otoman.net
Tài xế O-H
(...tiếp theo phần trước: Động cơ 101: P2.2 - Momen xoắn)
Kết thúc phần trước, chúng ta đã tìm hiểu sâu hơn về đặc tính momen xoắn của động cơ. Trong bài viết này, em xin giới thiệu tới các bác đại lượng quan trọng thứ hai - đó chính là công suất.
Công suất là đặc tính quan trọng của động cơ.
1. Công thức tính công suất
Ta biết rằng công suất đại diện cho tốc độ sinh công của động cơ. Khi đang lăn bánh, một chiếc xe có công suất cao hơn thường tăng tốc nhanh hơn. Ta cũng biết rằng, momen xoắn là một yếu tố cấu thành nên công suất. Mối quan hệ này được thể hiện thông qua công thức sau đây. Lưu ý rằng phép tính này chỉ là lý thuyết, vì trên thực tế, công suất đo được trên dàn dyno sẽ nhỏ hơn do thất thoát năng lượng qua các chi tiết máy (thất thoát momen xoắn).
P [W] : công suất
T [Nm] : momen xoắn
ω [rad/s] : tốc độ góc
Mặt khác, ta có các phép quy đổi đơn vị sau: 1 rad/s = 30/π rpm; 1 kW = 1.36 hp
Vậy (1) có thể được viết lại như sau: P = (T⋅N⋅π⋅1.36) / (30⋅1000) [hp] (2)
Trong đó:
N [rpm] : tốc độ động cơ
Ví dụ, tại vòng tua máy 3,200 rpm, một động cơ sản sinh 170 Nm momen xoắn thì theo lý thuyết nó cũng sẽ tạo ra một công suất khoảng 77.4 hp.
2. Biểu đồ đặc tính
Tương tự như momen xoắn, động cơ sau khi được kiểm tra trên dàn băng thử cũng sẽ cho ra kết quả biểu đồ đặc tính công suất (dưới dạng lưới). Ta hãy cùng quay lại với mẫu động cơ trong ví dụ ở phần trước và tính toán các giá trị công suất mà nó sản sinh. Áp dụng (2) tại mỗi giá trị vòng tua máy và momen xoắn, ta có bảng kết quả sau:
Bảng kết quả đo công suất theo lý thuyết.
Biểu đồ dạng dưới cho công suất (power map) cho động cơ này có hình thù như bên dưới. Biểu đồ này cho ta biết giá trị công suất mà động cơ sản sinh tại một vòng tua máy và tải cụ thể. Như vậy ta cũng có thể tạm kết luận: Biểu đồ đặc tính công suất của động cơ là một biểu đồ ba chiều, trong đó tốc độ động cơ và vị trí bướm ga là đại lượng đầu vào, qua tính toán cho ra giá trị công suất là đại lượng đầu ra.
Biểu đồ đặc tính công suất (dạng lưới).
Ta tiếp tục đơn giản hóa biểu đồ lưới bằng biểu đồ 2 chiều.
Biểu đồ 2D dạng điểm.
Và nối các điểm tại cùng vị trí chân ga, ta được biểu đồ đường.
Biểu đồ 2D dạng đường.
Mẫu động cơ trong ví dụ sản sinh công suất cực đại khoảng 153 hp tại vòng tua 6,300 rpm. Các đường biểu diễn trên biểu đồ càng dốc thì khả năng tăng tốc của xe càng nhanh, xe sớm đạt tốc độ tối đa. Chú ý rằng, nếu kéo dài trục hoành, ta nhận thấy công suất tăng đến mức cực đại và giảm mạnh ngay sau đó. Xảy ra điều này là vì tại thời điểm đó, mức tăng tốc độ động cơ không thể bù lại được mức giảm momen xoắn do thất thoát, theo công thức (1).
Biểu đồ công suất càng dốc, xe tăng tốc càng nhanh. Nguồn ảnh: digitaltrends
Xin mách nhỏ thêm với các bác rằng khi phân tích công suất của động cơ, ngoài công suất cực đại và độ dốc của đường đặc tính, giới kỹ thuật cũng rất thường xuyên sử dụng hai đại lượng khác là công suất cực đại trên 1 lít dung tích động cơ, và công suất cực đại trên 1 kg khối lượng động cơ. Ta sẽ không đi sâu vào hai đại lượng này, tuy nhiên một giá trị cao là mục tiêu mà mọi hãng chế tạo động cơ hiệu năng cao đều nhắm đến.
Bảng: Công suất lít, công suất/trọng lượng
Bác nào yêu Merc chắc sẽ biết đến khối động cơ M133 - niềm tự hào một thời của hãng xe Đức. Ra đời từ năm 2013 trên chiếc A45 AMG, mẫu M133 từng ba lần đạt giải Động cơ Quốc tế của năm ở hạng mục “Động cơ mới tốt nhất” và ”Động cơ 1.8 - 2.0 L”. Động cơ có dung tích 2.0 L và sản sinh công suất cực đại 265 kW (360 hp), tương đương với khoảng 133 kW / 1 lít dung tích. Tên mã động cơ được AMG đặt chính là đại diện cho con số này.
Động cơ M133 của AMG.
(...còn tiếp)
Kết thúc phần trước, chúng ta đã tìm hiểu sâu hơn về đặc tính momen xoắn của động cơ. Trong bài viết này, em xin giới thiệu tới các bác đại lượng quan trọng thứ hai - đó chính là công suất.
Công suất là đặc tính quan trọng của động cơ.
1. Công thức tính công suất
Ta biết rằng công suất đại diện cho tốc độ sinh công của động cơ. Khi đang lăn bánh, một chiếc xe có công suất cao hơn thường tăng tốc nhanh hơn. Ta cũng biết rằng, momen xoắn là một yếu tố cấu thành nên công suất. Mối quan hệ này được thể hiện thông qua công thức sau đây. Lưu ý rằng phép tính này chỉ là lý thuyết, vì trên thực tế, công suất đo được trên dàn dyno sẽ nhỏ hơn do thất thoát năng lượng qua các chi tiết máy (thất thoát momen xoắn).
P = T⋅ω (1)
Trong đó:P [W] : công suất
T [Nm] : momen xoắn
ω [rad/s] : tốc độ góc
Mặt khác, ta có các phép quy đổi đơn vị sau: 1 rad/s = 30/π rpm; 1 kW = 1.36 hp
Vậy (1) có thể được viết lại như sau: P = (T⋅N⋅π⋅1.36) / (30⋅1000) [hp] (2)
Trong đó:
N [rpm] : tốc độ động cơ
Ví dụ, tại vòng tua máy 3,200 rpm, một động cơ sản sinh 170 Nm momen xoắn thì theo lý thuyết nó cũng sẽ tạo ra một công suất khoảng 77.4 hp.
2. Biểu đồ đặc tính
Tương tự như momen xoắn, động cơ sau khi được kiểm tra trên dàn băng thử cũng sẽ cho ra kết quả biểu đồ đặc tính công suất (dưới dạng lưới). Ta hãy cùng quay lại với mẫu động cơ trong ví dụ ở phần trước và tính toán các giá trị công suất mà nó sản sinh. Áp dụng (2) tại mỗi giá trị vòng tua máy và momen xoắn, ta có bảng kết quả sau:
Bảng kết quả đo công suất theo lý thuyết.
Biểu đồ dạng dưới cho công suất (power map) cho động cơ này có hình thù như bên dưới. Biểu đồ này cho ta biết giá trị công suất mà động cơ sản sinh tại một vòng tua máy và tải cụ thể. Như vậy ta cũng có thể tạm kết luận: Biểu đồ đặc tính công suất của động cơ là một biểu đồ ba chiều, trong đó tốc độ động cơ và vị trí bướm ga là đại lượng đầu vào, qua tính toán cho ra giá trị công suất là đại lượng đầu ra.
Biểu đồ đặc tính công suất (dạng lưới).
Ta tiếp tục đơn giản hóa biểu đồ lưới bằng biểu đồ 2 chiều.
Biểu đồ 2D dạng điểm.
Và nối các điểm tại cùng vị trí chân ga, ta được biểu đồ đường.
Biểu đồ 2D dạng đường.
Mẫu động cơ trong ví dụ sản sinh công suất cực đại khoảng 153 hp tại vòng tua 6,300 rpm. Các đường biểu diễn trên biểu đồ càng dốc thì khả năng tăng tốc của xe càng nhanh, xe sớm đạt tốc độ tối đa. Chú ý rằng, nếu kéo dài trục hoành, ta nhận thấy công suất tăng đến mức cực đại và giảm mạnh ngay sau đó. Xảy ra điều này là vì tại thời điểm đó, mức tăng tốc độ động cơ không thể bù lại được mức giảm momen xoắn do thất thoát, theo công thức (1).
Biểu đồ công suất càng dốc, xe tăng tốc càng nhanh. Nguồn ảnh: digitaltrends
Xin mách nhỏ thêm với các bác rằng khi phân tích công suất của động cơ, ngoài công suất cực đại và độ dốc của đường đặc tính, giới kỹ thuật cũng rất thường xuyên sử dụng hai đại lượng khác là công suất cực đại trên 1 lít dung tích động cơ, và công suất cực đại trên 1 kg khối lượng động cơ. Ta sẽ không đi sâu vào hai đại lượng này, tuy nhiên một giá trị cao là mục tiêu mà mọi hãng chế tạo động cơ hiệu năng cao đều nhắm đến.
Bảng: Công suất lít, công suất/trọng lượng
Bác nào yêu Merc chắc sẽ biết đến khối động cơ M133 - niềm tự hào một thời của hãng xe Đức. Ra đời từ năm 2013 trên chiếc A45 AMG, mẫu M133 từng ba lần đạt giải Động cơ Quốc tế của năm ở hạng mục “Động cơ mới tốt nhất” và ”Động cơ 1.8 - 2.0 L”. Động cơ có dung tích 2.0 L và sản sinh công suất cực đại 265 kW (360 hp), tương đương với khoảng 133 kW / 1 lít dung tích. Tên mã động cơ được AMG đặt chính là đại diện cho con số này.
Động cơ M133 của AMG.
(...còn tiếp)
