– bremsens gennemsnitlige effektive Tryk –

vi har præsenteret emnerne termisk effektivitet og volumetrisk effektivitet som metoder til estimering af den potentielle produktion af en given motorkonfiguration.

Bremseeffektivt Tryk (BMEP) er en anden meget effektiv målestok til sammenligning af ydeevnen for en motor af en given type med en anden af samme type og til evaluering af rimeligheden af ydelseskrav eller krav.

definitionen af BMEP er: det gennemsnitlige (gennemsnitlige) tryk, som, hvis det pålægges stemplerne ensartet fra toppen til bunden af hvert effektslag, ville producere den målte (bremse) effekt.

bemærk, at BMEP er rent teoretisk og ikke har noget at gøre med det faktiske cylindertryk. Det er simpelthen et værktøj til at evaluere effektiviteten af en given motor til at producere drejningsmoment fra en given forskydning.

ved at se på ligningerne 8-A og 8-b nedenfor kan du nemt se, at BMEP simpelthen er drejningsmomentet pr. Faktisk bruger mange talentfulde mennesker i motordesign-og udviklingsbranchen i øjeblikket drejningsmoment pr.kubik tomme (“drejningsmomentforhold”) i stedet for BMEP, hvorved man undgår den kedelige multiplikationsproces.

hvis du kender drejningsmomentet og forskydningen af en motor, er en meget praktisk måde at beregne BMEP på:

(ligning 8-A, 4-takts motor)

(ligning 8-B, 2-takts motor)

(hvis du foretrækker trykaflæsninger i Bar snarere end PSI, skal du blot dele PSI med 14,5)

(hvis du er interesseret i afledningen af disse forhold, forklares det nederst på denne side.)

en momentudgang på 1,0 lb-ft pr.kubikcentimeter forskydning i en 4-taktsmotor svarer til en BMEP på 150,8 psi. I en 2-taktsmotor er den samme 1,0 lb-ft drejningsmoment pr. (Afledningen af dette forhold er givet på borttom af denne side.)

diskussionen på resten af denne side er med hensyn til firetaktsmotorer, men det gælder ligeledes for totaktsmotorer, hvis du blot erstatter 75.4 overalt, hvor du ser 150.8.

dette værktøj er ekstremt praktisk til at evaluere den ydelse, der hævdes for en bestemt motor. For eksempel gør” vinkelventilen ” Lycoming io-360 (200 hk, 360 CID) og IO-540 (300 hk, 540 CID) motorer deres nominelle effekt ved 2700 omdr. / min. Ved det omdrejningstal (2700) kræver den nominelle effekt henholdsvis 389 lb-ft (200 hk) og 584 lb-ft (300 hk) drejningsmoment. (Hvis du ikke forstår denne beregning, Klik her)

fra disse drejningsmomentværdier er det let at se (fra ligning 8-A ovenfor), at begge motorer opererer ved en BMEP på omkring 163 PSI (11,25 bar eller et “drejningsmomentforhold” på 1,08 lb-ft pr. BMEP ved topmoment er lidt større.

for en lang levetid (i en flyreferenceramme), naturligt aspireret, SI (gnisttænding) brændstofdrevet, to-ventil-per-cylinder, trykstang motor, en BMEP over 204 PSI (14 bar, drejningsmomentforhold på 1,35) er ret vanskeligt at opnå og kræver et seriøst udviklingsprogram og meget specialiserede komponenter.

det er værd at bemærke, at en moderne, normalt aspireret ci (kompressionstænding) motor let kan fremstille 15 bar BMEP, og flere turboladede ci street-motorer rutinemæssigt overstiger 20,5 bar. Det er nyttigt at huske, at BMEP er et nyttigt værktøj til sammenligning og evaluering af lignende typer motorer.

til sammenligningsformål, lad os se på de motorer, der almindeligvis antages at være selve toppen af motorens ydeevne: Formel-1.

en F1-motor er specialbygget og i det væsentlige ubegrænset. For 2006-sæsonen krævede reglerne en 90 liters V8-motor med 2,4 liter forskydning (146,4 CID) med en maksimal boring på 98 mm (3.858) og en krævet boreafstand på 106,5 mm (4.193). Det resulterende slag for at opnå 2,4 liter er 39,75 mm (1.565) og er implementeret med en 180-liters krumtapaksel. Den typiske stanglængde er cirka 102 mm (4,016 tommer) for et stang / Slagforhold på cirka 2,57.

disse motorer er typisk en 4-ventil-per cylinder layout med to overliggende knaster pr bank, og pneumatiske ventilsprings. Ud over de få begrænsninger, der er anført ovenfor, er der følgende yderligere begrænsninger: (a) ingen berylliumforbindelser, (b) Ingen MMC-stempler, (c) Ingen indsugningsrør med variabel længde, (d) en injektor pr.cylinder og (e) kravet om, at en motor varer i to løbsuger.

i slutningen af 2006-sæsonen løb de fleste af disse F1-motorer op til 20.000 O / min i race trim og blev fremstillet i nærheden af 750 hk. En motor, som jeg har tallene lavet en maksimal effektværdi på 755 hk ved en forbløffende 19.250 omdr. / min. Ved en spidseffekt på 755 HK er drejningsmomentet 206 lb-ft, og spidseffekt BMEP ville være 212 psi. (14.63 bar). Topmoment på 214 lb-ft forekom ved 17.000 O / min for en BMEP på 220 psi (15,18 bar). Der kan ikke være noget argument for, at 212 psi ved 19.250 O / min er virkelig fantastisk.

lad os dog se på nogle forbløffende indenlandske teknologier.

NASCAR CUP race engine er et stærkt begrænset kraftværk, der angiveligt stammer fra “Produktions” komponenter, selvom fra 2010 alle 4 motorer, der konkurrerer på dette niveau (Chevy, Dodge, Ford, Toyota) er specialbyggede racemotorer designet specielt til NASCARs regelbog.

ved regulering har KOPMOTORER en maksimal forskydning på 358 CI (5,87 L). De skal bruge en støbejerns 90-liters V8-blok med en 4.500-tommers boreafstand og en 90-liters stålkrumtapaksel. Cylinderhovederne er specialdesignede og højtudviklede, begrænset til to ventiler pr.cylinder, specifikke ventilvinkler, specifikke portgulvhøjder osv.. Ventilerne betjenes af en enkelt, blokmonteret, fladtappet knastaksel (det er rigtigt, stadig ingen ruller fra 2014; men de skiftede til rullekam tilhængere til 2015 sæsonen) og en pushrod / rocker-arm / coil-spring valvetrain. Det er yderligere hobbled af kravet om en enkelt fire-tønde karburator (indtil 2011) og nu (2012 på), af en 4-tønde-karburator-lignende gashåndtag og individuel løber EFI. Elektronisk styret tænding er tilladt (fra 2012), og der er mindstekrav til vægt for conrods og stempler. Flere detaljer om disse motorer kan findes her.)

Hvordan fungerer disse KOPMOTORER? I slutningen af 2014-sæsonen producerede motorerne fra en større NASCAR-motorproducent i nærheden af 880 hk ved omkring 9000 O / min, og de opererer med et maksimalt race-omdrejningstal i nærheden af 9400 o / min.

overvej det faktum, at for at producere 880 hk ved 9000 O / min kræver 513 lb-ft drejningsmoment for en maksimal effekt BMEP på næsten 216 PSI (14.92 bar, drejningsmomentforhold på 1,43). Topmoment for den samme motor var typisk omkring 535 lb-ft ved 7800 O / min for en top BMEP på over 226 psi (15,6 bar, drejningsmomentforhold på 1,50).

det er virkelig forbløffende.

(nu afviger jeg for en kort rant.

det er meget beklageligt, at NASCAR braintrust for 2015-sæsonen har besluttet at lovgive disse fantastiske motorer ud af eksistensen. I sæsonen 2015 vil de samme motorer være udstyret med en “konisk afstandsstykke” mellem gashåndtaget og indtagsboksen. Denne afstandsstykke udgør lidt mere end en fancy begrænsningsplade, hvilket yderligere begrænser mængden af luft, som motoren kan indtage. Denne regelændring reducerede straks motoreffekten til cirka 725 HK.

og mens NASCAR-funktionærerne blather om at “reducere omkostningerne ved racing”, har denne regelændring krævet endnu en stor udgift på R & d penge til at udvikle en ny motorpakke (forbrændingskammer, porte, manifold løbere, plenum konfiguration, cam profiler, ventilfjedre osv. osv. etc) for at optimere ydeevnen for denne nye (forskellige) motorpakke.)

OK, nu tilbage til BMEP……..

Sammenlign F1-motorfigurerne med CUP-motorfigurerne for at få et mere levende billede af, hvor kloge disse CUP engine fyre er. Derudover skal du overveje det faktum, at (a) en enkelt motor skal bruges til hvert løbsmøde, der inkluderer mindst to træningssessioner, en kvalificerende session og løbet, der kan være så længe som 600 miles, og (b) Penske-Dodge-motorerne, der vandt mesterskabet i 2012, led ikke en enkelt motorfejl i hele sæsonen 38-løb, 2012.

når det er sagt, opnår de seneste vindere i den årlige Engine Masters-konkurrence over 16,9 bar BMEP (245 psi, drejningsmomentforhold på 1,63 ! ) med normalt aspireret, brændstofdrevet, SI, 2-ventils trykstang motor. Imidlertid indrømmer bygherrerne frit, at disse motorer på grund af de meget aggressive kamprofiler, vippeforhold, bruttoventilliftnumre og andre kompromiser, der sigter mod at maksimere BMEP, har relativt korte forventede levealder.

Bemærk: Den 12. januar 2015 korrigerede vi følgende afsnit takket være den kloge læser Dan Nicoson, der påpegede mig, at Blantons motorudbud var en 3,8 liters Ford V6, ikke en 2,8 liters motor som tidligere nævnt i følgende korte løb på absurde kraftkrav.

for at værdsætte værdien af BMEP (eller drejningsmoment pr.kubikcentimeter) som et værktøj til evaluering af motorkrav, Antag, at nogen tilbyder at sælge dig en 3.8 liter (232 kubikcentimeter) Ford V6, der angiveligt fremstiller 290 hk ved 5000 O / min, og er udstyret med aluminiumshoveder uden for hylden, en indsugningsmanifold uden for hylden og en “performance” knastaksel.

du kan vurdere rimeligheden af denne effekt-krav ved at beregne (a), at 290 hk ved 5000 RPM kræver omkring 305 lb-ft af drejningsmoment (290 * 5252 liter 5000), og (b) at 305 lb-ft. af drejningsmoment fra 232 kubikcentimeter kræver en BMEP på 198 PSI (150,8 * 305 liter 198) eller et drejningsmomentforhold på 1,31.

du vil derefter afvise denne påstand som absurd, fordi du ved, at hvis en fyr kunne gøre den magi, der kræves for at lave et 1.31 drejningsmomentforhold med OEM-hoveddesignet, OEM valvetrain-designet og en enkelt centralt placeret karburator, ville han være kendt som en af de fremtrædende motorguruer i verden. Du kan også spekulere i, at en ny enhed af annonceret magt (“blantonkraft”) var blevet udviklet.

som yderligere sammenligning for at opnå en BMEP-værdi på 214 PSI (målt drejningsmoment på 583 lb-ft for et drejningsmomentforhold på 1.42,) Fra vores GEN-1 aircraft V8 måtte vi bruge ekstremt veludviklede, højtflydende hoveder med høj hastighed, et specielt udviklet afstemt indtag / plenum med lige længde, et specialudviklet brændstofindsprøjtningssystem, meget veludviklede rullekamprofiler og ventiltogkomponenter sammen med en række meget specialiserede komponenter, som vi designede og fremstillede.

afledning af BMEP-ligningerne

definitionen af BMEP (Bremsemiddel effektivt tryk), som tidligere nævnt øverst på denne side, er: “det gennemsnitlige (gennemsnitlige) tryk, som, hvis det pålægges stemplerne ensartet fra toppen til bunden af hvert kraftslag, ville producere den målte (bremse) effekt”. Bemærk igen, at BMEP er rent teoretisk og ikke har noget at gøre med det faktiske cylindertryk.

hvis vi sætter definitionen i matematisk form, får vi:,

HP = BMEP * stempelområde * (slag / 12) * RPM * effektpulser pr.omdrejning / 33000

ved at arbejde gennem denne ligning i form af en enkeltcylindret motor giver BMEP (i PSI) ganget med stempelområde (kvadratcentimeter) den gennemsnitlige kraft, der påføres stemplet under effektslaget. Multiplikation af denne kraft med slagtilfælde (tommer divideret med 12, som ændrer enhederne til fødder) giver nettoarbejdet (i fod-pund) produceret af stemplet, der bevæger sig fra TDC til BDC med BMEP udøvet på det gennem hele denne bevægelse. (Det er klart, at dette ikke er et forsøg på at repræsentere virkeligheden i forbrændingskammeret. Som tidligere nævnt er BMEP simpelthen et praktisk værktøj til sammenligning og evaluering af motorens ydeevne.)

dernæst defineres strøm som arbejde pr. Derfor multiplicerer arbejdet (ft-lbs) med omdrejningstallet og multiplicerer derefter med effektpulser pr.omdrejning (PPR) giver netto (bremse) effekt (fod-pund pr. minut i dette eksempel) produceret af en cylinder. (I en enkeltcylindret motor er PPR enten 1 for en 2-taktsmotor eller 1/2 for en 4-taktsmotor.

da en hestekræfter er defineret som 33.000 fod-pund-af-arbejde-per-minut, dividerer arbejdet (ft-lbs) med 33.000 ændrer enhederne fra fod-pund-per-minut til HP.

da det er klart, at stempelområdet er forskydningen af en cylinder (i kubik tommer), kan ligningen forenkles til:

HP = BMEP * (forskydning / 12) * RPM * effektpulser pr. omdrejning / 33000

hestekræfter er også defineret som:

HP = Drejningsmoment * RPM / 5252

at erstatte denne ligning i den foregående giver:

Drejningsmoment * RPM / 5252 = BMEP * (forskydning / 12) * RPM * PPR / 33000

reduktion af denne ligning giver:

BMEP = (Drejningsmoment * 12 * 33.000 / 5252) / (forskydning * PPR)

evaluering af konstanterne, 12 * 33.000 / 5252 = 75.39985, som sikkert kan tilnærmes med 75.4. Forenkling af ligningen giver igen:

BMEP = (Drejningsmoment 75.4) / (forskydning PPR)

det er også klart, at fordi ligningen inkluderer PPR ( Effektpulser pr.omdrejning), gælder den for motorer med et hvilket som helst antal cylindre ved hjælp af den samlede forskydning, det samlede bremsemoment og korrekt PPR.

Antag for eksempel, at du målte 14,45 lb-ft drejningsmoment fra en 125 cc (7.625 CID) encylindret 2-taktsmotor ved 12.950 O / Min, du ville have 35,63 HK (285 HK pr.liter, ganske imponerende faktisk). BMEP ville være:

BMEP = (14, 45 * 75, 4) / (7, 625 * 1) = 142, 9 psi (9, 85 bar)

at BMEP (9.85 bar) er et imponerende tal for en stempelporteret 2-taktsmotor.

Antag dog, at nogen hævdede at lave det samme drejningsmoment fra en enkeltcylindret 4-takts 125 cc motor ved 12.950 omdr. / min. Effekten ville være den samme (35, 63 HK eller 285 HK pr. Effekttætheden ville ikke nødvendigvis udløse alarmer (2008 2,4 liter F1 V8-motorer nærmede sig 315 hk pr. liter), men den krævede BMEP ville medføre, at denne påstand betragtes som meget tvivlsom:

BMEP = (14,45 * 75,4) / (7,625 * 1/2) = 285,8 psi (19,7 bar)

at BMEP (19.7 bar) er klart absurd for en naturligt aspireret 4-takts, gasbrændt gnisttænding (SI) motor. Professor Gordon Blair sagde, at overskridelse af 15 bar BMEP i en N/A-motor er næsten umulig, men det var for et par år siden. NASCAR Cup ” åbne “motorer, før den” omkostningsreducerende ” koniske Spacer idioti, nærmede sig 15,6 bar.

to-og FIRETAKTSFORSKELLE

det er klart, at forskellen i beregning af BMEP for 2 – og 4-taktsmotorer simpelthen er en faktor på 2 på grund af det faktum, at en 2-takts cylinder affyrer en gang pr. Ligningerne kan forenkles yderligere ved at inkorporere den PPR-faktor i konstanten 75,4 og eliminere PPR fra ligningen, hvilket gør konstanten for en 4-taktsmotor 2 gange 75,4 = 150,8. Det producerer ligningerne vist øverst i denne artikel, som bruger den fulde motorforskydning og målte drejningsmoment.

(ligning 8-A, 4-takts motor)

(ligning 8-B, 2-takts motor)