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

Hệ thống hỗ trợ giữ làn đường là gì? Công nghệ an toàn ít ai biết nhưng cực kỳ quan trọng

Nếu hệ thống cảnh báo lệch làn (LDW) chỉ dừng lại ở việc phát tín hiệu cảnh báo khi xe bắt đầu lệch khỏi làn đường, thì hệ thống hỗ trợ giữ làn đường (LKA) tiến thêm một bước bằng cách can thiệp chủ động – điều chỉnh vô-lăng nhẹ nhàng để đưa xe trở lại đúng làn, giúp nâng cao mức độ an toàn và hỗ trợ người lái hiệu quả hơn trong thực tế vận hành.

Làm quen với chế độ Eco xu hướng mới trên các dòng xe hiện đại

Gần đây, nhiều mẫu xe đời mới ra mắt tại thị trường Việt Nam đã được trang bị chế độ lái Eco, được quảng bá như một giải pháp tiết kiệm nhiên liệu hiệu quả. Điều này nhanh chóng thu hút sự chú ý của đông đảo khách hàng, đặc biệt trong bối cảnh giá xăng liên tục tăng cao. Vậy chế độ lái Eco thực chất là gì, và hiệu quả tiết kiệm nhiên liệu mà nó mang lại có thực sự đáng kể?

900 triệu đồng trong tay: Lựa chọn SUV nào đáng đồng tiền?

Trong tầm giá khoảng 900 triệu đồng, khách hàng có thể lựa chọn từ một loạt các mẫu xe chất lượng, nổi bật như Hyundai Tucson, Mazda CX-5 và Toyota Corolla Cross HEV. Mỗi mẫu xe đều mang đến những ưu điểm vượt trội về thiết kế, hiệu suất vận hành và tính năng an toàn, đáp ứng đa dạng nhu cầu sử dụng của người tiêu dùng.

5 dấu hiệu "tố cáo" xe bạn đã "hết date": Đến lúc nâng cấp xế hộp mới?

Cũng giống như con người, mỗi chiếc ô tô đều có một vòng đời vận hành nhất định. Khi đã vượt qua một ngưỡng sử dụng nhất định, hiệu suất, độ an toàn và chi phí bảo dưỡng của xe bắt đầu trở thành những yếu tố khiến việc tiếp tục sử dụng phương tiện cũ không còn là giải pháp hợp lý về lâu dài.

4 nguyên nhân khiến động cơ quá nhiệt mà đồng hồ không hiển thị chính xác

Động cơ rơi vào tình trạng quá nhiệt nhưng đồng hồ đo nhiệt độ không hiển thị cảnh báo là một sự cố nghiêm trọng, tiềm ẩn nguy cơ gây hư hỏng nặng cho các bộ phận quan trọng. Nếu không được phát hiện và xử lý kịp thời, tình trạng này có thể dẫn đến thổi gioăng mặt máy, cong vênh xi-lanh hoặc thậm chí làm hỏng hoàn toàn động cơ.