dlaczego silniki mają tyle niewykorzystanej mocy?

Spojrzałem na moc znamionową silnika zastosowanego w Humvee (5500 funtów) i zdziwiłem się, że ma tylko ~ 190 koni mechanicznych, co przekracza wiele czterodrzwiowych sedanów.

Oczywistym pytaniem jest więc, dlaczego mój Camry SE (3300 funtów) nie pali więcej gazu niż Humvee i myślę, że dzieje się tak tylko dlatego, że podczas normalnego użytkowania nie używa prawie 250 HP.

Ktoś na forach poświęconych stosom fizyki oszacował, że przeciętny samochód potrzebuje około 35 km na autostradzie.

Mam więc 2 pytania:

1. Czy ktoś może spekulować, jak wyglądają wykresy momentu obrotowego w funkcji obrotów silnika sedan i silnika Humvee i jakie są typowe punkty pracy? Wygląda na to, że silnik Humvee działałby znacznie bliżej swojej szczytowej mocy, obracając się wolniej, ale przy znacznie wyższym momencie obrotowym?

2. Jeśli maksymalna moc nigdy nie jest wykorzystywana w pojazdach osobowych, dlaczego nie używają mniejszego silnika i nie oszczędzają pieniędzy?

Główny problem polega na tym, że łączysz kilka różnych terminów. Zobacz Wikipedia w celu obliczenia mocy na podstawie momentu obrotowego (tau) i obrotów na minutę (f w tym równaniu):

Jeśli przyjmiesz płaską krzywą momentu obrotowego, możesz zauważyć, że maksymalna moc będzie rosła wraz z prędkością obrotową. W rzeczywistości, jeśli chcesz zwiększyć moc marketingową nowego pojazdu, musisz po prostu podnieść ogranicznik obrotów i zapobiec spadkowi momentu obrotowego szybciej niż jeden funt-funt / obr / min. Co więcej, można również zauważyć, że wartości skalarne mocy i momentu obrotowego (tj. Bez ich jednostek) zawsze będą równe przy 5252 obr./min.

1.Czy ktoś może spekulować, jak wyglądają wykresy momentu obrotowego w funkcji obrotów silnika sedan i silnika Humvee i jakie są typowe punkty pracy? Wygląda na to, że silnik Humvee działałby znacznie bliżej swojej szczytowej mocy, obracając się wolniej, ale przy znacznie wyższym momencie obrotowym?

Jak wcześniej wspomniano, olej napędowy w HMMWV ma wysoki szczytowy moment obrotowy przy niskich obrotach, ale moment gwałtownie spada, co skutkuje szczytową mocą przy niższych obrotach niż Camry (cytowano 190 KM przy 3400 obr./min. / 380 funtów · ft przy 1700 obr./min. na stronie Wikipedii). Zwykle wolnossący Camry ma znacznie bardziej płaską krzywą momentu obrotowego z szczytowym momentem obrotowym bliższym 4700 obr./min i szczytowym szczytem mocy przy 6200 obr./min (zakładając, że dyskutujemy o dość niedawnej Camry SE z silnikiem 2GR-FE).

Jeśli wrócisz do pierwotnego równania, oznacza to, że pierwsza pochodna krzywej momentu obrotowego Camry'ego wynosi zero przy 4700 obr / min i ujemna przy 6200 obr / min (gdzie tempo spadku momentu obrotowego ostatecznie przytacza liniowy wzrost obr / min).

2. Jeśli maksymalna moc nigdy nie jest wykorzystywana w pojazdach osobowych, dlaczego nie używają mniejszego silnika i nie oszczędzają pieniędzy?

Oni robią. Po prostu tego nie kupiłeś.

Konstrukcja silnika cywilnego i motoryzacyjnego opiera się na pewnych punktach marketingowych. W tym przypadku Camry ma szeroki zakres momentu obrotowego i mocy, więc nie trzeba często zmieniać biegów (więcej niż dwie zmiany do 60 mil na godzinę wpływają na ten krytyczny numer marketingowy 0-60). Transport wojskowy ma zupełnie inne parametry misji, w tym takie czynniki, jak łatwość konserwacji, systemy uzbrojenia, nie wysadzenie w powietrze i tak dalej.

Jeśli kluczowym czynnikiem jest oszczędność, możesz wybrać mniejszy silnik. Każdy producent oferuje teraz różnorodne pojemności skokowe i technologie silników. Obecna Camry SE oferuje mniejszy czterocylindrowy rzędowy, czterocylindrowy hybrydowy i większy V6.

Niezależnie od tego, silnik benzynowy jest prawie niemożliwy do pokonania mil na galon turbodoładowanego silnika wysokoprężnego.

Twoje pytanie zawiera kilka niepowiązanych punktów:

• jak powiedział jmosrt253, silnik Humvee jest dużym silnikiem Diesla - co oznacza, że ​​jego moment obrotowy jest niski w zakresie obrotów
• Silniki Humvee, podobnie jak wiele dużych silników wysokoprężnych, nie są dostrojone. Są zbudowane tak, aby były wytrzymałe i przetrwały w ekstremalnych warunkach
• do pewnego momentu, moc nie ma znaczenia dla prędkości. Ma to znaczenie dla przyspieszenia. Prawie wszystkie samochody w dzisiejszych czasach mogą osiągać prędkość 50 km / h, ale czy chcesz, aby samochód mógł tam dotrzeć w ciągu 3 sekund lub 12 sekund. (W miarę wzrostu prędkości potrzebujesz mocy, aby zrównoważyć opór, dlatego tylko najmocniejsze samochody osiągają prędkość 200 km / h)
• maksymalna moc jest wykorzystywana w pojazdach pasażerskich, gdy jej potrzebujesz, ale kiedy jej nie potrzebujesz, zdejmij stopę z pedału gazu i natychmiast oszczędzasz pieniądze, wysyłając mniej paliwa do silnika. Niektóre nowoczesne silniki przestają dostarczać paliwo do połowy cylindrów podczas jazdy

Prawdziwym czynnikiem napędzającym wielkość silnika zawsze był koszt paliwa, więc w Stanach Zjednoczonych, gdzie paliwo jest tanie, zużycie paliwa nie stanowiło problemu - stąd duże, nieefektywne silniki. Porównaj to z Wielką Brytanią, Europą i Japonią, gdzie paliwo jest bardzo drogie, a znajdziesz producentów wytwarzających wysoko dostrojone, bardzo wydajne małe silniki.

Nie mogłem znaleźć wykresu mocy / rpm dla Humvee, ale w Internecie są zwykłe liczby.

Aby odpowiedzieć na pytanie „Dlaczego moja Camry nie pali więcej paliwa niż Humvee”:

Silnik Camry jest znacznie wydajniejszym silnikiem - uzyskujesz znacznie większą moc przy znacznie mniejszym zużyciu paliwa.

Po co mieć dodatkową moc silnika? Cóż, jeśli do uzyskania 50 MPH wymagane jest 35 KM, a to wszystko, co masz, przyspieszenie do tego momentu zajmie bardzo dużo czasu - być może kilka minut.

Ponadto, ludzie lubią dodatkową moc dla sportowego charakteru samochodu - szybkie przyspieszenie, kiedy chcesz, i nie musisz zbyt mocno wciskać przepustnicy, aby jechać pod górę itp. Przekonasz się, że Camry faktycznie będzie używać bardzo znaczącego ilość dostępnego HP. Powiedziałbym, że co najmniej 50% (np. Przyśpieszanie pod górę pełnym samochodem), a zależnie od kierowcy nie jest to niespotykane (np. Wyprzedzanie).

Dlaczego Camry jest bardziej wydajny? Wydaje się, że ludziom brakuje jednego z kluczowych punktów - Humvee jest o jedną tonę cięższą (o wiele więcej tarcia tocznego) i ma aerodynamikę cegły. Aby podać liczby, Wikipedia podaje współczynnik oporu Hummer H2 jako 0,57, a Toyota Camry 2007 na 0,27. Jest to więc ponad dwa razy współczynnik oporu, a to wyklucza większy obszar przekroju poprzecznego w Humvees. A jeśli masz strzelca do góry, byłoby jeszcze gorzej!

Więc jeśli umieścisz silnik Humvee w Camry, zobaczysz znaczny spadek zużycia paliwa w porównaniu do oryginalnego Humvee.

Przepraszam, że odpowiedziałem na własne pytanie, ale odpowiedź jest teraz dla mnie tak jasna, przynajmniej w przypadku silników nieelektrycznych. Mają tyle niewykorzystanej mocy, ponieważ przy wolnych obrotach uzyskuje się tylko ułamek reklamowanej mocy. W przypadku silnika Camry o pojemności 2,4 litra na biegu jałowym (1000 obr./min.) Osiąga jedynie 30 KM, a osiąga jedynie 140 KM przy 5000 obr./min (około 30 MPH na podstawie filmów z deski rozdzielczej testu przyspieszenia).

Olej napędowy V8 osiąga pełne 200 KM przy zaledwie 2500 obr./min, co wyjaśnia, dlaczego nie wykorzystuje silnika o zbyt dużych rozmiarach, jak w pojazdach benzynowych, aby zrekompensować niskie HP przy niskich obrotach.

Aby zobaczyć, ile potrzebujesz HP, jeśli twój silnik miał idealnie płaską krzywą mocy, spojrzałem na test przyspieszenia dla 2008 Toyota Camry LE 2.4L, 158 KM , który osiąga od 0 do 60 mil na godzinę w 8,5 s. Aby uzyskać idealny silnik o stałej mocy, prędkość = sqrt (2 * moc * czas / masa), więc wystarczyłby silnik o mocy 86 KM, aby osiągnąć to samo przyspieszenie.

Ale teraz rodzi się nowe pytanie. Jeśli silniki elektryczne mają tak dobre pasmo mocy, to dlaczego tak dużo HP? Ponadto, dlaczego moment obrotowy jest płaski około 0 obr./min zamiast do nieskończoności, jak w idealnym silniku. Czy to ma coś wspólnego z nasycaniem magnesów?

Oto wykresy momentu obrotowego w funkcji obrotów na minutę dla

1. 2.4L Camry 2009

2. V8 6,5 l olej napędowy (Hummer H1)

3. Silnik trakcyjny Tesla Model S (znaleziony gdzieś na cleantechnica.com)

Aktualizacja: Jak wskazał DucatiKiller, nie wziąłem pod uwagę masy ani rozmiaru silnika, co może wyjaśniać, dlaczego niektóre typy silników mają tak dużą moc, ponieważ skoro stały ciężar / rozmiar kosztują silnik (np. Benzyna o mocy 1/2 KM model silnika samolotu) jest niewielka lub koszt krańcowy zwiększenia HP jest niewielki, a następnie wytworzenie zbyt mocnego silnika nie kosztuje dużo więcej.

Oto szacunkowe stosunki mocy do masy różnych silników:

1. 2.4L Camry 2009

   158 HP / 121 kg = 1.3 HP / kg

2. Detroit Diesel 6,5 l diesel

   200 KM / 750 funtów = 0,59 KM / kg

3. Silnik trakcyjny Tesla Model S.

   400 KM / 70 funtów = 12 KM / kg

   z bateriami, bo inaczej byłoby niesprawiedliwe:

   400 KM / (70 funtów + 540 kg) = 0,70 KM / kg