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

Tắc đường: Có thực sự cần giữ khoảng cách an toàn?

Việc giữ khoảng cách an toàn giữa các phương tiện không chỉ là nguyên tắc cơ bản mà còn là yếu tố quyết định trong việc đảm bảo an toàn giao thông.

Điều khiển hệ thống đánh lửa: Nguyên lý hoạt động và ứng dụng thực tế

Hệ thống đánh lửa đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hiệu suất động cơ, đảm bảo quá trình đốt cháy nhiên liệu diễn ra chính xác và hiệu quả. Với sự phát triển của công nghệ ô tô, các hệ thống đánh lửa ngày càng hiện đại, tích hợp các phương pháp điều khiển tiên tiến giúp cải thiện khả năng tiết kiệm nhiên liệu, giảm khí thải và nâng cao độ bền động cơ. Trong bài viết này, chúng ta sẽ khám phá nguyên lý hoạt động, các loại hệ thống đánh lửa phổ biến, cùng những công nghệ điều khiển hiện đại đang được ứng dụng trên các mẫu xe ngày nay.

Các đời xe Isuzu MU-X: các thế hệ trên thế giới và Việt Nam

Isuzu đã đem toàn bộ những ưu điểm từ 2 loại xe tải và xe thương mại tích hợp vào mẫu SUV 7 chỗ mang tên MU-X. Thị trường ô tô đã chào đón thêm một sản phẩm xe du lịch đa năng, thoả mãn được nhiều đối tượng và mục đích sử dụng khác nhau.

Hệ thống kiểm soát khí xả ô tô: Cấu tạo & Nguyên lý vận hành

Hệ thống kiểm soát khí xả ô tô là hệ thống vô cùng quan trọng mà các hãng ô tô bắt buộc phải lưu tâm. Tuy nhiên, không phải vì vậy mà các kỹ thuật viên sửa chữa ô tô tìm hiểu và nắm bắt được ý nghĩa của nó

Lọc gió động cơ ô tô là gì? Cách kiểm tra, vệ sinh lọc gió động cơ

Lọc gió động cơ ô tô làm nhiệm vụ lọc sạch không khí trước khi đưa tới buồng đốt nhằm ngăn cát, bụi hoặc các tạp chất khác có ảnh hưởng đến quá trình vận hành

Có thể bạn quan tâm