Średnie ciśnienie efektywne - Mean effective pressure

Średnie ciśnienie efektywne
Średnie ciśnienie efektywne
Wspólne symbole	P
Jednostka SI	Paskal (Pa)
W jednostkach podstawowych SI	1 kilogramy ⋅ m -1 ⋅ s -2
Pochodne z ; innych wielkości	p = W · V −1
Wymiar

Średnie ciśnienie efektywne jest wielkością odnoszącą się do eksploatacji silnika tłokowego i jest cennym miarą zdolności wykonania silnika do pracy, która jest niezależna od pojemności skokowej silnika . Przytaczane jako wskazane średnie ciśnienie efektywne lub IMEP (zdefiniowane poniżej), można je traktować jako średnie ciśnienie działające na tłok podczas różnych części jego cyklu.

Pochodzenie

Pozwolić:

{\ Displaystyle W}

= praca na cykl w dżulach;

P

= moc wyjściowa w watach;

p_{\tekst{mnie}}

= średnie ciśnienie efektywne w paskalach;

V_{\tekst{d}}

= objętość wyporności w metrach sześciennych;

n_{\tekst{c}}

= liczba obrotów na skok mocy (dla silnika 4-suwowego, );

n_{\tekst{c}}=2

{\ Displaystyle N}

= liczba obrotów na sekundę;

T

= moment obrotowy w niutonometrach.

Moc wytwarzana przez silnik jest równa pracy wykonanej za działające czasach cyklu liczbę cykli operacyjnych na sekundę. Jeśli N jest liczbą obrotów na sekundę i jest liczbą obrotów na suw pracy, liczba suwów pracy na sekundę jest po prostu ich stosunkiem. Możemy pisać: $n_{\tekst{c}}$

{\ Displaystyle P = {W {N \ ponad n_ {\ tekst {c}}}}.}

Zmiana kolejności, aby umieścić pracę po lewej stronie:

{\ Displaystyle W = {P {n_ {\ tekst {c}} \ nad N}}.}

Zgodnie z definicją:

{\ Displaystyle W = p_ {\ tekst {mnie}} V_ {\ tekst {d}}}

aby

{\ Displaystyle p_ {\ tekst {mnie}} = {Pn_ {\ tekst {c}} \ nad V_ {\ tekst {d}} N}.}

Ponieważ moment obrotowy T jest powiązany z prędkością kątową (która wynosi tylko N ·2π) i wytworzoną mocą,

{\ Displaystyle P = {2 \ pi} TN}

wtedy równanie dla MEP w zakresie momentu obrotowego to:

{\ Displaystyle p_ {\ tekst {mnie}} = {2 \ pi} {n_ {\ tekst {c}}} {T \ nad V_ {\ tekst {d}}}.}

Prędkość wypadła z równania, a jedynymi zmiennymi są moment obrotowy i objętość przemieszczenia. Ponieważ zakres maksymalnych średnich efektywnych ciśnień hamowania dla dobrych konstrukcji silników jest dobrze ustalony, mamy teraz niezależny od przemieszczenia pomiar zdolności wytwarzania momentu obrotowego przez konstrukcję silnika – określony moment obrotowy. Jest to przydatne do porównywania silników o różnych pojemnościach. Średnie ciśnienie efektywne jest również przydatne do wstępnych obliczeń projektowych; oznacza to, że przy danym momencie obrotowym można zastosować standardowe wartości MEP do oszacowania wymaganej pojemności skokowej silnika. Jednak średnie ciśnienie efektywne nie odzwierciedla rzeczywistych ciśnień w poszczególnych komorach spalania – chociaż te dwa są z pewnością powiązane – i służy jedynie jako wygodna miara wydajności.

Średnie ciśnienie efektywne hamulca (BMEP) jest obliczane na podstawie zmierzonego momentu obrotowego dynamometru . Wskazane średnie ciśnienie efektywne netto (IMEP _n ) jest obliczane przy użyciu wskazanej mocy ; tj. całka ciśnienia i objętości w równaniu pracy na cykl. Czasami termin FMEP (tarcia średnie ciśnienie efektywne) jest używany jako wskaźnik średniego efektywnego ciśnienia utraconego na skutek tarcia (lub momentu tarcia) i jest po prostu różnicą między IMEP _n i BMEP.

Przykłady

MEP od momentu obrotowego i przemieszczenia

Silnik czterosuwowy wytwarza moment obrotowy 160 N·m i wypiera 2000 cm ³ =2 dm ³ =0,002 m ³ :

$n_{\tekst{c}}=2$
${\ Displaystyle T = 160 \ {\ tekst {N}} {\ cdot} {\ tekst {m}}}$
${\ Displaystyle V_ {\ tekst {d}} = 0,002 \ {\ tekst {m}} ^ {3}}$

{\ Displaystyle p_ {\ tekst {mnie}} = {2 \ pi} {2} {160 \ {\ tekst {N}} {\ cdot }{\ tekst {m}}} \ ponad {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}}}

Otrzymamy również liczbę megapaskalów, jeśli użyjemy centymetrów sześciennych dla : $V_{\tekst{d}}$

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

{\ Displaystyle p_ {\ tekst {mnie}} = {2 \ pi {2} {160 \ {\ tekst {N}} {\ cdot} {\ tekst {m}}} \ ponad {2000\, {\text{cm}}^{3}}}={2\pi }{2}{{160\,{\text{N}}{\anuluj {\cdot {\text{m}}}}} \ponad {2000\,{\text{cm}}^{{\anuluj {3}}2}}}=1,005\,{\text{MPa}}}

Moc MEP i prędkość wału korbowego

Znając prędkość wału korbowego, możemy również określić moc silnika z wykresu MEP: W naszym przykładzie silnik daje 160 N·m momentu obrotowego przy 3600 min- ¹ : ${\ Displaystyle P = {V_ {\ tekst {d}} \ cdot p_ {\ tekst {mnie}} \ cdot N \ ponad n_ {\ tekst {c}}}}$

$n_{\tekst{c}}=2$
${\ Displaystyle N = 3600 \ {\ tekst {min}} ^ {-1} = 60 \ {\ tekst {s}} ^ {-1}}$
${\ Displaystyle V_ {\ tekst {d}} = 2000 \ {\ tekst {cm}} ^ {3}}$
$p_{\tekst{mnie}}=1,005\{\tekst{MPa}}$

{\ Displaystyle {2000 \ cdot 1,005 \ cdot 60 \ ponad 2} = 60 300 \ {\ tekst {W}}}

Ponieważ silniki tłokowe zwykle mają maksymalny moment obrotowy przy mniejszej prędkości obrotowej niż maksymalna moc wyjściowa, BMEP jest niższy przy pełnej mocy (przy wyższej prędkości obrotowej). Jeśli ten sam silnik ma moc 76 kW przy 5400 min ^-1 = 90 s ^-1 , a jego BMEP wynosi 0,844 MPa, otrzymujemy następujące równanie:

$n_{\tekst{c}}=2$
${\ Displaystyle N = 5400 \ {\ tekst {min}} ^ {-1} = 90 \ {\ tekst {s}} ^ {-1}}$
${\ Displaystyle V_ {\ tekst {d}} = 2000 \ {\ tekst {cm}} ^ {3}}$
${\ Displaystyle p_ {\ tekst {mnie}} = 0,844 \ {\ tekst {MPa}}}$

{\ Displaystyle {2000 \ cdot 0,844 \ cdot 90 \ ponad 2} = 75 960 \ {\ tekst {W}} \ około 76 \ {\ tekst {kW}}}

Rodzaje średnich ciśnień efektywnych

Średnie ciśnienie efektywne (MEP) jest definiowane przez pomiar lokalizacji i metodę obliczeń, tutaj podano niektóre powszechnie stosowane MEP.

Średnie ciśnienie efektywne hamulca (BMEP) - Średnie ciśnienie efektywne obliczone na podstawie zmierzonego momentu hamowania.
Wskazane średnie ciśnienie efektywne brutto (IMEP _g ) - Średnie ciśnienie efektywne obliczone na podstawie ciśnienia w cylindrze w części sprężania i rozprężania cyklu silnika (360° w czterosuwowym , 180° w dwusuwowym ). Pomiar bezpośredni wymaga wyposażenia do pomiaru ciśnienia w butli.
Wskazane średnie ciśnienie efektywne netto (IMEP _n ) - średnie ciśnienie efektywne obliczone na podstawie ciśnienia w cylindrze w całym cyklu silnika (720° w czterosuwowym, 360° w dwusuwowym). Pomiar bezpośredni wymaga wyposażenia do pomiaru ciśnienia w butli.
Pompowanie średniego efektywnego ciśnienia (PMEP) - Średnie efektywne ciśnienie z pracy przenoszącej powietrze do iz cylindra przez zawory wlotowe i wylotowe. Obliczane na podstawie ciśnienia w cylindrze w częściach dolotowych i wydechowych cyklu silnika (360° w czterosuwowym, 0° w dwusuwowym). Pomiar bezpośredni wymaga wyposażenia do pomiaru ciśnienia w butli. PMEP = IMEP _g - IMEP _n .
Średnie efektywne ciśnienie tarcia (FMEP) - Teoretyczne średnie efektywne ciśnienie wymagane do pokonania tarcia silnika, może być traktowane jako średnie efektywne ciśnienie utracone w wyniku tarcia. Obliczenie średniego ciśnienia efektywnego tarcia wymaga dokładnego pomiaru ciśnienia w cylindrze i momentu hamującego dynamometru. FMEP = IMEP _n - BMEP.

Typowe wartości BMEP

Typowe wartości BMEP
Typ silnika	Typowy max. BMEP
Silnik motocyklowy	1,2 MPa (174,0 lbf/cal ² )
Silnik wyścigowy (Formuła 1)	1,6 MPa (232,1 funta/cal ² )
Silnik samochodu osobowego (ssący wolnossący Otto)	1,3 MPa (188,5 funta/cal ² )
Silnik samochodu osobowego (turbodoładowany Otto)	2,2 MPa (319,1 funta/cal ² )
Silnik samochodu osobowego (Diesel z turbodoładowaniem)	2,0 MPa (290,1 funta/cal ² )
Silnik ciężarówki (Diesel z turbodoładowaniem)	2,4 MPa (348,1 funta/cal ² )
Wysokoobrotowy przemysłowy silnik wysokoprężny	2,8 MPa (406,1 funta/cal ² )
Średnioobrotowy przemysłowy silnik wysokoprężny	2,5 MPa (362,6 funta/cal ² )
Niskoobrotowy dwusuwowy silnik wysokoprężny	1,5 MPa (217,6 funta/cal ² )

Zobacz też

Stopień sprężania

Uwagi i referencje

Uwagi

^ Silniki Wankla są silnikami czterosuwowymi, więc; przemieszczeniewyprowadza się z objętości komoryprzez pomnożenie jej przez liczbę tłoków obrotowychi 2:(patrz Wolf-Dieter Bensinger: Rotationskolben-Verbrennungsmotoren , Springer, Berlin/Heidelberg/New York 1973, ISBN 978-3-642-52174- 4 , s. 66) $n_{\tekst{c}}=2$ $V_{\tekst{d}}$ $V_{\tekst{c}}$ $i$ ${\ Displaystyle V_ {\ tekst {d}} = 2V_ {\ tekst {c}} i}$