Horsepower – Mã lực (hp) là một đơn vị đo công suất, hay tốc độ thực hiện công, thường liên quan đến đầu ra của động cơ hoặc mô tơ. Có nhiều tiêu chuẩn và loại mã lực khác nhau. Hai định nghĩa phổ biến được sử dụng ngày nay là mã lực cơ học, khoảng 745,7 watt và mã lực hệ mét, xấp xỉ 735,5 watt.
Thuật ngữ Mã lực được sử dụng vào cuối thế kỷ 18 bởi kỹ sư người Scotland James Watt để so sánh sản lượng của động cơ hơi nước với sức mạnh của ngựa kéo. Sau đó, nó được mở rộng để bao gồm công suất đầu ra của các loại động cơ piston khác, cũng như tuabin, động cơ điện và các máy móc khác. Định nghĩa của đơn vị khác nhau giữa các khu vực địa lý. Hầu hết các quốc gia hiện nay đều sử dụng đơn vị SI là watt để đo công suất. Với việc thực hiện Chỉ thị 80/181/EEC của EU vào ngày 1 tháng 1 năm 2010, việc sử dụng mã lực ở EU chỉ được phép làm đơn vị bổ sung.
1. Mã lực ra đời như thế nào?
Chuyện kể rằng khi James Watt đang làm việc với những chú ngựa con đang nâng than tại một mỏ than, và ông ấy muốn có một cách nào đó để nói về sức mạnh có sẵn từ một trong những con vật này. Ông phát hiện ra rằng trung bình một con ngựa có thể thực hiện công việc nâng 22.000 pound lên 1 foot trong một phút. Sau đó, ông tăng con số đó lên 50 phần trăm và chốt phép đo ở mức 33.000 foot-pound trong một phút. Và đơn vị đo lường tùy ý đó đã xuất hiện trong nhiều thế kỷ và giờ đây xuất hiện trên ô tô, máy cắt cỏ, máy cưa xích của bạn và thậm chí trong một số trường hợp là máy hút bụi của bạn.
2. Mã lực có nghĩa là gì
Mã lực, đơn vị chung của công suất; có ý nghĩa là tốc độ hoàn thành công. Trong Hệ thống đo lường Anh, một mã lực tương đương với 33.000 foot-pound công mỗi phút — nghĩa là, công suất cần thiết để nâng tổng khối lượng 33.000 pound lên độ cao 1foot trong 1 phút. Giá trị này đã được kỹ sư người Scotland James Watt áp dụng vào cuối thế kỷ 18, sau khi thử nghiệm với những con ngựa có màu lông cứng cáp, và thực tế cao hơn khoảng 50% so với tỷ lệ mà một con ngựa trung bình có thể duy trì trong một ngày làm việc.
Theo đánh giá của James Watt, một con ngựa có thể thực hiện nâng 33.000 foot-pound mỗi phút. Vì vậy, hãy tưởng tượng một con ngựa đang nâng than ra khỏi mỏ than như hình trên. Một con ngựa sử dụng 1 mã lực có thể nâng 330 pound than lên 100 feet trong một phút, hoặc 33 pound than lên 1.000 feet trong một phút, hoặc 1.000 pound lên 33 feet trong một phút. Bạn có thể tạo ra bất cứ sự kết hợp nào giữa chiều cao và cân nặng mà bạn thích. Miễn là sản phẩm có giá trị 33.000 foot-pound trong một phút, thì bạn có một mã lực.
3. Phân loại mã lực
Mã lực cơ học
Mã lực cơ học chính là mã lực mà James Watt đưa ra:
1 hp ≡ 33,000 ft·lbf/min theo định nghĩa
= 550 ft⋅lbf/s
= 550 × 0.3048 × 0.45359237 m⋅kgf/s (1 ft ≡ 0,3048 m và 1 lb ≡ 0,45359237 kg)
= 76.0402249 kgf⋅m/s
= 76.0402249 × 9.80665 kg⋅m2/s3 vì g = 9,80665 m/s2
≈ 745,700 W vì 1 W ≡ 1 J/s = 1 N⋅m/s = 1 (kg⋅m/s2)⋅(m/s)
Mã lực hệ mét (PS, cv, hk, pk, ks, ch)
Mã lực (viết tắt là HP – horsepower) là một đơn vị dùng để chỉ công suất. Nó được định nghĩa (theo DIN 66036) một mã lực theo hệ mét là công cần thiết để nâng một khối lượng 75 kg lên cao 1 mét trong thời gian 1 giây hay 1HP = 75 kg·m/s.
75 kg × 9.80665 m/s2 × 1 m / 1 s = 75 kgf⋅m/s = 1 PS tương đương với 735,49875 W, hay 98,6% của một mã lực cơ học theo hệ thống hoàng gia Anh.
Trong thực tế để chuyển đổi nhanh giữa các đơn vị “mã lực” và “kW” (kilô watt), người ta hay dùng các hệ số tương đối như sau:
- Ở Anh: 1 HP = 0,7457 kW
- Ở Pháp: 1 CV (mã lực) = 0,7355 kW
- 1 kW = 1,36 CV = 1,34 HP
Mã lực tính thuế
Mã lực tính thuế hoặc mã lực tài chính là một đánh giá phi tuyến tính của một phương tiện cơ giới cho các mục đích thuế. Xếp hạng mã lực thuế ban đầu ít nhiều liên quan trực tiếp đến kích thước của động cơ; nhưng kể từ năm 2000, nhiều quốc gia đã chuyển sang các hệ thống dựa trên phát thải CO2, do đó không thể so sánh trực tiếp với các xếp hạng cũ hơn.
Mã lực điện
Thông số trên động cơ điện cho biết công suất đầu ra của chúng, không phải đầu vào điện (công suất truyền tại trục, không phải công suất tiêu thụ để điều khiển động cơ). Công suất đầu ra này thường được ghi bằng watt hoặc kilowatt. Tại Hoa Kỳ, công suất đầu ra được tính bằng mã lực, cho mục đích này được định nghĩa chính xác là 746 W.
Mã lực thủy lực
Mã lực thủy lực có thể đại diện cho công suất có sẵn trong máy thủy lực, công suất thông qua vòi phun xuống của một giàn khoan hoặc có thể được sử dụng để ước tính công suất cơ học cần thiết để tạo ra tốc độ dòng thủy lực đã biết.
Mã lực lò hơi
Mã lực lò hơi là công suất của lò hơi để cung cấp hơi nước đến động cơ hơi nước và không phải là đơn vị công suất giống như định nghĩa 550 ft lb / s. Một mã lực lò hơi bằng suất nhiệt năng cần thiết để làm bay hơi 34,5 pound (15,6 kg) nước ngọt ở 212 ° F (100 ° C) trong một giờ. Trong những ngày đầu sử dụng hơi nước, mã lực của lò hơi gần như tương đương với mã lực của động cơ được cấp liệu bằng lò hơi.
4. Mã lực động cơ
Mã lực tại trục đầu ra của động cơ, tuabin hoặc mô tơ được gọi là mã lực phanh hoặc mã lực trục (brake horsepower hoặc shaft horsepower), tùy thuộc vào loại dụng cụ được sử dụng để đo lường.
Mã lực của động cơ pittông, đặc biệt là ở các động cơ cỡ lớn hơn, thường được biểu thị bằng mã lực định danh, được xác định từ áp suất trong xi lanh. Mã lực phanh hoặc trục nhỏ hơn mã lực định danh bằng lượng công suất bị mất do ma sát trong chính động cơ, có thể lên tới 10 phần trăm hoặc nhiều hơn mã lực định danh. Mã lực của động cơ điện có thể được xác định từ đầu vào điện tính bằng watt, cho phép tổn thất nhiệt và ma sát trong chính động cơ. Mã lực lực đẩy của động cơ phản lực và tên lửa bằng lực đẩy tính bằng pound nhân với tốc độ của xe tính bằng dặm một giờ chia cho 375 (bằng một mã lực đo bằng dặm-pound trên giờ).
5. Chuyển đổi mã lực thành các đơn vị khác
- 1 mã lực tương đương với 746 watt. Vì vậy, nếu bạn lấy một con ngựa 1 mã lực và đặt nó trên máy chạy bộ, nó có thể vận hành một máy phát điện tạo ra 746 watt liên tục.
- 1 mã lực (trong quá trình một giờ) tương đương với 2.545 BTU (đơn vị nhiệt của Anh). Nếu bạn lấy 746 watt đó và cho nó chạy qua lò sưởi điện trong một giờ, nó sẽ tạo ra 2.545 BTU (trong đó BTU là lượng năng lượng cần thiết để tăng nhiệt độ của 1 pound nước lên 1 độ F).
- Một BTU tương đương với 1.055 jun, hoặc 252 gam calo hoặc 0,252 calo thực phẩm. Có lẽ, một con ngựa sản sinh ra 1 mã lực sẽ đốt cháy 641 Calo trong một giờ nếu nó hoạt động hiệu quả 100%.
6. Đo Mã lực
Nếu bạn muốn biết mã lực của một động cơ, bạn nối động cơ với một động lực kế. Động lực kế sẽ đặt một tải lên động cơ và đo lượng công suất mà động cơ có thể tạo ra so với tải.
Tương tự, nếu bạn gắn trục vào động cơ, động cơ có thể áp dụng mô-men xoắn lên trục. Một lực kế đo mô-men xoắn này. Bạn có thể dễ dàng chuyển đổi mô-men xoắn sang mã lực bằng cách nhân mô-men xoắn với vòng/phút/5252.
Bạn có thể hình dung về cách hoạt động của động lực kế theo cách sau: Hãy tưởng tượng rằng bạn bật động cơ ô tô, đặt về số 0 và đạp ga để động cơ quay hết tốc. Động cơ sẽ chạy nhanh đến mức nó sẽ nổ tung. Điều đó là không tốt, vì vậy trên một động lực kế, bạn đặt một tải trọng lên động cơ và đo tải trọng mà động cơ có thể xử lý ở các tốc độ động cơ khác nhau. Bạn có thể móc một động cơ vào một động lực kế, tăng tốc nó và sử dụng động lực kế để tác dụng một lượng đủ tải lên động cơ để giữ nó ở tốc độ 7.000 vòng/phút. Bạn ghi lại mức tải mà động cơ có thể xử lý. Sau đó, bạn tác động thêm tải để giảm tốc độ động cơ xuống 6.500 vòng/phút và ghi lại tải ở đó. Sau đó, bạn áp dụng tải bổ sung để giảm xuống 6.000 vòng/phút, v.v. Bạn có thể làm điều tương tự bắt đầu từ tốc độ 500 hoặc 1.000 vòng/phút và làm việc theo cách của bạn. Những gì mà động lực kế đo được thực sự là mô-men xoắn (tính bằng pound-feet hoặc Nm), và để chuyển đổi mô-men xoắn thành mã lực, bạn chỉ cần nhân mô-men xoắn với vòng/phút và chia cho 5252.
7. Vẽ đồ thị mã lực
Nếu bạn vẽ biểu đồ mã lực tương ứng với giá trị quay vòng/phút của động cơ, kết quả bạn nhận được là một đường cong mã lực cho động cơ. Đường cong mã lực điển hình cho động cơ hiệu suất cao có thể trông như thế này (đây là đường cong cho động cơ 300 mã lực trong Mitsubishi 3000 tăng áp kép):
Biểu đồ như thế này chỉ ra rằng bất kỳ động cơ nào cũng có điểm mã lực cực đại (peak horsepower) – giá trị vòng/phút tại đó công suất từ động cơ là cực đại. Một động cơ cũng có mô-men xoắn cực đại tại một vòng tua máy cụ thể. Bạn sẽ thường thấy điều này được thể hiện trong tài liệu quảng cáo hoặc bài đánh giá trên tạp chí là “320 HP @ 6500 vòng/phút, mô-men xoắn 290 lb-ft @ 5000 vòng/phút” (số liệu của Shelby Series 1 1999). Khi mọi người nói động cơ có “nhiều mô-men xoắn cực đại cấp thấp”, ý họ muốn nói là mô-men xoắn cực đại xảy ra ở giá trị vòng tua máy khá thấp, như 2.000 hoặc 3.000 vòng/phút.
Một điều khác bạn có thể thấy từ đường cong mã lực của ô tô là nơi mà động cơ có công suất cực đại. Khi bạn đang cố gắng tăng tốc nhanh chóng, bạn muốn cố gắng giữ cho động cơ gần với điểm mã lực cực đại của nó trên đường cong. Đó là lý do tại sao bạn thường sang số để tăng tốc – bằng cách về số, bạn tăng vòng tua động cơ, điều này thường đưa bạn đến gần điểm mã lực cao nhất trên đường cong. Nếu bạn muốn “phóng” xe khỏi đèn giao thông, bạn thường sẽ quay vòng tua máy để động cơ đạt ngay tại vòng tua mã lực cao nhất và sau đó nhả ly hợp để dồn công suất tối đa vào lốp xe.
8. Mã lực trong xe hiệu suất cao
Một chiếc xe được coi là “hiệu suất cao” nếu nó có rất nhiều công suất so với trọng lượng của xe. Điều này có ý nghĩa là nếu xe bạn càng có nhiều trọng lượng, thì bạn càng cần nhiều sức mạnh để tăng tốc. Đối với một lượng công suất nhất định, bạn muốn giảm thiểu trọng lượng để gia tốc tối đa.
Bạn có thể thấy mối tương quan rất rõ ràng giữa tỷ lệ công suất trên trọng lượng và thời gian từ 0 đến 60 – trong hầu hết các trường hợp, tỷ lệ cao hơn cho thấy một chiếc xe chạy nhanh hơn. Điều thú vị là có ít mối tương quan giữa tốc độ và giá cả. Viper thực sự trông giống như một giá trị khá tốt trên bảng cụ thể này!
Nếu bạn muốn một chiếc xe nhanh, bạn muốn có một tỷ lệ công suất trên trọng lượng tốt. Bạn muốn có nhiều sức mạnh và trọng lượng tối thiểu. Thì nơi đầu tiên để bắt đầu chính là dọn dẹp cốp xe của bạn.
