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

Các đời xe Toyota Land Cruiser Prado trên thế giới và Việt Nam

Toyota Land Cruiser Prado là mẫu xe SUV cỡ trung do Toyota sản xuất. Xe đã trải qua 5 thế hệ cùng nhiều lần nâng cấp kể từ lần đầu tiên ra mắt năm 1990.

Các đời xe Mitsubishi Attrage: lịch sử hình thành, các thế hệ

Mitsubishi Attrage là mẫu sedan phân khúc hạng B của thương hiệu Nhật Bản. Attrage được bán ở khoảng 60 quốc gia trên thế giới, định hướng là dòng xe 4 chỗ giá rẻ và tiết kiệm nhiên liệu.

Lịch sử hình thành và các thế hệ xe Subaru Outback

Subaru Outback, một mẫu xe đã được phát triển dựa trên nền tảng của sedan cỡ trung Subaru Legacy. Ban đầu, Outback được thiết kế là một chiếc xe bốn cửa, năm chỗ ngồi với khoảng sáng gầm xe cao hơn và kiểu dáng chắc chắn, tạo ra sự khác biệt rõ rệt so với các mẫu sedan truyền thống.

Các đời xe Toyota Wigo: Lịch sử các thế hệ tại Việt Nam và Thế giới

Toyota Wigo là mẫu hatchback hạng A ra mắt quốc tế vào năm 2013 và lần đầu được Toyota giới thiệu tại thị trường Việt Nam vào giữa năm 2018. Trải qua các thế hệ và các phiên bản cải tiến, Toyota Wigo với yếu tố thương hiệu Nhật Bản cùng những thay đổi chất lượng là sự lựa chọn đáng cân nhắc với khách hàng đang tìm mua chiếc xe đô thị nhỏ gọn.

5 dấu hiệu mất cân bằng bánh xe phổ biến nhất tài xế cần biết ngay

Tình trạng mất cân bằng bánh xe ô tô thường không biểu hiện rõ ràng ngay từ đầu. Tuy nhiên, theo thời gian sử dụng, người lái sẽ dần cảm nhận được những dấu hiệu bất thường trong quá trình vận hành – như rung nhẹ ở vô-lăng, tiếng ồn lạ khi tăng tốc hoặc cảm giác xe chạy không ổn định. Những dấu hiệu này là lời cảnh báo sớm cho các vấn đề tiềm ẩn trong hệ thống bánh xe mà bạn không nên bỏ qua.

Có thể bạn quan tâm