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

Tìm hiểu các loại cửa ô tô: Thiết kế và ứng dụng

Cửa xe là bộ phận quan trọng đảm bảo an toàn cho người lái và hành khách bên trong. Trên ô tô hiện nay, cửa xe có thể được phân thành cửa tiêu chuẩn (thông thường) và cửa không tiêu chuẩn. Mặc dù cách phân loại này là không phải lúc nào cũng chính xác,

Cân chỉnh thước lái ô tô là gì? Khi nào cần kiểm tra để xe luôn vận hành ổn định?

Hệ thống lái là một trong những yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến độ an toàn của ô tô, chỉ đứng sau hệ thống phanh. Nhiều chuyên gia đánh giá rằng một hệ thống lái hoạt động chính xác không chỉ giúp kiểm soát xe tốt hơn mà còn giảm thiểu nguy cơ mất an toàn khi vận hành. Do đó, việc cân chỉnh hệ thống lái đúng chuẩn là điều cần thiết để đảm bảo sự ổn định và an toàn tối đa cho người lái và hành khách.

Làm thế nào để mở cửa ô tô an toàn, ngăn ngừa tai nạn?

Không ít vụ tai nạn đã xảy ra khi tài xế mở cửa đột ngột, khiến người đi bộ và các phương tiện khác không kịp phản ứng kịp thời.

Khám phá hệ thống Honda SENSING 360

Honda SENSING 360 nâng cấp từ hệ thống Honda SENSING trước đây bằng cách mở rộng phạm vi cảm biến, mang đến khả năng quan sát toàn diện 360 độ quanh xe. Nhờ hệ thống cảm biến đa hướng, công nghệ này giúp loại bỏ các điểm mù, tăng cường khả năng phát hiện chướng ngại vật, hỗ trợ người lái trong việc tránh va chạm với phương tiện và người đi bộ, đồng thời giảm thiểu rủi ro trên mọi cung đường.

Giải mã tiếng tích tắc của đèn xi-nhan: Một thiết kế nhỏ, ý nghĩa lớn

Mỗi khi bạn bật xi-nhan để rẽ hoặc chuyển làn, một âm thanh “tích tắc, tích tắc” quen thuộc vang lên trong khoang xe. Đối với hầu hết tài xế, âm thanh này đã trở nên quá đỗi quen thuộc. Thế nhưng, bạn đã bao giờ tự hỏi: vì sao đèn xi-nhan lại phát ra tiếng đó? Điều gì đứng sau âm thanh tưởng chừng đơn giản ấy?