Giải thích về công suất và mô-men xoắn của động cơ đốt trong

Trong những thông số cơ bản nhất của một động cơ đốt trong, công suất và mô-men xoắn là hai thông số kỹ thuật có ý nghĩa quan trọng nhất về mặt "sức mạnh" của chiếc xe. Hai thông số này quan hệ với nhau một cách chặt chẽ, mỗi thông số thể hiện một đặc tính khác nhau và quyết định tính năng của chiếc xe trong từng điều kiện vận hành cụ thể.

Các loại xe như xe ben, xe off-road, xe thể thao hay siêu xe… đều được sinh ra với một mục đích cụ thể và không giống nhau. Việc so sánh công suất và mô-men xoắn giữa các động cơ với nhau có thể là một vấn đề khiến cho nhiều người sử dụng xe còn mơ hồ. Ví dụ, nếu ta nói một chiếc Lamborghini có công suất 700 mã lực là "mạnh" hơn một chiếc xe tải Hyundai có công suất 200 mã lực thì đó là một điều hoàn toàn sai lầm. Bởi "sức mạnh" của chiếc xe không chỉ thể hiện ở một đại lượng là công suất mà nó còn thể hiện ở một đại lượng quan trọng khác, đó chính là mô-men xoắn.



Căn nguyên của sự rối rắm này là ở chỗ khi các nhà sản xuất cải tiến hay cho ra đời một loại động cơ mới nào đó thì họ đã biết mình theo đuổi những đặc điểm kỹ thuật nào để đạt được sự tối ưu về trọng lượng, kích cỡ cũng như mục đích sử dụng của chiếc 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. Chúng ta sẽ cùng xem công suất cũng như mô-men xoắn thực sự là gì và chúng có ý nghĩa như thế nào đối với một chiếc xe.



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 mình xin nói về mô-men xoắn, chúng ta cần hiểu rõ về nó trước khi hiểu về 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.

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.



Xong, bây giờ thì các bạn đã hiểu về mô-men xoắn, mình sẽ nói qua công suất của động cơ. Trong thiết kế của động cơ đốt trong, công suất tượng trưng cho khả năng đạt tốc độ nhanh hay chậm mà không tượng trưng cho lực hay "sức mạnh" của chiếc xe. Nói một cách chính xác, công suất tượng trưng tốc độ sinh công, hay nôm na là tốc độ sinh ra mô-men xoắn của động cơ.

Nếu một chiếc xe có công suất càng lớn, nó có thể đạt được vận tốc rất cao nhưng chưa chắc nó có "sức mạnh" nếu mô-men xoắn cực đại của nó thấp. Ví dụ, một chiếc xe thể thao có thể chạy nhanh đến 350 km/h nhưng chưa chắc nó có thể kéo được một chiếc xe... hũ lô 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.





Qua hai định nghĩa trên, ta có thể thấy được bản chất thực sự của công suất và mô-men xoắn là gì và sự khác nhau giữa chúng ra sao. Từ nhu cầu thực tế, chúng ta có thể nhận thấy những loại xe cần mô-men xoắn lớn chính là xe tải, xe lu, xe địa hình, xe quân sự... và những loại xe cần công suất cao là xe đua, xe thể thao... Như vậy, một chiếc xe có cả hai thông số công suất và mô-men xoắn vào loại "cực cao" thì nó sẽ hoạt động tựa tựa như một chiếc xe hũ lô kéo theo một chiếc container và chạy với vận tốc 300km/h.

Như đã đề cập ở những phần trên, công suất và mô-men xoắn đều biến thiên liên tục trong dải vòng tua hoạt động của động cơ. Chính vì thế, một động cơ được cho là "hoàn hảo" nếu nó đạt được những tiêu chí sau:

• Có công suất cực đại lớn => đạt được tốc độ cao
• Có mô-men xoắn cực đại lớn => cho khả năng tải nặng, lực kéo mạnh, tăng tốc nhanh
• Mô-men xoắn cực đại phải đạt được ở vòng tua thấp => tăng tốc nhanh, tải nặng tức thời và tiết kiệm nhiên liệu
• Mô-men xoắn cực đại phải đạt được tại một dải vòng tua dài => kéo dài khả năng tải nặng và tăng tốc độ của xe

Dưới đây là biểu đồ mình họa mối tương quan giữa công suất, mô-men xoắn tại dải vòng tua hoạt động của động cơ V8 4.0L TFSI trên Audi RS7 2014, một mẫu xe thể thao mà mình từng chia sẻ với các bạn trong một bài viết trước đây. Động cơ này cho công suất cực đại 560 mã lực tại 5.700 - 6.600 vòng/phút và mô-men xoắn cực đại đạt 700Nm tại dải vòng tua 1.750 - 5.500 vòng/phút. Đây chính là một động cơ hiện đại và mạnh mẽ, thỏa mãn tương đối tốt 4 tiêu chí trên.

Nhìn vào biểu đồ này, chúng ta có thể thấy mô-men xoắn cực đại 700Nm của động cơ đạt được tại vòng tua rất sớm: 1.750 vòng/phút và kéo dài đến tận 5.500 vòng/phút - những con số mà hầu như tay lái nào cũng ao ước. Những đường gạch chấm chấm dốc lên rất nhanh từ vòng tua 1.000 vòng/phút cho đến 1.750 vòng/phút, điều này cho thấy rằng mô-men xoắn của chiếc xe đã tăng lên rất nhanh trong một khoảng thời gian rất ngắn. Khi xe mới khởi động, vòng tua máy sẽ nằm ở mức từ 800 vòng/phút đến 1000 vòng/phút, chỉ cần mớm nhẹ ga, vòng tua máy của hầu hết các xe sẽ lên đến 2.000 vòng/phút rất dễ dàng.

Về công suất, do bản chất 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 trên, chúng ta có thể dễ dàng nhìn thấy đồ thị 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 mô-men 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.



Chính vì vậy, chúng ta có thể thấy động cơ V8 của Audi RS7 là một cỗ máy gần như hoàn hảo và là ao ước của các tính đồ tốc độ. Chiếc xe này sẽ có một khả năng vận hành khá đáng nể với khả năng tốc rất nhanh cùng tốc độ tối đa đạt được sẽ là rất lớn nếu không có hệ thống giới hạn tốc độ điện tử. Trong bài viết trước đây, mình cũng đã so sánh về thông số công suất với 2 đối thủ lớn nhất của Audi RS7 là BMW M6 Gran Coupe và Mercdes-Benz CLS AMG. Với cùng kết cấu kiểu V8, động cơ V8 BiTurbo 5.5L của Mercedes-Benz CLS63 AMG sản sinh ra công suất tối đa 518 mã lực. Trong khi đó, mặc dù cho ra công suất tối đa 560 mã lực giống như Audi RS7 nhưng động cơ V8 của BMW M6 Gran Coupe lại có dung tích lớn hơn, 4,4 lít

Vài dòng chia sẻ, xin kết thúc tại đây.
Chúc các bạn luôn vui với niềm đam mê xe của mình.

-- Anh Hai Khía --

Tham khảo: Wikipedia

Hình ảnh từ CAT, Hyundai, Audi, Mercedes-Benz và Lamborghini