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

Gương Chiếu Hậu Ô Tô, Phân Loại, Giá Cả Và Cách Bảo Dưỡng Hiệu Quả

Gương chiếu hậu ô tô đóng vai trò quan trọng trong việc quan sát và đảm bảo an toàn khi lái xe. Bài viết dưới đây giúp bạn hiểu rõ các loại gương chiếu hậu phổ biến, cách sử dụng và bảo dưỡng đúng cách, đồng thời tham khảo mức giá để lựa chọn loại gương phù hợp với nhu cầu sử dụng

Các đời xe Mercedes-Benz GLC: các thế hệ trên thế giới và Việt Nam

Mercedes-Benz GLC-Class nằm trong phân khúc SUV/Crossover sang trọng hạng trung đến từ nhà sản xuất ô tô danh tiếng Mercedes-Benz, Đức. GLC Class ra mắt lần đầu vào năm 2015 trên thế giới và nhanh chóng trở thành mẫu xe chủ lực của hãng xe này. Hiện có 4 phiên bản thuộc dòng GLC Class là Mercedes GLC300 AMG 4Matic, Mercedes GLC300 Coupe, Mercedes GLC200, GLC200 4Matic. Trong đó, GLC 200 là phiên bản giá rẻ nhất nhưng không thiếu đi sự tiện nghi, sang trọng và hiện đại.

Động Cơ Không Trục Cam: Freevalve – Camless Piston Engine

Freevalve/Camless Piston Engine có nghĩa là động cơ piston không có cam hoặc động cơ van xupap tự do là động cơ có xupap (Poppet valve) được đóng/mở bằng cơ cấu truyền động điện từ, thủy lực khí nén hoặc kết hợp thay vì sử dụng cam thông thường

Thông số kỹ thuật Mazda BT-50 2024: Thay đổi khung gầm, nâng cấp tính năng

Thông tin tổng hợp về thông số kỹ thuật của mẫu xe Mazda BT-50 2024, bao gồm: kích thước, thiết kế, tính năng và đánh giá về động cơ vận hành

Lịch sử hình thành các đời xe Mitsubishi Xpander trên thế giới và Việt Nam

Mitsubishi Xpander là dòng xe MPV 7 chỗ được nhiều người dùng ưa chuộng đến từ thương hiệu Nhật Bản. Mẫu xe đạt 9 giải thưởng quan trọng đến từ các tạp chí về xe uy tín và liên tiếp lọt vào Top đầu doanh số bán xe trong nhiều tháng liền. Là mẫu xe bán chạy thứ 4 trên toàn cầu trong năm 2018 và 2019.