Trong bài viết này, chúng ta sẽ khám phá sự khác biệt giữa đường kính xi lanh (bore) và hành trình piston (stroke) và ảnh hưởng của chúng đến sức mạnh và hiệu suất của động cơ. Hiểu rõ về hai thông số này sẽ giúp bạn lựa chọn động cơ phù hợp với nhu cầu sử dụng.
Đường Kính Xi Lanh và Hành Trình Piston Là Gì?
- Đường Kính Xi Lanh (Bore): Đường kính của xi lanh trong động cơ.
- Hành Trình Piston (Stroke): Khoảng cách mà piston di chuyển vuông góc với đường kính xi lanh.
Đường kính xi lanh và hành trình piston quyết định dung tích của xi lanh và bạn có thể nhân số này với tổng số xi lanh để xác định dung tích của động cơ.
Sức Mạnh và Hiệu Suất
Nếu mục tiêu của bạn là tạo ra nhiều công suất nhất có thể, nên chọn đường kính xi lanh lớn hơn so với hành trình piston. Tuy nhiên, nếu mục tiêu là tạo ra động cơ có hiệu suất cao, nên chọn hành trình piston dài hơn so với đường kính xi lanh.
So Sánh Các Kiểu Xi Lanh
Chúng ta sẽ phân tích ba kiểu xi lanh khác nhau, tất cả đều có cùng dung tích là 0.5 lít:
- 117 mm đường kính xi lanh x 47 mm hành trình piston: Tương tự như động cơ F1.
- 86 mm đường kính xi lanh x 86 mm hành trình piston: Kiểu xi lanh phổ biến trong nhiều động cơ ô tô.
- 63 mm đường kính xi lanh x 158 mm hành trình piston: Kiểu thiết kế không phổ biến.
Tốc Độ Piston Trung Bình
Tốc độ piston trung bình là yếu tố quan trọng để xác định giới hạn vòng tua máy (RPM). Công thức tính tốc độ piston trung bình là:
\[ \text{Tốc độ piston trung bình} = 2 \times \text{hành trình piston} \times \text{RPM} / 60 \]Với tốc độ piston trung bình tối đa là 25 mét/giây, chúng ta có thể tính toán giới hạn tốc độ động cơ (RPM) cho các kiểu xi lanh:
- 47 mm hành trình piston: Giới hạn RPM khoảng 16,000.
- 86 mm hành trình piston: Giới hạn RPM khoảng 8,700.
- 158 mm hành trình piston: Giới hạn RPM khoảng 4,700.
Ảnh Hưởng Của Đường Kính Xi Lanh (Bore)
- Kích Thước Van và Lưu Lượng Khí: Đường kính xi lanh lớn hơn cho phép sử dụng van lớn hơn, giúp tăng lưu lượng khí vào và ra khỏi xi lanh. Điều này đặc biệt quan trọng ở vòng tua cao (RPM cao), nơi mà lưu lượng khí lớn giúp tăng công suất động cơ.
- Tốc Độ Piston: Đường kính xi lanh lớn hơn thường đi kèm với hành trình piston ngắn hơn, giúp giảm tốc độ piston trung bình. Điều này cho phép động cơ có thể đạt được RPM cao hơn mà không gặp phải các vấn đề về độ bền và nhiệt độ.
Ảnh Hưởng Của Hành Trình Piston (Stroke)
- Mô-men Xoắn: Hành trình piston dài hơn tạo ra đòn bẩy lớn hơn, giúp tăng mô-men xoắn (torque) của động cơ. Điều này có nghĩa là động cơ có thể tạo ra lực xoắn mạnh hơn ở vòng tua thấp, giúp cải thiện khả năng tăng tốc và sức kéo.
- Hiệu Suất Nhiệt: Hành trình piston dài hơn giúp giảm diện tích bề mặt tương đối so với thể tích, giảm thiểu mất nhiệt và tăng hiệu suất nhiệt. Khi đốt cháy xảy ra gần điểm chết trên, thiết kế xi lanh với hành trình dài sẽ có diện tích bề mặt nhỏ hơn, giúp chuyển đổi nhiệt thành công suất hiệu quả hơn.
Kết Hợp Đường Kính Xi Lanh và Hành Trình Piston
- Động Cơ Đường Kính Xi Lanh Lớn (Bore lớn, Stroke ngắn): Thường tạo ra nhiều mã lực hơn do khả năng đạt RPM cao hơn và lưu lượng khí lớn hơn. Tuy nhiên, mô-men xoắn có thể thấp hơn ở vòng tua thấp.
- Động Cơ Hành Trình Piston Dài (Bore nhỏ, Stroke dài): Thường tạo ra mô-men xoắn lớn hơn ở vòng tua thấp và hiệu suất nhiệt cao hơn. Tuy nhiên, khả năng đạt RPM cao có thể bị giới hạn.
Kết Luận
Động cơ với đường kính xi lanh lớn hơn thường tạo ra nhiều công suất hơn, trong khi động cơ với hành trình piston dài hơn thường cho hiệu suất tốt hơn. Tuy nhiên, có những ngoại lệ và việc thiết kế động cơ cần cân nhắc nhiều yếu tố khác nhau.