Среднее эффективное давление

Мера способности двигателя совершать работу

Среднее эффективное давление ( MEP ) — ​​это величина, относящаяся к работе поршневого двигателя , и является мерой способности двигателя выполнять работу, которая не зависит от рабочего объема двигателя . ^[1] Несмотря на то, что MEP имеет размерность давления, его нельзя измерить. ^[2] Когда его называют указанным средним эффективным давлением ( IMEP ), его можно рассматривать как среднее давление, действующее на поршень во время различных частей его цикла . Когда потери на трение вычитаются из IMEP, результатом является среднее эффективное давление тормоза ( BMEP ).

Вывод

Позволять:

${\displaystyle P}$= выходная мощность в ваттах;

${\displaystyle p_{\text{me}}}$= среднее эффективное давление в мегапаскалях;

${\displaystyle V_{\text{d}}}$= объем вытеснения в кубических сантиметрах;

${\displaystyle i}$= количество циклов на оборот (для 4-тактного двигателя, , для 2-тактного двигателя, ); ^{[Примечание 1]} ${\displaystyle i=0.5}$ ${\displaystyle i=1}$

${\displaystyle n}$= число оборотов в секунду;

${\displaystyle \omega =}$угловая скорость, т.е. ; ${\displaystyle \omega =2\pi n}$

${\displaystyle M}$= крутящий момент в ньютон-метрах.

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

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

Поскольку мы знаем, что сила — это:

${\displaystyle P=\omega \cdot M=2\pi \cdot n\cdot M}$

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

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

Таким образом, уравнение для BMEP в терминах крутящего момента выглядит следующим образом:

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

Скорость выпала из уравнения, и единственными переменными являются крутящий момент и объем рабочего объема. Поскольку диапазон максимальных средних эффективных давлений тормоза для хороших конструкций двигателей хорошо установлен, теперь у нас есть независимая от рабочего объема мера мощности крутящего момента конструкции двигателя – своего рода определенный крутящий момент. Это полезно для сравнения двигателей с различным рабочим объемом. Среднее эффективное давление также полезно для начальных расчетов конструкции; то есть, учитывая крутящий момент, стандартные значения MEP могут быть использованы для оценки требуемого рабочего объема двигателя. Однако среднее эффективное давление не отражает фактическое давление внутри отдельной камеры сгорания – хотя эти два показателя, безусловно, связаны – и служит только в качестве удобной меры производительности. ^[2]

Среднее эффективное давление тормоза (BMEP) рассчитывается по измеренному крутящему моменту динамометра . Чистое указанное среднее эффективное давление (IMEP) рассчитывается с использованием указанной мощности ; т. е. интеграла объема давления в уравнении работы за цикл. Иногда термин FMEP (среднее эффективное давление трения) используется как индикатор среднего эффективного давления, потерянного на трение (или крутящий момент трения), и является просто разницей между IMEP и BMEP. ^[3]

Примеры

МЭП от крутящего момента и смещения

Четырехтактный двигатель развивает крутящий момент 159 Н·м и рабочий объем 2000 см ³

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

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

Мощность от МЭП и частоты вращения коленчатого вала

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

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

Таким образом:

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

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

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

Затем:

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

Типы средних эффективных давлений

Среднее эффективное давление (СЭД) определяется местоположением измерения и методом расчета. Некоторые наиболее часто используемые СЭД приведены ниже:

• Среднее эффективное давление тормоза (BMEP, ) — среднее эффективное давление, рассчитанное на основе измеренного тормозного момента. ${\displaystyle p_{me}}$
• Указанное среднее эффективное давление (IMEP, ) - Среднее эффективное давление, рассчитанное по давлению в цилиндре за полный цикл двигателя (720° в четырехтактном, 360° в двухтактном). IMEP можно определить путем планиметрирования области на pV-диаграмме двигателя . Поскольку четырехтактные двигатели без наддува должны выполнять насосную работу, чтобы всасывать заряд в цилиндр и удалять выхлопные газы из цилиндра, IMEP можно разделить на высокое давление, брутто-среднее эффективное давление (GMEP, ) и насосное среднее эффективное давление (PMEP, ). В двигателях без наддува PMEP отрицательно, а в двигателях с наддувом или турбонаддувом оно обычно положительно. IMEP можно вывести из PMEP и GMEP: . ^[3] ${\displaystyle p_{mi}}$ ${\displaystyle p_{mg}}$ ${\displaystyle p_{miGW}}$ ${\displaystyle p_{mi}=p_{mg}-p_{miGW}}$
• Среднее эффективное давление трения (FMEP, ) - Теоретическое среднее эффективное давление, необходимое для преодоления трения двигателя, можно рассматривать как среднее эффективное давление, потерянное из-за трения: . FMEP увеличивается с увеличением скорости двигателя. ^[4] ${\displaystyle p_{mr}}$ ${\displaystyle p_{mr}=p_{mi}-p_{me}}$

Типичные значения BMEP

Смотрите также

• Степень сжатия

Примечания и ссылки

Примечания

1. Двигатели Ванкеля являются четырехтактными двигателями, поэтому рабочий объем определяется из объема камеры путем умножения его на количество роторных поршней и 2: (см. Wolf-Dieter Bensinger : Rotationskolben-Verbrennungsmotoren , Springer, Berlin/Heidelberg/New York 1973, ISBN 978-3-642-52174-4 , стр. 66) ${\displaystyle i=0.5}$ ${\displaystyle V_{\text{d}}}$ ${\displaystyle V_{\text{c}}}$ ${\displaystyle i}$ ${\displaystyle V_{\text{d}}=2V_{\text{c}}i}$ 

Ссылки

1. Хейвуд, Дж. Б., «Основы двигателей внутреннего сгорания», McGraw-Hill Inc., 1988, стр. 50
2. Шрайнер, Клаус (25 мая 2011 г.). Basiswissen Verbrennungsmotor (на немецком языке). Висбаден: Vieweg+Teubner Verlag. п. 41. ИСБН 978-3-8348-1279-7.
3. Ульрих Шпихер: Kapitel 3 · Kenngrößen - таблица 3.16: Effektiver Mitteldruck heutiger Motoren , в Ричарде ван Басшуйсене, Фреде Шефере (ред.): Handbuch Verbrennungsmotor – Grundlagen · KomComponenten · Systeme · Perspektiven , 8-е издание, Springer, Wiesbaden 2017, ISBN 978-3-658-10901-1, DOI 10.1007/978-3-658-10902-8_3, с. 24
4. Ульрих Шпихер: Kapitel 3 · Kenngrößen - таблица 3.16: Effektiver Mitteldruck heutiger Motoren , в Ричарде ван Басшуйсене, Фреде Шефере (ред.): Handbuch Verbrennungsmotor – Grundlagen · KomComponenten · Systeme · Perspektiven , 8-е издание, Springer, Wiesbaden 2017, ISBN 978 -3-658-10901-1, DOI 10.1007/978-3-658-10902-8_3, с. 26, формула 3.48
5. Ульрих Шпихер: Kapitel 3 · Kenngrößen - таблица 3.16: Effektiver Mitteldruck heutiger Motoren , в Ричарде ван Басшуйсене, Фреде Шефере (ред.): Handbuch Verbrennungsmotor – Grundlagen · KomComponenten · Systeme · Perspektiven , 8-е издание, Springer, Wiesbaden 2017, ISBN 978 -3-658-10901-1, DOI 10.1007/978-3-658-10902-8_3, с. 27

Внешние ссылки

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

• Паровой двигатель Тиддлера