CÔNG SUẤT VÀ Ý NGHĨA TRÊN Ô TÔ

Công suất là gì?

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” 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 qui 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 qui ước bằng 75kgf.m/s và bằng 735,5W.

Ý nghĩa của mô men xoắn trên ô tô

Nguyên lý hoạt động của động cơ ô tô (xét ở loại phổ biến nhất là động cơ đốt trong 4 kỳ, cả xăng lẫn diesel) là chuyển đổi hóa năng thành cơ năng thông qua các chu kỳ tuần hoàn lần lượt là nạp, nén, nổ, xả và cơ cấu pít-tông - thanh truyền - trục khuỷu.

MÔ MEN XOẮN LÀ GÌ, CÔNG SUẤT VÀ Ý NGHĨA TRÊN Ô TÔ

Theo đó, áp lực giãn nở của khí cháy sinh ra trong kỳ nổ sẽ đẩy piston đi xuống, thông qua cơ cấu thanh truyền và trục khuỷu, lực này sinh công, tạo ra mô men xoắn trên trục khuỷu, làm quay trục khuỷu, không khác gì ví dụ minh họa về trục quay giếng nước ở trên.

Xét đến khả năng vận hành của một chiếc xe. Mô men xoắn cao có ý nghĩa lớn trong việc giúp xe bương, 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 343Nm 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 241Nm 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.

Tuy nhiên, vì tốc độ quay của động cơ diesel thấp nên công suất cực đại tạo ra lại thường không cao bằng so với động cơ xăng có dung tích tương đương.
Về mặt ý nghĩa, công suất lớn hay nhỏ quyết định tới việc một chiếc xe có thể chạy nhanh như thế nào và tốc độ tối đa là bao nhiêu.

Đối với động cơ diesel, vì tỷ số nén lớn, nhiên liệu tự cháy dưới áp suất và nhiệt độ cao, tốc độ cháy chậm, động cơ nặng nề, nên tốc độ quay của động cơ tăng lên chậm hơn rất nhiều so với động cơ xăng.

Tuy nhiên với động cơ xăng thì khi đạp mạnh chân ga, tốc độ quay của động cơ có thể tăng từ 1.000 vòng/phút lên hơn 6.000 vòng/phút chỉ trong một thời gian rất ngắn, nên dễ tăng tốc nhanh và có thể đạt tốc độ tối đa lớn.

Đây cũng là lý do tại sao các dòng xe du lịch dùng động cơ xăng thông thường có tốc độ quay của động cơ nằm trong ngưỡng dưới 9.000 vòng/phút, nhưng các cỗ máy tốc độ như xe đua có tốc độ quay của động cơ lên tới 15.000 thậm chí 18.000 vòng/phút.

Tuy nhiên, sự so sánh ở đây chỉ chính xác khi xét trong cùng một trình độ công nghệ. Việc ứng dụng các công nghệ khác như turbo tăng áp có thể làm cho tương quan này thay đổi đáng kể. Ngoài ra, tùy vào mục đích sử dụng của từng dòng xe mà nhà sản xuất có thể thay đổi thiết kế của động cơ để ưu tiên cho mô men xoắn hay công suất.

Tìm hiểu về moment xoắn & vòng tua máy

Bàn về chủ đề Moment xoắn. Mặc dù là một trong những thông số kỹ thuật quan trọng nhưng rất ít người mua xe có thể hình dung chính xác ý nghĩa của đại lượng này. Vậy momen xoắn là gì và nó có ảnh hưởng như thế nào đến khả năng vận hành của xe?

MÔ MEN XOẮN LÀ GÌ, CÔNG SUẤT VÀ Ý NGHĨA TRÊN Ô TÔ

Như ta đã biết, một lực tác động làm quay một vật nào đó thì tạo ra momen xoắn. Trong động cơ ô tô, momen xoắn được tạo ra do quá trình đốt cháy hỗn hợp không khí – nhiên liệu làm quay trục khuỷu. Áp lực cháy trong xy lanh càng cao thì lực tác động lên pittong càng lớn, do đó momen tạo ra cũng tăng theo, cải thiện khả năng leo dốc hoặc tải nặng của xe. Một cách trực quan momen xoắn thể hiện cho độ “khỏe” của chiếc xe, chỉ cần nhấn chân ga, chiếc xe “vọt” lên ngay tức thì.

Tuy nhiên điều gì cũng có hai mặt của nó, khi xe muốn tăng tốc nhanh hay vượt qua xe khác thì người lái thường chuyển số về cấp số thấp (nhằm tăng momen xoắn), lúc này sẽ là lợi về lực, nhưng ở cấp số thấp xe không thể đạt tốc độ cao (thiệt về đường đi). Ta sẽ thấy momen xoắn thể hiện rõ nhất trên xe SUV hay xe off-road như Jeep, Hummer, Land Rover, Toyota Land Cruiser Ford Everest 2015. . .

Mục đích của dòng xe này cần kiểm soát để cho xe di chuyển chậm, leo địa hình, thậm chí nhích từng tí trên các địa hình hiểm trở như đồi núi, sình lầy, băng tuyết… Chính vì vậy, những chiếc xe off-road thực thụ cần được trang bị động cơ có momen xoắn tối ưu ở số vòng tua thấp, cộng với sự hỗ trợ của một vài công nghệ khác như lốp địa hình, khóa vi-sai, hệ thống treo biên độ lớn.

Như vậy, có thể hiểu rằng công suất ảnh hưởng đến khả năng bứt phá của xe ở tốc độ cao, trong khi momen xoắn hỗ trợ khả năng tăng tốc từ lúc xe bắt đầu chuyển bánh.

Ngoài ra, với 2 động cơ cùng dung tích xilanh, động cơ xăng sẽ có công suất cực đại lớn hơn động cơ diesel, nhưng về giá trị momen xoắn cực đại thì ngược lại. Một phần của sự khác biệt này nằm ở chỗ tỷ suất nén bên trong các động cơ diesel cao hơn, nhưng cốt lõi vấn đề lại là quá trình đốt cháy nhiên liệu diesel.

Tác dụng và những điều cần biết

Sự đốt cháy diesel bắt đầu khi nhiên liệu được bơm vào trong xi lanh. Nhiên liệu bốc cháy đẩy piston từ điểm chết trên xuống điểm chết dưới và làm cho trục khuỷu quay. Momen xoắn chính là lực xoay của trục khuỷu. Khi chúng ta muốn tăng tốc hoặc kéo một vật có tải trọng càng lớn với một chiếc xe trang bị động cơ diesel, thì cần lượng nhiên liệu được bơm vào càng nhiều để tăng lực xoay đó.

Việc bơm nhiên liệu trong động cơ diesel diễn ra liên tục dưới dạng sương mù vào trong xi lanh ngay cả khi quá trình cháy đang diễn ra. Điều này khiến cho áp suất và lực đẩy lên piston lớn hơn trong một khoảng thời gian dài hơn, bởi vậy mà sinh ra lực xoắn lớn hơn. Chính vì thế đa số xe tải, xe khách được gắn động cơ diesel, còn xe du lịch thường là động cơ xăng.

Thực tế giá trị momen cực đại có thể thường xuyên không đạt được trong quá trình xe vận hành. Các công nghệ mới như: hệ thống điều phối van biến thiên (VVT), hệ thống điều khiển biến thiên chiều dài đường ống nạp (ACIS) hay Turbo tăng áp được sinh ra để mở rộng phạm vi vòng tua mà tại đó công suất cũng như Momen xoắn đạt cực đại xuất hiện.

Trên ô tô, tùy vào mục đích của người lái, thường xuyên đi trong thành phố, đường trường hay đi địa hình mà ta chọn chiếc xe có momen xoắn thích hợp. Một vài xe ô tô có momen xoắn lớn và tối ưu mà ta dễ dàng thấy ở Việt Nam như Toyota Fortuner, Toyota Land Cruiser, Ford Everest, Audi Q7, Rand Rover.

Nguồn oto-hui.com

Hy vọng với bài Phân tích về mo-men xoắn và ý nghĩa trong thực tế hữu ích đối với Anh Em. Nếu thích bài viết này, hãy chia sẻ cùng với bạn bè và đừng quên kết nối với chúng tôi!