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平均有効圧力

J
Japedia 編集部
|更新日: 不明

平均有効圧力( MEP ) は、往復動エンジンの動作に関連する量であり、エンジンの排気量とは無関係にエンジンが仕事をする能力の尺度です。[ 1 ]圧力の次元を持つにもかかわらず、MEP は測定できません。[ 2 ]指示平均有効圧力( IMEP )として示される場合、それはピストンのサイクルのさまざまな部分でピストンに作用する平均圧力と考えることができます。IMEP から摩擦損失を差し引くと、ブレーキ平均有効圧力 ( BMEP ) になります。

導出

させて：

P{\displaystyle P}= 出力電力（ワット）
p自分{\displaystyle p_{\text{me}}}= 平均有効圧力（メガパスカル）
Vd{\displaystyle V_{\text{d}}}＝置換体積（立方センチメートル）
私{\displaystyle i}= 1回転あたりのサイクル数 (4ストロークエンジンの場合、私=0.5{\displaystyle i=0.5}2ストロークエンジンの場合、私=1{\displaystyle i=1}); [注1 ]
n{\displaystyle n}＝1秒あたりの回転数
ω={\displaystyle \omega =}角速度、すなわちω=2πn{\displaystyle \omega =2\pi n};
M{\displaystyle M}＝トルク（ニュートンメートル）

そして、BMEPは以下のようにしてエンジンの出力を決定するために使用できます。

P=私⋅n⋅Vd⋅p自分{\displaystyle P=i\cdot n\cdot V_{\text{d}}\cdot p_{\text{me}}}

電力とは、

P=ω⋅M=2π⋅n⋅M{\displaystyle P=\omega \cdot M=2\pi \cdot n\cdot M}

ここで、BMEPは変位あたりのトルクを表す指標であることがわかります。

P=私⋅n⋅Vd⋅p自分=2π⋅n⋅M{\displaystyle P=i\cdot n\cdot V_{\text{d}}\cdot p_{\text{me}}=2\pi \cdot n\cdot M}

したがって、トルクに関するBMEPの式は次のようになります。

p自分=M⋅2πVd⋅私。${\displaystyle p_{\text{me}}={{M\cdot 2\pi } \over {V_{\text{d}}\cdot i}}.}$

速度は方程式から除外され、唯一の変数はトルクと排気量です。優れたエンジン設計の最大ブレーキ平均有効圧力の範囲は十分に確立されているため、排気量に依存しないエンジン設計のトルク発生能力の尺度、つまり一種の特定トルクが得られます。これは、異なる排気量のエンジンを比較するのに役立ちます。平均有効圧力は、初期設計計算にも役立ちます。つまり、トルクが与えられた場合、標準MEP値を使用して必要なエンジン排気量を推定できます。ただし、平均有効圧力は個々の燃焼室内の実際の圧力を反映していません（ただし、両者は確かに関連しています）し、性能の便利な尺度としてのみ機能します。[ 2 ]   

ブレーキ平均有効圧力 (BMEP) は、測定されたダイナモメータトルクから計算されます。正味指示平均有効圧力 (IMEP) は、指示出力、つまりサイクルあたりの仕事の式における圧力体積積分を使用して計算されます。摩擦平均有効圧力 (または摩擦トルク) の指標として FMEP (摩擦平均有効圧力) という用語が使用されることがあり、これは IMEP と BMEP の差です。[ 3 ]

例

トルクと変位によるMEP

4ストロークエンジンは159N ・mのトルクを発生し、排気量は 2000cm³です。

  • 私=0.5{\displaystyle i=0.5}
  • M=159N⋅m{\displaystyle M=159\;{\text{N}}{\cdot }{\text{m}}}
  • Vd=2000cm3{\displaystyle V_{\text{d}}=2000\;{\text{cm}}^{3}}
p自分=2π⋅0.5−1159N⋅m2000cm3=2π⋅0.5−115900N⋅cm2000cm32≈100N⋅cm−2=1MPa${\displaystyle p_{\text{me}}={2\pi }\cdot {0.5^{-1}}{{159\;{\text{N}}{\cdot }{\text{m}}} \over {2000\;{\text{cm}}^{3}}}={2\pi }\cdot {0.5^{-1}}{{15900\;{\text{N}}{\cancel {\cdot {\text{cm}}}}} \over {2000\;{\text{cm}}^{{\cancel {3}}2}}}\approx 100\;{\text{N}}{\cdot }{\text{cm}}^{-2}=1\;{\text{MPa}}}$
MEPからの動力とクランクシャフト回転数

クランクシャフトの回転速度が分かれば、MEPの数値からエンジンの出力も求めることができます。P=私⋅n⋅Vd⋅p自分{\displaystyle P=i\cdot n\cdot V_{\text{d}}\cdot p_{\text{me}}} この例では、エンジンは3600 min⁻¹ (=60 s⁻¹)で159 N · mのトルクを出力 します。  

  • 私=0.5{\displaystyle i=0.5}
  • n=60s−1{\displaystyle n=60\;{\text{s}}^{-1}}
  • Vd=2000cm3{\displaystyle V_{\text{d}}=2000\;{\text{cm}}^{3}}
  • p自分=1MPa{\displaystyle p_{\text{me}}=1\;{\text{MPa}}}

したがって：

P=2000cm3⋅1N⋅cm−2⋅60s−1⋅0.5=60,000N⋅m⋅s−1=60,000W=60kW{\displaystyle P={2000\;{\text{cm}}^{3}\cdot 1\;{\text{N}}{\cdot }{\text{cm}}^{-2}\cdot 60\;{\text{s}}^{-1}\cdot 0.5}=60{,}000\;{\text{N}}{\cdot }{\text{m}}\cdot {\text{s}}^{-1}=60{,}000\;{\text{W}}=60\;{\text{kW}}}

ピストンエンジンは通常、最大トルクが最大出力よりも低い回転速度で発生するため、BMEPは全出力時（回転速度が高い時）に低くなります。同じエンジンが5400 min⁻¹ = 90 s⁻¹で72 kWの定格出力を持ち、BMEPが0.80 MPaである場合、 次 の式が得られます。  

  • 私=0.5{\displaystyle i=0.5}
  • n=90s−1{\displaystyle n=90\;{\text{s}}^{-1}}
  • Vd=2000cm3{\displaystyle V_{\text{d}}=2000\;{\text{cm}}^{3}}
  • p自分=0.80MPa{\displaystyle p_{\text{me}}=0.80\;{\text{MPa}}}

それから：

P=2000cm3⋅0.80N⋅cm−2⋅90s−1⋅0.5=72,000N⋅m⋅s−1=72kW{\displaystyle P={2000\;{\text{cm}}^{3}\cdot 0.80\;{\text{N}}{\cdot }{\text{cm}}^{-2}\cdot 90\;{\text{s}}^{-1}\cdot 0.5}=72{,}000\;{\text{N}}{\cdot }{\text{m}}\cdot {\text{s}}^{-1}=72\;{\text{kW}}}

平均有効圧力の種類

平均有効圧力（MEP）は、測定位置と計算方法によって定義されます。一般的に使用されるMEPの例を以下に示します。

  • ブレーキ平均有効圧力 (BMEP、pme{\displaystyle p_{me}}）－測定されたブレーキトルクから計算された平均有効圧力。
  • 指示平均有効圧力 (IMEP、pm私{\displaystyle p_{mi}}） - エンジンサイクル全体（4ストロークでは720°、2ストロークでは360°）にわたるシリンダー内圧力から計算される平均有効圧力。IMEPは、エンジンのpV線図の面積をプラニメーターで測定することによって決定できます。自然吸気4ストロークエンジンは、シリンダーに吸気し、シリンダーから排気を取り除くためにポンピング作業を行う必要があるため、IMEPは高圧、総平均有効圧力（GMEP、pmg{\displaystyle p_{mg}}）とポンプ平均有効圧力（PMEP、pm私GW{\displaystyle p_{miGW}}自然吸気エンジンではPMEPは負の値となり、スーパーチャージャーまたはターボチャージャー付きエンジンでは通常正の値となります。IMEPはPMEPとGMEPから算出できます。pm私=pmg−pm私GW{\displaystyle p_{mi}=p_{mg}-p_{miGW}}[ 3 ]​
  • 摩擦平均有効圧力 (FMEP、pmr{\displaystyle p_{mr}}) - エンジン摩擦を克服するために必要な理論上の平均有効圧力は、摩擦によって失われる平均有効圧力と考えることができます。pmr=pm私−pme{\displaystyle p_{mr}=p_{mi}-p_{me}}FMEPはエンジン回転数の増加とともに上昇する。[ 4 ]

BMEPの標準値

関連項目

注釈と参考文献

注記

  1. ↑ヴァンケルエンジンは4ストロークエンジンなので私=0.5{\displaystyle i=0.5}変位Vd{\displaystyle V_{\text{d}}}チャンバー容積から導き出されるVc{\displaystyle V_{\text{c}}}回転ピストンの数を掛け合わせることによって私{\displaystyle i}そして２：Vd=2Vc私{\displaystyle V_{\text{d}}=2V_{\text{c}}i}( Wolf-Dieter Bensinger : Rotationskolben-Verbrennungsmotoren、Springer、ベルリン/ハイデルベルク/ニューヨーク、1973 年、ISBN を参照) 978-3-642-52174-4（66ページ）

参考文献

  1. ↑ヘイウッド、JB、「内燃機関の基礎」、マグロウヒル社、1988年、50ページ
  2. 1 2 シュライナー、クラウス (2011-05-25)。Basiswissen Verbrennungsmotor (ドイツ語)。ヴィースバーデン: Vieweg+Teubner Verlag。 p. 41.ISBN​  978-3-8348-1279-7。
  3. 1 2 Ulrich Spicher: Kapitel 3 · Kenngrößen – table 3.16: Effektiver Mitteldruck heutiger Motoren、Richard van Basshuysen、Fred Schäfer (編): Handbuch Verbrennungsmotor – Grundlagen · Komponenten · Systeme · Perspektiven、第 8 版、Springer、ヴィースバーデン2017、ISBN 978-3-658-10901-1、DOI 10.1007/978-3-658-10902-8_3、p. 24
  4. ↑ Ulrich Spicher: Kapitel 3 · Kenngrößen – table 3.16: Effektiver Mitteldruck heutiger Motoren、Richard van Basshuysen 著、Fred Schäfer (eds.): Handbuch Verbrennungsmotor – Grundlagen · Komponenten · Systeme · Perspektiven、第 8 版、Springer、ヴィースバーデン2017、ISBN 978-3-658-10901-1、DOI 10.1007/978-3-658-10902-8_3、p. 26、式 3.48
  5. ↑ Ulrich Spicher: Kapitel 3 · Kenngrößen – table 3.16: Effektiver Mitteldruck heutiger Motoren、Richard van Basshuysen 著、Fred Schäfer (eds.): Handbuch Verbrennungsmotor – Grundlagen · Komponenten · Systeme · Perspektiven、第 8 版、Springer、ヴィースバーデン2017、ISBN 978-3-658-10901-1、DOI 10.1007/978-3-658-10902-8_3、p. 27
  • ブレーキ平均有効圧力（bmep）、出力とトルク、純正パイプ
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