– średnie skuteczne ciśnienie hamulca –

przedstawiliśmy tematy sprawności cieplnej i wydajności objętościowej jako metody szacowania potencjalnej mocy wyjściowej danej konfiguracji silnika.

średnie skuteczne ciśnienie hamulca (BMEP) jest kolejnym bardzo skutecznym kryterium porównywania wydajności silnika danego typu z innym tego samego typu oraz oceny zasadności twierdzeń lub wymagań dotyczących wydajności.

definicja BMEP to: średnie (średnie) ciśnienie, które, jeśli zostanie nałożone na tłoki równomiernie od góry do dołu każdego skoku mocy, wytworzyłoby zmierzoną moc wyjściową (hamulca).

należy pamiętać, że BMEP jest czysto teoretyczny i nie ma nic wspólnego z rzeczywistymi ciśnieniami w cylindrze. Jest to po prostu narzędzie do oceny sprawności danego silnika przy wytwarzaniu momentu obrotowego z danej pojemności skokowej.

patrząc na równania 8-a i 8-b poniżej, można łatwo zauważyć, że BMEP jest po prostu momentem obrotowym na cal sześcienny przemieszczenia, pomnożonym przez stałą. W rzeczywistości wiele utalentowanych osób w branży projektowania i rozwoju silników stosuje obecnie moment obrotowy na cal sześcienny („współczynnik momentu obrotowego”) zamiast BMEP, unikając tym samym żmudnego procesu mnożenia.

jeśli znasz moment obrotowy i przemieszczenie silnika, bardzo praktycznym sposobem obliczenia BMEP jest:

(silnik czterosuwowy 8-a)

(równanie 8-b, silnik 2-suwowy)

(jeśli wolisz odczyty ciśnienia w Bar, a nie PSI, po prostu podziel PSI przez 14,5)

(jeśli jesteś zainteresowany wyprowadzeniem tych relacji, jest to wyjaśnione na dole tej strony.)

moment obrotowy 1,0 funta na cal sześcienny pojemności skokowej w 4-suwowym silniku wynosi BMEP 150,8 psi. W silniku dwusuwowym, ten sam moment obrotowy 1,0 funta na cal sześcienny wynosi BMEP 75,4 psi. (Wyprowadzenie tej relacji podane jest w borttom tej strony.

dyskusja na pozostałej części tej strony dotyczy silników czterosuwowych, ale dotyczy to również silników dwusuwowych, jeśli po prostu zastąpisz 75,4 wszędzie tam, gdzie widzisz 150,8.

to narzędzie jest niezwykle przydatne do oceny wydajności, która jest wymagana dla każdego konkretnego silnika. Na przykład silniki Lycoming IO-360 (200 KM, 360 CID) i IO-540 (300 km, 540 CID) wytwarzają moc znamionową przy 2700 obr. / min. Przy tej prędkości obrotowej (2700) moc znamionowa wymaga odpowiednio momentu obrotowego 389 funtów (200 KM) i 584 funtów (300 km). (Jeśli nie rozumiesz tego obliczenia, kliknij tutaj)

na podstawie tych wartości Momentu Obrotowego łatwo jest zauważyć (z powyższego równania 8-a), że oba silniki pracują przy BMEP około 163 psi (11,25 bara lub „współczynnik momentu obrotowego” 1,08 funta na cal sześcienny) przy mocy szczytowej. Bmep przy maksymalnym momencie obrotowym jest nieco większy.

dla długiej żywotności (w ramie referencyjnej samolotu), naturalnie zasysany, napędzany benzyną SI (zapłonem iskrowym), dwuzaworowy na cylinder, silnik popychaczowy, BMEP ponad 204 psi (14 barów, stosunek momentu obrotowego 1,35) jest dość trudny do osiągnięcia i wymaga poważnego programu rozwoju i bardzo wyspecjalizowanych komponentów.

warto zauważyć, że współczesny, normalnie zasysany silnik Ci (wysokoprężny) może z łatwością wytwarzać 15 barów BMEP, a kilka turbodoładowanych silników ulicznych Ci rutynowo przekracza 20,5 bara. Warto pamiętać, że BMEP jest użytecznym narzędziem do porównywania i oceny podobnych typów silników.

dla celów porównawczych spójrzmy na silniki, które są powszechnie uważane za szczyt osiągów silnika: Formuła 1 (Grand Prix).

silnik F1 jest specjalnie skonstruowany i zasadniczo nieograniczony. W sezonie 2006 przepisy wymagały silnika 90° V8 o pojemności 2,4 litra (146,4 CID) z maksymalnym otworem 98 mm (3,858) i wymaganym rozstawem otworów 106,5 mm (4,193). Uzyskany skok do osiągnięcia 2,4 litra wynosi 39,75 mm (1.565) i jest realizowany z wałem korbowym 180°. Typowa długość pręta wynosi około 102 mm (4,016 cala), dla stosunku pręta do Skoku wynoszącego około 2,57.

silniki te są zwykle układem 4-zaworowym na cylinder z dwoma krzywkami napowietrznymi na bank i zaworami pneumatycznymi. Oprócz kilku ograniczeń wymienionych powyżej, istnieją następujące dodatkowe ograniczenia: a) brak związków berylu, B) brak tłoków MMC, C) Brak rur dolotowych o zmiennej długości, d) jeden wtryskiwacz na cylinder oraz e) wymóg, aby jeden silnik działał przez dwa weekendy wyścigowe.

pod koniec sezonu 2006 większość tych silników F1 osiągała prędkość 20 000 obr. / min w wersji wyścigowej i osiągała moc około 750 KM. Jeden silnik, dla którego mam dane, osiągnął wartość szczytową mocy 755 KM przy zdumiewających 19 250 obr. / min. Przy szczytowej mocy 755 KM moment obrotowy wynosi 206 stóp, a szczytowa moc BMEP wynosi 212 psi. (14,63 bar). Szczytowy moment obrotowy 214 funtów osiągał 17 000 obr. / min przy 15,18 bara (220 psi). Nie można argumentować, że 212 psi przy 19 250 obr. / MIN jest naprawdę niesamowite.

spójrzmy jednak na zdumiewającą technologię krajową.

silnik NASCAR CUP race jest poważnie ograniczona moc, rzekomo pochodzi z „produkcji” komponentów, chociaż od 2010, wszystkie 4 silniki konkurujące na tym poziomie (Chevy, Dodge, Ford, Toyota) są specjalnie zbudowane silniki wyścigowe zaprojektowane specjalnie do NASCAR ’ s rule book.

zgodnie z przepisami, silniki pucharowe mają maksymalną pojemność 358 CI (5,87 L). Muszą używać żeliwnego bloku 90° V8 z rozstawem otworów 4,500 cala i stalowym wałem korbowym 90°. Głowice cylindrów są specjalnie zaprojektowane i wysoko rozwinięte, ograniczone do dwóch zaworów na cylinder, określonych kątów zaworów, określonych wysokości dna portu itp.. Zawory są obsługiwane przez pojedynczy, blokowany, płaski wałek rozrządu (to prawda, nadal nie ma rolek od 2014 r., ale na sezon 2015 zmieniono na rolki z krzywkami) i ZESPÓŁ ZAWORÓW z wahaczem / wahaczem / sprężyną cewkową. Jest on dodatkowo kuśtykany przez wymóg dla pojedynczego gaźnika czterobułkowego (do 2011 roku), a teraz (2012), przez korpus przepustnicy o kształcie 4-beczkowego gaźnika i individual runner EFI. Elektronicznie sterowany zapłon jest dozwolony (od 2012 r.), a dla konrod i tłoków obowiązują minimalne wymagania wagowe. Więcej szczegółów na temat tych silników można znaleźć tutaj.

jak działają te silniki kubkowe? Pod koniec sezonu 2014, silniki jednego z głównych producentów silników NASCAR produkowały w okolicy 880 km przy około 9000 obr. / min, i działają na max RPM wyścigu w okolicach 9400 obr. / min.

weź pod uwagę fakt, że do wytworzenia 880 km przy 9000 obr. / min, wymaga momentu obrotowego 513 nm, przy szczytowej mocy bmep wynoszącej prawie 216 PSI (14.92 bar, współczynnik momentu obrotowego 1,43). Maksymalny moment obrotowy dla tego samego silnika wynosił zwykle około 535 stóp przy 7800 obr. / min, dla szczytowego BMEP ponad 226 psi (15,6 bar, stosunek momentu obrotowego 1,50).

to naprawdę zadziwiające.

( teraz dygresuję na krótką rant.

godne ubolewania jest to, że na sezon 2015 braintrust NASCAR zdecydował o wycofaniu tych niesamowitych silników. W sezonie 2015 te same silniki będą wyposażone w” stożkową przekładkę ” między korpusem przepustnicy a przestrzenią dolotową. Ta przekładka to niewiele więcej niż fantazyjna Płyta ograniczająca, która dodatkowo ogranicza ilość powietrza, które silnik może pochłonąć. Ta zmiana zasady natychmiast zmniejszyła moc silnika do około 725 km.

i podczas gdy funkcjonariusze NASCAR narzekają na „zmniejszenie kosztów wyścigów”, ta zmiana Zasady wymagała kolejnych ogromnych wydatków R& D na opracowanie nowego pakietu silnika (komora spalania, porty, prowadnice kolektora, konfiguracja plenum, profile krzywek, sprężyny zaworów itp. itd. itp), aby zoptymalizować wydajność tego nowego (innego) pakietu silnika.

Ok, teraz wracamy do BMEP……..

Porównaj dane silnika F1 z danymi silnika kubka, aby uzyskać bardziej żywy obraz tego, jak sprytni są ci faceci z silnikiem kubka. Ponadto należy wziąć pod uwagę fakt, że (a) jeden silnik musi być używany do każdego spotkania wyścigu, który obejmuje co najmniej dwie sesje treningowe, sesję kwalifikacyjną i wyścig, który może być tak długi, jak 600 mil, oraz (b) silniki Penske-Dodge, które wygrały Mistrzostwa 2012, nie ucierpiały z powodu awarii jednego silnika w całym 38-wyścigu, sezonie 2012.

biorąc to pod uwagę, niedawni zwycięzcy corocznego konkursu Engine Masters osiągają ponad 16,9 bar BMEP (245 psi, współczynnik momentu obrotowego 1,63 ! ) z silnikiem spalinowym, benzynowym, SI, 2-zaworowym. Konstruktorzy przyznają jednak, że ze względu na bardzo agresywne profile krzywek, współczynniki wahań, całkowitą liczbę podnoszenia zaworów i inne kompromisy mające na celu maksymalizację BMEP, silniki te mają stosunkowo krótką żywotność.

Uwaga: W dniu 12 stycznia 2015 r. poprawiliśmy Następujący akapit, dzięki wnikliwemu czytelnikowi Danowi Nicosonowi, który wskazał mi, że oferta silnika Blantona to 3,8 litrowy Ford V6, a nie Silnik 2,8 litrowy, jak wcześniej wspomniano w poniższym krótkim przemówieniu na temat absurdalnych roszczeń o moc.

aby docenić wartość BMEP (lub momentu obrotowego na cal sześcienny) jako narzędzia do oceny roszczenia silnika, Załóżmy, że ktoś oferuje Ci sprzedaż 3.8 litrowy (232 cala sześciennego) Ford V6, który rzekomo daje 290 KM przy 5000 obr. / min, i jest wyposażony w off-the-shelf aftermarket aluminiowe głowice, Off-the-shelf kolektora dolotowego i” wydajność ” wałek rozrządu.

można ocenić zasadność tego twierdzenia mocy, obliczając (a), że 290 KM przy 5000 obr. / min wymaga około 305 lb-ft momentu obrotowego (290 x 5252 ÷ 5000), i (b), że 305 lb-ft. moment obrotowy od 232 cali sześciennych wymaga BMEP 198 PSI (150,8 x 305 ÷ 198), lub stosunek momentu obrotowego 1,31.

następnie odrzuciłbyś to twierdzenie jako niedorzeczne, ponieważ wiesz, że jeśli facet mógłby zrobić magię wymaganą do uzyskania współczynnika momentu obrotowego 1,31 z konstrukcją głowicy OEM, konstrukcją układu valvetrain OEM i pojedynczym centralnie umieszczonym gaźnikiem, byłby znany jako jeden z najwybitniejszych Guru silników na świecie. Można również spekulować, że opracowano nową jednostkę mocy („blantonpower”).

w celu dalszego porównania, w celu osiągnięcia wartości BMEP 214 PSI (zmierzony moment obrotowy 583 lb-ft dla stosunku momentu obrotowego 1.42,) z naszego samolotu GEN-1 V8 musieliśmy korzystać z bardzo dobrze rozwiniętych, wysoko płynących głowic o dużej prędkości, specjalnie opracowanego dostrojonego systemu dolotowego / plenum o równej długości, specjalnie opracowanego układu wtrysku paliwa, bardzo dobrze opracowanych profili krzywkowych i elementów układu zaworowego, wraz z wieloma bardzo wyspecjalizowanymi komponentami, które zaprojektowaliśmy i wyprodukowaliśmy.

wyprowadzenie równań BMEP

definicja Bmep (Brake Mean Effective Pressure), jak podano na górze tej strony, jest: „średnie (średnie) ciśnienie, które, jeśli zostanie nałożone na tłoki równomiernie od góry do dołu każdego skoku mocy, wytworzyłoby zmierzoną moc wyjściową (hamulca)”. Ponownie, należy zauważyć, że BMEP jest czysto teoretyczny i nie ma nic wspólnego z rzeczywistymi ciśnieniami cylindra.

jeśli umieścimy definicję w formie matematycznej, otrzymamy:,

HP = BMEP x obszar tłoka x (skok / 12) x RPM x impulsy mocy na obrót / 33000

Bmep (w PSI) pomnożony przez obszar tłoka (cale kwadratowe) daje średnią siłę przyłożoną do tłoka podczas skoku mocy. Pomnożenie tej siły przez skok (cale podzielone przez 12, co zmienia jednostki na stopy) daje pracę netto (w funtach stóp) wytwarzaną przez tłok poruszający się z TDC do BDC z bmep wywieranym na niego przez cały ten ruch. (Najwyraźniej nie jest to próba przedstawienia rzeczywistości w komorze spalania. Jak wspomniano wcześniej, BMEP jest po prostu wygodnym narzędziem do porównywania i oceny wydajności silnika.)

następnie moc jest definiowana jako czas pracy na jednostkę. Dlatego mnożenie pracy (ft-lbs) przez obroty, a następnie mnożenie przez power-pulses-per-revolution (PPR) daje moc netto (hamulca) (funty stóp na minutę w tym przykładzie) wytwarzaną przez jeden cylinder. (W silniku jednocylindrowym PPR wynosi 1 dla silnika 2-suwowego lub 1/2 dla silnika 4-suwowego.

ponieważ jedna moc jest zdefiniowana jako 33 000 stóp-funtów-pracy-na-minutę, podzielenie pracy (ft-lbs) przez 33 000 zmienia jednostki z stóp-funtów-na-minutę na HP.

ponieważ jest oczywiste, że obszar tłoka x skok jest przemieszczenie jednego cylindra (w calach sześciennych), następnie równanie można uprościć do:

HP = BMEP x (przemieszczenie / 12) x RPM x power-pulses-per-revolution / 33000

moc jest również zdefiniowana jako:

HP = Torque X RPM / 5252

podstawienie tego równania do poprzedniego daje:

moment obrotowy x RPM / 5252 = BMEP x (przemieszczenie / 12) x RPM x PPR / 33000

zmniejszenie tego równania daje:

BMEP = (moment obrotowy x 12 x 33 000 / 5252) / (przemieszczenie X PPR)

5252 = 75,39985, co może być bezpiecznie przybliżone przez 75,4. Uproszczenie równania ponownie daje:

BMEP = (moment obrotowy x 75.4) / (przemieszczenie x PPR)

oczywiste jest również, że ponieważ równanie obejmuje PPR (impulsy mocy na obrót), stosuje się je do silników o dowolnej liczbie cylindrów, wykorzystując całkowitą pojemność skokową, całkowity moment hamowania i prawidłowy PPR.

Załóżmy na przykład, że mierzyłeś moment obrotowy 14,45 funta z jednocylindrowego 2-suwowego silnika o pojemności 125 cm3 (7,625 CID) przy 12950 obr. / min, masz 35,63 km (285 km na litr, naprawdę imponujące). Bmep wynosi:

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

że BMEP (9.85 bar) to imponująca liczba jak na 2-suwowy silnik tłokowy.

Załóżmy jednak, że ktoś twierdził, że wytwarza ten sam moment obrotowy z jednocylindrowego 4-suwowego silnika o pojemności 125 cm3 przy 12950 obr. / min. Moc byłaby taka sama (35,63 km lub 285 km na litr). Gęstość mocy niekoniecznie uruchamiałaby alarmy (2,4-litrowe silniki F1 V8 z 2008 r.osiągały moc 315 km na litr), ale wymagany BMEP spowodowałby, że twierdzenie to byłoby uważane za wysoce wątpliwe:

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

że BMEP (19.7 bar) jest oczywistym absurdem dla naturalnie zasysanego 4-suwowego, napędzanego benzyną silnika o zapłonie iskrowym (SI). Profesor Gordon Blair stwierdził, że przekroczenie 15 barów BMEP w silniku N / A jest praktycznie niemożliwe, ale to było kilka lat temu. Silniki NASCAR Cup „open”, przed „redukującym koszty” stożkowym dystansem, zbliżały się do 15,6 bara.

różnice Dwusuwowe i czterosuwowe

oczywiście różnica w obliczeniu BMEP dla silników 2-i 4 – suwowych jest po prostu współczynnikiem 2, ponieważ cylinder dwusuwowy wystrzeliwuje raz na rewulcję, podczas gdy silnik czterosuwowy wystrzeliwuje tylko raz na dwa obroty. Równania można jeszcze bardziej uprościć, włączając ten współczynnik PPR do stałej 75,4 i eliminując PPR z równania, tworząc stałą dla silnika 4-suwowego 2 x 75,4 = 150,8. To daje równania pokazane na górze tego artykułu, które wykorzystują pełną pojemność skokową silnika i zmierzony moment obrotowy.

(silnik czterosuwowy 8-a)

(silnik dwusuwowy 8-b)