X
Puissance moteur

L'équation peut s'écrire :
BHP = (BMEP x 29.5 x 18 x 6.312 ⁄ 12 x RPM ⁄ 2) ⁄ 33000
Ce qui donne, après simplification par calcul des expressions arithmétiques :
BHP = (BMEP x 279.306 x RPM ⁄ 2) ⁄ 33000
Utilisons la permutation des opérandes en divisant 279.306 par le  ⁄ 2 de RPM :
BHP = (BMEP x 139.653 x RPM) ⁄ 33000
Réduisons la fraction finale en divisant dividende et diviseur par 139.653 :
BHP = BMEP x RPM ⁄ 236.299
Valeur arrondie à 236
CQFD

La BMEP - Brake Mean Effective Pressure
Pression moyenne effective au frein

La BMEP est un critère très efficace pour évaluer les performances d'un moteur ou comparer des moteurs différents.

La définition de BMEP est : Pression moyenne appliquée uniformément sur les pistons de haut en bas de chaque course motrice, produisant la puissance réelle du moteur mesurée au frein de Prony.

Note : La BMEP est purement théorique et n'a rien à voir avec de véritables pressions dans les cylindres. Il s'agit simplement d'un outil pour évaluer l'efficacité d'un moteur à produire un couple pour une cylindrée donnée.

La BMEP est toujours utilisée, de nos jours, par exemple pour comparer et vérifier que les moteurs de Formule 1 sont conformes à la réglementation.

Un peu de mathématiques (En unités anglaises)

HP = BMEP x surface piston x (course/12) x RPM x impulsions-de-puissance-par-tour/33000

Voyons d'abord cette équation pour un moteur monocylindre : BMEP (en PSI*) multipliée par la surface de piston (pouces carrés) donne la force moyenne appliquée au piston pendant la course motrice. Multiplié par la course (pouces divisés par 12, ce qui change les unités en pieds) donne le travail net (en pieds-livres) produit par la déplacement du piston du point mort haut au point mort bas avec la BMEP exercée sur lui pendant le mouvement. (De toute évidence, ce n'est pas la représentation de la réalité dans la chambre de combustion. Comme indiqué précédemment, la BMEP est tout simplement un outil pratique pour comparer et évaluer les performances d'un moteur.)

La puissance est défini comme un travail par unité de temps, en multipliant le TRAVAIL (pieds-livres) par le RPM, puis en multipliant par les impulsions-de-puissance-par-tour (PPR) cela nous donne la puissance nette (au frein) (pieds-livres par minute dans cet exemple) produite par un cylindre. (Dans un moteur monocylindre, PPR vaut 1 pour un moteur 2 temps ou 1/2 pour un moteur 4 temps.

Un HP (Horse Power) est défini comme un travail de 33000 livres/pied par minute, donc en divisant le travail (pieds-livres) par 33000, on change de pieds/livres par minute à HP.

Étant bien défini que la surface du piston multiplié par la course est égal à la cylindrée d'un cylindre (en pouces cubes), l'équation peut être simplifié en :

HP = BMEP x (cylindrée/12) x RPM x PPR/33000

Le Horse Power (HP) est également défini comme :

HP = Couple x RPM / 5252

En substituant le terme dans l'équation précédente, cela donne :

Couple x RPM / 5252 = BMEP x cylindrée / 12 x RPM x PPR / 33000

Réduisons l'équation :

BMEP = (Couple x 12 x 33000 / 5252) / (Cylindrée x PPR)

Evaluons la partie constante : 12 x 33,000 / 5252 = 75.39985, qui peut être arrondi à 75.4. Simplifions de nouveau l'équation :

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

Il est clair que, parce que l'équation comprend PPR, elle s'applique aux moteurs avec n'importe quel nombre de cylindres en utilisant la cylindrée totale, le couple de freinage total et la PPR correcte.

Supposons, par exemple, que nous ayons mesuré 14.45 pieds/livres de couple à partir d'un 125 cc (7,625 pouces cube), moteur monocylindre 2 temps à 12950 RPM, nous calculons 35,63 HP (285 HP par litre, impressionnant en effet). La BMEP serait :

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

Cette BMEP (9,85 bar) est impressionnante pour un monocylindre 2 temps.

Néanmoins, supposons que quelqu'un demande à avoir le même couple à partir d'un monocylindre 4 temps de 125 cc à 12950 RPM. La puissance serait la même (35,63 HP, ou 285 CV par litre). La densité de puissance ne serait pas nécessairement éxagérée, (En 2008, un V8 de 2,4 litres 2008 de F1 approchait de 315 CV par litre), mais la valeur de BMEP résultante serait irréaliste :

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

Cette BMEP (19,7 bar) est absurde pour un moteur atmosphérique. Le professeur Gordon Blair a déclaré que plus de 15 bar de BMEP dans un moteur est pratiquement impossible, mais c'était il ya quelques années. En coupe NASCAR, des moteurs sont maintenant proches de 15,6 bar

Cette mesure de BMEP est extrêmement utile pour évaluer la performance qui est revendiquée pour tout moteur. Par exemple, les Lycomings 200 HP IO-360 (360 pouces cube) et 300 HP IO-540 (540 pouces cube) obtiennent leur puissance nominale à 2700 RPM. A ce régime, la puissance nécessite des couples respectifs de 389 livre/pied et 584 livre/pied. À partir de ces valeurs de couple, il est facile de voir (d'après l'équation ci-dessus) que les deux moteurs fonctionnent à une même BMEP d'environ 163 PSI (12,25 bar, ou un « rapport de couple » de 1,08 livre/pied par pouce cube) à la puissance nominale.

* PSI : Pound per Square Inche ou livre par pouce carré. Une PSI est égale à 68,94756999871 hPa (mbar). Pour les calculs d'évaluation courants, on utilise 70 mbar

Revenons à nos Constellation et à leurs moteurs et hélices

Indicateurs BMEP torquemètre

Photo panneau mécanicien F-BAZL restauré et conservé par Gérard Mougenot

Deux indicateurs TORQUEMÈTRES (BMEP GAGES) situés sur le panneau instruments inférieur du mécanicien navigant mesurent les couples des arbres d'hélice. Les indications sont données en BMEP.

La formule pour calculer la puissance moteur en fonction des indications BMEP, pour le moteur Wright R-3350, est :

(RPM x BMEP) / 236 = BHP
Résultat en British Horse Power

Utilisation puissance moteur

De l'utilisation de la puissance moteur

Article de France Aviation Juin 1957

Article complet - Tous les détails


Caractéristiques dimensionnelles des R-3350

Alésage (Bore) : 6.125 in (155,575 mm) - Surface : 29.464 in2
Course (Stroke) : 6.312 in (160,324 mm)
Cylindrée totale (Displacement) : 3347,66 cubic inches (54,8583 litres)

Note : Vus que la surface des pistons et les courses de ceux-ci sont inchangées pour tous les types de moteur R-3350, la constante de 236 est valable pour tous.

Comment est-on arrivé à cette valeur de 236 pour BMEP Constant ?

Puissance moteur

BHP = Puissance en British Horse Power
P = Pression BMEP
A = Surface piston en in2 multiplié par le nombre de pistons (29.5 x 18 in2)
L = Course d'un piston en pieds (6.312/12 ft)
N = Rotations par minute divisée par 2 (RPM/2)

33000 = Un HP (Horse Power) est défini comme un travail de 33000 livres/pied par minute, donc en divisant le travail (pieds-livres) par 33000, on change de pieds/livres par minute à HP.

Puissance moteur

Pour ceux qui sont fâchés avec les réductions des fractions !


Attention, il existe une subtile différence entre les BHP (British Horse Power) et les CV (Cheval Vapeur)
Définitions d'origine :


Comment peut-on mesurer la BMEP sur les R-3350 ?


TORQUEMETER sur le moteur

Un système mecano-hydraulique est installé sur l'arbre d'hélice à la sortie du réducteur d'hélice

Éclaté réducteur hélice et torquemètre

  • 1. Propeller shaft thrust bearing nut
  • 2. Propeller shah Thrust bearing nut oil seal rings
  • 3. Propeller shaft thrust bearing oil stinger
  • 4. Propeller shaft thrust ball bearing
  • 5. Propeller shaft roller bearing
  • 6. Propeller shaft thrust bearing spacer
  • 7. Propeller shaft oil seal spacer
  • 8. Propeller shaft oil seal sleeve rings
  • 9. Propeller shaft oil seal sleeve
  • 10. Stationary reduction gear support
  • 11. Stationary reduction gear support oil seal ring
  • 12. Torquemeter roller cage
  • 13. Torquemeter roller
  • 14. Stationary reduction gear
  • 15. Stationery reduction gear lock ring
  • 16. Stationary reduction gear lock ring rivet
  • 17. Stationary reduction gear adapter assembly
  • 18. Stationary reduction gear to reduction gear adapter
  • 19. Stationary reduction gear adapter spacer
  • 20. Torquemeter piston
  • 21. Torquemeter oil seal ring
  • 22. Stationary reduction gear support oil seal ring
  • 23. Torquemeter piston retaining nut
  • 24. Torquemeter piston retaining nut lock ring
  • 25. Reduction gear pinion carrier
  • 26. Reduction gear Iron pinion plug retaining circlet
  • 27. Reduction gear front pinion plug
  • 28. Reduction gear front pinion
  • 29. Reduction gear front pinion bushing
  • 30. Reduction gear rear pinion
  • 31. Reduction gear rear pinion bushing
  • 32. Reduction gear rear pinion spacer
  • 33. Reduction gear pinion nut lock washer
  • 34. Reduction gear pinion nut
  • 35. Reduction driving gear nut
  • 36. Reduction driving gear nut lock bolt
  • 37. Reduction driving gear nut lock
  • 38. Reduction driving gear

Réalisation du torquemètre

Le couplemètre interne est fixée à la membrane à l'arrière de la partie avant du carter et est conçu pour mesurer le couple que l'arbre d'hélice exerce sur la roue dentée fixe de l'engrenage de réduction hélice. Pour bien comprendre le fonctionnement de cet appareil, il est nécessaire de tenir compte de certaines caractéristiques de sa conception « peu orthodoxe ». Premièrement, le support d'engrenage fixe et le piston de mesure de couple sont maintenus dans une position fixe. Deuxièmement, le pignon fixe n'est pas complètement fixe. Son mouvement est limité à un léger déplacement axial et de rotation sur son support. Le mouvement axial de l'engrenage fait que le cylindre, qui est formé par l'adaptateur d'engrenage, se déplace d'avant en arrière sur le piston.


PRINCIPE

Principe torquemètre

Principe : La force sur le cylindre comprime l'huile. La pression de l'huile est mesurée.
 
 
 
 
De par le couple moteur, les engrenages “stationnaires” ont tendance à tourner, provoquant le déplacement des rouleaux hors des douilles, donc le déplacement de l'adaptateur vers l'avant et la mise sous pression de l'huile dans la cellule de couple. La pression est lue sur la jauge du poste de pilotage calibrée en BEMP.

Principe torquemètre

Principe torquemètre

Il est impossible d'arrêter la fuite d'huile de la cellule de couple, ce qui réduit la quantité d'huile et permet à l'adaptateur d'avancer. Ensuite, les fentes de dosage dans l'adaptateur se découvrent et l'huile peut alors entrer dans la cellule de couple.

Principe torquemètre

L'huile qui pénètre dans la cellule de couple force l'adaptateur vers l'arrière en fermant les fentes de dosage. La purge empêche l'accumulation d'huile dans la cellule qui résulte de l'infiltration d'huile de la pompe de surpression à travers les fentes de dosage lorsqu'elle est fermée.


Principe torquemètre

Le couple appliqué à la roue dentée fixe par l'intermédiaire des pignons d'engrenage de réduction provoque un léger mouvement de rotation de la roue dentée. En tournant, la roue exerce une force sur les billes situés entre la roue et son support. Cette force de rotation amène les billes à monter de leurs sièges et à pousser la roue dentée le long de la douille du support vers l'arrière du moteur. Des fentes de dosage dans le manchon du support sont fermés en raison de ce changement de position et la pression d'huile dans la cellule du couplemètre déplace l'engrenage vers l'avant. Les fentes de dosage dans le manchon du support sont alors découvertes provoquant une pression d'huile nécessaire pour équilibrer la force provenant de la réaction du couple.


Ainsi, la pression d'huile dans la cellule de mesure est dérivée de la réaction de couple du pignon fixe qui est en relation directe avec le couple moteur qui le produit, cette pression d'huile est à tout moment proportionnelle au couple moteur. La pression de la cellule de mesure de couple est transmise, via le séparateur d'huile, par une tuyauterie à un indicateur dans le cockpit.

Indicateurs BMEP torquemètre
Utilisation puissance moteur

BMEP - Comment ne pas fatiguer son moteur
France Aviation septembre 1956

La puissance au frein du moteur peut être déterminé à partir de la lecture de jauge, et les tours par minute du moteur. Ceci est obtenu en multipliant le régime moteur par la lecture de la BMEP et en divisant par une constante. (Voir calculs mathématiques ci-dessus)

Le séparateur d'huile installé dans la membrane de la partie avant du carter est conçu pour éliminer les fausses lectures de jauge dues à des variations de température extérieure. L'huile à partir de la cellule de mesure de couple est transmise, par un passage percé, dans le séparateur et où elle entoure un sac en caoutchouc synthétique. La pression de l'huile qui entoure le sac est transmis à un fluide à faible viscosité et faible point de congélation du fluide remplissant l'intérieur du sac. Ce fluide est prélevé par une tuyauterie extérieure menant à une jauge dans le cockpit. Des lectures plus précises sont ainsi obtenues à des températures basses.