Khi tìm hiểu về động cơ, chắc hẳn bạn đã từng nghe đến thuật ngữ “momen xoắn”. Vậy momen xoắn là gì và nó có ý nghĩa như thế nào đến khả năng vận hành của chiếc xe? Ô tô Ngọc Dũng sẽ cùng bạn giải đáp thắc mắc này, đồng thời khám phá những yếu tố ảnh hưởng đến momen xoắn, công thức tính, cách thức hoạt động,… để có cái nhìn tổng quan nhất.
Momen xoắn, nói một cách dễ hiểu, là thước đo khả năng làm quay một vật của một lực.
Hãy hình dung bạn đang vặn chặt một con ốc vít. Lực bạn tác dụng lên tay cầm tua vít tạo ra momen xoắn, khiến ốc vít xoay và siết chặt vào bề mặt. Momen xoắn không chỉ là độ lớn của lực mà còn phụ thuộc vào khoảng cách từ điểm đặt lực đến trục quay.
Momen xoắn là gì?
Càng tác dụng lực xa trục quay, momen xoắn càng lớn. Chính momen xoắn này quyết định khả năng siết chặt ốc vít, xoay bánh xe hay vận hành các thiết bị cơ khí.
Công suất là gì?
Công suất, hiểu đơn giản, là tốc độ thực hiện công. Nó cho biết động cơ sinh ra năng lượng nhanh đến mức nào.
Hãy tưởng tượng bạn đang leo cầu thang. Nếu bạn chạy nhanh lên đỉnh, bạn có công suất lớn. Nếu bạn đi thong thả, công suất của bạn nhỏ hơn. Trong động cơ, công suất lớn cho phép xe tăng tốc nhanh và đạt vận tốc cao.
Công suất trong động cơ xe
Tuy nhiên, công suất không phải là tất cả. Một chiếc xe đua công thức 1 có thể có công suất cực lớn, nhưng không thể kéo nổi một chiếc xe tải hạng nặng. Đó là bởi vì momen xoắn, chứ không phải công suất, mới quyết định sức kéo của động cơ.
Mô-men xoắn cực đại là thước đo sức mạnh của động cơ xe tải thể hiện khả năng tạo ra lực kéo để vận chuyển hàng hóa. Giá trị này càng cao thì xe càng khỏe, dễ dàng vượt qua địa hình khó và chở nặng.
Tuy nhiên sức mạnh này được tạo ra ở vòng tua máy khác nhau tùy thuộc vào thiết kế của động cơ. Động cơ đạt mô-men xoắn cực đại ở vòng tua thấp sẽ giúp xe tiết kiệm nhiên liệu và tăng tốc nhanh ở dải tốc độ thấp, phù hợp với việc di chuyển trong thành phố hay đường gồ ghề.
Momen xoắn cực đại là gì?
Ngược lại động cơ đạt mô-men xoắn cực đại ở vòng tua cao sẽ phát huy sức mạnh tối đa khi xe chạy ở tốc độ cao, giúp xe chở nặng và leo dốc tốt hơn. Nói một cách dễ hiểu, mô-men xoắn cực đại giống như sức mạnh của một người đẩy xe. Người khỏe có thể đẩy xe nặng, còn người đẩy xe ở tư thế thuận lợi sẽ giúp xe di chuyển dễ dàng hơn.
Công thức tính momen xoắn
Để tính toán mô-men xoắn, chúng ta sử dụng công thức τ = NS * F * sin(θ), trong đó:
τ là giá trị mô-men xoắn, thể hiện sức mạnh xoay của lực.
NS là chiều dài cánh tay đòn, tức là khoảng cách từ trục quay đến điểm tác dụng của lực.
F là độ lớn của lực tác dụng.
θ là góc giữa hướng của lực và cánh tay đòn.
Để xác định hướng của mô-men xoắn, ta dùng quy tắc nắm tay phải. Hãy tưởng tượng bạn nắm tay phải quanh trục quay, các ngón tay chỉ theo hướng lực tác dụng. Khi đó ngón cái sẽ chỉ hướng của mô-men xoắn.
Đơn vị đo momen xoắn động cơ
Mô-men xoắn thường được đo bằng hai đơn vị phổ biến là Newton-mét (Nm) và pound-feet (lb-ft).
Newton-mét (Nm) là đơn vị đo lường trong hệ mét, được sử dụng rộng rãi trên toàn cầu và trong các tài liệu khoa học.
Pound-feet (lb-ft) là đơn vị đo lường trong hệ Anh, phổ biến ở Mỹ và một số quốc gia khác.
Ý nghĩa momen xoắn trong động cơ ô tô
Như đã nói ở trên, momen xoắn là yếu tố quyết định sức mạnh thực sự của động cơ, thể hiện khả năng tải và tăng tốc tức thời của xe. Tuy nhiên nó không phải là yếu tố duy nhất mà còn thay đổi theo vòng tua máy và đạt cực đại ở một vòng tua nhất định. Thông thường nhà sản xuất sẽ công bố giá trị momen xoắn cực đại trong bảng thông số kỹ thuật.
Momen có ý nghĩa gì trong động cơ ô tô?
Ngoài ra, cách thức truyền mô-men xoắn đến bánh xe cũng ảnh hưởng đến hiệu suất của xe. Xe số sàn sử dụng bộ ly hợp trong khi xe số tự động sử dụng hộp biến mô. Điều thú vị là với hai xe cùng dung tích xi-lanh, xe có công suất lớn hơn thường đạt mô-men xoắn cực đại ở vòng tua cao hơn, trong khi xe có mô-men xoắn cực đại lớn hơn thường đạt được ở vòng tua thấp hơn.
Mô-men xoắn và công suất là hai khái niệm thường được nhắc đến khi nói về sức mạnh động cơ nhưng chúng thể hiện hai khía cạnh khác nhau. Nếu mô-men xoắn là thước đo sức kéo, khả năng tải nặng thì công suất lại cho biết động cơ sinh công nhanh đến mức nào.
Hệ thống truyền động của xe (bao gồm hộp số) đóng vai trò quan trọng trong việc điều hòa mối quan hệ giữa mô-men xoắn và công suất. Khi xe cần lực kéo lớn như khi leo dốc hoặc chở nặng, hộp số sẽ giảm cấp số đồng thời tăng mô-men xoắn truyền đến bánh xe.
Xe máy dầu thường có mô-men xoắn lớn hơn xe máy xăng cùng dung tích, nhờ đó có sức kéo tốt hơn ở vòng tua thấp. Tuy nhiên để sức mạnh này được truyền đến bánh xe một cách hiệu quả thì cần có sự phối hợp nhịp nhàng giữa hộp số, hệ thống dẫn động và các chi tiết khác.
Ví dụ minh hoạ về momen xoắn, công suất, mã lực
Ví dụ, xe tải Hyundai HD320 sử dụng động cơ diesel D6CA với mô-men xoắn cực đại lên đến 784 Nm tại dải vòng tua 1.400 – 2.200 vòng/phút. Mô-men xoắn lớn này cho phép xe tải chở nặng, leo dốc và vận hành mạnh mẽ ở điều kiện tải cao, ngay cả khi vòng tua máy chưa đạt đến mức cao nhất. Điều này thể hiện rõ ưu thế của động cơ diesel trong việc vận chuyển hàng hóa nặng nhọc.
Lợi ích của momen xoắn
Momen xoắn có rất nhiều lợi ích đối với xe tải nói chung và các tài xế nói riêng.
Lái xe thoải mái hơn
Xe có mô-men xoắn thấp thường được thiết kế đạt công suất cao ở vòng tua máy lớn. Điều này đồng nghĩa với việc bạn sẽ cảm nhận được sức mạnh của xe rõ rệt hơn khi ở tốc độ cao. Tuy nhiên, ở tốc độ thấp xe có thể tăng tốc chậm hơn. Để khắc phục điều này, hộp số sẽ giữ ở cấp số thấp và cho phép động cơ hoạt động ở vòng tua cao hơn, từ đó tạo ra đủ lực kéo để xe di chuyển mượt mà.
Nhờ vậy bạn sẽ ít phải sang số hơn khi di chuyển, tạo cảm giác lái xe thư thái và dễ chịu. Bên cạnh đó, xe cũng phản ứng nhanh nhạy hơn khi bạn tăng tốc ở dải tốc độ cao, mang đến trải nghiệm lái xe thoải mái.
Chở nặng dễ hơn
Đối với xe tải, mô-men xoắn là yếu tố quan trọng cho khả năng vận chuyển hàng hóa nặng. Mô-men xoắn càng lớn xe càng có sức kéo mạnh mẽ, vượt qua những con dốc cao hay chở nặng trên quãng đường dài mà không gặp trở ngại.
Đặc biệt những chiếc xe tải hiện đại được thiết kế để đạt mô-men xoắn cực đại ngay cả ở vòng tua máy thấp. Điều này không chỉ giúp xe vận hành êm ái mà còn tiết kiệm nhiên liệu đáng kể, tối ưu hiệu quả kinh tế cho người sử dụng.
Momen xoắn có lực lớn giúp cho xe tải có thể chở nặng
Leo lên những đoạn dốc dễ hơn
Mô-men xoắn càng lớn thì lực đẩy của xe về phía trước càng mạnh giúp xe dễ dàng leo dốc mà không bị ì máy hay mất đà. Ngoài ra nó còn đảm bảo an toàn cho người lái, đặc biệt là trong những điều kiện khắc nghiệt như đường trơn trượt, bùn lầy hay cát lún.
Momen xoắn vector
Mô-men xoắn vector là công nghệ tiên tiến giúp phân phối lực kéo đến từng bánh xe một cách độc lập, mang lại khả năng kiểm soát vượt trội, đặc biệt là trên những chiếc xe dẫn động bốn bánh. Khi vào cua, hệ thống sẽ phân phối nhiều mô-men xoắn hơn cho bánh xe bên ngoài giúp xe bám đường tốt hơn và vào cua chính xác hơn. Trên đường trơn trượt, mô-men xoắn sẽ được điều chỉnh linh hoạt giữa các bánh giúp xe ổn định và tránh bị trượt bánh.
Công nghệ này không chỉ nâng cao hiệu suất vận hành mà còn mang lại trải nghiệm lái xe an toàn và thú vị hơn. Bạn sẽ cảm nhận được sự ổn định và tự tin khi lái xe trên mọi địa hình từ đường cao tốc trơn trượt đến những cung đường gồ ghề.
Cách thức hoạt động của momen xoắn
Cách thức hoạt động của momen xoắn trong từng động cơ như sau:
Trong động cơ xăng
Hiệu suất mô-men xoắn của động cơ đốt trong thường được biểu diễn bằng một đường cong hình chuông. Mô-men xoắn tăng dần đến một đỉnh điểm rồi giảm dần, trong khi công suất tiếp tục tăng cho đến khi đạt vòng tua máy tối đa. Đỉnh của đường cong mô-men xoắn này chính là “điểm ngọt” – nơi động cơ hoạt động hiệu quả nhất tạo ra lực kéo mạnh mẽ nhất.
Khi xe chạy trên đường cao tốc, động cơ thường hoạt động ở số cao và vòng tua thấp để tiết kiệm nhiên liệu. Lúc này xe không cần nhiều mô-men xoắn để duy trì tốc độ nên hệ thống truyền động sẽ ưu tiên hiệu suất vận hành êm ái và tiết kiệm.
Trong động cơ diesel
Động cơ diesel nổi tiếng với sức kéo vượt trội, đặc biệt ở vòng tua thấp. Điều này có được là nhờ khả năng tạo ra mô-men xoắn lớn ngay cả khi động cơ chưa đạt tốc độ cao. Do đó xe sử dụng động cơ diesel có khả năng kéo, chở nặng và leo dốc tốt hơn đồng thời tăng tốc nhanh hơn, phù hợp với những địa hình đòi hỏi lực kéo lớn.
Trong động cơ tăng áp
Turbo tăng áp cuộn kép (Twin-scroll turbo)
Nếu động cơ thông thường đạt mô-men xoắn cực đại ở một vòng tua nhất định thì động cơ tăng áp/siêu nạp hay còn gọi là động cơ Turbo lại có dải vòng tua đạt mô-men xoắn cực đại rộng hơn. Nói cách khác, động cơ luôn sẵn sàng cung cấp sức kéo mạnh mẽ trong một dải tốc độ rộng giúp xe tăng tốc nhanh và mượt mà hơn.
Về lý thuyết, động cơ tăng áp/siêu nạp cho phép sử dụng động cơ dung tích nhỏ hơn mà vẫn đảm bảo sức mạnh, qua đó tiết kiệm nhiên liệu. Tuy nhiên trên thực tế, hiệu quả tiết kiệm nhiên liệu còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như cách thức vận hành, điều kiện giao thông và thói quen lái xe.
Trong động cơ điện
Xe điện (EV) mang đến một trải nghiệm lái hoàn toàn khác biệt nhờ đặc tính vận hành độc đáo của động cơ điện. Không giống như động cơ đốt trong cần thời gian để đạt vòng tua lý tưởng, động cơ điện tạo ra mô-men xoắn cực đại ngay lập tức.
Trên đây là tổng quan những thông tin về momen xoắn mà Ô tô Ngọc Dũng muốn chia sẻ đến các tài xế. Hiểu rõ momen xoắn là gì không chỉ giúp bạn lựa chọn chiếc xe phù hợp với nhu cầu sử dụng mà còn giúp bạn vận hành xe một cách hiệu quả và an toàn hơn.
