作者: skyripper (RA004E) 站內: Rid-Physics
標題: 估算節氣門關閉時的真空產生的負扭力(4T)
時間: Tue Oct 13 20:03:24 2009

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作者: skyripper (本田) 站內: RZ
標題: 估算節氣門關閉時的真空產生的負扭力(4T)
時間: Sat Sep 10 10:25:49 2005



假設某500cc的單缸四行程引擎於油門全關時有0.75 Bar的真空值.
由於引擎持續運轉, 巨觀而言可視為其平均真空, 故假設其為PMEP

PMEP = pumping mean effective pressure. 這個數據代表的從是BDC開始,
展開排氣行程掃氣, 而後經過上死點, 吸氣最後達到BDC的這段時間抵抗活塞的平均壓力.
其值可能為負(強制進氣情況若inlet pressure>backpressure則總和可以為正!)
NA情況無論油門開度大小吸氣時都有一定的真空阻力, 這個阻力跟活塞運動方向相抵抗,
如同要把爆炸燃燒完的廢氣推出汽缸外, 排氣背壓的阻礙, 都是做負功. 這兩者合起來
就叫做pumping loss. 要求pumping loss產生的負扭力可以經由PMEP來計算.

因為排氣部份實在太難以"想像"且沒有實際數據佐證所以先佔不做估算. 只論理.
首先是收油的情況下, 引擎可能供給極少量的燃料並且達到維持待速的量(也供給空氣)
那此時尚有點火燃燒爆炸的事實, 廢氣照樣排出, 由於廢氣量小理當pumping loss較小.
但若該引擎回油時"不供油", 那可能造成的情況是, 原先滯留在排氣頭段的廢氣可能會
在排氣閥門打開之時倒灌回汽缸內, 在壓力平衡後再被活塞往外推回排氣頭段.
兩種情況都有不可避免的loss. (我相信應該是有某種EFI是在完全收油時cut fuel的)

所以現在來討論有數據的部份. 排氣完了引擎從上死點開始要往下吸氣時, 如果MAP是
持續的讀出0.75bar的真空, 那真實的缸內壓力會是怎麼變化?

由一些內燃機的書, 找part-throttle的P-V圖可以知道(見圖一), TDC時負壓還沒那麼大,
隨著活塞下行立刻達到max負壓. 達到負壓的速度應該跟節氣門開度很有關.
接近BDC時會負壓會稍稍回升一點點.(就是真空反而減少一些些)

圖一 WOT & part throttle P-V chart comparison http://tinyurl.com/8pfou
(圖中面積A即是爆炸燃燒所做的功, B則是pumping loss的負功, 當然這個圖誇大了)

由MEP計算成扭力的公式: Torque = MEP * deltaV / 2 * pi
這是由引擎轉一圈所做的功推導而來
W(of one revolution) = bmep * delta V = 2 * pi * torque

套入本文假設的引擎參數,
pumping loss (negative torque) = PMEP * 500cc / 2 * pi
                               = 0.75kg-cm^2 * 500cm^3 / 6.283
                               = 59.68kg-cm 約等於 0.6kg-m

那又因為曲軸轉兩圈才有這麼一次吸氣行程所以要除2. 約等於-0.3kg-m
如果換算成四缸2000cc的汽車引擎來看的話, 就是約1.2kg-m的負扭力.

現今引擎的的BMEP(brake mean effective pressure 平均有效制動壓力)
都起碼有150psi以上. 換句話說就算是理想真空, 不過達到WOT時引擎扭力的1/10.
這個loss再加上排氣時段的pumping loss + friction loss(活塞,軸承,機油泵/水泵,
氣門彈簧...etc)等等總和即是引擎煞車做負功的主要來源. 不過由於機械損耗這部份
是就算WOT也還是在做負功, 所以把pumping loss想成是引擎煞車的肇因也無不可.

(btw, 我內燃機課本裡是直接寫出了引擎煞車的主因是真空造成的pumping loss)

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以下為補充

BMEP = IMEP + PMEP - FMEP
(brake) = (indicated) + (pumping) - (friction)


brake MEP: 引擎扣掉所有損耗(friction+pumping)所能產生的推動活塞的平均壓力
           這個數字可以直接換算成扭力, 或馬力(提供轉速的話)
           換言之有馬力或扭力數據的話可以也算出這個值來檢視該引擎的效率如何.

indicated MEP: 引擎於BDC開始進行壓縮行程直到動力行程完遇見下一個BDC
               所產生的推動活塞下行的平均壓力

pumping MEP: 前面都在講這個. 一般值為負而增壓情況可能為正

friction MEP: 機械摩擦對引擎產生的阻力.


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一些快速的計算公式for BMEP

2-stroke BMEP = (HP * 6500) / (L * RPM)
4-stroke BMEP = (HP * 13000) / (L * RPM)
BMEP unit in PSI, L = displacement in liter

BMEP = 150.8 x TORQUE ÷ DISPLACEMENT
(PSI)          (lb-ft)   (cubic inch)




供大家參考參考, 有錯還請指正.
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