Công suất

Công suất được tính với đơn vị mã lực.

 

Công suất rất được quan tâm khi nói về chiếc xe vì đại diện cho sức mạnh tối đa. Đơn vị của công suất thường tính theo mã lực, trong tiếng Anh là "horse power", được viết tắt là HP. James Watt là người đầu tiên đưa ra khái niệm trên vào năm 1782. Khi đó, ông phát minh ra động cơ hơi nước và muốn bán chúng cho những người đã quen sử dụng ngựa.

 

Để có hình ảnh trực quan hơn, công suất được tính theo đơn vị mã lực được mô tả là công mà một chú ngựa bỏ ra để kéo 33.000 pound (1 pound = 454 gram) lên một foot (30,48 cm) trong thời gian một phút (minute). Ngoài ra, công suất còn có nhiều đơn vị khác nhau. Các nhà vật lý và toán học rất thích dùng đơn vị kW (1kW = 1,36 HP, 1kW = 1.000 Watt) và coi đó như đơn vị chính xác nhất. Bên cạnh đó, có thể kể đến “PS” ở Đức, “CV” ở Pháp, “PK” ở Hà Lan. Dựa vào sự chênh lệch giữa các đơn vị, các nhà sản xuất sử dụng điều này để tạo ấn tượng cho sản phẩm.

 

Ví như chiếc Volkswagen Golf R được quảng cáo có động cơ 300 PS. Trong khi thực tế quy đổi ra chỉ bằng 296 HP. Nhưng nghe công suất 300 PS vẫn ấn tượng hơn. Tương tự với đơn vị kW, phép đo này ít được sử dụng, chỉ thực sự phổ biến ở Australia và Nam Phi. Chẳng hãng xe nào muốn nghe chiếc xe 400 HP của họ chỉ có công suất 298 kW.

 

Công suất càng cao, đồng nghĩa với tốc độ tối đa càng lớn. Nhưng với 2 xe cùng công suất, tốc độ tối đa không hẳn giống nhau, bởi tốc độ tối đa còn bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố khác nhau như trọng lượng, lực cản khí động học,... Ví dụ như Mazda3 và Mazda CX-5 cùng công suất 153 mã lực, nhưng tốc độ tối đa của Mazda3 lớn hơn.

 

Có một thực tế, công suất cực đại mà các nhà sản xuất công bố thường không phải công suất thực. Ở thị trường Mỹ, người ta hay đo công suất ở ngay động cơ. Còn ở châu Âu lại chọn cách đo công suất ở đầu ra hộp số. Sau đó công suất phải đi qua nhiều bộ phận rồi mới đến bánh xe. Ảnh hưởng của ma sát khiến công suất thực tế sẽ bị hao hụt từ 10-25% tùy theo từng loại xe.

 

Mô-men xoắn

 

Mô-men xoắn là lực làm quay một vật thể quanh một trục.

 

Công suất thể hiện rằng chiếc xe mạnh thế nào và nhanh đến đâu, thì mô-men xoắn lại thể hiện thời gian đạt được tốc độ đó trong bao nhiêu lâu. Mô-men xoắn càng cao, khả năng tăng tốc, leo dốc, vượt địa hình càng tốt. Hay nói đơn giản là xe càng "bốc". Khi đạp hết ga một chiếc thể thao, gia tốc sẽ đẩy người ngồi dính chặt vào ghế, khả năng này chính là nhờ mô-men xoắn tạo ra.

 

Các dòng xe chuyên dùng cho địa hình, chở nặng như SUV và bán tải thường trang bị động cơ dầu (mô-men xoắn lớn hơn động cơ xăng nếu cùng dung tích) để tạo sức kéo lớn. Xe tải khổng lồ Belaz 75710 có thể chở 450 tấn hàng, và để nó di chuyển, người ta phải trang bị khối động cơ tạo mô-men xoắn lên tới 18.626 Nm. Trong khi công suất chỉ 2.300 mã lực, bằng 1/8 mô-men xoắn. Còn xe thể thao dùng động cơ xăng dung tích lớn, tạo ra mô-men xoắn và công suất lớn.

 

Mô-men xoắn là một đại lượng vật lý biểu thị một lực làm quay một vật thể quanh một trục, đơn vị Nm (Newton x mét). Lấy ví dụ như chiếc cờ-lê khi siết ốc, người ta phải tác dụng một lực kéo để con ốc xoay. Lực xoay ở con ốc chính là mô-men xoắn. 

 

Để dễ hiểu hơn, có thể liên tưởng đến hình ảnh khởi động xe công nông thời trước. Người ta dùng một trục quay cắm thẳng vào trục khuỷu rồi quay. Người khỏe tạo ra nhiều công hơn, đồng nghĩa với nhiều mô-men xoắn hơn so với người yếu, nên việc quay trục dễ dàng hơn. 

 

Vòng tua máy

 

Công suất, mô-men xoắn và vòng tua luôn quan hệ chặt chẽ với nhau.

 

Vòng tua máy là số vòng trục khuỷu có thể quay trong một phút, đơn vị rpm (revolutions per minute). Quay càng nhanh, lực tạo ra càng nhiều. Công suất, mô-men xoắn và vòng tua luôn quan hệ chặt chẽ với nhau. Mô-men xoắn luôn đạt cực đại ở vòng tua sớm hơn công suất.

 

Lấy ví dụ như biểu đồ của chiếc BMW 760Li với mô-men xoắn 750 Nm và công suất 400 kW. Có thể thấy, mô-men xoắn đạt cực đại rất nhanh, ngay ở vòng tua 1.500 vòng/phút, và cứ thế đến khi chạm 5.000 vòng/phút rồi giảm dần. Công suất có tỷ lệ thuận với vòng tua, tăng dần cho đến khi đạt cực đại ở vòng tua 5.000 vòng/phút. Nhưng sau đó đi ngang và giảm dần.

 

Ở đây sinh ra một mâu thuẫn, vòng tua càng nhanh phải tạo ra lực càng nhiều. Vậy tại sao công suất và mô-men xoắn lại giảm khi đạt trên 5.000 vòng/phút?

 

Khi ở vòng tua thấp, nhiên liệu được bơm vào buồng đốt ít, sinh ra lực ít. Do vậy mô-men xoắn và công suất nhỏ. Ở vòng tua rất cao (trên 5.000 vòng/phút), lò xo đẩy xu-páp bị trơ không đóng không mở, gây ra hiện tượng xu-páp bị treo lơ lửng không còn tác dụng. Hỗn hợp nhiên liệu vào buồng đốt rồi thải ra ngay.

 

Ví dụ 9.000 vòng chỉ 6.000 vòng sinh ra công, 3.000 vòng gây tiêu hao công. Công suất và mô-men xoắn đều giảm. Ở dải vòng tua 1.500-5.000 vòng/phút, động cơ hoạt động ở trạng thái gần như lý tưởng. Tất cả vòng tua đều sinh công, dẫn đến mô-men xoắn đạt cực đại, công suất tăng dần theo vòng tua.