Công suất và momen xoắn đều là các thông số kỹ thuật có ý nghĩa quan trọng nhất về mặt "sức mạnh" của một chiếc xe. Hai thông số này thể hiện mỗi đặc tính riêng và mục đích sử dụng của xe, nhưng lại liên hệ với nhau một cách chặt chẽ.
Khi chúng ta bàn về xe cộ với nhau, công suất là thứ được đề cập nhiều hơn momen xoắn. Một ví dụ đơn giản, khi ai đó tìm mua xe ở đại lý họ thường hỏi nhân viên bán hàng là: “Xe này bao nhiêu mã?” chứ ít ai hỏi “Momen xoắn xe này bao nhiêu?”.
"Thói quen" này bắt nguồn từ việc chúng ta cho rằng momen xoắn là một đại lượng phức tạp hơn công suất và rằng momen xoắn không quan trọng bằng công suất. Trên thực tế, momen xoắn mới là đại lượng dễ hiểu hơn công suất.
Momen xoắn là gì?
Thật ra chúng ta đều đã làm quen với khái niệm momen xoắn từ lớp 8 ở bài Đòn bẩy. Các thí nghiệm đòn bẩy của nhà khoa học Ác si mét đã cho thấy: khi một lực tác dụng vào một vật làm nó tự quay quanh trục cố định của nó, khi đó momen xoắn xuất hiện.
Theo đó, momen xoắn là lực sinh ra khi vật thể quay quanh trục của nó.
Ở ô tô, momen xoắn chính là đại lượng để chỉ sức quay của trục khuỷu động cơ, hay liên hệ xa hơn một chút, đó chính là là sức quay của bánh xe.
Như vậy có thể hiểu, xe có momen 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 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 là gì?
Định lý Berra nói rằng: momen xoắn là khả năng thực hiện công việc, công suất là mức độ nhanh hay chậm để hoàn thành công việc đó.
Liên hệ vào động cơ đốt trong ô tô, công suất tượng trưng cho khả năng đạt tốc độ nhanh hay chậm mà không tượng trưng cho lực quay của bánh xe. Nói một cách chính xác, công suất tượng trưng tốc độ sinh công, hay nôm na là tốc độ sinh ra momen xoắn của động cơ.
Như vậy có thể hiểu, xe có công suất càng lớn thì tốc độ tối đa nó có thể đạt được càng lớn.
So sánh sức mạnh của 2 chiếc xe khác nhau bất kỳ
Bây giờ các bác đã hiểu bản chất của hai thông số công suất và momen xoắn, chúng ta quay trở lại với câu hỏi ban đầu trên tiêu đề: Công suất lớn hơn có nghĩa là xe mạnh hơn?
Hãy cùng giải quyết bài toán sau: Nếu như theo cách so sánh công suất giữa 2 xe để quyết định xe nào mạnh hơn như chúng ta vẫn hay làm, thì liệu một chiếc Lamborghini Sian FKP 37 lắp động cơ hybrid V12 có công suất hơn 820 mã lực có mạnh hơn một chiếc xe đầu kéo Hyundai Xcient P420 công suất 420 mã lực?
Rõ ràng là không! Đó là vì sức mạnh của chiếc xe không chỉ thể hiện ở một đại lượng là công suất mà nó còn thể hiện ở momen xoắn.
Một ví dụ khác là hypercar danh tiếng Bugatti Chiron có thể đạt tốc độ tối đa 409 km/h nhưng chưa chắc nó có thể kéo được một chiếc xe xúc đất hạng nặng. Tuy nhiên một chiếc xe ben hạng nặng của Caterpillar chỉ chạy được tối đa 150km/h thì lại hoàn toàn có khả năng này.
Nhìn xa hơn, công nghệ điện khí hóa ngày nay cho phép các siêu xe đạt được momen xoắn cực khủng như xe điện Lucid Air có momen xoắn lên đến 1.200 Nm. Nhưng điều này cũng chưa chắc đủ để giúp nó kéo được một xe xúc đất hạng nặng được như Caterpillar.
Gốc rễ của vấn đề này ở chỗ mỗi chiếc xe được sinh ra đều mang trong mình những đặc điểm riêng về kích thước, trọng lượng và mục đích sử dụng. Do đó, động cơ mà chiếc xe mang theo sở hữu những đặc điểm kỹ thuật khác nhau nhằm phù hợp với mục đích sử dụng đó.
Từ nhu cầu thực tế, chúng ta thấy những loại xe cần momen xoắn lớn chính là xe tải, xe lu, xe cẩu, xe xúc đất, xe địa hình, xe quân sự,... và những loại xe cần công suất cao là xe đua, xe thể thao, siêu xe,...
Giá trị của công suất và mô-men xoắn biến thiên rất khác nhau trong dải vòng tua của động cơ và thông thường thì các nhà sản xuất chỉ công bố giá trị cực đại của hai thông số này. Điều đó rất dễ gây nên nhầm lẫn về "sức mạnh" của một chiếc xe.
Vì sao xe máy dầu có momen xoắn lớn hơn xe máy xăng?
Do 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 momen xoắn lớn ngay từ các dải tốc độ thấp.
Ví dụ, Toyota Fortuner máy dầu 2.4L nhưng momen xoắn cực đại lên tới 400 Nm tại tốc độ quay 1.600 vòng/phút, trong khi bản máy xăng 2.7L, nhưng mô men xoắn cực đại chỉ 245 Nm tại 4.000 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.
Bù lại xe xăng lại tăng tốc nhanh hơn xe máy dầu do nhiên liệu diesel tự cháy dưới áp suất và nhiệt độ cao, tốc độ cháy chậm, động cơ nặng, nên tốc độ quay của động cơ tăng lên chậm hơn rất nhiều so với động cơ xăng. Do đó, động cơ xăng 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 bốc hơn.
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 F1 có tốc độ quay của động cơ lên tới 15.000 thậm chí 18.000 vòng/phút.
Mối liên hệ giữa công suất và momen xoắn
Về mặt toán học, ta có công thức liên hệ giữa công suất và momen xoắn như sau:
Trong đó:
Một động cơ được xem là hoàn hảo nếu nó thỏa được các tiêu chí sau:
Cách đọc biểu đồ sinh công - momen xoắn của xe
Đường biến thiên momen xoắn dốc lên rất nhanh từ vòng tua 1.000 vòng/phút cho đến 1.750 vòng/phút, điều này cho thấy rằng momen xoắn của xe tăng lên rất nhanh trong một khoảng thời gian rất ngắn.
Bản chất công suất là một đại lượng tượng trưng cho tốc độ sinh công nên công suất sẽ tỷ lệ thuận với vòng tua máy (tốc độ quay của trục khuỷu). Nhìn vào biểu đồ, có thể dễ dàng thấy đường biến thiên của công suất có hình dốc xéo, giá trị của nó tăng lên rất nhanh theo số vòng tua và đạt cực đại tại số vòng tua khá sớm - 5.700 vòng/phút.
Đặc biệt tại giai đoạn 1.000 vòng/phút cho đến 1.750 vòng/phút, giai đoạn mà momen xoắn đi từ giá trị thấp nhất cho đến cao nhất, thì công suất có độ dốc cao hơn so với phần còn lại của biểu đồ. Điều này chứng tỏ tốc độ của chiếc xe có thể tăng lên nhanh nhất là trong giai đoạn ban đầu này.
Kết luận
Với điều kiện giao thông chưa thuận lợi như Việt Nam, việc so sánh công suất hay momen xoắn của các dòng xe phổ thông là một việc khá thừa thãi, họa chăng chỉ mang tính tán gẫu khi trò chuyện về xe với nhau. Tuy nhiên, hiểu được cốt lõi của công suất và momen xoắn cũng như mối liên hệ giữa chúng sẽ giúp chúng ta hiểu rõ hơn bản chất của ô tô.
>> Xem thêm
Khi chúng ta bàn về xe cộ với nhau, công suất là thứ được đề cập nhiều hơn momen xoắn. Một ví dụ đơn giản, khi ai đó tìm mua xe ở đại lý họ thường hỏi nhân viên bán hàng là: “Xe này bao nhiêu mã?” chứ ít ai hỏi “Momen xoắn xe này bao nhiêu?”.
"Thói quen" này bắt nguồn từ việc chúng ta cho rằng momen xoắn là một đại lượng phức tạp hơn công suất và rằng momen xoắn không quan trọng bằng công suất. Trên thực tế, momen xoắn mới là đại lượng dễ hiểu hơn công suất.
Momen xoắn là gì?
Thật ra chúng ta đều đã làm quen với khái niệm momen xoắn từ lớp 8 ở bài Đòn bẩy. Các thí nghiệm đòn bẩy của nhà khoa học Ác si mét đã cho thấy: khi một lực tác dụng vào một vật làm nó tự quay quanh trục cố định của nó, khi đó momen xoắn xuất hiện.
Theo đó, momen xoắn là lực sinh ra khi vật thể quay quanh trục của nó.
Lực xiết đai ốc khiến đai ốc quay quanh trục của chính nó sinh ra momen xoắn
Ở ô tô, momen xoắn chính là đại lượng để chỉ sức quay của trục khuỷu động cơ, hay liên hệ xa hơn một chút, đó chính là là sức quay của bánh xe.
Lực quay của trục khuỷu truyền lực đến bánh xe sinh ra momen xoắn
Như vậy có thể hiểu, xe có momen 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 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 là gì?
Định lý Berra nói rằng: momen xoắn là khả năng thực hiện công việc, công suất là mức độ nhanh hay chậm để hoàn thành công việc đó.
Liên hệ vào động cơ đốt trong ô tô, công suất tượng trưng cho khả năng đạt tốc độ nhanh hay chậm mà không tượng trưng cho lực quay của bánh xe. Nói một cách chính xác, công suất tượng trưng tốc độ sinh công, hay nôm na là tốc độ sinh ra momen xoắn của động cơ.
Như vậy có thể hiểu, xe có công suất càng lớn thì tốc độ tối đa nó có thể đạt được càng lớn.
So sánh sức mạnh của 2 chiếc xe khác nhau bất kỳ
Bây giờ các bác đã hiểu bản chất của hai thông số công suất và momen xoắn, chúng ta quay trở lại với câu hỏi ban đầu trên tiêu đề: Công suất lớn hơn có nghĩa là xe mạnh hơn?
Hãy cùng giải quyết bài toán sau: Nếu như theo cách so sánh công suất giữa 2 xe để quyết định xe nào mạnh hơn như chúng ta vẫn hay làm, thì liệu một chiếc Lamborghini Sian FKP 37 lắp động cơ hybrid V12 có công suất hơn 820 mã lực có mạnh hơn một chiếc xe đầu kéo Hyundai Xcient P420 công suất 420 mã lực?
Rõ ràng là không! Đó là vì sức mạnh của chiếc xe không chỉ thể hiện ở một đại lượng là công suất mà nó còn thể hiện ở momen xoắn.
Một ví dụ khác là hypercar danh tiếng Bugatti Chiron có thể đạt tốc độ tối đa 409 km/h nhưng chưa chắc nó có thể kéo được một chiếc xe xúc đất hạng nặng. Tuy nhiên một chiếc xe ben hạng nặng của Caterpillar chỉ chạy được tối đa 150km/h thì lại hoàn toàn có khả năng này.
Nhìn xa hơn, công nghệ điện khí hóa ngày nay cho phép các siêu xe đạt được momen xoắn cực khủng như xe điện Lucid Air có momen xoắn lên đến 1.200 Nm. Nhưng điều này cũng chưa chắc đủ để giúp nó kéo được một xe xúc đất hạng nặng được như Caterpillar.
Gốc rễ của vấn đề này ở chỗ mỗi chiếc xe được sinh ra đều mang trong mình những đặc điểm riêng về kích thước, trọng lượng và mục đích sử dụng. Do đó, động cơ mà chiếc xe mang theo sở hữu những đặc điểm kỹ thuật khác nhau nhằm phù hợp với mục đích sử dụng đó.
Từ nhu cầu thực tế, chúng ta thấy những loại xe cần momen xoắn lớn chính là xe tải, xe lu, xe cẩu, xe xúc đất, xe địa hình, xe quân sự,... và những loại xe cần công suất cao là xe đua, xe thể thao, siêu xe,...
Xe cần momen xoắn lớn...
và xe cần công suất (tốc độ) lớn
Giá trị của công suất và mô-men xoắn biến thiên rất khác nhau trong dải vòng tua của động cơ và thông thường thì các nhà sản xuất chỉ công bố giá trị cực đại của hai thông số này. Điều đó rất dễ gây nên nhầm lẫn về "sức mạnh" của một chiếc xe.
Vì sao xe máy dầu có momen xoắn lớn hơn xe máy xăng?
Do 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 momen xoắn lớn ngay từ các dải tốc độ thấp.
Ví dụ, Toyota Fortuner máy dầu 2.4L nhưng momen xoắn cực đại lên tới 400 Nm tại tốc độ quay 1.600 vòng/phút, trong khi bản máy xăng 2.7L, nhưng mô men xoắn cực đại chỉ 245 Nm tại 4.000 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.
Bù lại xe xăng lại tăng tốc nhanh hơn xe máy dầu do nhiên liệu diesel tự cháy dưới áp suất và nhiệt độ cao, tốc độ cháy chậm, động cơ nặng, nên tốc độ quay của động cơ tăng lên chậm hơn rất nhiều so với động cơ xăng. Do đó, động cơ xăng 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 bốc hơn.
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 F1 có tốc độ quay của động cơ lên tới 15.000 thậm chí 18.000 vòng/phút.
Mối liên hệ giữa công suất và momen xoắn
Về mặt toán học, ta có công thức liên hệ giữa công suất và momen xoắn như sau:
H = T x rpm / 5252
Trong đó:
- H là mã lực
- T là momen xoắn
- rpm là tốc độ quay của động cơ
- 5252 là hằng số nếu tốc độ tính bằng rpm và momen xoắn tính bằng Pound-feet
Một động cơ được xem là hoàn hảo nếu nó thỏa được các tiêu chí sau:
- Công suất cực đại lớn thì đạt được tốc độ cao
- Momen xoắn cực đại lớn thì khả năng tải nặng, lực kéo mạnh, tăng tốc nhanh
- Momen xoắn cực đại đạt được ở vòng tua thấp thì tăng tốc nhanh, tải nặng tức thời và tiết kiệm nhiên liệu
- Momen xoắn cực đại đạt được tại một dải vòng tua dài thì kéo dài khả năng tải nặng và tăng tốc độ của xe
Cách đọc biểu đồ sinh công - momen xoắn của xe
Biểu đồ biến thiên công suất và momen xoắn của động cơ V8 4.0 lít Audi RS7
- Đường nét liền: biến thiên công suất
- Đường nét đứt: biến thiên momen xoắn
- Trục tung bên trái: công suất (kW)
- Trục tung bên phải: momen xoắn (Nm)
- Trục hoành: số vòng tua máy (vòng/phút)
Đường biến thiên momen xoắn dốc lên rất nhanh từ vòng tua 1.000 vòng/phút cho đến 1.750 vòng/phút, điều này cho thấy rằng momen xoắn của xe tăng lên rất nhanh trong một khoảng thời gian rất ngắn.
Bản chất công suất là một đại lượng tượng trưng cho tốc độ sinh công nên công suất sẽ tỷ lệ thuận với vòng tua máy (tốc độ quay của trục khuỷu). Nhìn vào biểu đồ, có thể dễ dàng thấy đường biến thiên của công suất có hình dốc xéo, giá trị của nó tăng lên rất nhanh theo số vòng tua và đạt cực đại tại số vòng tua khá sớm - 5.700 vòng/phút.
Đặc biệt tại giai đoạn 1.000 vòng/phút cho đến 1.750 vòng/phút, giai đoạn mà momen xoắn đi từ giá trị thấp nhất cho đến cao nhất, thì công suất có độ dốc cao hơn so với phần còn lại của biểu đồ. Điều này chứng tỏ tốc độ của chiếc xe có thể tăng lên nhanh nhất là trong giai đoạn ban đầu này.
Kết luận
Với điều kiện giao thông chưa thuận lợi như Việt Nam, việc so sánh công suất hay momen xoắn của các dòng xe phổ thông là một việc khá thừa thãi, họa chăng chỉ mang tính tán gẫu khi trò chuyện về xe với nhau. Tuy nhiên, hiểu được cốt lõi của công suất và momen xoắn cũng như mối liên hệ giữa chúng sẽ giúp chúng ta hiểu rõ hơn bản chất của ô tô.
Các bác đang sử dụng mẫu xe nào? Công suất và momen xoắn của chúng là bao nhiêu?
>> Xem thêm
Last edited by a moderator:
Chủ đề tương tự
