Среднее эффективное давление

Среднее эффективное давление
Общие символы	$п$
Единица СИ	Паскаль (Па)
В базовых единицах СИ	1 кг ⋅ м ^-1 ⋅ с ^-2
Производные от других величин	$p = W \cdot V -1$
Измерение	${\ displaystyle {\ mathsf {ML}} ^ {- 1} {\ mathsf {T}} ^ {- 2}}$

Среднее эффективное давление есть величина , относящаяся к эксплуатации поршневого двигателя и является ценным показателем мощности двигателя , чтобы сделать работу , которая не зависит от объема двигателя . ^[1] При цитируемый в качестве указанного среднего эффективного давления или КПКО ( как определено ниже), это можно рассматривать как среднее давление , действующее на поршень во время различных частей своего цикла.

Вывод [ править ]

Позволять:

{\ displaystyle W}

= работа за цикл в джоулях;

{\ displaystyle P}

= выходная мощность в ваттах;

{\ displaystyle p _ {\ text {me}}}

= среднее эффективное давление в паскалях;

{\ displaystyle V _ {\ text {d}}}

= водоизмещающий объем в кубических метрах;

{\ displaystyle n _ {\ text {c}}}

= количество оборотов на рабочий такт (для 4-тактного двигателя ); ^{[Примечание 1]}

{\ displaystyle n _ {\ text {c}} = 2}

{\ displaystyle N}

= количество оборотов в секунду;

{\ displaystyle T}

= крутящий момент в ньютон-метре.

Мощности , произведенное двигателем, равна работе , проделанной за время работы цикла количество рабочих циклов в секунду. Если N - количество оборотов в секунду и количество оборотов на рабочий ход, то количество тактов в секунду - это просто их соотношение. Мы можем написать: ${\ displaystyle n _ {\ text {c}}}$

P={W{N \over n_{\text{c}}}}.

Переупорядочивание для размещения работы слева:

W={P{n_{\text{c}} \over N}}.

По определению:

W=p_{\text{me}}V_{\text{d}},

так что

p_{\text{me}}={Pn_{\text{c}} \over V_{\text{d}}N}.

Поскольку крутящий момент T связан с угловой скоростью (которая равна N · 2π) и производимой мощностью,

P={2\pi }TN,

тогда уравнение для MEP с точки зрения крутящего момента выглядит следующим образом:

p_{\text{me}}={2\pi }{n_{\text{c}}}{T \over V_{\text{d}}}.

Обратите внимание, что скорость выпала из уравнения, и единственными переменными являются крутящий момент и рабочий объем. Поскольку диапазон максимального среднего эффективного давления в тормозах для двигателей хорошей конструкции хорошо известен, теперь у нас есть не зависящая от смещения мера способности конструкции двигателя создавать крутящий момент - своего рода конкретный крутящий момент. Это полезно для сравнения двигателей разного объема. Среднее эффективное давление также полезно для первоначальных расчетов конструкции; то есть при заданном крутящем моменте стандартные значения MEP могут использоваться для оценки требуемого рабочего объема двигателя. Однако важно помнить, что среднее эффективное давление не отражает фактическое давление внутри отдельной камеры сгорания - хотя они, безусловно, взаимосвязаны - и служит только удобным показателем производительности.

Среднее эффективное давление в тормозной системе (BMEP) рассчитывается на основе измеренного крутящего момента динамометра . Чистое указанное среднее эффективное давление (IMEP _n ) 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 на трение (или момента трения), и представляет собой разницу между IMEP _n и BMEP.

Примеры [ править ]

MEP от крутящего момента и смещения

Четырехтактный двигатель развивает крутящий момент 160 Н · м и смещает 2 дм ³ = 0,002 м ³ :

$n_{\text{c}}=2$
$T=160\,{\text{N}}{\cdot }{\text{m}}$
$V_{\text{d}}=0.002\,{\text{m}}^{3}$

p_{\text{me}}={2\pi }{2}{{160\,{\text{N}}{\cdot }{\text{m}}} \over {0.002\,{\text{m}}^{3}}}={2\pi }{2}{{160\,{\text{N}}{\cancel {\cdot {\text{m}}}}} \over {0.002\,{\text{m}}^{{\cancel {3}}2}}}=1,005,310\,{\text{N}}{\cdot }{\text{m}}^{-2}=10.05\,{\text{bar}}=1.005\,{\text{MPa}}

Мы также получим число мегапаскалей, если будем использовать кубические сантиметры для : $V_{\text{d}}$

$n_{\text{c}}=2$
$T=160\,{\text{N}}{\cdot }{\text{m}}$
$V_{\text{d}}=2000\,{\text{cm}}^{3}$

p_{\text{me}}={2\pi }{2}{{160\,{\text{N}}{\cdot }{\text{m}}} \over {2000\,{\text{cm}}^{3}}}={2\pi }{2}{{160\,{\text{N}}{\cancel {\cdot {\text{m}}}}} \over {2000\,{\text{cm}}^{{\cancel {3}}2}}}=1.005\,{\text{MPa}}

Мощность от МЭП и частота вращения коленчатого вала

Если мы знаем частоту вращения коленчатого вала, мы также можем определить выходную мощность двигателя из числа MEP: В нашем примере двигатель развивает крутящий момент 160 Н · м при 3600 мин ^-1 : $P={V_{\text{d}}\cdot p_{\text{me}}\cdot N \over n_{\text{c}}}$

$n_{\text{c}}=2$
$N=3600\,{\text{min}}^{-1}=60\,{\text{s}}^{-1}$
$V_{\text{d}}=2000\,{\text{cm}}^{3}$
$p_{\text{me}}=1.005\,{\text{MPa}}$

{2000\cdot 1.005\cdot 60 \over 2}=60,300\,{\text{W}}

Поскольку поршневые двигатели обычно имеют максимальный крутящий момент при более низкой скорости вращения, чем максимальная выходная мощность, BMEP ниже при полной мощности (при более высокой скорости вращения). Если тот же двигатель имеет мощность 76 кВт при 5400 мин ^-1 = 90 мин ^-1 , а его BMEP составляет 0,844 МПа, мы получаем следующее уравнение:

$n_{\text{c}}=2$
$N=5400\,{\text{min}}^{-1}=90\,{\text{s}}^{-1}$
$V_{\text{d}}=2000\,{\text{cm}}^{3}$
$p_{\text{me}}=0.844\,{\text{MPa}}$

{2000\cdot 0.844\cdot 90 \over 2}=75,960\,{\text{W}}\approx 76\,{\text{kW}}

Типы среднего эффективного давления [ править ]

Среднее эффективное давление (MEP) определяется измерением местоположения и методом расчета, здесь приведены некоторые наиболее часто используемые MEP.

Среднее эффективное давление в тормозной системе (BMEP) - Среднее эффективное давление, рассчитанное на основе измеренного тормозного момента.
Общее указанное среднее эффективное давление (IMEP _g ) - Среднее эффективное давление, рассчитанное на основе давления в цилиндре на этапе сжатия и расширения цикла двигателя (360 ° для четырехтактного двигателя , 180 ° для двухтактного ). Для прямого измерения требуется оборудование для измерения давления в баллоне.
Чистое указанное среднее эффективное давление (IMEP _n ) - Среднее эффективное давление, рассчитанное на основе давления в цилиндре за полный цикл двигателя (720 ° для четырехтактного двигателя, 360 ° для двухтактного). Для прямого измерения требуется оборудование для измерения давления в баллоне.
Среднее эффективное давление нагнетания (PMEP) - Среднее эффективное давление при перемещении воздуха в цилиндр и из цилиндра через впускные и выпускные клапаны. Рассчитано на основе давления в цилиндре на впускных и выпускных частях цикла двигателя (360 ° для четырехтактного двигателя, 0 ° для двухтактного). Для прямого измерения требуется оборудование для измерения давления в баллоне. PMEP = IMEP _g - IMEP _n .
Среднее эффективное давление трения (FMEP) - Теоретическое среднее эффективное давление, необходимое для преодоления трения в двигателе, можно рассматривать как среднее эффективное давление, потерянное из-за трения. Расчет среднего эффективного давления трения требует точного измерения давления в цилиндре и тормозного момента динамометра. FMEP = IMEP _n - BMEP.

Типичные значения BMEP [ править ]

Бензиновые двигатели:

Безнаддувные двигатели с искровым зажиганием: у современных бензиновых двигателей VW максимальный диапазон MEP (в барах и фунтах на кв. Дюйм ) от 11,6 до 13,3 бар (от 168 до 193 фунтов на кв. Дюйм), от 10,1 до 11,4 бар (от 146 до 165 фунтов на кв. Дюйм) при максимальной мощности.
28-цилиндровый Pratt & Whitney R-4360 Wasp Major с 115/145 Octane Второй мировой войны Avgas, 3600 л.с. при 2700 оборотах в минуту и 17,2 бар (249,4 фунтов на квадратный дюйм) ВМЕР.
Napier Sabre 7, максимальная мощность, 3055 л.с. при 3850 об / мин, давление 19,4 бар (281,3 фунта на кв. Дюйм)
Rolls-Royce Merlin 130/131, максимальная мощность, 2030 л.с. при 2900 об / мин, давление 23,1 бар (335 фунтов на кв. Дюйм)
Двигатели с форсированным искровым зажиганием: у современных бензиновых двигателей VW максимальный диапазон MEP от 16,4 до 23,1 бар (от 238 до 335 фунтов на квадратный дюйм), от 15,3 до 19,3 бар (от 222 до 280 фунтов на квадратный дюйм) при максимальной мощности.
Двигатели с высоким наддувом, такие как Koenigsegg Agera, могут работать с BMEP до 28 бар (32 бара для Agera R) ^[2]
Двигатели Формулы-1 : в 1986 году 1,5-литровый двигатель Williams-Honda FW11 Turbo выдавал 1400 л.с. (1044 кВт) при 12000 об / мин ^[3] для 831 Нм крутящего момента, давление 69,6 бар (1009 фунтов на квадратный дюйм). В 2006 году Toyota TF106 объемом 2,4 л выдавала 740 л.с. (552 кВт) при 19 000 об / мин ^[4] для крутящего момента 277 Нм, MEP 14,5 бар (210 фунтов на кв. Дюйм).
Двигатели драгстера Top Fuel: 80–100 бар (8,0–10 МПа; 1160–1450 фунтов на кв. Дюйм)

Дизельные двигатели:

Безнаддувные четырехтактные дизельные двигатели : нынешние дизельные двигатели VW имеют максимальный MEP 8,9 бар (129 фунтов на кв. Дюйм), 8 бар (120 фунтов на кв.
Автомобильные четырехтактные дизели с форсированным двигателем: нынешние дизельные двигатели VW имеют максимальное MEP от 17,7 до 31,9 бар (от 257 до 463 фунтов на квадратный дюйм), от 14,5 до 26,8 бар (от 210 до 389 фунтов на квадратный дюйм) при максимальной мощности.
Двухтактные дизели имеют сопоставимые показатели, но очень большие низкоскоростные дизели, такие как Wärtsilä-Sulzer RTA96-C, могут работать при BMEP до 19 бар (1,9 МПа; 275 фунтов силы / дюйм ² ).
Вяртсиля W31, самый эффективный четырехтактный дизельный двигатель в мире по состоянию на октябрь 2015 года, имеет среднее эффективное давление 30,1 бар. ^[5]

См. Также [ править ]

Коэффициент сжатия

Примечания и ссылки [ править ]

Заметки [ править ]

^ Обратите внимание, что двигатели Ванкеля являются четырехтактными двигателями, поэтому; смещениеполучается из объема камерыпутем умножения его на количество вращающихся поршнейи 2:(см. Wolf-Dieter Bensinger: Rotationskolben-Verbrennungsmotoren , Springer, Berlin / Heidelberg / New York 1973, ISBN 978-3-642-52174- 4. С. 66). $n_{\text{c}}=2$ $V_{\text{d}}$ $V_{\text{c}}$ $i$ $V_{\text{d}}=2V_{\text{c}}i$

Ссылки [ править ]

^ Хейвуд (1988) , стр. 50.
^ Драйв (26 февраля 2013 г.). Сердце гиперкара мощностью 1140 л.с. - внутри Koenigsegg . YouTube.
^ "Правила и статистика F1 1980-1989" . F1Технический . 1 января 2009 г.
^ "Toyota TF106" . F1Технический .
^ "Wärtsilä 31" (PDF) . Wärtsilä. 2016 г.

Хейвуд, Дж. Б., «Основы двигателя внутреннего сгорания», McGraw-Hill Inc., 1988 г.

Внешние ссылки [ править ]

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

Паровой двигатель Тиддлера

[Wankel-2] Обратите внимание, что двигатели Ванкеля являются четырехтактными двигателями, поэтому; смещениеполучается из объема камерыпутем умножения его на количество вращающихся поршнейи 2:(см. Wolf-Dieter Bensinger: Rotationskolben-Verbrennungsmotoren , Springer, Berlin / Heidelberg / New York 1973, ISBN 978-3-642-52174- 4. С. 66). $n_{\text{c}}=2$ $V_{\text{d}}$ $V_{\text{c}}$ $i$ $V_{\text{d}}=2V_{\text{c}}i$

[FOOTNOTEHeywood198850-1] Хейвуд (1988) , стр. 50.

[3] Драйв (26 февраля 2013 г.). Сердце гиперкара мощностью 1140 л.с. - внутри Koenigsegg . YouTube.

[4] "Правила и статистика F1 1980-1989" . F1Технический . 1 января 2009 г.

[5] "Toyota TF106" . F1Технический .

[6] "Wärtsilä 31" (PDF) . Wärtsilä. 2016 г.

[1]