平均有効圧力

平均有効圧力
一般的な記号	p
SI単位	パスカル（Pa）
SI基本単位では	1 kg ⋅ m −1 ⋅ s −2
他の量からの導出	p = W · V −1
寸法	${\displaystyle {\mathsf {L}}^{-1}{\mathsf {M}}{\mathsf {T}}^{-2}}$

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行う仕事の能力の尺度です。^[1]圧力の次元を持っているにもかかわらず、MEPは測定できません。^[2]図示平均有効圧力（IMEP ）として引用される場合、それは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。摩擦損失をIMEPから差し引くと、結果はブレーキ平均有効圧力（BMEP）になります。

させて：

${\displaystyle P}$= ワット単位の出力;

${\displaystyle p_{\text{me}}}$= メガパスカルでの平均有効圧力;

${\displaystyle V_{\text{d}}}$= 排気量（立方センチメートル）

${\displaystyle i}$= 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、2ストロークエンジンの場合）^{[注 1]}${\displaystyle i=0.5}$${\displaystyle i=1}$

${\displaystyle n}$= 1秒あたりの回転数;

${\displaystyle \omega =}$角速度、すなわち;${\displaystyle \omega =2\pi n}$

${\displaystyle M}$= ニュートンメートル単位のトルク。

次に、BMEP を使用して、次のようにエンジンの出力を決定できます。

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

パワーとは次のようなものであることが分かっています。

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

BMEP は、変位あたりのトルクを表す尺度であることがわかります。

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

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。

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

速度は方程式から外れ、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、エンジン設計のトルク発生能力の排気量に依存しない尺度、つまり特定のトルクのようなものが現在あります。これは、排気量の異なる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、トルクが与えられれば、標準の MEP 値を使用して必要なエンジン排気量を見積もることができます。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 (2 つは確かに関連していますが)。パフォーマンス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、測定された動力計トルクから計算されます。正味表示平均有効圧力（IMEP）は、表示出力、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（または摩擦トルク）によって失われる平均有効圧力の指標としてFMEP（摩擦平均有効圧力）という用語が使用されることもあり、これはIMEPとBMEPの差に過ぎません。^[3]

トルクと変位からのMEP

4ストロークエンジンは159 N·mのトルクを発生し、2000 cm ^{3の排気量があります。}

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

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

MEPからの動力とクランクシャフト速度

クランクシャフトの速度がわかれば、MEP 値からエンジンの出力も決定できます。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。${\displaystyle P=i\cdot n\cdot V_{\text{d}}\cdot p_{\text{me}}}$

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

したがって：

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

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 はフル パワー (回転速度が高い) では低くなります。同じエンジンの定格が 5400 min ⁻¹ = 90 s ⁻¹で 72 kW で、BMEP が 0.80 MPa の場合、次の式が得られます。

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

それから：

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

平均有効圧力 (MEP) は、位置測定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 のいくつかを以下に示します。

• ブレーキ平均有効圧力 (BMEP、) - 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。${\displaystyle p_{me}}$
• 図示平均有効圧力 (IMEP, ) - 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 線図の面積を測量することで決定できます。自然吸気 4 ストローク エンジンは、シリンダーに負荷を吸い込み、シリンダーから排気を除去するためにポンピング作業を行う必要があるため、IMEP は高圧の総平均有効圧力 (GMEP, ) とポンピング平均有効圧力 (PMEP, ) に分割できます。自然吸気エンジンでは、PMEP は負で、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です。IMEP は、PMEP と GMEP から導出できます。[ ^3]${\displaystyle p_{mi}}$${\displaystyle p_{mg}}$${\displaystyle p_{miGW}}$${\displaystyle p_{mi}=p_{mg}-p_{miGW}}$
• 摩擦平均有効圧力（FMEP、） - エンジン摩擦を克服するために必要な理論的な平均有効圧力は、摩擦によって失われる平均有効圧力と考えることができます。FMEPはエンジン速度の上昇とともに上昇します。^[4]${\displaystyle p_{mr}}$${\displaystyle p_{mr}=p_{mi}-p_{me}}$

• 圧縮比

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• 平均有効圧力について、Harleyc.com

• ティドラー蒸気機関