ทำไมเครื่องยนต์ถึงมีแรงม้าที่ไม่ได้ใช้มาก?

ฉันได้ดูอัตรากำลังของเครื่องยนต์ที่ใช้ใน Humvee (5500 ปอนด์) และรู้สึกประหลาดใจที่มีเพียง 190 แรงม้าซึ่งเกินกว่ารถซีดาน 4 ประตู

ดังนั้นคำถามที่ชัดเจนคือทำไม Camry SE ของฉันไม่ (3300 ปอนด์) เผาไหม้ก๊าซมากกว่า Humvee และฉันคิดว่าเป็นเพราะในระหว่างการใช้งานปกติไม่ใช้ที่ใดก็ได้ใกล้ 250 HP

มีคนในฟอรัมฟิสิกส์สแต็คให้ฉันประเมินว่าใช้เวลาเพียง 35 HP สำหรับรถทั่วไปไป 50 ไมล์ต่อชั่วโมงบนทางหลวง

ดังนั้นฉันมี 2 คำถาม:

1. บางคนสามารถคาดเดาได้ว่ากราฟแรงบิดเทียบกับ RPM ของเครื่องยนต์ซีดานและเครื่องยนต์ Humvee มีลักษณะอย่างไรและจุดปฏิบัติการทั่วไปคืออะไร? ดูเหมือนว่าเครื่องยนต์ Humvee จะทำงานใกล้เคียงกับกำลังสูงสุดของมันในขณะที่หมุนช้าลง แต่มีแรงบิดที่สูงกว่ามาก

2. หากไม่เคยใช้พลังสูงสุดสำหรับรถยนต์โดยสารทำไมพวกเขาถึงไม่ใช้เครื่องยนต์ขนาดเล็กกว่าและประหยัดเงิน

ปัญหารูทของที่นี่คือคุณกำลังพูดคุยกันหลายคำ ดูวิกิพีเดียสำหรับการคำนวณแรงม้าจากแรงบิด (เอกภาพ) และรอบต่อนาที (f ในสมการนี้):

หากคุณสันนิษฐานว่าเป็นโค้งแรงบิดแบบแบนคุณจะเห็นว่าแรงม้าสูงสุดจะเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องด้วย RPM ในความเป็นจริงหากคุณต้องการเพิ่มแรงม้าทางการตลาดสำหรับยานพาหนะใหม่คุณเพียงแค่ต้องเพิ่มตัว จำกัด รอบหมุนและรักษาแรงบิดจากการลดลงเร็วกว่าหนึ่งปอนด์ / รอบ / นาที ไม่เพียงแค่นั้นคุณยังสามารถเห็นว่าค่าสเกลาร์สำหรับกำลังและแรงบิด (เช่นไม่มีหน่วย) จะเท่ากับ 5252 rpms

1. ใครบางคนสามารถคาดเดาได้ว่ากราฟแรงบิดเทียบกับ RPM ของเครื่องยนต์ซีดานและเครื่องยนต์ Humvee มีลักษณะอย่างไรและจุดปฏิบัติการทั่วไปคืออะไร? ดูเหมือนว่าเครื่องยนต์ Humvee จะทำงานใกล้เคียงกับกำลังสูงสุดของมันในขณะที่หมุนช้าลง แต่มีแรงบิดที่สูงกว่ามาก

ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ดีเซลในHMMWVมีแรงบิดสูงสุดที่ rpms ต่ำ แต่แรงบิดลดลงอย่างรวดเร็วส่งผลให้แรงม้าสูงสุดที่ rpms ต่ำกว่า Camry (190 hp @ 3,400 rpm / 380 lbf · ft @ 1,700 rpm อ้างถึง บนหน้า Wikipedia) โดยปกติแล้วCamry ที่มีแรงโน้มถ่วงจะมีเส้นโค้งแรงบิดที่ราบเรียบมากและมีค่าแรงบิดสูงสุดใกล้กับ 4,400 รอบต่อนาทีและกำลังสูงสุดที่ 6200 รอบต่อนาที (สมมุติว่าเรากำลังพูดถึง Camry SE ล่าสุดกับเครื่องยนต์ 2GR-FE)

ถ้าคุณกลับไปที่สมการดั้งเดิมนั่นหมายความว่าอนุพันธ์อันดับแรกของเส้นโค้งแรงบิดของคัมรี่คือศูนย์ที่ 4,400 รอบต่อนาทีและลบหนึ่งครั้งที่ 6200 รอบต่อนาที (โดยที่อัตราการลดลงของแรงบิดในที่สุด

2. ถ้าพลังสูงสุดไม่เคยถูกใช้สำหรับรถยนต์โดยสารทำไมพวกเขาถึงไม่ใช้เครื่องยนต์ขนาดเล็กกว่าและประหยัดเงิน

พวกเขาทำ. คุณไม่ได้ซื้อมัน

การออกแบบเครื่องยนต์และยานยนต์พลเรือนนั้นขับเคลื่อนโดยจุดการตลาดบางอย่าง ในกรณีนี้ Camry มีแรงบิดและกำลังโค้งที่กว้างดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนบ่อยๆ (มากกว่าสองกะถึง 60 ไมล์ต่อชั่วโมงมีผลต่อหมายเลขการตลาดที่สำคัญ 0-60) การขนส่งทางทหารมีพารามิเตอร์ภารกิจที่แตกต่างกันอย่างสิ้นเชิงรวมถึงปัจจัยต่าง ๆ เช่นความง่ายในการบำรุงรักษาระบบอาวุธไม่ระเบิดขึ้นเรื่อย ๆ

หากเศรษฐกิจเป็นปัจจัยสำคัญของคุณคุณสามารถเลือกเครื่องมือที่มีขนาดเล็กลง ผู้ผลิตทุกรายกำลังเสนอการกำจัดและเทคโนโลยีเครื่องยนต์ที่หลากหลายในขณะนี้ ปัจจุบัน Camry SE มีขนาดเล็กสี่กระบอกแบบอินไลน์ไฮบริดสี่สูบและ V6 ที่ใหญ่กว่า

ไม่ว่ามันจะเป็นไปไม่ได้สำหรับเครื่องยนต์ที่ใช้น้ำมันเบนซินในการเอาชนะไมล์ต่อแกลลอนของเทอร์โบดีเซล

คำถามของคุณมีประเด็นที่ไม่เชื่อมโยงอยู่สองสามข้อ:

• ดังที่ jmosrt253 กล่าวว่าเครื่องยนต์ Humvee เป็นเครื่องยนต์ดีเซลขนาดใหญ่ - ซึ่งหมายความว่าแรงบิดของมันลดลงในช่วงความเร็วรอบ
• เครื่องยนต์ของฮัมวีเช่นเดียวกับเครื่องยนต์ดีเซลขนาดใหญ่ไม่ได้รับการปรับจูนอย่างมาก พวกเขาถูกสร้างขึ้นให้มีความแข็งแกร่งและอยู่รอดในสภาวะที่รุนแรง
• จนถึงจุดหนึ่งแรงม้าไม่เกี่ยวข้องกับความเร็ว มันเป็นที่เกี่ยวข้องสำหรับการเร่งความเร็ว รถทุกคันในทุกวันนี้สามารถทำความเร็วได้ 50 ไมล์ต่อชั่วโมง แต่คุณต้องการให้รถอยู่ใน 3 วินาทีหรือ 12 วินาที (เนื่องจากความเร็วสูงขึ้นคุณจำเป็นต้องใช้แรงม้าเพื่อชดเชยการลากซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมรถที่ทรงพลังที่สุดถึง 200 ไมล์ต่อชั่วโมง)
• พลังสูงสุดใช้สำหรับยานพาหนะโดยสารเมื่อคุณต้องการ แต่เมื่อคุณไม่ต้องการคุณจะก้าวเท้าออกจากคันเร่งและประหยัดเงินได้ทันทีด้วยการส่งเชื้อเพลิงให้เครื่องยนต์น้อยลง เครื่องยนต์ที่ทันสมัยบางรุ่นยังหยุดการจ่ายน้ำมันเชื้อเพลิงถึงครึ่งหนึ่งของกระบอกสูบเมื่อล่องเรือ

ไดรเวอร์ที่แท้จริงสำหรับขนาดเครื่องยนต์มักเป็นต้นทุนเชื้อเพลิงดังนั้นในสหรัฐอเมริกาที่เชื้อเพลิงราคาถูกการสิ้นเปลืองน้ำมันเชื้อเพลิงไม่ได้เป็นปัญหา - ด้วยเหตุนี้เครื่องยนต์ขนาดใหญ่และไม่มีประสิทธิภาพ เปรียบเทียบสิ่งนี้กับสหราชอาณาจักรยุโรปและญี่ปุ่นที่ซึ่งเชื้อเพลิงมีราคาแพงมากและคุณจะพบว่าผู้ผลิตเครื่องยนต์ขนาดเล็กที่ได้รับการปรับแต่งและมีประสิทธิภาพสูง

ฉันไม่พบกราฟพลังงาน / รอบต่อนาทีสำหรับ Humvee แต่มีหมายเลขใด ๆ ออนไลน์สำหรับรถยนต์ทั่วไป

ในการตอบคำถามของคุณ "ทำไม Camry ของฉันไม่เผาผลาญเชื้อเพลิงมากกว่า Humvee":

เครื่องยนต์คัมรี่เป็นเครื่องยนต์ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น - คุณได้แรงม้าที่สูงขึ้นจากเชื้อเพลิงที่น้อยลง

ทำไมเครื่องยนต์ถึงมีกำลังพิเศษ ถ้า 35HP ต้องการทำ 50 ไมล์ต่อชั่วโมงและนั่นคือทั้งหมดที่คุณมีมันจะใช้เวลานานมากในการเร่งความเร็วจนถึงจุดนั้น - อาจใช้เวลาหลายนาที

นอกจากนี้ผู้คนชอบพลังพิเศษเพื่อความเป็นสปอร์ตของรถ - เร่งความเร็วอย่างรวดเร็วเมื่อคุณต้องการและไม่ต้องกดคันเร่งลงมากเพื่อขึ้นไปบนเนินเขา ฯลฯ คุณจะพบว่า Camry จะใช้ความสำคัญอย่างมาก จำนวน HP ที่มี ฉันจะบอกว่าอย่างน้อย 50% ต่อครั้ง (เช่นการเร่งขึ้นเนินเขาด้วยรถยนต์เต็มคัน) และขึ้นอยู่กับผู้ขับขี่ว่าใกล้ 100% จะไม่เคยได้ยินมาก่อน (เช่นการแซง)

ทำไมคัมรี่ถึงมีประสิทธิภาพมากกว่า ผู้คนดูเหมือนจะหายไปหนึ่งในประเด็นสำคัญ - Humvee เป็นหนึ่งเมตริกตันหนัก (มากขึ้นแรงเสียดทานกลิ้ง) และมีอากาศพลศาสตร์ของอิฐ ในการใส่ตัวเลขลงไปWikipedia ได้อ้างอิงค่าสัมประสิทธิ์การลากของ Hummer H2 เท่ากับ 0.57 และ Toyota Camry 2007 ที่ 0.27 ดังนั้นมันจึงมีค่าสัมประสิทธิ์การลากมากกว่าสองเท่าและนั่นไม่รวมพื้นที่หน้าตัดขนาดใหญ่ของฮัมวี และถ้าคุณมีมือปืนขึ้นไปข้างบนมันจะยิ่งแย่ลงไปอีก!

ดังนั้นหากคุณวางเครื่องยนต์ Humvee ไว้ใน Camry คุณจะเห็นการสิ้นเปลืองน้ำมันเชื้อเพลิงลดลงอย่างมากเมื่อเทียบกับ Humvee ดั้งเดิม

ขอโทษสำหรับการตอบคำถามของตัวเอง แต่อย่างน้อยตอนนี้คำตอบก็ชัดเจนสำหรับฉันสำหรับมอเตอร์ที่ไม่ใช่ไฟฟ้า พวกมันมีพลังที่ไม่ได้ใช้มากเพราะด้วยความเร็วรอบเดินเบาคุณจะได้รับพลังงานเพียงเล็กน้อยในโฆษณา สำหรับเครื่องยนต์ Camry 2.4L ที่ไม่ได้ใช้งาน (1,000 รอบต่อนาที) จะทำให้ออก 30 HP เท่านั้นและจะได้รับถึง 140 HP ที่ 5,000 RPM (ประมาณ 30 ไมล์ต่อชั่วโมงตามวิดีโอแดชบอร์ดทดสอบการเร่งความเร็ว)

ดีเซล V8 มาถึง 200 HP เต็มในเวลาเพียง 2500 รอบต่อนาทีดังนั้นอธิบายว่าทำไมมันไม่ใช้เครื่องยนต์ที่มีขนาดใหญ่กว่าเช่นบนรถเบนซินเพื่อชดเชย HP ต่ำที่ RPM ต่ำ

เพื่อดูว่าคุณต้องการ HP มากแค่ไหนหากเครื่องยนต์ของคุณมีเส้นโค้งพลังงานที่ราบเรียบอย่างสมบูรณ์แบบฉันดูการทดสอบการเร่งความเร็วสำหรับToyota Camry LE 2.4L ปี 2008, 158 แรงม้าซึ่งได้รับจาก 0 ถึง 60 ไมล์ต่อชั่วโมงใน 8.5 วินาที สำหรับเครื่องยนต์พลังคงที่ที่สมบูรณ์แบบความเร็ว = sqrt (2 * กำลังไฟ * เวลา / มวล) ดังนั้นคุณจะต้องใช้เครื่องยนต์ 86 HP เพื่อให้ได้อัตราเร่งเท่ากัน

แต่ตอนนี้ทำให้เกิดคำถามใหม่ หากมอเตอร์ไฟฟ้ามีแถบพลังงานที่ดีเช่นนั้นทำไม HP ถึงมากขนาดนั้น นอกจากนี้ทำไมแรงบิดแบนประมาณ 0 RPM แทนที่จะไปไม่มีที่สิ้นสุดเหมือนกับเครื่องยนต์ที่สมบูรณ์แบบ มันเป็นเรื่องเกี่ยวกับแม่เหล็กที่อิ่มตัวหรือไม่?

นี่คือกราฟแรงบิดเทียบกับ RPM สำหรับ

1. 2.4L Camry 2009

2. V8 6.5L ดีเซล (Hummer H1)

3. มอเตอร์ฉุด Tesla รุ่น S (พบที่ใดที่หนึ่งใน cleantechnica.com)

อัปเดต: ตามที่ DucatiKiller ชี้ให้เห็นฉันไม่ได้คำนึงถึงน้ำหนักหรือขนาดของเครื่องยนต์ซึ่งอาจอธิบายได้ว่าทำไมเครื่องยนต์บางประเภทถึงมีกำลังเครื่องยนต์สูงเช่นนี้เนื่องจากหากค่าน้ำหนัก / ขนาดคงที่ของเครื่องยนต์ (เช่นน้ำมันเบนซิน 1/2 แรงม้า โมเดลเครื่องบินเครื่องยนต์) มีขนาดเล็กหรือค่าใช้จ่ายส่วนเพิ่มในการเพิ่ม HP นั้นมีขนาดเล็กจากนั้นไม่ต้องเสียค่าใช้จ่ายมากนักในการสร้างเครื่องยนต์ที่ทรงพลัง

นี่คือการประมาณอัตราส่วนกำลังต่อน้ำหนักของเครื่องยนต์ต่างๆ:

1. 2.4L Camry 2009

   158 HP / 121kg = 1.3 HP / kg

2. ดีทรอยต์ดีเซล 6.5 ลิตรดีเซล

   200 HP / 750 ปอนด์ = 0.59 HP / kg

3. มอเตอร์ฉุดเทสลารุ่น S

   400 HP / 70 ปอนด์ = 12 HP / kg

   ด้วยแบตเตอรี่มิฉะนั้นจะไม่ยุติธรรม:

   400 HP / (70 ปอนด์ + 540 กก.) = 0.70 HP / กิโลกรัม