Phân biệt công suất và mô-men xoắn của động cơ

Mã lực và công suất

Đơn vị tính của công suất phổ biến nhất thường gọi là mã lực. Theo thuật ngữ toán học, 1 mã lực là công một chú ngựa tạo ra để kéo một khối lượng 550 pound (1 pound = 454 gam) lên độ cao 1 foot ( khoảng 30 cm) trong 1 giây, hoặc sức mạnh cần thiết để kéo 33.000 pound lên 1 foot trong 1 phút. Công suất, trong vật lý, được định nghĩa đơn giản là tỷ lệ sinh công.

Công suất động cơ được đo bằng một lực kế. Trên lực kế sẽ có một thiết bị tạo lực hãm lên động cơ và đo lực xoắn mà trục khuỷu động cơ tạo ra để thắng được lực hãm. Tuy nhiên, thực tế thông số chính lực kế đo được chính mô men xoắn của động cơ.

Trên một chiếc xe, mô-men xoắn được đo tại nhiều tốc độ động cơ khác nhau, được tính bằng tốc độ quay mỗi phút (RPM). Từ hai đơn vị mô-men xoắn và số vòng quay động cơ tương ứng, chúng ta có thể tính được công suất thông qua công thức sau:

Công suất = (mô-men xoắn x số vòng quay động cơ)/5.252

* 5.252 chính là thời điểm tốc độ quay động cơ của động cơ cho thông số công suất và mô-men xoắn bằng nhau.

Hiệp hội kỹ sư ô tô có hai chuẩn để xác định công suất: có tải và không tải.

• Công suất không tải sẽ loại bỏ hầu hết tải trọng lên động cơ, kể cả hệ thống kiểm soát khí thải trước khi thử nghiệm.
• Công suất có tải là công suất đo được trên một mẫu xe đã hoàn thiện từ động cơ đến hệ thống dẫn động và các trang bị mà chúng ta thấy trưng bày tại đại lý. Thông số công suất này cũng là thông số trong bảng mô tả kỹ thuật, các tài liệu sửa chữa cũng như dùng trong quảng bá sản phẩm.

Vì sao lại dùng mô-men xoắn để xác định công suất? Câu trả lời khá đơn giản, chính là mô-men xoắn dễ đo đạc hơn. Mô-men xoắn được định nghĩa là lực quay có thể hoặc không sinh ra lực dẫn động. Đại lượng này được đo bằng lực xiết (Newton) nhân với chiều dài của đòn tay quay (mét) để tạo ra lực xoắn. Chẳng hạn, nếu bạn sử dụng một chiếc cờ lê dài 1 mét với lực xiết 10 Newton cho một đầu bulông, bạn sẽ tạo ra mô men xoắn 10 Nm (Newton-mét).

Mô-men xoắn, như đã đề cập ở trên, có thể được tạo ra mà không di chuyển đối tượng. Tuy nhiên, khi nó gián tiếp di chuyển vật thể, nó sẽ trở thành "công suất", và đây là điều hầu hết mọi người thường nghĩ đến mà không nghĩ đến mô men xoắn (thường là về kéo). Vì thế, khi mô-men xoắn tăng lên, công suất động cơ vì thế cũng sẽ tăng lên.

Mối quan hệ giữa công suất và mô-men xoắn

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. Tuy nhiên, 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.