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

Bình ngưng tụ AC là gì? Nguyên lý hoạt động và vai trò trong hệ thống điều hòa ô tô

Bình ngưng tụ AC là một trong những bộ phận đóng vai trò then chốt trong quá trình làm mát không khí bên trong xe. Đặc biệt, loại bình ngưng tụ dòng song song vốn được sử dụng phổ biến trên các dòng xe đời mới được đánh giá cao nhờ hiệu suất truyền nhiệt vượt trội. Thiết kế bao gồm nhiều ống nhỏ li ti xếp song song giúp tối ưu diện tích tiếp xúc với không khí, từ đó nâng cao khả năng làm mát chất làm lạnh.

Bật mí những nguyên nhân khiến phanh ô tô phát ra tiếng kêu khó chịu

Tiếng ồn phát ra từ phanh ô tô không chỉ gây cảm giác khó chịu mà còn tiềm ẩn những nguy cơ nguy hiểm, có thể dẫn đến các tình huống tai nạn nghiêm trọng nếu không được xử lý kịp thời.

Cách sử dụng điều hòa ô tô hiệu quả trong thời tiết nồm ẩm

Trong điều kiện thời tiết nồm ẩm, việc vận hành điều hòa ô tô không đúng cách có thể làm tăng nguy cơ hư hỏng hệ thống, gây ẩm mốc nội thất và phát sinh chi phí sửa chữa không đáng có.

Thời điểm vàng để bảo dưỡng điều hòa ô tô: Đừng bỏ lỡ nếu không muốn tốn kém

Hệ thống điều hòa ô tô là một trang bị thiết yếu, được sử dụng hàng ngày để đảm bảo sự thoải mái cho người lái và hành khách. Tuy nhiên, không phải ai cũng nắm rõ thời điểm cần bảo dưỡng để duy trì hiệu suất làm mát tối ưu và tránh những hư hỏng không đáng có.

Lịch sử các đời xe Toyota Innova trên thế giới và Việt Nam

Toyota Innova - mẫu xe MPV cỡ trung đã được hãng xe Nhật Bản giới thiệu lần đầu tiên vào năm 2004. Đáng chú ý, tại thị trường Indonesia, dòng xe này được biết đến với tên gọi Toyota Kijang Innova, trong khi ở hầu hết các thị trường khác trên thế giới, nó mang tên "Innova."

Có thể bạn quan tâm