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.

Sơn phủ gầm ô tô: Liệu có thực sự cần thiết hay chỉ là lãng phí?

Nhiều chủ xe vẫn phân vân liệu có nên phủ gầm ô tô hay không. Vậy thực tế, sơn phủ gầm mang lại những lợi ích gì cho xe và có thực sự cần thiết?

Khí động học xe ô tô? Thiết kế và giải pháp cải thiện chúng

Khi xe vận hành, đặc biệt là ở tốc độ cao, xe ô tô chịu tác động bởi nhiều loại lực cản khác nhau như: lực quán tính, lực cản lăn, lực cản do ma sát và lực

Lịch sử các đời xe Toyota Vios ở Việt Nam và thế giới

Toyota Vios là dòng xe sedan được ra mắt lần đầu tiên vào năm 2002 tại Thái Lan. Sau hơn 20 năm có mặt trên thị trường, Vios đã trải qua 4 thế hệ nâng cấp và phát triển.

Mo men xoắn động cơ là gì? Thông số này có ý nghĩa gì tới công suất động cơ?

Momen xoắn đặc trưng cho khả năng chịu tải tức thời của động cơ. Mô-men xoắn càng cao, xe càng "bốc" và kéo khỏe nhưng không đạt được vận tốc cao. Đa số các xe địa hình, máy kéo, xe lu được thiết kế để có mô-men xoắn lớn.

Có thể bạn quan tâm

  • Cách chọn ắc quy ô tô đúng chuẩn tăng tuổi thọ, giảm nguy cơ hỏng hóc
    Cách chọn ắc quy ô tô đúng chuẩn tăng tuổi thọ, giảm nguy cơ hỏng hóc
    Ắc quy là bộ phận quan trọng trên ô tô, cung cấp năng lượng cho hệ thống khởi động và hỗ trợ khi phụ tải vượt quá công suất máy phát. Khác với xe máy, ô tô hiện đại không có cần đạp để khởi động khi hết ắc quy, nên việc chọn ắc quy phù hợp càng quan trọng. Bài viết này sẽ giúp bạn nắm rõ những lưu ý khi chọn ắc quy cho xe.
  • Hệ thống treo khí nén Mercedes: Cách hoạt động, ưu nhược điểm và tuổi thọ
    Hệ thống treo khí nén Mercedes: Cách hoạt động, ưu nhược điểm và tuổi thọ
    Hệ thống treo khí nén trên các dòng xe Mercedes-Benz được giới thiệu lần đầu tiên vào năm 1999, đánh dấu một bước tiến quan trọng trong công nghệ giảm xóc và tối ưu hóa trải nghiệm lái. Trong bài viết này, VATC sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về nguyên lý hoạt động, ưu nhược điểm cũng như những vấn đề thường gặp của hệ thống treo khí nén trên các dòng xe Mercedes-Benz.
  • Dầu nhớt độ nhớt thấp: Giải pháp tiết kiệm nhiên liệu và giảm khí thải
    Dầu nhớt độ nhớt thấp: Giải pháp tiết kiệm nhiên liệu và giảm khí thải
    Tầm quan trọng của dầu động cơ có độ nhớt cực thấp trong việc nâng cao hiệu suất tiết kiệm nhiên liệu và giảm khí thải đã được nhấn mạnh tại hội thảo chuyên đề diễn ra tại Philippines vào ngày 23/3.
  • Thảm lót sàn ô tô loại nào tốt? Gợi ý chọn mua phù hợp từng dòng xe
    Thảm lót sàn ô tô loại nào tốt? Gợi ý chọn mua phù hợp từng dòng xe
    Thảm lót sàn ô tô là phụ kiện quan trọng, không chỉ giúp bảo vệ sàn xe khỏi bụi bẩn và hao mòn mà còn góp phần duy trì giá trị sử dụng lâu dài, đồng thời mang lại sự sạch sẽ và thẩm mỹ cho khoang nội thất.
  • Vì sao xe hybrid hiếm khi dùng động cơ diesel?
    Vì sao xe hybrid hiếm khi dùng động cơ diesel?
    Việc kết hợp một động cơ điện mạnh mẽ với động cơ diesel vốn nổi tiếng về khả năng tiết kiệm nhiên liệu có thể tạo ra một mẫu xe hybrid tối ưu nhất trên thị trường. Tuy nhiên, trên thực tế, sự kết hợp này không hề đơn giản do những thách thức kỹ thuật và chi phí đi kèm.