Hệ số nạp là gì? Những nhân tố nào ảnh hưởng đến hệ số nạp của động cơ?

(News.oto-hui.com) – Trong các thông số cơ bản của quá trình nạp thì hệ số nạp là thông số tổng hợp đặc trưng cho chất lượng của quá trình nạp. Vậy thì hệ số nạp là gì và đâu là những nhân tố ảnh hưởng đến hệ số nạp của động cơ? Hãy cùng tìm hiểu qua bài viết này nhé.

I. Khái niệm hệ số nạp:

Trong quá trình nạp, khí nạp mới đi vào trong xylanh phải khắc phục sức cản lưu động nên sinh ra tổn thất áp suất. Lượng khí nạp mới trên thực tế sẽ không thể đẩy được hết các sản vật cháy ra bên ngoài xylanh. Khi này trong xylanh vẫn còn một lượng khí sót có nhiệt độ cao do quá trình đốt cháy sinh công trước đó. Lượng khí sót này sẽ hòa trộn cùng với lượng khí nạp mới đi vào và sấy nóng chúng, giúp làm nóng hỗn hợp hòa khí trong xylanh.

Chính vì có lượng khí sót đó nên sẽ làm cho lượng khí nạp mới đi vào trong xylanh sau quá trình nạp thực tế sẽ khác so với lượng khí nạp mới lí thuyết có thể chứa trong thể tích xylanh. Chính vì thế nên hệ số nạp (η_v) được sinh ra để có thể đánh giá được chất lượng của quá trình nạp trên động cơ.

Về khái niệm, hệ số nạp (η_v)  là tỉ lệ giữa lượng khí nạp mới thực tế trong xylanh và lượng khí nạp mới lí thuyết có thể chứa trong thể tích của xylanh sau khi kết thúc quá trình nạp trong điều kiện có cùng nhiệt độ và áp suất đường ống nạp.

• η_v = (Lượng khí nạp mới thực tế) / (Lượng khí nạp mới lý thuyết)
• Hệ số nạp trên động cơ thường có giá trị bé hơn 1.

II. Những nhân tố ảnh hưởng đến hệ số nạp:

1. Tỉ số nén Ɛ:

Tỉ số nén Ɛ tỉ lệ nghịch với hệ số nạp η_v của động cơ. Nếu tỉ số nén tăng thì hệ số nạp sẽ giảm xuống và ngược lại. Tuy nhiên, trên thực tế thì tỉ số nạp không làm ảnh hưởng nhiều đến hệ số nạp của động cơ.

2. Áp suất cuối kì nạp p_a:

Áp suất cuối kì nạp bằng áp suất đường ống nạp trừ tổn thất áp suất nạp ( p_a = p_k – p_k ). Đây là nhân tố ảnh hưởng quyết định đến hệ số nạp của động cơ. Dựa vào công thức ta có thể thấy nếu tổn thất áp suất nạp denta(p_k)càng bé thì hệ số nạp sẽ càng cao và ngược lại.

Động cơ diesel có tổn thất áp suất nạp nhỏ hơn so với động cơ xăng (do cản cục bộ đường nạp và tốc độ vòng quay nhỏ hơn) nên có hệ số nạp cao hơn ( η_vxăng < η_vdiesel ).

3. Trạng thái nạp (p_k, T_k):

Khi áp suất đường ống nạp pk tăng sẽ kéo hệ số nạp tăng theo một ít vì tổn thất áp suất tương đối ( denta(p_k)/p_k ) thường giảm trong vùng làm việc của động cơ.

Khi tăng nhiệt độ khí nạp mới T_k thì hệ số nạp cũng sẽ tăng theo. Tuy nhiên, hệ số nạp tăng do T_k tăng không đồng nghĩa với việc đưa được nhiều khí nạp hơn vào trong xylanh vì khi đó mật độ của lượng khí nạp đã bị giảm xuống so với bình thường.

4. Trạng thái thải (p_r, T_r):

Khi tăng áp suất cuối quá trình thải p_r, hệ số nạp sẽ bị giảm xuống. Vì khi pr tăng thì lượng khí sót giãn nở nhiều hơn và làm giảm thể tích dành cho khí nạp mới đi vào nên làm giảm hệ số nạp của động cơ. Còn nhiệt độ khí thải T_r trên thực tế hầu như không làm ảnh hưởng đến hệ số nạp.

5. Nhiệt độ sấy nóng khí nạp mới T:

Nhiệt độ sấy nóng khí nạp mới denta(T) tỉ lệ nghịch với hệ số nạp, khi T tăng sẽ làm hệ số nạp giảm xuống. Tuy nhiên denta(T) cũng không gây ảnh hưởng nhiều đến hệ số nạp của động cơ.

6. Góc phối khí:

Các góc mở sớm đóng muộn của xupap có ảnh hưởng rất lớn đến hệ số nạp. Góc phối khí lớn ngoài việc làm tăng tiết diện thời gian mở xupap còn làm giảm tổn thất, giúp tăng hệ số nạp của động cơ.

Ngoài ra, xupap đóng muộn còn có tác dụng tận dụng sự quán tính của dòng khí nạp mới đi vào cũng làm tăng hệ số nạp. Đối với động cơ tăng áp, hiện tượng quét khí trong vùng góc trùng điệp (xupap nạp và xupap xả cùng mở ở cuối quá trình nạp, đầu quá trình thải) cũng có tác dụng làm tăng hệ số nạp.

7. Tải trọng:

Đối với động cơ diesel, khi tăng tải, nhiệt độ các chi tiết trong xylanh tăng lên, nhiệt độ khí nạp tăng nên làm cho hệ số nạp giảm một chút. Theo thực nghiệm, khi tải tăng từ không tải đến khi toàn tải thì hệ số nạp sẽ giảm khoảng 3 đến 4%.

Đối với động cơ xăng, khi tăng tải cũng làm cho nhiệt độ các chi tiết trong xylanh tăng lên giống như động cơ diesel. Tuy nhiên, khi tăng tải ở hầu hết các động cơ xăng phải mở rộng van tiết lưu, sức cản đường nạp giảm đáng kể nên hệ số nạp tăng lên lấn át sức ảnh hưởng của việc nhiệt độ khí nạp tăng.

8. Tốc độ vòng quay n:

Khi tăng tốc độ vòng quay của động cơ, tổn thất áp suất nạp và thải cũng tăng theo làm giảm hệ số nạp. Đồng thời, do thời gian sấy nóng khí nạp mới giảm nên sự thay đổi nhiệt độ khí nạp giảm dẫn tới tăng hệ số nạp của động cơ.

---

Một số bài viết liên quan:

• Các loại tăng áp cho động cơ ô tô hiện nay
• Turbo tăng áp động cơ hoạt động như thế nào ?
• Động cơ tăng áp – Những nguyên tắc sử dụng cần lưu ý
• Có thể bạn chưa biết: Xe điện Lightyear 0 có hệ số cản gió thấp nhất thế giới?
• Chi tiết cảm biến lưu lượng khí nạp loại dây nhiệt (Mass Air Flow Sensor – Hot Wire)
• Tìm hiểu về hệ thống điều khiển xoáy lốc đường nạp