Khối lượng xi lanh

Khối lượng xi lanh, còn được gọi là thể tích công tác, thể tích làm việc của xi lanh, hoặc thể tích động cơ (tiếng Anh: engine displacement, displacement volume) là thể tích mà các piston chuyển động trong xi lanh của động cơ piston, không tính thể tích buồng đốt. Nói cách khác, khối lượng xi lanh là thể tích giới hạn bởi thành xi lanh và các vị trí điểm chết trên (ĐCT), điểm chết dưới (ĐCD) của piston.

Khối lượng xi lanh thường được sử dụng để chỉ kích thước động cơ; ngoài ra, nó còn là chỉ số thể hiện năng suất động cơ và lượng nhiên liệu mà động cơ có thể tiêu thụ. Vì vậy, khối lượng xi lanh là một thông số kỹ thuật phổ biến khi quảng cáo các loại ô tô.

Khối lượng xi lanh thường được đo bằng đơn vị phân khối (cc, cm³, tương đương với mililit) hoặc lit (L).

Khái niệm

Khối lượng xi lanh, hay còn gọi là thể tích làm việc của xi lanh (ký hiệu: V_d), được xác định dựa trên hành trình piston (S) và đường kính xi lanh (B) theo công thức dưới đây:

$V_d=\mathrm{\pi <!--\; \pi \; -->}\times <!--\; \times \; -->S\times <!--\; \times \; -->\frac{B^2}{4}$

Công thức gồm các yếu tố sau:

• V_d: Khối lượng xi lanh (cm³)
• S: Độ dài hành trình piston – khoảng cách giữa hai điểm chết trên và điểm chết dưới của piston (cm)
• B: Đường kính xi lanh (cm)

Đối với động cơ có nhiều xi lanh, khối lượng tổng của động cơ bằng tổng thể tích làm việc của từng xi lanh. Công thức tính sẽ được điều chỉnh như sau:

$V_d=\mathrm{\pi <!--\; \pi \; -->}\times <!--\; \times \; -->S\times <!--\; \times \; -->\frac{B^2}{4}\times <!--\; \times \; -->n$

Trong đó:

• n: Số lượng xi lanh trong động cơ

Ngoài ra, trong cấu trúc của xi lanh, chúng ta còn gặp hai khái niệm là thể tích buồng đốt xi lanh và thể tích toàn phần của xi lanh. Thể tích buồng đốt xi lanh (tiếng Anh: clearance volume, ký hiệu: V_c) là không gian trong xi lanh, nằm giữa nắp xi lanh và điểm chết trên của piston, được gọi là buồng đốt. Thể tích toàn phần của xi lanh (tiếng Anh: total cylinder volume, ký hiệu: V_t) là tổng của thể tích làm việc và thể tích buồng đốt xi lanh.

$V_t=V_d+V_{}$

c {\displaystyle V_{t}=V_{d}+V_{c}}

Trong đó:

• V_t: Thể tích toàn bộ xi lanh (cm³)
• V_d: Thể tích làm việc của xi lanh (cm³)
• V_c: Thể tích của buồng đốt trong xi lanh (cm³)

Tỷ số nén (ε) thể hiện mối quan hệ giữa thể tích toàn bộ xi lanh và thể tích làm việc của xi lanh, được tính bằng công thức sau:

$\mathrm{\epsilon <!--\; \epsilon \; -->}=\frac{V_t}{V_d}=\frac{V_d+V_c}{V_d}$

Quy định

Tại nhiều quốc gia, các cơ quan quản lý giao thông thường thu thuế hoặc phí dựa trên dung tích xi lanh của xe. Ở những nơi này, các nhà sản xuất thường tìm cách nâng cao hiệu suất động cơ thông qua tăng áp hoặc gia tăng vòng tua máy, thay vì chỉ đơn thuần là mở rộng dung tích xi lanh.

Dưới đây là một số ví dụ về cách tính thuế dựa trên dung tích xi lanh ở các quốc gia khác nhau:

• Ở một số quốc gia châu Âu hoặc những nước chưa gia nhập Liên minh Châu Âu (EU), thuế được áp dụng cho xe có dung tích xi lanh trên 1,0 L, và mức thuế sẽ tăng dần khi dung tích từ 1,6 L trở lên.
• Tại Anh, từ ngày 1 tháng 3 năm 2001, thuế xe được tính dựa trên lượng khí thải. Tuy nhiên, các xe đăng ký trước ngày này vẫn bị tính thuế dựa trên dung tích xi lanh, với xe có dung tích dưới 1549 cm³ được áp dụng mức thuế thấp hơn.
• Tại Nhật Bản, dung tích xi lanh cùng với kích cỡ xe và công suất động cơ được sử dụng để phân loại các hạng xe và thuế đường bộ.
• Tại Pháp và một số quốc gia châu Âu khác, xe máy nhỏ (moped) với dung tích dưới 50 cc có thể được điều khiển mà không cần giấy phép đặc biệt.
• Tại nhiều khu vực ở Mỹ, Canada (trừ Quebec), Úc và New Zealand, thuế đường bộ được tính dựa trên dung tích động cơ. Tuy nhiên, dung tích động cơ cũng thường được sử dụng để xác định loại bằng lái phù hợp cho các phương tiện như xe gắn máy công suất thấp, với mức giới hạn dung tích thường là 50 cc.
• Tại Việt Nam, dung tích xi lanh được sử dụng để phân loại xe ô tô trong các loại thuế và phí như thuế nhập khẩu và thuế tiêu thụ đặc biệt. Ví dụ, đối với xe dưới 9 chỗ ngồi có dung tích xi lanh từ 1,5 L trở xuống, mức thuế tiêu thụ đặc biệt là 35%; đối với xe có dung tích xi lanh từ 1,5 L đến 2 L và từ 2,5 L đến 3 L, mức thuế tiêu thụ đặc biệt là 40% và 60% tương ứng.

Tên gọi thương mại

Trước đây, nhiều loại xe hơi thường sử dụng dung tích xi lanh để đặt tên cho sản phẩm. Ví dụ, Cadillac Series 353 sản xuất từ năm 1923 đến 1930 có động cơ với dung tích 353 Cubic inch (5.8 L) hoặc BMW 1800 từ năm 1963 đến 1968 với động cơ 1,8 L. Tuy nhiên, từ năm 2010, với sự phát triển của động cơ tăng áp và xe điện/hybrid, việc sử dụng dung tích xi lanh trong tên gọi sản phẩm ngày càng giảm.

• Đường kính của xi lanh
• Tỷ lệ nén
• Số kỳ của động cơ
• Buồng đốt