Hiệu suất thể tích của động cơ đốt trong

Thứ Ba, 04/06/2024 - 16:23 - hoangvv

Đối với động cơ đốt trong, quá trình cháy phụ thuộc vào lượng không nhiêu liệu bên trong xi-lanh. Càng có nhiều không khí vào bên trong buồng đốt, chúng ta càng đốt cháy nhiều nhiên liệu, mô-men xoắn và công suất động cơ đầu ra càng cao.

Vì không khí có khối lượng nên nó có quán tính. Ngoài ra, đường ống nạp, các van và van tiết lưu cũng đóng vai trò hạn chế luồng không khí vào xi lanh. Bằng hiệu suất thể tích, chúng ta đo lường được công suất của động cơ lấp đầy thể tích hình học có sẵn của động cơ với không khí. Nó có thể được định nghĩa là tỉ số giữa thể tích không khí khi hút vào xilanh (thực) trên thể tích hình học của xilanh (thực).

Hiệu suất thể tích (VE) trong kỹ thuật động cơ đốt trong được định nghĩa là tỷ lệ giữa thể tích tương đương của không khí trong lành được hút vào xi lanh trong hành trình nạp (nếu khí ở điều kiện tham chiếu về mật độ) với thể tích của chính xi lanh.

Công thức tính toán hiệu suất thể tích

Hầu hết các động cơ đốt trong được sử dụng ngày nay trên các phương tiện giao thông cơ giới đều có xi lanh thể tích piston cố định, được xác định bằng đường kính của xi-lanh và cơ cấu trục khuỷu. Nói một cách chính xác, thể tích tổng của một động cơ Vt [m3] là hàm số được tính toán của tổng số xi lanh nc [-] và thể tích một xi lanh Vcyl [m3].

Vt = nc · Vcyl (1)

Thể tích tổng cộng của xilanh là tổng giữa thể tích công tác (thể tích quét của piston) Vd [m3] và thể tích cháy Vc [m3].

Vcyl = Vd + Vc (2)

Thể tích cháy rất nhỏ so với thể tích công tác (ví dụ: tỷ lệ 1:12) nên có thể bỏ qua khi tính hiệu suất thể tích của động cơ.

Hiệu suất thể tích ηv [-] được định nghĩa là tỷ số giữa thể tích thực tế (đo được) của không khí nạp Va [m3] được hút vào xi lanh/động cơ và thể tích lý thuyết của động cơ/xi lanh Vd [m3], trong chu kỳ động cơ nạp.

ηv = Va / Vd (3)

Hiệu suất thể tích cũng có thể được coi là hiệu suất của động cơ đốt trong để nạp khí nạp vào xi lanh. Hiệu suất thể tích càng cao thì lượng khí nạp vào động cơ càng cao.

Trong trường hợp động cơ phun nhiên liệu gián tiếp (chủ yếu là xăng) thì không khí nạp được trộn với nhiên liệu. Vì lượng nhiên liệu tương đối nhỏ (tỷ lệ 1:14,7) so với lượng không khí nên chúng ta có thể bỏ qua khối lượng nhiên liệu để tính hiệu suất thể tích.

Thể tích không khí nạp thực tế có thể được tính bằng hàm số của khối lượng không khí ma [kg] và mật độ không khí ρa [kg/m3]:

Va = ma / ρa (4)

Thay (4) vào (3) ta có hiệu suất thể tích bằng:

ηv = ma / (ρa · Vd) (5)

Thông thường, trên lực kế động cơ, lưu lượng khối không khí nạp được đo [kg/s] thay vì khối lượng không khí [kg]. Vì vậy, chúng ta cần sử dụng lưu lượng khối không khí để tính hiệu suất thể tích.

maf = (ma · Ne) / nr (6)

  • Ne [rot/s] – tốc độ động cơ
  • nr – số vòng quay trục khuỷu trong một chu trình đầy đủ của động cơ (đối với động cơ 4 kỳ nr = 2)

Từ phương trình (6), chúng ta có thể viết khối lượng khí nạp như sau:

ma = (maf · nr) / Ne (7)

Thay (7) vào (5) ta có hiệu suất thể tích bằng:

ηv = (maf · nr) / (ρa · Vd · Ne) (8)

Hiệu suất thể tích tối đa là 1 (hoặc 100%). Ở giá trị này, động cơ có khả năng hút toàn bộ thể tích không khí lý thuyết có sẵn vào động cơ. Có những trường hợp đặc biệt trong đó động cơ được thiết kế đặc biệt cho một điểm vận hành mà hiệu suất thể tích có thể cao hơn 100% một chút.

Nếu áp suất không khí nạp pa [Pa] và nhiệt độ Ta [K] được đo trong đường ống nạp, thì mật độ không khí nạp có thể được tính như sau:

ρa = pa / (Ra · Ta) (9)

  • ρa [kg/m3] – mật độ không khí nạp
  • pa [Pa] – áp suất khí nạp
  • Ta [K] – nhiệt độ không khí nạp
  • Ra [J/kgK] – hằng số khí đối với không khí khô (bằng 286,9 J/kgK)

Bài liên quan

Chia sẻ

Tin cũ hơn

AWD trên ô tô là gì? Có tốn nhiên liệu hơn không?

So với hệ dẫn động cầu trước hoặc cầu sau (2WD), hệ thống dẫn động bốn bánh toàn thời gian (AWD) có cấu tạo phức tạp hơn và thường tiêu hao nhiên liệu nhiều hơn do truyền lực đến cả bốn bánh. Vậy cụ thể, cơ chế vận hành của hệ dẫn động AWD diễn ra như thế nào?

Hệ thống VVT-i trên ô tô: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động chi tiết

Hệ thống VVT-i là viết tắt của Variable Valve Timing – Intelligent hay còn gọi là Thời điểm phối khí thay đổi thông minh. Được ra đời và áp dụng từ rất lâu,

Hệ thống lái bánh trước: Vì sao luôn phổ biến hơn bánh sau?

Khi người lái xoay vô lăng, hệ thống lái sẽ điều khiển bánh trước chuyển hướng, giúp xe di chuyển theo ý muốn. Tuy nhiên, không phải ai cũng hiểu rõ lý do tại sao chức năng quan trọng này lại chủ yếu tập trung ở bánh trước thay vì bánh sau. Điều này bắt nguồn từ thiết kế kỹ thuật và các yếu tố an toàn, ổn định trong vận hành, vốn là ưu tiên hàng đầu của các nhà sản xuất ô tô.

Ý nghĩa của chữ và số ở cần gạt số hộp số tự động

Hãy cùng tìm hiểu cụm từ “PRNDL” và tất cả các biến thể của nó, bao gồm các chế độ D1, D2 và D3 để đi tìm ý nghĩa đầy đủ các chữ và số trên cần gạt hộp số tự động. Bạn đã bao giờ tự hỏi những chữ và số trên cần gạt

Giải mã nguyên nhân khiến điện thoại “làm ngơ” màn hình giải trí trên Toyota Vios

Hệ thống màn hình giải trí trên Toyota Vios đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao trải nghiệm người lái, từ giải trí đa phương tiện đến hỗ trợ kết nối thông minh. Tuy nhiên, thực tế cho thấy trang bị này vẫn có thể gặp tình trạng không tương thích với một số dòng điện thoại thông minh, đặc biệt khi thiết bị sử dụng hệ điều hành quá cũ hoặc chưa được tối ưu hóa cho Android Auto hay Apple CarPlay.

Có thể bạn quan tâm

  • Tìm hiểu về gương chống chói trong xe
    Tìm hiểu về gương chống chói trong xe
    Gương chống chói trong xe ô tô dùng cảm biến và lớp điện sắc để tự động giảm phản xạ khi bị đèn pha chiếu từ sau, giúp tầm nhìn rõ hơn.