[科普中国]-平均有效压力

简述

平均有效压力指单位汽缸工作容积所作的循环功。内燃机在标定功率时的平均有效压力是表示内燃机整个工作过程完善性和热力过程强烈程度的重要参数之一。它决定于混合气形成的方法、燃料的种类、燃烧过程与换气过程的质量、机械效率、进气压力和温度、以及内燃机的冷却方式与冲程数。1

计算根据平均有效压力的定义，平均有效压力可表示为：

式中： ——平均有效压力 (MEP)；

——有效功（曲轴输出端的）；

——气缸工作容积（活塞排量）；

——平均指示压力；

——机械效率。

虽然循环的效率仅决定于压缩比r，但是循环的压力、温度和功还与进气终点的压力（p1）、温度（T1）和循环加热量（Q2-3）的假定值，以及压缩比有关。所以与往复式发动机有关的一个具有特殊意义的量就是作用于活塞上的功除以排量(V1-V2)。该量具有压力的量纲，该压力在整个向外冲程中，以恒定的值作用在活塞上，所产生的功等于循环功。1

注意：平均有效压力可以是指示的，也可以是制动的；视效率η是指示热效率，还是制动热效率而定。

（2）用公式表示：

即

式中：

—— 平均有效压力；

W —— 循环功；

( V1-V2) —— 排量；

J —— 热功当量；

Q2-3 —— 循环热量；

η —— 循环效率；

pa —— 进气门处的空气密度；

eV —— 测得的或实际的容积效率；

F —— 燃油-空气比；

Qc—— 位燃油质量的热值；

p1 —— 进气终点压力；

m —— 气体分子量；

M ——气体质量；

R —— 通用气体常数；

T1 —— 进气终点绝对温度。

美英和中俄教科书中平均有效压力具有以下不同含义：

1.在当前的中俄教科书中，不容许用“指示”和“有效”两个词，同时修饰“压力”一词。也就是说，“压力”不可能既是“指示的”，又是“有效的”；而在美英教科书中，容许“指示”和“有效”两个词，同时修饰“压力”一词。例如：“indicated mean effective pressure指示平均有效压力”。很显然，这是由于对“有效”这个概念，各有不同的含义所引起的。

2.在中俄教科书中，“有效”是对“机械效率”而言；但在美英教科书中，“有效”相对应的效率是不确定的，有可能是指示效率，也有可能是制动效率；可见，在美英教科书中的“平均有效压力”相当于我们的“平均压力”。他们的“制动平均有效压力”才相当于我们的“平均有效压力”。

另一方面，在美英教科书中，为了便于说明制动功率和指示功率之间的差异，常常采用了他们的“指示平均有效压力”的概念，不是采用我国教科书中的“平均指示压力”的概念。换句话说：以下各项“平均有效压力”(除bmep和tmep以外)都不是以（曲轴输出功率/气缸工作容积）为基础的。

不同平均有效压力表示IMEP—— 指示平均有效压力，即示功图上所测得的有效功除以气缸工作容积；

MMEP——机械摩擦平均有效压力，即指示平均有效压力中用于克服机械摩擦的那部分；

PMEP——泵气平均有效压力，即指示平均有效压力中用于克服泵气损失的那部分；

CMEP——指示平均有效压力中用于驱动增压器或扫气泵所损耗的那部分；

AMEP——指示平均有效压力中用于克服驱动附件所损耗的那部分；

TMEP——废气涡轮所发出的，并施加给曲轴的制动平均有效压力；

FMEP ——摩擦平均有效压力，即指示平均有效压力中用于克服摩擦 (包括：机械摩擦、泵气、驱动增压器或扫气泵、驱动附件和从涡轮取得)所损耗的那部分，也即指示与制动平均有效压力之间的差异)；

BMEP——制动平均有效压力，即指示平均有效压力中减去用于克服摩擦损耗后所余下的那部分。

在这个公式中，显而易见，只有“IMEP”才相当于我国教科书中的“平均指示压力”。1

IMEP与BMEP关系IMEP 是平均指示缸内压力 BMEP 是平均有效缸内压力，二者都是功/工作容积，但前者的功是通过缸内压力计算出来的功，即示功图上的面积；而后者的功则是测功机上显示的有效功，二者的差值就是机械损失功(广义）。 即IMEP与BMEP具有以下关系：

（1）IMEP-BMEP=FMEP；

（2）BMEP/IMEP =ηe ——(机械效率)。1

平均有效压力计算平均有效压力值越大，说明单位气缸工作容积对外输出的功多，作功能力强，是评定发动机作功能力的重要指标。常见发动机平均有效压力范围如下表所示。1

表1 常见发动机平均有效压力范围

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