Среднее эффективное давление

Среднее эффективное давление
Среднее эффективное давление
Общие символы	п
И объединились	Паскаль (Па)
В базовых единицах СИ	1 kg ⋅ m −1 ⋅ s −2
Выводы из ; другие количества	р = Вт · В −1
Измерение

Среднее эффективное давление ( MEP ) — это величина, относящаяся к работе поршневого двигателя , и мера способности двигателя совершать работу, независимую от объема двигателя . ^[1] Несмотря на то, что МЭП имеет размерность давления, его невозможно измерить. ^[2] Когда указывается среднее эффективное давление ( IMEP ), его можно рассматривать как среднее давление, действующее на поршень в течение различных частей его цикла . Когда потери на трение вычитаются из IMEP, результатом является среднее эффективное давление тормоза ( BMEP ).

Вывод

Позволять:

P

= выходная мощность в ваттах;

p_{\text{me}}

= среднее эффективное давление в мегапаскалях;

V_{\text{d}}

= рабочий объем в кубических сантиметрах;

i

= количество циклов на оборот (для 4-тактного двигателя,

i=0.5

, для двухтактного двигателя,

i=1

); ^{[Примечание 1]}

n

= количество оборотов в секунду;

\omega =

угловая скорость, т.е.

\omega =2\pi n

;

M

= крутящий момент в ньютон-метрах.

Затем BMEP можно использовать для определения выходной мощности двигателя следующим образом:

P=i\cdot n\cdot V_{\text{d}}\cdot p_{\text{me}}

Поскольку мы знаем, что сила – это:

P=\omega \cdot M=2\pi \cdot n\cdot M

Теперь мы видим, что BMEP — это мера выражения крутящего момента на перемещение:

P=i\cdot n\cdot V_{\text{d}}\cdot p_{\text{me}}=p_{\text{me}}=2\pi \cdot n\cdot M

Таким образом, уравнение для BMEP с точки зрения крутящего момента:

p_{\text{me}}={{M\cdot 2\pi } \over {V_{\text{d}}\cdot i}}.

Скорость выпала из уравнения, и единственными переменными являются крутящий момент и рабочий объем. Поскольку диапазон максимальных средних эффективных давлений тормозов для хороших конструкций двигателей хорошо известен, теперь у нас есть независимая от рабочего объема мера способности конструкции двигателя создавать крутящий момент – своего рода удельный крутящий момент. Это полезно для сравнения двигателей разного объема. Среднее эффективное давление также полезно для первоначальных проектных расчетов; то есть, учитывая крутящий момент, стандартные значения MEP можно использовать для оценки требуемого объема двигателя. Однако среднее эффективное давление не отражает фактическое давление внутри отдельной камеры сгорания (хотя они, безусловно, связаны) и служит лишь удобным показателем производительности. ^[2]

Среднее эффективное тормозное давление (BMEP) рассчитывается на основе измеренного крутящего момента динамометра . Чистое указанное среднее эффективное давление (IMEP) рассчитывается с использованием указанной мощности ; т. е. интеграл давления и объема в уравнении работы за цикл. Иногда термин FMEP (среднее эффективное давление трения) используется как индикатор среднего эффективного давления, потерянного из-за трения (или момента трения), и представляет собой всего лишь разницу между IMEP и BMEP. ^[3]

Примеры

MEP от крутящего момента и смещения

Четырехтактный двигатель выдает крутящий момент 159 Н·м, а объем составляет 2000 см3. ³

$i=0.5$
$M=159\,{\text{N}}{\cdot }{\text{m}}$
$V_{\text{d}}=2000\,{\text{cm}}^{3}$

p_{\text{me}}={2\pi }\cdot {0.5^{-1}}{{159\,{\text{N}}{\cdot }{\text{m}}} \over {2000\,{\text{cm}}^{3}}}={2\pi }\cdot {0.5^{-1}}{{15900\,{\text{N}}{\cancel {\cdot {\text{cm}}}}} \over {2000\,{\text{cm}}^{{\cancel {3}}2}}}\approx 100\,N\cdot cm^{-2}=1\,{\text{MPa}}

Мощность от МЭП и частота вращения коленчатого вала

Если мы знаем частоту вращения коленчатого вала, мы также можем определить выходную мощность двигателя по значению MEP: $P=i\cdot n\cdot V_{\text{d}}\cdot p_{\text{me}}$
В нашем примере двигатель выдает крутящий момент 159 Н·м при 3600 мин. ⁻¹ (=60 с ⁻¹):

$i=0.5$
$n=60\,{\text{s}}^{-1}$
$V_{\text{d}}=2000\,{\text{cm}}^{3}$
$p_{\text{me}}=1\,{\text{MPa}}$

Таким образом:

P={2000\,cm^{3}\cdot 1\,N\cdot cm^{-2}\cdot 60\,s^{-1}\cdot 0.5}=60,000\,N\cdot m\cdot s^{-1}=60,000\,{\text{W}}=60\,{\text{kW}}

Поскольку поршневые двигатели обычно имеют максимальный крутящий момент при более низкой скорости вращения, чем максимальная выходная мощность, BMEP ниже на полной мощности (при более высокой скорости вращения). Если тот же двигатель имеет мощность 72 кВт при 5400 мин. ⁻¹ = 90 с ⁻¹, а его BMEP составляет 0,80 МПа, получаем следующее уравнение:

$i=0.5$
$n=90\,{\text{s}}^{-1}$
$V_{\text{d}}=2000\,{\text{cm}}^{3}$
$p_{\text{me}}=0.80\,{\text{MPa}}$

Затем:

P={2000\,cm^{3}\cdot 0.80\,N\cdot cm^{-2}\cdot 90\,s^{-1}\cdot 0.5}=72,000\,N\cdot m\cdot s^{-1}=72\,{\text{kW}}

Типы среднего эффективного давления

Среднее эффективное давление (MEP) определяется местом измерения и методом расчета. Некоторые часто используемые MEP приведены здесь:

Среднее эффективное давление тормоза (BMEP, $p_{me}$ ) - Среднее эффективное давление, рассчитанное на основе измеренного тормозного момента.
Указанное среднее эффективное давление (IMEP, $p_{mi}$ ) — Среднее эффективное давление, рассчитанное на основе давления в цилиндрах в течение всего цикла двигателя (720° в четырехтактном двигателе, 360° в двухтактном двигателе). двигателя IMEP можно определить путем планиметрирования площади на pV-диаграмме . Поскольку четырехтактные двигатели без наддува должны выполнять насосную работу для всасывания заряда в цилиндр и удаления выхлопных газов из цилиндра, IMEP можно разделить на среднее полное эффективное давление высокого давления (GMEP, $p_{mg}$ ) и среднее эффективное давление перекачки (PMEP, $p_{miGW}$ ). В двигателях без наддува значение PMEP отрицательное, а в двигателях с турбонаддувом или турбонаддувом оно обычно положительное. IMEP может быть получен из PMEP и GMEP: $p_{mi}=p_{mg}-p_{miGW}$ . ^[3]
Среднее эффективное давление трения (FMEP, $p_{mr}$ ) - Теоретическое среднее эффективное давление, необходимое для преодоления трения двигателя, можно рассматривать как среднее эффективное давление, потерянное из-за трения: $p_{mr}=p_{mi}-p_{me}$ . FMEP повышается с увеличением оборотов двигателя. ^[4]

Типичные значения BMEP

Типичные значения BMEP ^[5]
Тип двигателя	Типичный макс. БМЭП
Двигатель мотоцикла	1,2 МПа (174,0 фунт-сила/дюйм) ²)
Двигатель гоночного автомобиля (Формула 1)	1,6 МПа (232,1 фунт-сила/дюйм) ²)
Двигатель легкового автомобиля (безнаддувный Отто)	1,3 МПа (188,5 фунт-сила/дюйм ²)
Двигатель легкового автомобиля (Отто с турбонаддувом)	2,2 МПа (319,1 фунт-сила/дюйм ²)
Двигатель легкового автомобиля (дизель с турбонаддувом)	2,0 МПа (290,1 фунт-сила/дюйм) ²)
Двигатель грузового автомобиля (дизель с турбонаддувом)	2,4 МПа (348,1 фунт-сила/дюйм) ²)
Высокооборотный промышленный дизельный двигатель	2,8 МПа (406,1 фунт-сила/дюйм) ²)
Среднеоборотный промышленный дизельный двигатель	2,5 МПа (362,6 фунт-сила/дюйм) ²)
Низкооборотный двухтактный дизельный двигатель	1,5 МПа (217,6 фунт-сила/дюйм) ²)

См. также

Степень сжатия

Примечания и ссылки

Примечания

^ Двигатели Ванкеля являются четырехтактными, поэтому $i=0.5$ ; смещение $V_{\text{d}}$ получается из объема камеры $V_{\text{c}}$ умножив его на количество поворотных поршней $i$ и 2: $V_{\text{d}}=2V_{\text{c}}i$ (см. Вольф-Дитер Бензингер : Роторно-поршневые двигатели внутреннего сгорания , Springer, Берлин/Гейдельберг/Нью-Йорк, 1973, ISBN 978-3-642-52174-4 , с. 66)

Ссылки

^ Хейвуд, Дж. Б., «Основы двигателей внутреннего сгорания», McGraw-Hill Inc., 1988, стр. 50
^ Перейти обратно: ^а ^б Шрайнер, Клаус (25 мая 2011 г.). Базовые знания двигателей внутреннего сгорания (на немецком языке). Висбаден: Vieweg+Teubner Verlag. п. 41. ИСБН 978-3-8348-1279-7 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Ульрих Шпихер: Глава 3 · Параметры - таблица 3.16: Эффективное среднее давление современных двигателей , в Ричарде ван Бассюйсене, Фреде Шефере (ред.): Справочник по двигателям внутреннего сгорания - Основы · Компоненты · Системы · Перспективы , 8-е издание, Springer, Висбаден 2017, ISBN 978-3-658-10901-1, DOI 10.1007/978-3-658-10902-8_3, с. 24
^ Ульрих Шпихер: Глава 3 · Параметры - таблица 3.16: Эффективное среднее давление современных двигателей , Ричард ван Басшуйсен, Фред Шефер (ред.): Справочник по двигателям внутреннего сгорания - основы · компоненты · системы · перспективы , 8-е издание, Springer, Висбаден 2017, ISBN 978-3-658-10901-1, DOI 10.1007/978-3-658-10902-8_3, стр. 26, формула 3.48
^ Ульрих Шпихер: Глава 3 · Параметры - таблица 3.16: Эффективное среднее давление современных двигателей , Ричард ван Басшуйсен, Фред Шефер (ред.): Справочник по двигателям внутреннего сгорания - основы · компоненты · системы · перспективы , 8-е издание, Springer, Висбаден 2017, ISBN 978-3-658-10901-1, DOI 10.1007/978-3-658-10902-8_3, стр. 27

Внешние ссылки

Среднее эффективное давление тормоза (bmep), мощность и крутящий момент , заводская труба
Все о среднем эффективном давлении , Harleyc.com

Паровой двигатель Тиддлер

[Wankel-3] Двигатели Ванкеля являются четырехтактными, поэтому $i=0.5$ ; смещение $V_{\text{d}}$ получается из объема камеры $V_{\text{c}}$ умножив его на количество поворотных поршней $i$ и 2: $V_{\text{d}}=2V_{\text{c}}i$ (см. Вольф-Дитер Бензингер : Роторно-поршневые двигатели внутреннего сгорания , Springer, Берлин/Гейдельберг/Нью-Йорк, 1973, ISBN 978-3-642-52174-4 , с. 66)

[1] Хейвуд, Дж. Б., «Основы двигателей внутреннего сгорания», McGraw-Hill Inc., 1988, стр. 50

[Schreiner_2011_p._41-2] Перейти обратно: ^а ^б Шрайнер, Клаус (25 мая 2011 г.). Базовые знания двигателей внутреннего сгорания (на немецком языке). Висбаден: Vieweg+Teubner Verlag. п. 41. ИСБН 978-3-8348-1279-7 .

[Spicher_2017_24-4] Перейти обратно: ^а ^б Ульрих Шпихер: Глава 3 · Параметры - таблица 3.16: Эффективное среднее давление современных двигателей , в Ричарде ван Бассюйсене, Фреде Шефере (ред.): Справочник по двигателям внутреннего сгорания - Основы · Компоненты · Системы · Перспективы , 8-е издание, Springer, Висбаден 2017, ISBN 978-3-658-10901-1, DOI 10.1007/978-3-658-10902-8_3, с. 24

[5] Ульрих Шпихер: Глава 3 · Параметры - таблица 3.16: Эффективное среднее давление современных двигателей , Ричард ван Басшуйсен, Фред Шефер (ред.): Справочник по двигателям внутреннего сгорания - основы · компоненты · системы · перспективы , 8-е издание, Springer, Висбаден 2017, ISBN 978-3-658-10901-1, DOI 10.1007/978-3-658-10902-8_3, стр. 26, формула 3.48

[6] Ульрих Шпихер: Глава 3 · Параметры - таблица 3.16: Эффективное среднее давление современных двигателей , Ричард ван Басшуйсен, Фред Шефер (ред.): Справочник по двигателям внутреннего сгорания - основы · компоненты · системы · перспективы , 8-е издание, Springer, Висбаден 2017, ISBN 978-3-658-10901-1, DOI 10.1007/978-3-658-10902-8_3, стр. 27

[1]

[2]

[Примечание 1]

[3]

[4]

[5]