Các thông số hiệu suất động cơ đốt trong

Mục lục

Khi bạn tìm hiểu một chiếc xe, chắc hẳn bạn sẽ quan tâm đến những con số biết nói như công suất 500 Hp, mô-men xoắn 750Nm,… Ngoài những con số này, còn những thông số nào nói về hiệu suất động cơ? Bài viết này cùng tìm hiểu những thông số hiệu suất, giải thích cơ bản để bạn có thể hiểu rõ.

Thông số hiệu suất động cơ là gì?

Bài viết này mô tả các thuật ngữ khác nhau liên quan đến phép đo và hiệu suất của động cơ, những thuật ngữ này không chỉ bao gồm các phép đo vật lý như đường kính xi-lanh, chiều dài hành trình pít-tông, thể tích xi-lanh, v.v. mà còn cả đánh giá động cơ, hiệu suất, cân bằng nhiệt, v.v. nghiên cứu tính năng của động cơ.

1. Công (Work)

Công được định nghĩa là hành động được thực hiện trên một đối tượng, gây ra một lực làm dịch chuyển đối tượng đó.

Trong vật lý, công là một đại lượng vô hướng có thể mô tả là tích của lực với quãng đường dịch chuyển mà nó gây ra, và nó được gọi là công của lực. Chỉ có thành phần của lực theo phương chuyển động ở điểm đó thì mới gây ra công. Khái niệm công được đề ra đầu tiên vào năm 1826 bởi nhà toán học người Pháp Gaspard-Gustave de Coriolis.

Công = Quãng đường x Lực

Nếu khoảng cách được đo bằng mét và lực tính bằng kilôgam, thì đơn vị công việc sẽ là m-kg.

2. Năng lượng (Energy)

Năng lượng là thuật ngữ chỉ khả năng thực hiện công. Điều này được thực hiện trên một đối tượng, năng lượng được lưu trữ trong đối tượng đó. Nếu nâng một quả nặng 10 ki-lô-gam lên cao 5 mét thì quả nặng tích trữ được 50 m-kg công. Tương tự như vậy, nếu lò xo bị nén, năng lượng được tích trữ trong nó và nó có thể sinh công.

3. Công suất (Power)

Công suất là tốc độ thực hiện công. Công có thể được thực hiện chậm hoặc nhanh chóng. Tốc độ hoàn thành công việc được đo bằng công suất. Một con ngựa có thể làm công việc chậm chạp, trong khi một cái máy có thể làm một lượng lớn công việc trong một thời gian ngắn.

4. Mã lực (Horse Power)

Mã lực (h.p.) là sức mạnh của một con ngựa, hay thước đo tốc độ mà một con ngựa có thể làm việc, Ví dụ, động cơ 10 h.p có thể thực công việc của 10 con ngựa.

1 Horse Power = 75 m-kg/sec = 4500 m-kg/min.

5. Mô-men xoắn (Torque)

Mô-men xoắn là lực xoắn hoặc xoay của một lực với khoảng cách vuông góc của nó với điểm quay. Điều này có thể hoặc không thể dẫn đến tốc độ. Công suất là tốc độ thực hiện công, mô-men xoắn là sức mạnh thực hiện công.

Mô-men xoắn được đo bằng Nm hoặc kgm. Nếu một lực 20 kgf tác dụng lên trục thông qua bán kính tay quay 1m để quay một bánh xe, thì bạn sẽ tác dụng mô-men xoắn 20kgm vào tay quay.

Bạn sẽ tác dụng mô-men xoắn bất kể tay quay có quay hay không và miễn là bạn tiếp tục tác dụng lực 20 kg lên tay quay.

6. Đường kính và Hành trình (Bore, Stroke)

Các thông số cơ bản nhất của xilanh động cơ là Đường kính xilanh và Hành trình piston. Đường kính xilanh Bore chính là đường kính lỗ của xilanh, hành trình piston Stroke là khoảng dịch chuyển của piston từ điểm chết dưới lên điểm chết trên.

7. Dịch chuyển pít-tông (Piston Displacement)

Độ dịch chuyển của pít-tông là lượng dịch chuyển của pít-tông khi nó di chuyển từ điểm chết trên đến vị trí điểm chết dưới trong xi-lanh động cơ. Nó xác định kích thước của piston tính bằng centimet khối. Thể tích này phụ thuộc vào đường kính xi lanh và hành trình piston.

8. Dung tích xi lanh (Engine displacement)

Dung tích xi lanh, hay còn gọi là thể tích công tác, thể tích làm việc của xi lanh, hoặc thể tích động cơ là thể tích mà các piston di chuyển bên trong xi lanh của động cơ piston, không tính thể tích buồng đốt.

D = đường kính xi lanh tính bằng cm
L = chiều dài hành trình tính bằng cm
N = Số xi lanh.

9. Tỷ số nén (Compression Ratio)

Tỷ số nén là tỷ lệ giữa thể tích toàn phần và thể tích cháy của xilanh động cơ. Thể tích toàn phần là thể tích bên trong xilanh khi piston ở điểm chết dưới, thể tích cháy là thể tích tương ứng khi piston ở điểm chết trên.

10. Mã lực biểu kiến/Mã lực lý thuyết (Indicated Horse Power I.H.P.)

Mã lực biểu kiến (ihp) là công suất lý thuyết của động cơ pít-tông nếu nó hoàn toàn không ma sát trong việc chuyển đổi năng lượng khí giãn nở (áp suất pít-tông × dịch chuyển) trong xi-lanh.

P = Áp suất hữu hiệu trung bình tính bằng kg\cm2 tuyệt đối.
L = Chiều dài hành trình tính bằng mét.
A = Diện tích mặt cắt ngang của piston trên cm2.
N = Số vòng quay của trục khuỷu.

11. Mã lực phanh (Brake Horse Power B.H.P.)

Sức mạnh mà động cơ thực sự cung cấp để thực hiện công việc bên ngoài được gọi là mã lực phanh. Nó thường là 70 đến 85% mã lực được chỉ định. Nó có thể được đo bằng một số dụng cụ đo như phanh prony hoặc lực kế và được cho bởi mối quan hệ sau,

D = Đường kính trống phanh = 2R, tính bằng mét
N = Số vòng quay/phút của trục khuỷu
W = Tải phanh, tính bằng kg.
S = Chỉ số cân bằng lò xo, tính bằng kg.

12. Mã lực ma sát (Frictional Horse Power F.H.P.)

Công suất đầu ra (hoặc B.H.P.) của động cơ luôn nhỏ hơn công suất đầu vào (hoặc I.H.P.) vì một phần công suất bị mất khi vượt qua ma sát giữa các bộ phận chuyển động.

Công suất bị mất do ma sát trong cơ chế động cơ được gọi là mã lực do ma sát. Nó bằng với sự khác biệt giữa I.H.P. và B.H.P. Như vậy: F.H.P. = I.H.P. – B.H.P.

13. Hiệu suất nhiệt biểu kiến (Indicated Thermal Efficiency)

Công suất sinh ra do quá trình đốt cháy nhiên liệu trong xi lanh được gọi là công suất biểu kiến. Và lượng năng lượng thực tế được lưu trữ trong nhiên liệu = khối lượng nhiên liệu × nhiệt trị của nhiên liệu được gọi là năng lượng nhiên liệu. Tỷ lệ giữa Công suất được biểu kiến với Năng lượng nhiên liệu được gọi là Hiệu suất nhiệt biểu kiến.

14. Hiệu suất nhiệt hãm (Brake Thermal Efficiency)

Lượng công suất được tạo ra bởi trục khuỷu được gọi là công suất hãm. Tỷ lệ giữa Công suất hãm với Năng lượng nhiên liệu được gọi là Hiệu suất nhiệt hãm.

15. Hiệu suất cơ học (Mechanical Efficiency)

Hiệu suất cơ học được định nghĩa là tỷ lệ giữa công suất đầu ra và công suất được tạo ra trong xi lanh. Nói cách khác, đó là tỷ lệ giữa công suất phanh và công suất biểu kiến.

16. Hiệu suất thể tích (Volumetric Efficiency)

Thể tích của hỗn hợp không khí-nhiên liệu được hút vào xi lanh ở áp suất khí quyển trong kỳ nạp so với thể tích của xi lanh được gọi là hiệu suất thể tích.

17. HIệu suất tương đối (Relative Efficiency)

Hiệu suất tương đối là tỷ lệ giữa công suất nhiệt chu trình thực tế và của chu trình lý tưởng. Nó còn được gọi là Tỷ lệ Hiệu quả.

18. Áp suất hiệu dụng trung bình (Mean Effective Pressure)

Có thể được định nghĩa là áp suất trung bình bên trong xi lanh của động cơ đốt trong dựa trên công suất đầu ra. Đối với bất kỳ loại động cơ nào, sẽ có hai áp suất hiệu dụng trung bình. Đó là Áp suất hiệu dụng trung bình biểu kiến (pim) và Áp suất hiệu dụng trung bình phanh (pbm).

19. Tốc độ Piston trung bình (Mean Piston Speed)

Tốc độ trung bình của pít-tông bằng hai lần chiều dài hành trình và tốc độ quay của trục khuỷu.

Mean Piston Speed = 2 x L x N

L = Chiều dài hành trình
N = Tốc độ trục khuỷu tính bằng r.p.m.

20. Công suất riêng (Specific Output Power)

Công suất riêng có thể được định nghĩa là công suất đầu ra trên một đơn vị diện tích pít-tông.

21. Suất tiêu hao nhiên liệu riêng (Specific Fuel Consumption)

Có thể được định nghĩa là mức tiêu thụ nhiên liệu trên một đơn vị thời gian trên một đơn vị công suất do động cơ tạo ra.

22. Tỷ lệ không khí-nhiên liệu (Air-fuel Ratio)

Air-fuel Ratio được coi là rất quan trọng trong hiệu suất của động cơ. Là tỷ lệ giữa không khí và nhiên liệu (hòa khí) trong xilanh động cơ để đốt cháy và sinh công. Đối với động cơ đốt cháy cưỡng bức (xăng) tỷ lệ này được định trước và có thể thay đổi theo tốc độ và tải động cơ. Đối với động cơ đốt cháy do nén (Diesel) tỷ lệ này thay đổi theo tải và tốc độ động cơ bằng việc phun nhiều hoặc ít nhiên liệu.