Мне интересно, почему два автомобиля, работающие на скорости 100 км / ч, например, на 100 л.с., потребляют меньше топлива, чем двигатель на 300 л.с.
Даже если я возьму суперкар легче и больше аэродинамики, он будет потреблять больше.
Но физически для постоянной работы на скорости 100 км / ч требуется одна и та же энергия, поэтому более мощный двигатель менее эффективен?
Ответы:
Несколько вещей для размышления:
Вам нужно определенное количество энергии на колесах, чтобы поддерживать определенную скорость.
Это утверждение (правильно) сделано в вопросе.
При скорости 100 км / ч типичному седану потребуется примерно 10 л.с. на уровне моря, чтобы преодолеть силы из-за аэродинамического сопротивления и сохранить скорость¹.
Тот факт, что двигатель может развивать пиковую мощность 100 или 300 л.с., не имеет значения.
Кто сказал, что менее мощные двигатели более эффективны?
Они могут показаться такими, но Рори прав ; предположение, что двигатели, производящие меньше энергии, более эффективны, не всегда верно.
Концепция расхода топлива для конкретного тормоза (BSFC) помогает нам понять это, что очень хорошо объясняется в этой статье Hot Rod .
Проще говоря, BSFC - это просто инженер, говорящий о том, сколько топлива потребляется двигателем на единицу энергии².
Как показано на графике ниже, это число варьируется в зависимости от оборотов двигателя. Чем меньше BSFC, тем лучше экономия топлива.
Поскольку каждый движок будет иметь свою собственную подпись BSFC:
Кривая BSFC мощного двигателя может быть ниже.
Это будет особенно верно при сравнении двигателей, разработанных десятилетия назад, с современными чудесами, которые могут похвастаться такими вещами, как EFI, регулировка фаз газораспределения или принудительная индукция.
Передачи зубчатые .
Если кривые BSFC сравнимы, передача транспортного средства может означать, что число оборотов в минуту более мощного двигателя находится в более эффективной части кривой при данной скорости.
Классическим примером этого является «ускоряющая» передача, встречающаяся в некоторых транспортных средствах, чтобы помочь улучшить экономию топлива на скоростях шоссе.
¹ - Руководство Bosch Automotive объясняет, как это оценить
² - В качестве альтернативы, BSFC = расход топлива на единицу мощности
Двигатель мощностью 100 л.с. с 1900 года (год), вероятно, будет потреблять гораздо больше топлива, чем современный двигатель мощностью 300 л.с., поэтому многое зависит от конструкции двигателя.
Однако сравнивая современные двигатели, вы сравниваете два двигателя, которые предназначены для разных целей. Это все равно, что спросить, почему крупной лошади нужно есть больше, чем маленького пони, когда они несут только одного маленького ребенка.
Ваша основная предпосылка на самом деле не соответствует действительности. Часто более мощный мотор будет потреблять меньше топлива. Двигатели имеют разные технологические особенности, которые могут повлиять на это.
Ссылка 100 л.с. или 300 л.с. обычно указывает максимальную мощность, которую может развить двигатель. Поэтому, когда вы толкаете акселератор в пол, дроссель широко открыт, и вы производите большое количество энергии.
На скорости 100 км / ч мощный двигатель может работать очень мягко, в то время как двигатель мощностью 100 л.с. может бороться за верхнюю часть. Я знаю, что мой 400-сильный автомобиль потребляет меньше топлива, чем 80-сильный автомобиль моей жены на скорости 90 миль в час. Но, разгоняясь до этой скорости, я обычно беру 6 секунд и потребляю огромное количество топлива, тогда как она займет 25 секунд и, вероятно, не опустится ниже 30 миль на галлон. У моей машины по-прежнему будет еще пара передач и 100 миль в час, в то время как у нее будет максимальная скорость в этой точке и около ее максимальной скорости.
Если я буду ускоряться с той же скоростью, что и она, моя машина будет использовать немного больше топлива, чем ее, поскольку мой двигатель объемом 2,5 л на низких оборотах определенно потребляет больше топлива, чем ее двигатель объемом 1,2 л - это основной фактор размера.
Такого рода ответы на ваш вопрос, несмотря на то, что вы пришли к противоположному заключению относительно вашей первоначальной предпосылки.
Есть много факторов, и некоторые из них уже описаны выше.
Однако на типичном бензиновом двигателе количество необходимой мощности контролируется дросселем. Это душит поток воздуха в двигатель, и это приводит к потерям накачки.
Если для автомобиля требуется, скажем, 20 л.с. для постоянной скорости, то это составляет 20% от доступной мощности автомобиля мощностью 100 л.с., в то время как для автомобиля мощностью 300 л.с. это всего ~ 7%. Следовательно, более мощный двигатель нуждается в большем дросселировании, что приводит к большим потерям при прокачке.
Все не так просто, так как картирование топлива будет зависеть от многих факторов, например, обогащение смеси при ускорении. Сколько будет сильно варьироваться в зависимости от требований к конструкции этого двигателя. 2 одинаковых двигателя могут обогатить смесь в разных точках диапазона дроссельной заслонки / оборота.
Есть также проблемы с весом. В то время как вес оказывает очень слабое влияние на тягу, необходимую для поддержания скорости (это влияет на сопротивление качению - эмпирическое правило заключается в том, что автомобилю потребуется 1% веса в фунтах в виде фунтов тяги, чтобы продолжать движение), и по сути это не так. t изменяется со скоростью (в отличие от тяги, необходимой для преодоления аэродинамического сопротивления, которое значительно увеличивается при увеличении скорости). Следовательно, при постоянной скорости вес не имеет большого значения. Однако это имеет огромное значение для тяги, необходимой для ускорения с разумной скоростью. Удвойте вес, и вам нужно примерно удвоить тягу для ускорения с той же скоростью, не говоря уже о том, чтобы ускоряться быстрее (и в конце концов, если вы предпочитаете покупать автомобиль мощностью 300 л.с., а не автомобиль мощностью 100 л.с., вы, вероятно, хотите ускоряться быстрее. ).
Автомобили с большим двигателем часто физически крупнее, что может повлиять на аэродинамику (то есть лобовая площадь х фактор сопротивления). Увеличенная лобовая площадь увеличит сопротивление, но этому можно противостоять до такой степени, если больший автомобиль будет длиннее, предоставляя больше возможностей для разработки более аэродинамической формы.
Я не эксперт по этой теме, но я постараюсь ответить в непрофессионале.
Прежде всего, это мощность, которая вырабатывается автомобилем при сжигании топлива. Есть много способов увеличить мощность лошади. Увеличивая количество воздуха, поступающего в транспортное средство или увеличивая количество топлива, оно сгорает. Хорошо, теперь давайте попробуем увеличить мощность наших машин и посмотрим, какие эффекты это имеет.
Давайте начнем раскручивать мощность нашего автомобиля от 100 л.с.:
Теперь, чтобы увеличить мощность, мы можем просто получить лучшую систему воздушного потока. Двигатель вырабатывает энергию, сжигая топливо, чем лучше он сгорает, тем больше вырабатывается энергии. Чтобы топливо лучше горело, нам нужно больше кислорода, если мы получаем это, очевидно, увеличивая количество воздуха, протекающего в двигателе (хотя не слишком много, нам не нужен воздухонагреватель). Этот блог объясняет различные способы сделать это. Используя эти методы, вы можете увеличить мощность до 50 лошадиных сил. Теперь стоит заметить, что даже если вы увеличили мощность, это также приведет к повышению производительности и эффективности использования топлива автомобиля.
Таким образом, мы увеличили мощность наших автомобилей со 100 до 150, а также значительно повысили производительность и эффективность использования топлива.
Хорошо, теперь давайте попробуем увеличить его до 300
Теперь, когда мы продолжаем работать с лучшими воздушными потоками, нам не очень поможет то, что мы делаем. Помните последнюю точку двигателя, вырабатывающую энергию при сжигании топлива . Поэтому теперь, чтобы увеличить мощность, нам нужно увеличить количество топлива, поступающего в двигатель. Больше означает больше взрыва, значит больше силы.
Итак, почему он дает меньше пробега, чем 100 л.с. Хорошо, машины с 300 л.с. (это слишком много лошадей, будьте осторожны во время вождения), как правило, предназначены для движения на более высокой скорости. Как правило, эти автомобили дают лучший пробег на более высокой скорости по сравнению с более низкой скоростью, потому что в поршне больше топлива, чем на 100 л.с., большая часть топлива расходуется неправильно.
Это то же самое, что управлять вашим 100-сильным автомобилем на 2-й передаче, так что вы полностью раскрыли потенциал своего автомобиля, независимо от того, насколько он аэродинамический, он будет потреблять больше топлива.
Надеюсь, поможет.
Это зависит от веса транспортного средства, если это большой и тяжелый автомобиль, то противодействующий интуитивно больший двигатель получит более высокое число миль на галлон, чем маленький, потому что ему не нужно будет набирать обороты настолько, чтобы просто двигать его, а затем на скорости он сможет поддерживать скорость с гораздо меньшими оборотами, чем двигатель меньшего размера.