– broms medelvärde effektivt Tryck –

vi har presenterat ämnena termisk effektivitet och volymetrisk effektivitet som metoder för att uppskatta den potentiella produktionen av en given motorkonfiguration.

Brake Mean Effective Pressure (BMEP) är en annan mycket effektiv måttstock för att jämföra prestandan hos en motor av en viss typ till en annan av samma typ och för att utvärdera rimligheten i prestandakrav eller krav.

definitionen av BMEP är: det genomsnittliga (genomsnittliga) trycket som, om det påläggs kolvarna jämnt från toppen till botten av varje kraftslag, skulle ge den uppmätta (broms) effekten.

Observera att BMEP är rent teoretiskt och inte har något att göra med faktiska CYLINDERTRYCK. Det är helt enkelt ett verktyg för att utvärdera effektiviteten hos en given motor vid produktion av vridmoment från en given förskjutning.

genom att titta på ekvationerna 8-a och 8-b nedan kan du enkelt se att BMEP helt enkelt är vridmomentet per kubiktum av förskjutning multiplicerat med en konstant. Faktum är att många begåvade människor inom motordesign och utvecklingsverksamhet för närvarande använder vridmoment per kubiktum (”vridmomentförhållande”) istället för BMEP, vilket undviker den tråkiga multiplikationsprocessen.

om du känner till vridmomentet och förskjutningen av en motor är ett mycket praktiskt sätt att beräkna BMEP:

(ekvation 8-a, 4-taktsmotor)

(ekvation 8-b, 2-taktsmotor)

(om du föredrar tryckavläsningar i Bar snarare än PSI, dela bara PSI med 14,5)

(om du är intresserad av härledningen av dessa relationer förklaras det längst ner på denna sida.)

en vridmomentutgång på 1,0 lb-ft per kubiktum förskjutning i en 4-taktsmotor motsvarar en BMEP på 150,8 psi. I en 2-taktsmotor är samma 1,0 lb-ft vridmoment per kubiktum en BMEP på 75,4 psi. (Härledningen av det förhållandet ges på borttom på denna sida.)

diskussionen på resten av denna sida är med avseende på fyrtaktsmotorer, men det gäller lika med tvåtaktsmotorer om du helt enkelt ersätter 75.4 överallt där du ser 150.8.

detta verktyg är mycket praktiskt att utvärdera prestanda som påstås för en viss motor. Till exempel gör” vinkelventilen ” Lycoming Io-360 (200 hk, 360 CID) och io-540 (300 hk, 540 CID) motorer sin nominella effekt vid 2700 RPM. Vid det varvtalet (2700) kräver den nominella effekten 389 lb-ft (200 hk) respektive 584 lb-ft (300 hk) vridmoment. (Om du inte förstår den beräkningen, klicka här)

från dessa vridmomentvärden är det lätt att se (från ekvation 8-A ovan) att båda motorerna arbetar med en BMEP på cirka 163 PSI (11,25 bar eller ett ”vridmomentförhållande” på 1,08 lb-ft per kubiktum) vid toppeffekt. BMEP vid toppmoment är något större.

för en lång livslängd (i en referensram för flygplan), naturligt aspirerad, SI (gnisttändning) bensindriven, tvåventil per cylinder, tryckrodmotor, en BMEP över 204 PSI (14 bar, vridmomentförhållande på 1,35) är ganska svår att uppnå och kräver ett seriöst utvecklingsprogram och mycket specialiserade komponenter.

det är värt att notera att en modern, normalt aspirerad ci-motor (kompressionständning) lätt kan göra 15 bar BMEP, och flera turboladdade ci-gatumotorer överstiger rutinmässigt 20,5 bar. Det är bra att komma ihåg att BMEP är ett användbart verktyg för att jämföra och utvärdera liknande typer av motorer.

för jämförelseändamål, låt oss titta på de motorer som vanligtvis tros vara själva toppen av motorprestanda: Formel-1 (Grand Prix).

en F1-motor är specialbyggd och väsentligen obegränsad. För säsongen 2006 krävde reglerna en V8-motor på 90 kg på 2,4 liter förskjutning (146,4 CID) med ett maximalt hål på 98 mm (3,858) och ett erforderligt borravstånd på 106,5 mm (4,193). Den resulterande stroke för att uppnå 2,4 liter är 39,75 mm (1.565)och implementeras med en vevaxel på 180 hektar. Den typiska stavlängden är ungefär 102 mm (4,016 tum), för ett stav / Slagförhållande på cirka 2,57.

dessa motorer är vanligtvis en 4-ventil-per cylinder layout med två overhead kammar per bank, och pneumatiska valvesprings. Förutom de få begränsningar som anges ovan finns följande ytterligare begränsningar: a) inga berylliumföreningar, b) inga MMC-kolvar, c) inga inloppsrör med variabel längd, d) en injektor per cylinder och e) kravet på att en motor ska hålla i två tävlingshelger.

i slutet av säsongen 2006 körde de flesta av dessa F1-motorer upp till 20 000 varv / min i lopptrim och tillverkade i närheten av 750 hk. En motor för vilken jag har siffrorna gjorde ett toppeffektvärde på 755 hk vid en förvånande 19 250 RPM. Vid en toppeffekt på 755 HK är vridmomentet 206 lb-ft och toppeffekt BMEP skulle vara 212 psi. (14,63 bar). Toppmoment på 214 lb-ft inträffade vid 17 000 RPM för en BMEP på 220 psi (15,18 bar). Det kan inte finnas något argument att 212 psi vid 19 250 RPM är verkligen fantastiskt.

men låt oss titta på några häpnadsväckande inhemsk teknik.

NASCAR CUP-tävlingsmotorn är en kraftigt begränsad kraftverk som påstås härledas från ”produktionskomponenter”, men från och med 2010 är alla 4 motorer som tävlar på den nivån (Chevy, Dodge, Ford, Toyota) specialbyggda tävlingsmotorer utformade specifikt för NASCARs regelbok.

genom reglering har CUP-motorer en maximal förskjutning på 358 CI (5,87 L). De måste använda ett gjutjärnsblock på 90 xnumx xnumx xnumx med ett borravstånd på 4.500 tum och en vevaxel i 90 xnumx xnumx stål. Cylinderhuvudena är specialdesignade och högutvecklade, begränsade till två ventiler per cylinder, specifika ventilvinklar, specifika portgolvhöjder etc.. Ventilerna drivs av en enda, blockmonterad kamaxel med platt tapp (det stämmer, fortfarande inga rullar från och med 2014; men de bytte till rullkamföljare för säsongen 2015) och en tryckstång / vipparm / spiralfjädervalvetrain. Det hobblas vidare av kravet på en enda fyrfatsförgasare (fram till 2011) och nu (2012), av en 4-fat-förgasarliknande spjällhus och individuell löpare EFI. Elektroniskt styrd tändning är tillåten (från och med 2012), och det finns minimiviktskrav för koner och kolvar. Mer information om dessa motorer finns här.)

Hur fungerar dessa CUP-motorer? I slutet av säsongen 2014 producerade motorerna från en stor NASCAR-motortillverkare i närheten av 880 hk vid cirka 9000 RPM, och de arbetar med en max race rpm i närheten av 9400 rpm.

Tänk på att för att producera 880 hk vid 9000 RPM krävs 513 lb-ft vridmoment, för en toppeffekt BMEP på nästan 216 PSI (14.92 bar, vridmomentförhållande på 1,43). Toppmoment för samma motor var vanligtvis cirka 535 lb-ft vid 7800 RPM, för en topp BMEP på över 226 psi (15,6 bar, vridmomentförhållande på 1,50).

det är verkligen förvånande.

(nu avviker jag för en kort rant.

det är mycket beklagligt att NASCAR braintrust för 2015-säsongen har beslutat att lagstifta dessa fantastiska motorer ur existens. För säsongen 2015 kommer samma motorer att vara utrustade med en ”avsmalnande distans” mellan gasreglaget och insugningsplenum. Denna distans uppgår till lite mer än en snygg begränsningsplatta, vilket ytterligare begränsar mängden luft som motorn kan inta. Denna regeländring minskade omedelbart motoreffekten till ungefär 725 hk.

och medan NASCAR-funktionärerna pratar om att ”minska kostnaden för racing”, har denna regeländring krävt ännu en stor utgift av R& d-pengar för att utveckla ett nytt motorpaket (förbränningskammare, portar, grenrörslöpare, plenumkonfiguration, kamprofiler, ventilfjädrar etc. osv. etc) för att optimera prestanda för detta nya (olika) motorpaket.)

OK, nu tillbaka till BMEP……..

jämför F1-motorfigurerna med CUP engine-figurerna för att få en mer levande bild av hur smarta dessa CUP engine-killar är. Tänk dessutom på att (A) en enda motor måste användas för varje tävlingsmöte, som inkluderar minst två träningssessioner, en kvalificeringssession och loppet, som kan vara så länge som 600 miles, och (b) Penske-Dodge-motorerna som vann mästerskapet 2012 drabbades inte av ett enda motorfel under säsongen 38-race, 2012.

med detta sagt uppnår de senaste vinnarna i den årliga Engine Masters-tävlingen över 16,9 bar BMEP (245 psi, vridmomentförhållande på 1,63 ! ) med normalt aspirerade, bensindrivna, SI, 2-ventil pushrod motor. Byggarna erkänner emellertid fritt att på grund av de mycket aggressiva kamprofilerna, vippförhållanden, bruttoventillyftnummer och andra kompromisser som syftar till att maximera BMEP, har dessa motorer relativt korta livslängder.

notera: På 12 Jan 2015 korrigerade vi följande stycke tack vare den kloka läsaren Dan Nicoson, som påpekade för mig att Blantons motorutbud var en 3,8 liters Ford V6, inte en 2,8 liters motor som tidigare nämnts i följande korta rant på absurda kraftkrav.

för att uppskatta värdet av BMEP (eller vridmoment per kubiktum) som ett utvärderingsverktyg för motorkrav, anta att någon erbjuder att sälja dig en 3.8 liter (232 kubiktum) Ford V6 som påstås göra 290 hk vid 5000 RPM, och är utrustad med Off-the-shelf eftermarknad aluminium huvuden, en Off-the-shelf insugningsgrenrör och en ”prestanda” kamaxel.

du kan utvärdera rimligheten i detta kraftkrav genom att beräkna (A) att 290 hk vid 5000 RPM kräver cirka 305 lb-ft vridmoment (290 x 5252 2000 xnumx xnumx 205 lb-ft) och (b) att 305 lb-ft. av vridmoment från 232 kubiktum kräver en BMEP på 198 PSI (150,8 x 305 198), eller ett vridmomentförhållande på 1,31.

du skulle då avvisa det påståendet som befängt eftersom du vet att om en kille kunde göra den magi som krävs för att göra ett 1,31 vridmomentförhållande med OEM-huvuddesignen, OEM-valvetrain-designen och en enda centralt belägen förgasare, skulle han vara känd som en av de främsta motorguruerna i världen. Du kan också spekulera i att en ny enhet av annonserad kraft (”blantonpower”) hade utvecklats.

som ytterligare jämförelse, för att uppnå ett BMEP-värde på 214 PSI (uppmätt vridmoment på 583 lb-ft för ett vridmomentförhållande på 1.42,) Från vår GEN-1 Flygplan V8, vi var tvungna att använda mycket väl utvecklad, hög flödande, hög hastighet huvuden, en specialutvecklad avstämd lika längd-runner intag / plenum system, en specialutvecklad bränsleinsprutningssystem, mycket välutvecklade roller-cam profiler och ventil tågkomponenter, tillsammans med en mängd mycket specialiserade komponenter som vi konstruerade och tillverkade.

härledning av BMEP-ekvationerna

definitionen av Bmep (broms Mean Effective Pressure), som tidigare nämnts högst upp på denna sida, är: ”det genomsnittliga (genomsnittliga) trycket som, om det påläggs kolvarna jämnt från toppen till botten av varje kraftslag, skulle ge den uppmätta (broms) effekten”. Återigen, notera att BMEP är rent teoretiskt och inte har något att göra med faktiska cylindertryck.

om vi sätter definitionen i matematisk form får vi:,

HP = BMEP x kolvområde x (slag / 12) x RPM x effektpulser per varv / 33000

genom att arbeta genom den ekvationen i termer av en encylindrig motor, ger BMEP (i PSI) multiplicerat med kolvområdet (kvadrattum) den genomsnittliga kraften som appliceras på kolven under kraftslaget. Multiplicera den kraften med stroke (tum dividerat med 12, vilket ändrar enheterna till fot) ger nätet arbete (i fotpund) som produceras av kolven som rör sig från TDC till BDC med BMEP som utövas på den under hela rörelsen. (Uppenbarligen är detta inte ett försök att representera verkligheten i förbränningskammaren. Som tidigare nämnts är BMEP helt enkelt ett bekvämt verktyg för att jämföra och utvärdera motorprestanda.)

därefter definieras effekt som arbetstid per enhet. Därför multiplicerar arbetet (ft-lbs) med RPM och multiplicerar sedan med power-pulses-per-revolution (PPR) netto (broms) effekt (fot-pund per minut i detta exempel) som produceras av en cylinder. (I en encylindrig motor är PPR antingen 1 för en 2-taktsmotor eller 1/2 för en 4-taktsmotor.

eftersom en hästkraft definieras som 33 000 fot-pund-av-arbete-per-minut, dividerar arbetet (ft-lbs) med 33 000 ändrar enheterna från fot-pund-per-minut till HP.

eftersom det är uppenbart att kolvområdet x slag är förskjutningen av en cylinder (i kubiktum), kan ekvationen förenklas till:

HP = BMEP x (förskjutning / 12) x RPM x effektpulser per revolution / 33000

hästkrafter definieras också som:

HP = vridmoment x RPM / 5252

att ersätta den ekvationen i den föregående ger:

vridmoment x RPM / 5252 = BMEP x (förskjutning / 12) x RPM x PPR / 33000

att minska den ekvationen ger:

BMEP = (vridmoment x 12 x 33 000 / 5252) / (förskjutning x PPR)

utvärdera konstanterna, 12 x 33 000 / 5252 = 75.39985, som säkert kan approximeras med 75.4. Förenkling av ekvationen ger igen:

BMEP = (vridmoment x 75.4) / (förskjutning x PPR)

det är också tydligt att eftersom ekvationen inkluderar PPR (effektpulser per varv) gäller den motorer med valfritt antal cylindrar genom att använda total förskjutning, totalt bromsmoment och korrekt PPR.

Antag till exempel att du mätte 14,45 lb-ft vridmoment från en 125 cc (7,625 CID) encylindrig 2-taktsmotor vid 12 950 RPM, du skulle ha 35,63 hk (285 hk per liter, ganska imponerande faktiskt). BMEP skulle vara:

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

det BMEP (9.85 bar) är ett imponerande antal för en kolvportad 2-taktsmotor.

Antag dock att någon hävdade att han gjorde samma vridmoment från en encylindrig 4-takts 125 cc-motor vid 12 950 RPM. Effekten skulle vara densamma (35, 63 hk eller 285 hk per liter). Effekttätheten skulle inte nödvändigtvis utlösa larm (2008 2,4 liters F1 V8-motorer närmade sig 315 hk per liter), men den erforderliga BMEP skulle göra att påståendet betraktas som mycket tveksamt:

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

den BMEP (19.7 bar) är helt klart absurt för en naturligt aspirerad 4-takts, bensindriven gnisttändningsmotor (SI). Professor Gordon Blair uppgav att det är praktiskt taget omöjligt att överskrida 15 bar BMEP i en n/a-motor, men det var för några år sedan. NASCAR Cup ”öppna” motorer, innan den ”kostnadsreducerande” avsmalnande Distansdiocyen, närmade sig 15,6 bar.

två – och FYRTAKTSSKILLNADER

klart är skillnaden i beräkning av BMEP för 2 – och 4-taktsmotorer helt enkelt en faktor 2, på grund av det faktum att en 2-taktscylinder brinner en gång per revoultion medan en 4-taktsmotor bara brinner en gång per två varv. Ekvationerna kan förenklas ytterligare genom att införliva den PPR-faktorn i konstanten 75.4 och eliminera PPR från ekvationen, vilket gör konstanten för en 4-taktsmotor 2 x 75.4 = 150.8. Det ger ekvationerna som visas högst upp i denna artikel, som använder hela motorförskjutningen och uppmätt vridmoment.

(ekvation 8-a, 4-taktsmotor)

(ekvation 8-b, 2-taktsmotor)