平均有效压力的讲解

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平均有效压力的讲解


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。




摘   要：该文作者提醒大家注意：目前在全国大中院校内燃机教科书中，只讲授一种关于平均有效压力的定义，忽略了英美国家的平均有效压力定义；这显然不利于进行国际交流。为了填补这个空白，特将英美国家的平均有效压力定义及其与我国定义的区别简要地介绍给读者。

问题的提出

有人一看到“平均有效压力”这个名词，就认为是一个小问题。司空见惯，不值一提。他们认为中俄德和美英教科书里关于“平均有效压力”的概念没有什么区别。由于目前从英、美和俄、德留学回来的“海归”越来越多，它们各自按自己所学到的来理解，不知道它们之间的区别，加上国内不少人不求甚解，一时把从这些国家直译过来的技术参数概念搞糊涂了，造成不必要的误会和损失。如果这样随它下去，必然不利于国际交流。

下面，我们来看一看它们之间到底有没有区别？



英美国家的平均有效压力定义及其与我国定义的区别

俄语“平均有效压力” 的原文是“Среднее Эφφективное

давление ”；英语“平均有效压力” 的原文是“Mean Effective Pressure”。不错，仅从字面上看，中、美、俄三种文字一一对应，完全相同。可是，它们之间的含义，在1949年以前，中美是相同的，它们与俄语教科书是不同的；因为在受原苏联影响以前，我国主要几个大学里的教科书几乎都直接采用美英原版教科书。在1949年以后，由于显而易见的原因，中俄是相同的，它们与美英教科书是不同的。（据说：原苏联是从德国抄过来的，因此，俄德也是一致的）

目前（1949年以后），中俄教科书中一致的定义是：

（1）用文字叙述：

平均有效压 (MEP)———折合到每单位气缸工作容积的，每工作循环中的有效功，用单位活塞面积上假设不变的压力来表示。

（2）用公式表示：

   Pme = We/vs = Pi ·ηm

       式中：Pme——平均有效压力 (MEP)

              We ——有效功（曲轴输出端的）

              Vs ——气缸工作容积（活塞排量）

               Pi ——平均指示压力

             ηm ——机械效率

目前（1949年以后），美英教科书中的定义是：

（1）用文字叙述：

Mean Effective Pressure. ——

Although the efficiency of the cycle depends only on r, the pressures, temperatures, and the work of the cycle depend on the values assumed for p1, T1, and Q2-3 as well as on the compression ratio. A quantity of especial interest in connection with reciprocating engines is the work done on the piston divided by displacement volume. This quantity has the dimensions of pressure and is equal to that constant pressure which, if exerted on the piston for the whole outward stroke, would yield work equal to the work of the cycle. It is called the Mean Effective Pressure, abbreviated mep. (文献 [2] ：P.27)



The mean effective pressure may be indicated or brake, depending on whetherηis the indicated or brake thermal efficiency.(文献[2]：P.154)



平均有效压力——

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。

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：

mep.= w/(V1-V2) = J· Q2-3·η/(V1-V2) = J·pa·eV(F· Qc·η)

   = {J· Q2-3·（p1·m/MRT1）/(1-(1/r))} ·η

式中：

mep. —— Mean Effective Pressure. 平均有效压力

W —— work of the cycle 循环功

(V1-V2) —— piston displacement volume活塞排量

J  —— Joule’s law coefficient 热功当量

Q2-3  —— Heat which flows into the cycle 循环热量

η —— efficiency of the cycle  循环效率

pa  —— density of sir at inlet valve 进气门处的空气密度

eV  —— measured or actual efficiency 测得的或实际的容积效率

F —— fuel-air ratio 燃油-空气比

Qc—— heat of combustion per unit mass of fuel单位燃油质量的热值

p1  —— pressure at inlet end 进气终点压力

m  ——  molecular weight of gas  气体分子量

M  —— mass of gas 气体质量

R  —— universal gas constant 通用气体常数

T1  —— absolute temperature at inlet end 进气终点绝对温度

从以上两种对“平均有效压力”的文字表述和公式表达，可以归纳出美英和中俄教科书中的不同含义如下：

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[2]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。请看以下的定义：

   bmep = imep – mmep – pmep – cmep – amep + tmep

= imep – fmep  (文献 [2]: P.313)

式中：

    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”；

bmep / imep =ηe ——(机械效率)

为了清楚起见，列表如下：

原文
直译（美英概念）
相当于中俄的含义

mep
平均有效压力
平均压力

imep
指示平均有效压力
平均指示压力，即在示功图上

测得的指示功除以气缸工作容积

bmep
制动平均有效压力
平均有效压力，即平均指示压力中减去

用于克服摩擦损耗后所余下的那部分。

fmep
摩擦平均有效压力
平均指示压力中用于克服摩擦所损耗的那部分，也即平均指示压力与平均有效压力之间的差异。

mmep
机 械 摩 擦

平均有效压力
平均指示压力中用于克服机械摩擦的那部分

pmep
泵气平均有效压力
平均指示压力中用于克服泵气损失的那部分

cmep
压气或扫气

平均有效压力
平均指示压力中用于驱动

增压器或扫气泵所损耗的那部分

amep
驱动附件

平均有效压力
平均指示压力中用于克服

驱动附件所损耗的那部分

tmep
涡轮平均有效压力
废气涡轮所发出的，

并施加给曲轴的平均有效压力





我们在[4]中，说文献[1]作者混淆了“平均有效压力”的概念，其原因就在于此。如果作者不考虑这些差异，原封不动地照搬，无疑就会造成这样的错误。这种错误难道不应该指出吗？

还有，为了说明方便，在我们的教科书中，采用美英概念的“平均有效压力”来讲解制动功率和指示功率之间的差异，当然也是可以的。问题在于：①不能把他们的“平均有效压力”当作我们的“平均有效压力”；②必须保持等号两边衡等（请见以上bmep的公式）。不能一会儿用“功”来讲解；一会儿又用“平均有效压力”来讲解。例如：文献[1]中说：“从实际循环示功图的分析中可以发现，面积W以及掺和在面积x和y中的一小部分u（图中一交叉线表示）所表示的功损失，已经在求取平均有效压力时包括进去，故将换气损失中剩余的有面积（x + y – u）所表示的功损失，定义为泵气损失。”作者把“功”和“压力” 掺和在一起进行叙述，而且文中的平均有效压力又是中俄教科书中的概念，这样一来，不仅混淆了“功”和“压力”的概念，而且也混淆了“指示”和“有效”的概念
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