ฉันสงสัยว่าทำไมรถสองคันวิ่งที่ 100 กม. / ชม. เช่น 100 แรงม้ากินน้ำมันน้อยกว่าเครื่องยนต์ 300 แรงม้า
แม้ว่าฉันจะใช้ไฟแช็กซุปเปอร์คาร์และแอโรไดนามิกมากขึ้นมันก็ยิ่งกินมากขึ้น
แต่ทางกายภาพมันต้องการพลังงานเดียวกันเพื่อขับอย่างต่อเนื่องที่ 100 กม. / ชม. ดังนั้นเครื่องยนต์ที่ทรงพลังมากขึ้นนั้นมีประสิทธิภาพน้อยกว่าหรือไม่?
คำตอบ:
สองสิ่งที่ต้องพิจารณา:
คุณต้องใช้พลังงานจำนวนหนึ่งที่ล้อเพื่อรักษาความเร็วไว้
การยืนยันนี้เกิดขึ้นในคำถามอย่างถูกต้อง
ที่ 100 กม. / ชม. รถซีดานทั่วไปจะต้องใช้ประมาณ 10 แรงม้าที่ระดับน้ำทะเลเพื่อเอาชนะกองกำลังเนื่องจากแรงต้านอากาศพลศาสตร์และรักษาความเร็ว¹
ความจริงที่ว่าเครื่องยนต์สามารถผลิตกำลังสูงสุด 100 แรงม้าหรือ 300 แรงม้านั้นไม่ได้เกิดขึ้น
ใครบอกว่าเครื่องยนต์ที่ทรงพลังน้อยกว่ามีประสิทธิภาพมากกว่า?
พวกเขาอาจจะดูเหมือนว่า แต่Rory เป็นสิทธิ ; การสันนิษฐานว่าเครื่องยนต์ที่ใช้พลังงานน้อยกว่านั้นมีประสิทธิภาพมากกว่านั้นไม่เป็นความจริงเสมอไป
แนวคิดของการบริโภคน้ำมันเชื้อเพลิงเบรกเฉพาะ (BSFC) จะช่วยให้เราเข้าใจในเรื่องนี้ซึ่งจะมีการอธิบายอย่างมากในเรื่องนี้บทความ Hot Rod
พูดง่ายๆคือ BSFC เป็นเพียงวิศวกรพูดถึงปริมาณเชื้อเพลิงที่เครื่องยนต์ใช้ต่อหน่วยพลังงาน²
เมื่อพล็อตด้านล่างแสดงตัวเลขนี้จะแตกต่างกันไปตามเครื่องยนต์ RPM BSFC ที่เล็กลงหมายถึงประหยัดเชื้อเพลิงได้ดีขึ้น
เนื่องจากแต่ละเครื่องยนต์จะมีลายเซ็นของ BSFC เป็นของตัวเอง:
เส้นโค้ง BSFC ของเครื่องยนต์กำลังแรงสูงอาจต่ำกว่า
สิ่งนี้จะเป็นจริงโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อเปรียบเทียบเครื่องยนต์ที่ได้รับการออกแบบเมื่อหลายสิบปีที่แล้วกับสิ่งมหัศจรรย์ในยุคปัจจุบันที่พูดถึงสิ่งต่าง ๆ เช่น EFI จังหวะแปรผันของวาล์ว
การใส่เกียร์
ถ้าเส้นโค้ง BSFC นั้นเปรียบเทียบได้การใส่เกียร์ของยานพาหนะอาจหมายถึง RPM ของเครื่องยนต์ที่ทรงพลังยิ่งกว่านั้นอยู่ในส่วนที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นของเส้นโค้งที่ความเร็วที่กำหนด
ตัวอย่างคลาสสิกของเรื่องนี้คือเกียร์ "พิกัด" ที่พบในรถบางคันเพื่อช่วยปรับปรุงการประหยัดเชื้อเพลิงที่ความเร็วทางหลวง
¹ - คู่มือยานยนต์ Boschอธิบายวิธีการประเมินสิ่งนี้
² - อีกทางเลือกหนึ่ง BSFC = อัตราการไหลของเชื้อเพลิงต่อหน่วยพลังงาน
เครื่องยนต์ 100hp จาก 1900 (ปี) อาจใช้เชื้อเพลิงมากกว่าเครื่องยนต์ 300hp ที่ทันสมัยดังนั้นมากขึ้นอยู่กับการออกแบบของเครื่องยนต์
เปรียบเทียบเครื่องยนต์ที่ทันสมัยคุณกำลังเปรียบเทียบสองเครื่องยนต์ที่ออกแบบมาสำหรับสิ่งที่แตกต่างกัน มันเหมือนกับการถามว่าทำไมม้าไชร์ (ใหญ่) จำเป็นต้องกินมากกว่าม้าตัวเล็กเมื่อพวกเขาอุ้มเด็กเล็กเพียงคนละตัว
หลักฐานพื้นฐานของคุณไม่เป็นความจริง บ่อยครั้งที่มอเตอร์ที่ทรงพลังกว่าจะสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงน้อยลง เอ็นจิ้นมีคุณสมบัติทางเทคโนโลยีที่แตกต่างซึ่งอาจส่งผลกระทบต่อสิ่งนี้
โดยปกติแล้วการอ้างอิง 100bhp หรือ 300bhp จะระบุกำลังสูงสุดที่เครื่องยนต์สามารถผลิตได้ ดังนั้นเมื่อคุณดันคันเร่งไปกองกับพื้นคันเร่งจะเปิดกว้างและคุณกำลังผลิตพลังงานจำนวนมาก
ที่ 100kmh เครื่องยนต์ที่ใช้กำลังสูงอาจทำงานอย่างนุ่มนวลในขณะที่เครื่องยนต์ 100bhp อาจกำลังดิ้นรนอยู่ใกล้จุดสูงสุด ฉันรู้ว่ารถ 400bhp ของฉันใช้เชื้อเพลิงน้อยกว่ารถ 80bhp ของภรรยาที่ 90 ไมล์ต่อชั่วโมง แต่ในการเร่งความเร็วนั้นโดยทั่วไปฉันจะใช้เวลา 6 วินาทีและกินเชื้อเพลิงจำนวนมากในขณะที่เธอใช้เวลา 25 วินาทีและอาจไม่ลดลงต่ำกว่า 30 mpg รถของฉันจะยังคงมีเกียร์เพิ่มขึ้นอีกสองสามเท่าและเพิ่มขึ้นอีก 100 ไมล์ต่อชั่วโมงในขณะที่เธอจะอยู่ในเกียร์ที่จุดสูงสุดและใกล้ความเร็วสูงสุด
ถ้าฉันเร่งที่ความเร็วเดียวกับเธอรถของฉันจะใช้เชื้อเพลิงมากกว่าเธอเล็กน้อยเนื่องจากเครื่องยนต์ 2.5l ที่ความเร็วต่ำใช้เชื้อเพลิงแน่นอนกว่าเครื่องยนต์ 1.2l ของเธอ - นั่นเป็นปัจจัยพื้นฐานของขนาด
คำตอบประเภทนี้ตอบคำถามของคุณแม้จะมีข้อสรุปตรงข้ามกับหลักฐานดั้งเดิมของคุณ
มีหลายปัจจัยและบางคนก็ครอบคลุมไปแล้ว
อย่างไรก็ตามในเครื่องยนต์เบนซินทั่วไปปริมาณพลังงานที่ต้องการจะถูกควบคุมโดยเค้น สิ่งนี้บีบการไหลของอากาศเข้าสู่เครื่องยนต์และทำให้ปั๊มสูญเสีย
หากรถต้องการ 20hp สำหรับความเร็วคงที่นั่นคือ 20% ของพลังงานที่มีอยู่ของรถ 100hp ในขณะที่เพียงพลังของรถ 300hp ประมาณ 7% ดังนั้นเครื่องยนต์ที่ทรงพลังยิ่งต้องการการควบคุมปริมาณมากขึ้นด้วยปั๊มสูญเสียที่มากขึ้น
สิ่งต่าง ๆ นั้นไม่ง่ายนักเนื่องจากการทำแผนที่เชื้อเพลิงจะแตกต่างกันไปตามปัจจัยหลายประการเช่นส่วนผสมที่เติมเต็มเมื่อเร่ง จะแตกต่างกันมากเท่าใดขึ้นอยู่กับข้อกำหนดการออกแบบของเครื่องยนต์นั้น 2 เครื่องยนต์ที่คล้ายกันอาจเพิ่มส่วนผสมที่จุดต่าง ๆ ในช่วงเค้น / รอบ
นอกจากนี้ยังมีปัญหาเรื่องน้ำหนัก ในขณะที่น้ำหนักมีผลต่อแรงขับน้อยมากที่ต้องการรักษาความเร็ว (มันมีผลต่อการต้านทานการหมุน - กฎง่ายๆคือรถจะต้องใช้น้ำหนัก 1% ของน้ำหนักเป็นปอนด์เป็นปอนด์ของแรงขับเพื่อให้หมุน) และโดยพื้นฐานแล้วมันไม่ได้ ไม่เปลี่ยนแปลงด้วยความเร็ว (ไม่เหมือนแรงขับที่ต้องใช้เพื่อเอาชนะแรงต้านอากาศพลศาสตร์ซึ่งเพิ่มขึ้นอย่างมากเมื่อความเร็วเพิ่มขึ้น) ดังนั้นที่ความเร็วคงที่จึงไม่มีความสำคัญอย่างยิ่ง อย่างไรก็ตามมันสร้างความแตกต่างอย่างมากกับแรงขับที่จำเป็นในการเร่งความเร็วในอัตราที่เหมาะสม เพิ่มน้ำหนักเป็นสองเท่าและคุณต้องการแรงขับเพิ่มเป็นสองเท่าเพื่อเร่งความเร็วในอัตราเดียวกันให้เร่งความเร็วได้เร็วขึ้น (และถ้าคุณเลือกที่จะซื้อรถ 300 แรงม้าแทนที่จะเป็นรถ 100 แรงม้าคุณอาจต้องการเร่งเร็วขึ้น )
รถยนต์ที่มีขนาดใหญ่กว่ามักจะมีขนาดใหญ่กว่าทางกายภาพซึ่งอาจส่งผลกระทบต่ออากาศพลศาสตร์ (ซึ่งเป็นพื้นที่ด้านหน้าและปัจจัยลาก) พื้นที่ด้านหน้าที่ใหญ่กว่าจะเพิ่มแรงลาก แต่นี่อาจจะถูกโต้กลับได้ถ้ารถขนาดใหญ่นั้นมีขนาดยาวขึ้นให้ขอบเขตมากขึ้นในการออกแบบรูปทรงแอโรไดนามิกมากขึ้น
ฉันไม่ใช่ผู้เชี่ยวชาญในหัวข้อนี้ แต่ฉันจะพยายามตอบคำถามในระยะสั้น
ก่อนอื่นพลังม้าทั้งหมดคือปริมาณพลังงานที่ผลิตโดยรถยนต์เมื่อเชื้อเพลิงถูกเผา มีหลายวิธีในการเพิ่มพลังม้า โดยการเพิ่มปริมาณของอากาศที่ไหลเข้าสู่ยานพาหนะหรือโดยการเพิ่มปริมาณเชื้อเพลิงที่มันกำลังเผาไหม้ ตกลงตอนนี้ให้เราพยายามเพิ่มพลังม้าของรถของเราและให้ดูว่ามันมีผลกระทบอะไร
ให้เริ่มหมุนแรงม้าของรถเราจาก 100 แรงม้า:
ตอนนี้เพื่อเพิ่มแรงม้าเราอาจได้รับระบบการไหลของอากาศที่ดีขึ้น เครื่องยนต์ผลิตพลังงานโดยการเผาไหม้เชื้อเพลิงที่ดีกว่าพวกเขาเผาไหม้พลังงานที่สร้างขึ้น เพื่อให้น้ำมันเชื้อเพลิงเผาไหม้ได้ดีขึ้นเราต้องการออกซิเจนมากขึ้นเราได้รับมาหรือเปล่าว่ามีการเพิ่มปริมาณของอากาศที่ไหลเวียนในเครื่องยนต์ (ไม่มากเกินไปเราไม่ต้องการเครื่องทำอากาศร้อน) บล็อกนี้อธิบายวิธีการต่างๆ ด้วยวิธีการเหล่านี้คุณสามารถเพิ่มแรงม้าได้สูงสุด 50 แรงม้า ตอนนี้มีสิ่งหนึ่งที่จะสังเกตเห็นว่าแม้ตอนนี้คุณมีแรงม้าเพิ่มขึ้นก็จะส่งผลให้มีสมรรถนะและประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงที่ดีขึ้นของรถยนต์
ดังนั้นเราจึงเพิ่มกำลังรถยนต์ของเราจาก 100 เป็น 150 และนั่นยังมีประสิทธิภาพที่ดีขึ้นและประหยัดเชื้อเพลิงมากขึ้น
ตกลงตอนนี้ให้ลองเพิ่มขึ้นเป็น 300
ตอนนี้การไหลของอากาศที่ดีขึ้นจะไม่ช่วยอะไรเรามากนัก โปรดจำไว้ว่าจุดสุดท้ายของเครื่องมือสร้างพลังงานจากการเผาไหม้เชื้อเพลิง ดังนั้นตอนนี้เพื่อเพิ่มพลังงานเราต้องเพิ่มปริมาณเชื้อเพลิงที่ไปในเครื่องยนต์ มากกว่าหมายถึงการระเบิดที่ใหญ่กว่าหมายถึงพลังที่มากขึ้น
โอเคทำไมมันให้ระยะทางน้อยกว่า 100 แรงม้า รถที่มี 300 แรงม้า (เป็นม้ามากเกินไประวังในขณะขับขี่) โดยทั่วไปแล้วจะได้รับการออกแบบให้มีความเร็วสูงกว่า โดยทั่วไปรถยนต์เหล่านี้ให้ระยะทางที่ดีกว่าด้วยความเร็วที่สูงกว่าเมื่อเทียบกับความเร็วที่ต่ำกว่าทำให้น้ำมันเชื้อเพลิงมีการทำงานในลูกสูบมากกว่าเมื่อเทียบกับรถยนต์ 100hp ส่วนใหญ่เชื้อเพลิงไม่ได้ใช้อย่างถูกต้อง
มันเหมือนกับการขับรถ 100 แรงม้าของคุณในเกียร์ 2end และคุณกำลังสูงสุดศักยภาพของยานพาหนะของคุณไม่ว่าอากาศพลศาสตร์จะเป็นอย่างไรมันก็จะสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงมากขึ้น
หวังว่ามันจะช่วย
มันขึ้นอยู่กับน้ำหนักของยานพาหนะถ้าเป็นรถที่มีขนาดใหญ่และหนักการตอบโต้ของเครื่องยนต์ที่ใหญ่กว่านั้นจะได้รับ mpg ที่ดีกว่าตัวเล็ก ๆ เพราะมันไม่จำเป็นต้องหมุนรอบตัวเองให้สูงเพื่อที่จะเคลื่อนที่ รักษาความเร็วด้วยรอบต่อนาทีที่ต่ำกว่าเครื่องยนต์ขนาดเล็กกว่ามาก