почему у двигателей так много неиспользованной мощности?

Я посмотрел на номинальную мощность двигателя, используемого в Humvee (5500 фунтов), и был удивлен, что это всего ~ 190 лошадиных сил, что превышает многие 4-дверные седаны.

Таким образом, очевидный вопрос заключается в том, почему мой Camry SE (3300 фунтов) не сжигает больше газа, чем Humvee, и я думаю, что это просто потому, что при регулярном использовании он не потребляет около 250 л.с.

Кто-то на форумах по физике стека дал мне оценку, что для того, чтобы среднестатистический автомобиль мог проехать 50 миль в час по шоссе, требуется всего ~ 35 л.с.

Итак, у меня есть 2 вопроса:

1. Кто-то может предположить, как выглядят графики крутящего момента и оборотов двигателя седана и двигателя Хамви и каковы типичные рабочие точки? Кажется, что двигатель Humvee будет работать намного ближе к пиковой мощности, вращаясь медленнее, но с гораздо более высоким крутящим моментом?

2. Если пиковая мощность никогда не используется для пассажирских транспортных средств, почему бы им не использовать меньший двигатель и сэкономить немного денег?

Основная проблема здесь в том, что вы смешиваете несколько разных терминов. Посмотрите Википедию для расчета лошадиных сил от крутящего момента (тау) и об / мин (f в этом уравнении):

Если вы предполагаете плоскую кривую крутящего момента, вы можете увидеть, что пиковая мощность будет продолжать расти с оборотами в минуту. На самом деле, если вы хотите увеличить свою маркетинговую мощность для нового транспортного средства, вам просто нужно поднять ограничитель оборотов и не дать крутящему моменту упасть быстрее, чем на один фут / фунт / мин. Мало того, вы также можете видеть, что скалярные значения мощности и крутящего момента (т.е. без их единиц) всегда будут равны при 5252 об / мин.

1. Может ли кто-нибудь предположить, как выглядят графики крутящего момента в зависимости от оборотов двигателя седана и двигателя Хамви и каковы типичные рабочие точки? Кажется, что двигатель Humvee будет работать намного ближе к пиковой мощности, вращаясь медленнее, но с гораздо более высоким крутящим моментом?

Как отмечалось ранее, дизель в HMMWV имеет высокий пиковый крутящий момент при низких оборотах, но крутящий момент быстро падает, что приводит к пиковой мощности при более низких оборотах, чем у Camry (190 л.с. при 3400 об / мин / 380 фунт-сил · фут при цитируемых 1700 об / мин) на странице Википедии). Camry с нормальным атмосферным давлением имеет гораздо более плавную кривую крутящего момента с пиком крутящего момента, близким к 4700 об / мин, и пиком мощности при 6200 об / мин (делая некоторые предположения, что мы обсуждаем довольно недавнюю Camry SE с двигателем 2GR-FE).

Если вы вернетесь к исходному уравнению, это означает, что первая производная кривой крутящего момента Camry равна нулю при 4700 об / мин, а отрицательная - при 6200 об / мин (где скорость снижения крутящего момента, наконец, подавляет линейное увеличение оборотов в минуту).

2.Если пиковая мощность никогда не используется для пассажирских транспортных средств, почему бы им не использовать двигатель меньшего размера и сэкономить немного денег?

Они делают. Вы просто не купили это.

Гражданский двигатель и автомобильный дизайн двигаются определенными маркетинговыми точками. В этом случае Camry имеет широкие кривые крутящего момента и мощности, поэтому нет необходимости часто переключаться (более двух переключений до 60 миль в час влияют на это критическое маркетинговое число 0-60). Военный транспорт имеет совершенно другие параметры миссии, включая такие факторы, как простота обслуживания, системы вооружения, отсутствие взрыва и так далее.

Если ваш ключевой фактор - экономия, вы можете выбрать двигатель меньшего размера. Каждый производитель предлагает различные смещения и технологии двигателя в настоящее время. Текущий Camry SE предлагает меньший действующий четырехцилиндровый, четырехцилиндровый гибрид и больший V6.

Несмотря на это, для бензинового двигателя почти невозможно преодолеть мили на галлон турбодизеля.

Ваш вопрос имеет несколько несвязанных точек:

• как сказал jmosrt253, двигатель Humvee - это большой дизельный двигатель, что означает, что его крутящий момент низок в диапазоне оборотов
• Двигатели Humvee, как и многие большие дизели, не очень хорошо настроены. Они созданы, чтобы быть прочными и выживать в экстремальных условиях
• До некоторой степени лошадиные силы не имеют значения для скорости. Это является уместным для ускорения. Почти все машины в эти дни могут разгоняться до 50 миль в час, но вы хотите, чтобы автомобиль мог добраться за 3 секунды или 12 секунд? (По мере увеличения скорости вам потребуется мощность, чтобы компенсировать сопротивление, поэтому только самые мощные машины разгоняются до 200 миль в час)
• Пиковая мощность используется для легковых автомобилей, когда вам это нужно, но когда вам это не нужно, вы снимаете ногу с акселератора и мгновенно экономите деньги, отправляя меньше топлива в двигатель. Некоторые современные двигатели также прекращают подачу топлива в половину цилиндров при крейсерском режиме.

Реальным фактором, определяющим размер двигателя, всегда была стоимость топлива, поэтому в США, где топливо дешевое, расход топлива не был проблемой - отсюда большие неэффективные двигатели. Сравните это с Великобританией, Европой и Японией, где топливо очень дорогое, и вы найдете производителей, производящих высоко настроенные, высокоэффективные, маленькие двигатели.

Я не смог найти график мощности / оборотов для Humvee, но для обычных автомобилей в сети есть какое-то число.

Чтобы ответить на ваш вопрос «Почему моя Camry не сжигает больше топлива, чем хаммер»:

Двигатель Camry - гораздо более эффективный двигатель - вы получаете гораздо большую мощность при гораздо меньшем расходе топлива.

Зачем иметь дополнительную мощность двигателя? Хорошо, если 35 л.с. требуется, чтобы сделать 50 миль в час, и это все, что у вас есть, потребуется очень много времени, чтобы разогнаться до этой точки - возможно, несколько минут.

Кроме того, людям нравится дополнительная мощность для спортивности автомобиля - быстрое ускорение, когда вы этого хотите, и не нужно сильно нажимать на педаль газа, чтобы подняться в гору и т. Д. Вы обнаружите, что Camry на самом деле будет использовать очень значительное количество доступных HP. Я бы сказал, по крайней мере, 50% время от времени (например, ускорение в гору с полной машиной), и в зависимости от водителя, ближе к 100% не случайно (например, обгон).

Почему Camry более эффективна? Люди, кажется, упускают один из ключевых моментов - Humvee на одну тонну тяжелее (намного больше трения качения) и имеет аэродинамику кирпича. Чтобы привести цифры к этому, Википедия приводит коэффициент сопротивления Hummer H2 как 0,57, а Toyota Camry 2007 - 0,27. Таким образом, это более чем вдвое превышает коэффициент аэродинамического сопротивления, и это исключает большую площадь поперечного сечения на Humvees. И если бы у вас был наводчик, это было бы еще хуже!

Поэтому, если вы поместите двигатель Humvee в Camry, вы увидите значительное снижение расхода топлива по сравнению с оригинальным Humvee.

Извините за то, что я ответил на мой собственный вопрос, но ответ для меня теперь ясен, по крайней мере, для неэлектрических двигателей. Они имеют так много неиспользуемой мощности, потому что на холостых оборотах вы получаете только часть заявленной мощности. Для 2,4-литрового двигателя Camry на холостом ходу (1000 оборотов в минуту) он выдает только 30 л.с. и только до 140 л.с. при 5000 об / мин (около 30 миль в час на основе видео с тестовой панелью ускорения).

Дизельный двигатель V8 достигает своих полных 200 л.с. при 2500 об / мин, поэтому это объясняет, почему он не использует двигатель большего размера, как на бензиновых транспортных средствах, чтобы компенсировать низкий HP при низких оборотах.

Чтобы увидеть, сколько HP вам нужно, если ваш двигатель имел идеально ровную кривую мощности, я посмотрел тест на ускорение для Toyota Camry LE 2.4L 2008 года, 158 л.с. , который развивает скорость от 0 до 60 миль в час за 8,5 с. Для идеального двигателя с постоянной мощностью скорость = sqrt (2 * мощность * время / масса), поэтому для достижения такого же ускорения вам потребуется только двигатель мощностью 86 л.с.

Но теперь это поднимает новый вопрос. Если у электродвигателей такой хороший диапазон мощности, то опять же, почему так много HP? Кроме того, почему крутящий момент остается равным 0 об / мин, а не стремится к бесконечности, как на идеальном двигателе. Это как-то связано с насыщением магнитов?

Вот графики крутящего момента и оборотов для

1. 2.4L Camry 2009

2. V8 6.5L дизель (Hummer H1)

3. Тяговый двигатель Tesla Model S (находится где-то на cleantechnica.com)

Обновление: Как указывал DucatiKiller, я не учитывал вес или размер двигателя, что может объяснить, почему некоторые типы двигателей имеют такую ​​высокую мощность, если фиксированная стоимость двигателя по весу / размеру (например, бензин 1/2 л.с.) модель двигателя самолета) невелика, или предельные затраты на увеличение HP малы, тогда создание сверхмощного двигателя не требует больших затрат.

Вот оценки отношения мощности к весу различных двигателей:

1. 2.4L Camry 2009

   158 л.с. / 121 кг = 1,3 л. С. / Кг

2. Детройт Дизель 6.5л дизель

   200 л.с. / 750 фунтов = 0,59 л.с. / кг

3. Тесла Модель S тяговый двигатель

   400 л.с. / 70 фунтов = 12 л.с. / кг

   с батареями, иначе не будет честно

   400 л. С. / (70 фунтов + 540 кг) = 0,70 л. С. / Кг