otoman.net
Tài xế O-H
(...tiếp theo phần trước: Động cơ 101: P1.2 - Các đặc tính cơ bản)
Trong phần trước, em đã giới thiệu tới bác các đặc điểm cơ bản của khái niệm momen xoắn. Đây là một khái niệm quan trọng và thậm chí còn là một yếu tố cấu thành nên công suất của động cơ. Trong bài này, ta sẽ tiếp tục đào sâu cơ chế sản sinh momen xoắn và cùng tìm hiểu đặc tính kỹ thuật được đo lường bằng biểu đồ của đại lượng này. Trước khi đọc tiếp nội dung bên dưới, bác có thể tham khảo cơ bản các thành phần cấu tạo của một động cơ bốn thì đơn giản trên Google.
Một động cơ V6.
1. Cơ chế sản sinh momen xoắn
Như ta đã biết, trong một động cơ đốt trong, hòa khí sau khi cháy trong lồng xy-lanh sẽ tạo ra năng lượng. Năng lượng này được chuyển hóa thành cơ năng thông qua hệ thống piston - tay đòn và tác dụng một lực lên trục khuỷu, làm quay trục khuỷu. Hỗn hợp khí sau khi cháy giãn nở mạnh, làm tăng áp suất p trong buồng đốt. Chính áp suất tăng lên này là tác nhân gây ra một lực F lên diện tích bề mặt piston Ap.
Cơ chế sản sinh momen xoắn.
Như vậy, trong một động cơ bốn thì, bốn xy-lanh, thì tại một thời điểm chỉ có một piston sinh công và tạo ra momen xoắn lên trục khuỷu. Ba piston còn lại không tạo ra momen. Vậy có thể coi momen xoắn tại đầu ra của động cơ này đúng bằng momen xoắn do một piston gây ra. Biết được các đại lượng áp suất hỗn hợp khí cháy p, đường kính xy-lanh B, bán kính trục khuỷu a, ta có thể tính được momen xoắn do piston tạo ra theo công thức đơn giản sau.
Công thức tính momen xoắn do piston tạo ra.
Ví dụ, một động cơ bốn thì, bốn xy-lanh thẳng hàng có B = 85 mm, p = 120,000 Pa (Pascal), và a = 62 mm sẽ tạo ra khoảng 42 Nm momen xoắn. Đương nhiên, thông qua hệ truyền động, momen xoắn truyền tới bánh xe sẽ thay đổi theo tỷ lệ truyền của hộp số và các bộ phận trung gian khác, nhưng tạm thời ta sẽ dừng lại ở phạm vi động cơ trong khuôn khổ chuỗi bài “Động cơ 101” này.
Momen xoắn được khuếch đại nhờ hộp số.
Nếu như B và a là hai giá trị cố định đối với mỗi động cơ, áp suất p lại thay đổi liên tục theo tình trạng sử dụng của người lái. Cụ thể, khi tăng hay giảm ga (thông qua hành động đạp hay nhả chân ga), người lái yêu cầu động cơ thay đổi độ mở bướm ga. Từ đó, lượng hòa khí (không khí và nhiên liệu) được đưa vào buồng đốt tăng hoặc giảm, kéo theo sự thay đổi của áp suất tạo ra sau khi hòa khí cháy. Điều này giải thích cho hiện tượng momen xoắn của một động cơ là khác nhau ứng với mỗi tải khác nhau mà Otoman đề cập trong phần 1.
Hòa khí không khí - xăng được đốt cháy.
Không những vậy, tại một vị trí chân ga cố định, khi vòng tua máy tăng lên thì các đặc điểm đốt cháy hòa khí (góc đánh lửa, thời gian đánh lửa, lượng nhiên liệu…) cũng thay đổi, dẫn tới việc áp suất p cũng thay đổi. Điều này giải thích cho hiện tượng momen xoắn là khác nhau khi tốc độ động cơ tăng giảm mà Otoman cũng đã đề cập trong phần 1.
Momen thay đổi khi tốc độ động cơ thay đổi.
Đến đây, hẳn có bác sẽ thắc mắc: Liệu khi sản xuất động cơ, ta tăng mạnh đường kính xy-lanh B và bán kính trục khuỷu a để tăng momen xoắn thì có nên không? Về lý thuyết thì phương án này nghe có vẻ hợp lý, nhưng trên thực tế thì Otoman xin trả lời bác là “không” vì ba lý do sau. Thứ nhất, tăng giá trị hai đại lượng này đồng nghĩa với việc tăng kích thước động cơ - điều chắc chắn sẽ không mang lại lợi ích về mặt kinh tế cho cả nhà sản xuất và người sử dụng. Thứ hai, tăng kích thước các chi tiết đồng nghĩa với tăng thất thoát năng lượng do ma sát tại các diện tích tiếp xúc lớn hơn. Cuối cùng, bán kính trục khuỷu “phình” ra sẽ làm động cơ mất cân bằng khi hoạt động.
Bán kính trục khuỷu lớn sẽ làm mất cân bằng động cơ.
(còn nữa...)
Trong phần trước, em đã giới thiệu tới bác các đặc điểm cơ bản của khái niệm momen xoắn. Đây là một khái niệm quan trọng và thậm chí còn là một yếu tố cấu thành nên công suất của động cơ. Trong bài này, ta sẽ tiếp tục đào sâu cơ chế sản sinh momen xoắn và cùng tìm hiểu đặc tính kỹ thuật được đo lường bằng biểu đồ của đại lượng này. Trước khi đọc tiếp nội dung bên dưới, bác có thể tham khảo cơ bản các thành phần cấu tạo của một động cơ bốn thì đơn giản trên Google.
Một động cơ V6.
1. Cơ chế sản sinh momen xoắn
Như ta đã biết, trong một động cơ đốt trong, hòa khí sau khi cháy trong lồng xy-lanh sẽ tạo ra năng lượng. Năng lượng này được chuyển hóa thành cơ năng thông qua hệ thống piston - tay đòn và tác dụng một lực lên trục khuỷu, làm quay trục khuỷu. Hỗn hợp khí sau khi cháy giãn nở mạnh, làm tăng áp suất p trong buồng đốt. Chính áp suất tăng lên này là tác nhân gây ra một lực F lên diện tích bề mặt piston Ap.
Cơ chế sản sinh momen xoắn.
Như vậy, trong một động cơ bốn thì, bốn xy-lanh, thì tại một thời điểm chỉ có một piston sinh công và tạo ra momen xoắn lên trục khuỷu. Ba piston còn lại không tạo ra momen. Vậy có thể coi momen xoắn tại đầu ra của động cơ này đúng bằng momen xoắn do một piston gây ra. Biết được các đại lượng áp suất hỗn hợp khí cháy p, đường kính xy-lanh B, bán kính trục khuỷu a, ta có thể tính được momen xoắn do piston tạo ra theo công thức đơn giản sau.
Công thức tính momen xoắn do piston tạo ra.
Ví dụ, một động cơ bốn thì, bốn xy-lanh thẳng hàng có B = 85 mm, p = 120,000 Pa (Pascal), và a = 62 mm sẽ tạo ra khoảng 42 Nm momen xoắn. Đương nhiên, thông qua hệ truyền động, momen xoắn truyền tới bánh xe sẽ thay đổi theo tỷ lệ truyền của hộp số và các bộ phận trung gian khác, nhưng tạm thời ta sẽ dừng lại ở phạm vi động cơ trong khuôn khổ chuỗi bài “Động cơ 101” này.
Momen xoắn được khuếch đại nhờ hộp số.
Nếu như B và a là hai giá trị cố định đối với mỗi động cơ, áp suất p lại thay đổi liên tục theo tình trạng sử dụng của người lái. Cụ thể, khi tăng hay giảm ga (thông qua hành động đạp hay nhả chân ga), người lái yêu cầu động cơ thay đổi độ mở bướm ga. Từ đó, lượng hòa khí (không khí và nhiên liệu) được đưa vào buồng đốt tăng hoặc giảm, kéo theo sự thay đổi của áp suất tạo ra sau khi hòa khí cháy. Điều này giải thích cho hiện tượng momen xoắn của một động cơ là khác nhau ứng với mỗi tải khác nhau mà Otoman đề cập trong phần 1.
Hòa khí không khí - xăng được đốt cháy.
Không những vậy, tại một vị trí chân ga cố định, khi vòng tua máy tăng lên thì các đặc điểm đốt cháy hòa khí (góc đánh lửa, thời gian đánh lửa, lượng nhiên liệu…) cũng thay đổi, dẫn tới việc áp suất p cũng thay đổi. Điều này giải thích cho hiện tượng momen xoắn là khác nhau khi tốc độ động cơ tăng giảm mà Otoman cũng đã đề cập trong phần 1.
Momen thay đổi khi tốc độ động cơ thay đổi.
Đến đây, hẳn có bác sẽ thắc mắc: Liệu khi sản xuất động cơ, ta tăng mạnh đường kính xy-lanh B và bán kính trục khuỷu a để tăng momen xoắn thì có nên không? Về lý thuyết thì phương án này nghe có vẻ hợp lý, nhưng trên thực tế thì Otoman xin trả lời bác là “không” vì ba lý do sau. Thứ nhất, tăng giá trị hai đại lượng này đồng nghĩa với việc tăng kích thước động cơ - điều chắc chắn sẽ không mang lại lợi ích về mặt kinh tế cho cả nhà sản xuất và người sử dụng. Thứ hai, tăng kích thước các chi tiết đồng nghĩa với tăng thất thoát năng lượng do ma sát tại các diện tích tiếp xúc lớn hơn. Cuối cùng, bán kính trục khuỷu “phình” ra sẽ làm động cơ mất cân bằng khi hoạt động.
Bán kính trục khuỷu lớn sẽ làm mất cân bằng động cơ.
(còn nữa...)
