– Pression Effective Moyenne au Freinage –

Nous avons présenté les thèmes de l’Efficacité Thermique et de l’Efficacité Volumétrique comme méthodes d’estimation du rendement potentiel d’une configuration de moteur donnée.

La pression effective moyenne au freinage (BMEP) est un autre critère très efficace pour comparer les performances d’un moteur d’un type donné à un autre du même type et pour évaluer le caractère raisonnable des allégations ou exigences de performance.

La définition de BMEP est: la pression moyenne (moyenne) qui, si elle était imposée aux pistons de manière uniforme du haut vers le bas de chaque course de puissance, produirait la puissance mesurée (au frein).

Veuillez noter que le BMEP est purement théorique et n’a RIEN à voir avec les PRESSIONS RÉELLES DES CYLINDRES. Il s’agit simplement d’un outil permettant d’évaluer l’efficacité d’un moteur donné à produire un couple à partir d’une cylindrée donnée.

En regardant les équations 8-a et 8-b ci-dessous, vous pouvez facilement voir que BMEP est simplement le couple par pouce cube de déplacement, multiplié par une constante. En fait, de nombreuses personnes talentueuses dans le secteur de la conception et du développement de moteurs utilisent actuellement le couple par pouce cube (« rapport de couple ») au lieu du BMEP, évitant ainsi ce processus de multiplication fastidieux.

Si vous connaissez le couple et la cylindrée d’un moteur, un moyen très pratique de calculer la BMEP est:

( Équation 8-a, moteur 4 Temps)

( Équation 8-b, Moteur 2 temps)

(SI vous préférez les lectures de pression en Bar plutôt que PSI, divisez simplement PSI par 14,5)

(SI vous êtes intéressé par la dérivation de ces relations, cela est expliqué au bas de cette page.)

Un couple de sortie de 1,0 lb-pi par pouce cube de cylindrée dans un moteur à 4 temps équivaut à un BMEP de 150,8 psi. Dans un moteur à 2 temps, ce même couple de 1,0 lb-pi par pouce cube est un BMEP de 75,4 psi. (La dérivation de cette relation est donnée au borttom de cette page.)

La discussion sur le reste de cette page concerne les moteurs à quatre temps, mais elle s’applique également aux moteurs à deux temps si vous remplacez simplement 75.4 partout où vous voyez 150.8.

Cet outil est extrêmement pratique pour évaluer les performances revendiquées pour un moteur particulier. Par exemple, les moteurs Lycoming IO-360 (200 CH, 360 CID) et IO-540 (300 CH, 540 CID) à soupapes en angle produisent leur puissance nominale à 2700 TR / min. À ce régime (2 700 tr / min), la puissance nominale nécessite respectivement 389 lb-pi (200 CH) et 584 lb-pi (300 CH) de couple. (Si vous ne comprenez pas ce calcul, CLIQUEZ ICI)

À partir de ces valeurs de couple, il est facile de voir (d’après l’équation 8-a ci-dessus) que les deux moteurs fonctionnent à un BMEP d’environ 163 PSI (11,25 bar, ou un « rapport de couple » de 1,08 lb-pi par pouce cube) à la puissance de crête. Le BMEP au couple maximal est légèrement supérieur.

Pour une longue durée de vie (dans un cadre de référence d’avion), un moteur à aspiration naturelle, à essence SI (allumage par étincelle), à deux soupapes par cylindre, à tige de poussée, un BMEP supérieur à 204 PSI (14 bar, rapport de couple de 1,35) est assez difficile à réaliser et nécessite un programme de développement sérieux et des composants très spécialisés.

Il est intéressant de noter qu’un moteur CI (allumage par compression) contemporain à aspiration normale peut facilement produire 15 bars de BMEP, et plusieurs moteurs CI street turbocompressés dépassent régulièrement 20,5 bars. Il est utile de se rappeler que le BMEP est un outil utile pour comparer et évaluer des types de moteurs similaires.

À des fins de comparaison, regardons les moteurs qui sont généralement considérés comme le summum de la performance du moteur: la Formule 1 (Grand Prix).

Un moteur F1 est spécialement conçu et essentiellement sans restriction. Pour la saison 2006, les règles exigeaient un moteur V8 à 90 ° de cylindrée de 2,4 litres (146,4 CID) avec un alésage maximal de 98 mm (3,858) et un espacement d’alésage requis de 106,5 mm (4,193). La course résultante pour atteindre 2,4 litres est de 39,75 mm (1.565) et est réalisé avec un vilebrequin à 180°. La longueur typique de la tige est d’environ 102 mm (4,016 po), pour un rapport Tige / course d’environ 2,57.

Ces moteurs sont généralement à 4 soupapes par cylindre avec deux cames en tête par banc et des ressorts de soupapes pneumatiques. En plus des quelques restrictions énoncées ci-dessus, il y a les restrictions supplémentaires suivantes: (a) pas de composés de béryllium, (b) pas de pistons MMC, (c) pas de tuyaux d’admission de longueur variable, (d) un injecteur par cylindre et (e) l’exigence selon laquelle un moteur doit durer deux week-ends de course.

À la fin de la saison 2006, la plupart de ces moteurs de F1 fonctionnaient jusqu’à 20 000 tr/min en version course et produisaient environ 750 CH. Un moteur pour lequel j’ai les chiffres a fait une valeur de puissance de pointe de 755 CH à un étonnant 19 250 tr / min. Avec une puissance de crête de 755 CH, le couple est de 206 lb-pi et la puissance de crête BMEP serait de 212 psi. (14,63 bar). Le couple maximal de 214 lb-pi s’est produit à 17 000 tr/min pour un BMEP de 220 psi (15,18 bar). Il ne peut y avoir d’argument que 212 psi à 19 250 TR / min est vraiment incroyable.

Cependant, regardons une technologie domestique étonnante.

Le moteur de course de la COUPE NASCAR est un groupe motopropulseur strictement restreint, prétendument dérivé de composants de « production », bien qu’à partir de 2010, les 4 moteurs en compétition à ce niveau (Chevy, Dodge, Ford, Toyota) soient des moteurs de course spécialement conçus pour le livre des règles de la NASCAR.

Par règlement, les moteurs CUP ont une cylindrée maximale de 358 CI (5,87 L). Ils doivent utiliser un bloc V8 en fonte à 90 ° avec un espacement d’alésage de 4.500 pouces et un vilebrequin en acier à 90 °. Les culasses sont spécialement conçues et très développées, limitées à deux soupapes par cylindre, à des angles de soupapes spécifiques, à des hauteurs de plancher d’orifice spécifiques, etc.. Les soupapes sont actionnées par un seul arbre à cames à poussoir plat monté sur bloc (c’est vrai, toujours pas de rouleaux en 2014; mais ils sont passés aux suiveurs de came à rouleaux pour la saison 2015) et un groupe de valves à tige-poussoir / culbuteur / ressort hélicoïdal. Il est en outre entravé par l’exigence d’un seul carburateur à quatre barillets (jusqu’en 2011) et maintenant (en 2012), par un corps de papillon de type carburateur à 4 barillets et un coureur individuel EFI. L’allumage à commande électronique est autorisé (à partir de 2012) et il existe des exigences de poids minimum pour les bielles et les pistons. Plus de détails sur ces moteurs peuvent être trouvés ICI.)

Comment fonctionnent ces moteurs CUP? À la fin de la saison 2014, les moteurs d’un grand constructeur de moteurs NASCAR produisaient autour de 880 CH à environ 9000 tr / min, et ils fonctionnent à un régime de course maximal avoisinant les 9400 tr / min.

Considérez le fait que pour produire 880 CH à 9000 TR/ min, il faut 513 lb-pi de couple, pour un BMEP de puissance de pointe de près de 216 PSI (14.92 bar, rapport de couple de 1,43). Le couple maximal pour ce même moteur était généralement d’environ 535 lb-pi à 7800 tr / min, pour un BMEP maximal de plus de 226 psi (15,6 bar, rapport de couple de 1,50).

C’est vraiment étonnant.

(Maintenant je m’éloigne pour une courte diatribe.

Il est très regrettable que, pour la saison 2015, la NASCAR braintrust ait décidé de légiférer sur ces incroyables moteurs. Pour la saison 2015, ces mêmes moteurs seront équipés d’une « Entretoise conique » entre le corps de papillon et le plénum d’admission. Cette entretoise représente un peu plus qu’une plaque de restriction de fantaisie, ce qui limite encore la quantité d’air que le moteur peut ingérer. Ce changement de règle a immédiatement réduit la puissance du moteur à environ 725 CH.

Et alors que les fonctionnaires de la NASCAR parlent de « réduire le coût de la course », ce changement de règle a nécessité une autre dépense considérable d’argent R & D pour développer un nouveau groupe moteur (chambre de combustion, orifices, glissières de collecteur, configuration du plénum, profils de came, ressorts de soupapes, etc. etc. etc) pour optimiser les performances de ce nouveau pack moteur (différent).)

OK, revenons maintenant au BMEP……..

Comparez les chiffres du moteur F1 aux chiffres du moteur CUP pour obtenir une image plus vivante de l’intelligence de ces types de moteurs CUP. De plus, considérez le fait que (a) un seul moteur doit être utilisé pour chaque réunion de course, qui comprend au moins deux séances d’essais, une séance de qualification et la course, qui peut durer jusqu’à 600 milles, et (b) les moteurs Penske-Dodge qui ont remporté le championnat 2012 n’ont pas subi une seule panne de moteur tout au long de la saison 2012 de 38 courses.

Cela dit, les récents gagnants du concours annuel Engine Masters atteignent plus de 16,9 bar de BMEP (245 psi, rapport de couple de 1,63! ) avec un moteur à tige de poussée à 2 soupapes à aspiration normale, alimenté à l’essence, SI. CEPENDANT, les constructeurs admettent librement qu’en raison des profils de came très agressifs, des rapports de culbutage, du nombre de levées de soupapes brutes et d’autres compromis visant à maximiser le BMEP, ces moteurs ont une espérance de vie relativement courte.

REMARQUE: Le 12 janvier 2015, nous avons corrigé le paragraphe suivant, grâce au lecteur astucieux Dan Nicoson, qui m’a fait remarquer que l’offre de moteur de Blanton était un V6 Ford de 3,8 litres, et non un moteur de 2,8 litres comme indiqué précédemment dans la courte diatribe suivante sur les allégations de puissance absurdes.

Pour apprécier la valeur du BMEP (ou du couple par pouce cube) comme outil d’évaluation de la réclamation moteur, supposons que quelqu’un vous propose de vous vendre un 3.Un V6 Ford de 8 litres (232 pouces cubes) qui ferait 290 CH à 5000 tr / min et est équipé de têtes en aluminium de rechange standard, d’un collecteur d’admission standard et d’un arbre à cames « performance ».

Vous pouvez évaluer le caractère raisonnable de cette allégation de puissance en calculant (a) que 290 CH à 5000 tr/ min nécessitent environ 305 lb-pi de couple (290 x 5252 ÷ 5000), et (b) que 305 lb-pi. un couple de 232 pouces cubes nécessite un BMEP de 198 PSI (150,8 x 305 ÷ 198), soit un rapport de couple de 1,31.

Vous rejeteriez alors cette affirmation comme absurde parce que vous savez que si un gars pouvait faire la magie nécessaire pour obtenir un rapport de couple de 1,31 avec la conception de la tête OEM, la conception du groupe de soupapes OEM et un seul carburateur central, il serait reconnu comme l’un des gourous du moteur les plus éminents au monde. Vous pouvez également supposer qu’une nouvelle unité de puissance annoncée (« blantonpower ») a été développée.

À titre de comparaison supplémentaire, afin d’atteindre une valeur de BMEP de 214 PSI (couple mesuré de 583 lb-pi pour un rapport de couple de 1.42,) de notre V8 d’avion GEN-1, nous avons dû utiliser des têtes extrêmement bien développées, à haut débit et à grande vitesse, un système d’admission / plénum à longueur égale réglé spécialement développé, un système d’injection de carburant développé sur mesure, des profils de came à rouleaux et des composants de train de soupapes très bien développés, ainsi qu’une foule de composants très spécialisés que nous avons conçus et fabriqués.

DÉRIVATION DES ÉQUATIONS DE LA BMEP

La définition de la BMEP (Pression Effective Moyenne au Freinage), comme indiqué précédemment en haut de cette page, est: « la pression moyenne (moyenne) qui, si elle était appliquée uniformément sur les pistons du haut vers le bas de chaque course de puissance, produirait la puissance de sortie mesurée (au frein) « . ENCORE UNE FOIS, NOTEZ que le BMEP est purement théorique et n’a rien à voir avec les pressions réelles des cylindres.

Si nous mettons la définition sous forme mathématique, nous obtenons:,

HP = BMEP x surface du piston x (course / 12) x TR / min x impulsions de puissance par tour / 33000

En utilisant cette équation en termes de moteur monocylindre, BMEP (en PSI) multiplié par la surface du piston (pouces carrés) donne la force moyenne appliquée au piston pendant la course de puissance. En multipliant cette force par la course (pouces divisés par 12, ce qui change les unités en pieds), on obtient le travail net (en livres-pieds) produit par le piston passant du PMH au PMB avec le BMEP exercé sur lui tout au long de ce mouvement. (Il est clair que ce n’est pas une tentative de représenter la réalité dans la chambre de combustion. Comme indiqué précédemment, le BMEP est simplement un outil pratique pour comparer et évaluer les performances du moteur.)

Ensuite, la puissance est définie comme le temps de travail par unité. Par conséquent, en multipliant le TRAVAIL (ft-lbs) par le régime, puis en multipliant par les impulsions de puissance par tour (PPR), on obtient la puissance nette (frein) (pied-livres par minute dans cet exemple) produite par un cylindre. (Dans un moteur monocylindre, PPR est soit 1 pour un moteur 2 temps, soit 1/2 pour un moteur 4 temps.

Étant donné qu’une puissance est définie comme 33 000 livres-pieds de travail par minute, la division du TRAVAIL (livres-pieds) par 33 000 change les unités de livres-pieds par minute en HP.

Comme il est clair que la surface du piston x course est le déplacement d’un cylindre (en pouces cubes), l’équation peut être simplifiée en:

HP = BMEP x (déplacement / 12) x TR / min x impulsions de puissance par tour / 33000

La puissance est également définie comme:

HP = Couple x TR / min / 5252

En substituant cette équation à la précédente, on obtient:

Couple x TR/MIN / 5252 = BMEP x (déplacement / 12) x TR/MIN x PPR /33000

Réduire cette équation donne:

BMEP = (Couple x 12 x 33 000 / 5252) / (Déplacement x PPR)

Évaluer les constantes, 12 x 33 000 / 5252 = 75,39985, ce qui peut être approximé en toute sécurité par 75,4. En simplifiant à nouveau l’équation, on obtient :

BMEP = (Couple x 75.4) / (Déplacement x PPR)

Il est également clair que, puisque l’équation inclut PPR (Impulsions de puissance par tour), elle s’applique aux moteurs avec un nombre quelconque de cylindres en utilisant la cylindrée totale, le couple de freinage total et la PPR correcte.

Supposons, par exemple, que vous ayez mesuré 14,45 lb-pi de couple à partir d’un moteur monocylindre 2 temps de 125 cc (7,625 CID) à 12 950 TR / min, vous auriez 35,63 CH (285 CH par litre, assez impressionnant en effet). Le BMEP serait :

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

Ce BMEP (9.85 bar) est un nombre impressionnant pour un moteur 2 temps à piston.

Cependant, supposons que quelqu’un prétendait produire ce même couple à partir d’un moteur monocylindre 4 temps de 125 cc à 12 950 tr / min. La puissance serait la même (35,63 CH, soit 285 CH par litre). La densité de puissance ne déclencherait pas nécessairement d’alarmes (les moteurs F1 V8 de 2,4 litres de 2008 approchaient 315 CH par litre), mais le BMEP requis rendrait cette affirmation très discutable:

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

Ce BMEP (19.7 bar) est clairement absurde pour un moteur à allumage commandé (SI) à 4 temps à aspiration naturelle. Le professeur Gordon Blair a déclaré qu’il était pratiquement impossible de dépasser 15 bar de BMEP dans un moteur sans objet, mais c’était il y a quelques années. Les moteurs « ouverts » de la Coupe NASCAR, avant l’idiotie d’entretoise conique « réduisant les coûts », approchaient des 15, 6 bars.

DIFFÉRENCES À DEUX ET QUATRE TEMPS

Il est clair que la différence dans le calcul de la BMEP pour les moteurs à 2 et 4 temps est simplement un facteur de 2, du fait qu’un cylindre à 2 temps tire une fois par révolution alors qu’un moteur à 4 temps ne tire qu’une fois par deux tours. Les équations peuvent être simplifiées en incorporant ce facteur PPR dans la constante 75,4 et en éliminant PPR de l’équation, ce qui rend la constante pour un moteur à 4 temps 2 x 75,4 = 150,8. Cela produit les équations présentées en haut de cet article, qui utilisent la pleine cylindrée du moteur et le couple mesuré.

( Équation 8-a, moteur 4 Temps)

( Équation 8-b, moteur 2 Temps)