чому двигуни мають стільки невикористаних кінських сил?

Я переглянув потужність двигуна, що використовується в Humvee (5500 фунтів), і був здивований, що це лише ~ 190 кінських сил, що перевищується багатьма 4 дверними седанами.

Тож очевидним питанням є, чому мій Camry SE (3300 фунтів) не спалює більше газу, ніж Humvee, і я думаю, що це просто тому, що під час регулярного використання він не використовує ніде близько 250 к.с.

Хтось на форумах з фізичних стеків дав мені оцінку, що для проїзду середнього автомобіля 50 км / год на шосе потрібно лише 35 к.с.

Тож у мене є 2 питання:

1. Може хтось міркує, як виглядають графіки крутного моменту проти оборотів в хвилину седанового двигуна та двигуна Humvee і які типові робочі точки? Здається, двигун Humvee діяв би набагато ближче до своєї пікової потужності, крутячись повільніше, але при набагато більшому крутному моменті?

2. Якщо пікова потужність ніколи не використовується для пасажирських транспортних засобів, то чому б вони не використовувати менший двигун і заощадити гроші?

Основна проблема тут полягає в тому, що ви плутаєте кілька різних термінів. Дивіться у Вікіпедії для розрахунку кінських сил від крутного моменту (тау) та об / хв (f у цьому рівнянні):

Якщо ви припустили плоску криву крутного моменту, ви можете бачити, що пікові кінські сили продовжуватимуть збільшуватися з обертом на хвилину. Насправді, якщо ви хочете збільшити свої маркетингові кінські сили для нового транспортного засобу, вам просто потрібно буде підняти обмежувач оборотів і не допустити падіння крутного моменту швидше, ніж один фут-фунт / об / хв. Мало того, ви також можете бачити, що скалярні значення потужності та крутного моменту (тобто без їх одиниць) завжди будуть рівні 5252 об / хв.

1.Чи може хтось розмірковувати, як виглядають графіки крутного моменту проти оборотів в хвилину седанового двигуна та двигуна Humvee і які типові робочі точки? Здається, двигун Humvee діяв би набагато ближче до своєї пікової потужності, крутячись повільніше, але при набагато більшому крутному моменті?

Як зазначалося раніше, дизель у HMMWV має високий піковий крутний момент при малих об / хв, але крутний момент швидко знижується, в результаті чого пік кінських сил при менших об / хв, ніж у Camry (цитується 190 к.с. при 3800 об / хв / 380 фунт / фут при 1700 об / хв) на сторінці Вікіпедії). Зазвичай аспірований Camry має набагато більш плоску криву крутного моменту з піком крутного моменту ближче до 4700 об / хв і піком потужності при 6200 об / хв (роблячи деякі припущення, що ми обговорюємо досить недавній Camry SE з двигуном 2GR-FE).

Якщо повернутися до початкового рівняння, це означає, що перша похідна кривої крутного моменту Камрі дорівнює нулю при 4700 об / хв і негативна - 6200 об / хв (де швидкість зменшення крутного моменту нарешті перевищує лінійне збільшення обертів в хвилину).

2. Якщо пікова потужність ніколи не використовується для пасажирських транспортних засобів, чому б вони не використали менший двигун і не заощадили гроші?

Вони роблять. Ви просто не купили цього.

Цивільний дизайн двигунів та автомобілів керується певними маркетинговими моментами. У цьому випадку Camry має широкі криві крутного моменту та потужності, тому не потрібно часто змінювати (більше двох змін на 60 миль / год впливає на цей критичний 0-60 маркетинговий номер). Військові перевезення мають абсолютно різні параметри місії, включаючи такі фактори, як простота обслуговування, системи озброєння, не підірвання тощо.

Якщо економія є вашим ключовим фактором, ви можете вибрати менший двигун. Кожен виробник пропонує зараз різноманітні переміщення та технології двигунів. Нинішній Camry SE пропонує менший вбудований чотирициліндровий, чотирициліндровий гібрид та більший V6.

Незважаючи на це, майже неможливо, щоб бензиновий двигун переміг милі за галон турбодизеля.

У вашому запитанні є кілька непов'язаних моментів:

• як сказав jmosrt253, двигун Humvee - це великий дизельний двигун - це означає, що його крутний момент низький в діапазоні оборотів
• Двигуни Humvee, як і багато великих дизелів, не дуже налаштовані. Вони побудовані для того, щоб бути надійними та виживати в екстремальних умовах
• до точки, кінські сили не мають значення для швидкості. Це є доречним для прискорення. Практично всі машини сьогодні можуть зробити 50 км / ч, але чи хочете ви, щоб машина змогла потрапити туди за 3 секунди або 12 секунд. (Зі збільшенням швидкості вам потрібні кінські сили, щоб компенсувати затягування, тому лише 200 найвищих швидкісних машин досягають 200 км / ч)
• Пікова потужність використовується для легкових транспортних засобів, коли вона вам потрібна, але коли вона вам не потрібна, ви знімаєте ногу з акселератора і миттєво економите гроші, надсилаючи менше палива в двигун. Деякі сучасні двигуни також зупиняють подачу палива в половину балонів під час руху

Справжнім драйвером для розміру двигуна завжди були витрати на пальне, тому в США, де паливо дешеве, споживання палива не було проблемою - отже, великі неефективні двигуни. Порівняйте це з Великобританією, Європою та Японією, де паливо дуже дороге, і ви виявите виробників, які роблять високоточні, високоефективні, невеликі двигуни.

Я не зміг знайти графік потужності / об / хв для Humvee, але в Інтернеті є будь-яке число для звичайних автомобілів.

Щоб відповісти на ваше запитання "Чому мій Камрі не спалює більше палива, ніж Humvee":

Двигун Camry - це набагато ефективніший двигун - ви отримуєте набагато більше кінських сил від набагато менше палива.

Навіщо мати додаткову потужність двигуна? Добре, якщо потрібно 35 к.с. для 50 МПГ, і це все, що у вас є, для просування до цієї точки знадобиться дуже багато часу - можливо, кілька хвилин.

Крім того, людям подобається додаткова потужність для спортивного автомобіля - швидке прискорення, коли ви цього хочете, і не потрібно сильно натискати на дросель, щоб піднятися на гори і т.д. кількість доступних HP. Я б сказав щонайменше 50% часом (наприклад, прискорення в гору з повною машиною), і залежно від водія ближче до 100% не є нечуваним (наприклад, обгін).

Чому Camry більш ефективний? Людям, здається, не вистачає одного з ключових моментів - Humvee на одну метричну тонну важчий (настільки сильніше тертя кочення) і має аеродинаміку цегли. Щоб поставити цифри до цього, Вікіпедія наводить коефіцієнт тягання Hummer H2 як 0,57, а Toyota Camry 2007 - 0,27. Таким чином, це більше, ніж удвічі більше коефіцієнта опору, і це виключає більшу площу поперечного перерізу на Humvees. А якби у вас є артилерійський зверху, було б ще гірше!

Тож якби ви помістили двигун Humvee в Camry, ви побачили б значне зменшення споживання палива порівняно з оригінальним Humvee.

Вибачте, що я відповів на моє власне запитання, але відповідь мені настільки зрозуміла, принаймні, для неелектричних моторів. Вони мають стільки невикористаної потужності, оскільки на холостих швидкостях ви отримуєте лише частину рекламованої потужності. Для двигуна 2.4L Camry на холостому ходу (1000 об / хв) він виставляє лише 30 к.с. і отримує лише 140 к.с. при 5000 об / хв (близько 30 МПГ на основі відео на приладовій панелі тесту на прискорення).

Дизель V8 досягає своїх повних 200 к.с. при лише 2500 об / хв, так що пояснюється, чому він не використовує двигун надмірного розміру, як на бензинових транспортних засобах, щоб компенсувати низьку потужність HP при низьких оборотах в хвилину.

Щоб побачити, скільки вам потрібно HP, якщо ваш двигун мав ідеально рівну криву потужності, я переглянув тест прискорення для 2008 року Toyota Camry LE 2.4L, 158 к.с. , який отримує від 0 до 60 миль / год за 8,5 с. Для ідеального двигуна постійної потужності швидкість = sqrt (2 * потужність * час / маса), тож вам знадобиться лише двигун потужністю 86 к.с. для досягнення того ж прискорення.

Але тепер це викликає нове питання. Якщо електродвигуни мають такий хороший діапазон потужності, то знову ж таки, навіщо стільки HP? Крім того, чому крутний момент рівний близько 0 об / хв, а не йде до нескінченності, як у ідеального двигуна. Це щось стосується насичення магнітів?

Ось графіки крутного моменту проти RPM для

1. 2.4L Camry 2009

2. V8 6.5L дизель (Hummer H1)

3. Тяговий мотор Tesla Model S (знайдений десь на cleantechnica.com)

Оновлення: Як зазначав DucatiKiller, я не враховував вагу чи розмір двигуна, що могло б пояснити, чому деякі типи двигунів мають таку високу кінську потужність, оскільки якщо фіксована вартість / розмір двигуна (наприклад, бензин на 1/2 л.с.) модель літакового двигуна) невелика або гранична вартість для збільшення HP невелика, тоді це не зайве багато зайвих, щоб зробити двигун з надмірним силою.

Ось оцінки співвідношення потужності та ваги різних двигунів:

1. 2.4L Camry 2009

   158 к.с. / 121кг = 1,3 к.с. / кг

2. Детройт Дизель 6,5 л дизельний

   200 к.с. / 750 фунтів = 0,59 к.с. / кг

3. Тяговий мотор Tesla Model S

   400 к.с. / 70 фунтів = 12 к.с. / кг

   з акумуляторами інакше не було б справедливо:

   400 к.с. / (70 фунтів + ​​540 кг) = 0,70 к.с. / кг