Расход топлива при одинаковых оборотах разных двигателей

Пара вещей для размышления:

1. Вам нужна определенная мощность 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 аэродинамического сопротивления и поддерживать скорость¹.

   Тот факт, что двигатель может развивать пиковую мощность 100 л.с. или 300 л.с., значения не имеет.

2. Кто сказал, что менее мощные двигатели более эффективны?

   Они могут так показаться, но Рори прав ; предположение, что двигатели, производящие меньшую мощность, более эффективны, не всегда верно.

   Понять это нам помогает концепция удельного расхода топлива (BSFC), которая очень хорошо объясняется в этой статье Hot Rod .

   Проще говоря, BSFC — это просто инженерная формулировка того, сколько топлива потребляет двигатель на единицу энергии².

   Как показано на графике ниже, это число зависит от оборотов двигателя. Меньший BSFC означает лучшую экономию топлива.

   

Так как же более мощный автомобиль может потреблять меньше топлива на заданной скорости?

Так как каждый движок будет иметь свою подпись BSFC:

• Кривая BSFC двигателя большой мощности может быть ниже.

  Это будет особенно верно при сравнении двигателей, разработанных десятилетия назад, с современными чудесами, которые могут похвастаться такими вещами, как EFI, регулируемая синхронизация клапанов или принудительная индукция.

• Шестерня .

  Если кривые BSFC сопоставимы, передаточное число транспортного средства может означать, что число оборотов в минуту более мощного двигателя находится в более эффективной части кривой при заданной скорости.

  Классическим примером этого является повышающая передача, используемая в некоторых автомобилях для экономии топлива на высоких скоростях.

¹ - Справочник Bosch Automotive объясняет, как оценить это

² - Альтернативно, BSFC = расход топлива на единицу мощности

Ваша основная предпосылка на самом деле не соответствует действительности. Часто более мощный двигатель потребляет меньше топлива. Двигатели имеют разные технологические особенности, которые могут на это влиять.

Ссылка 100bhp или 300bhp обычно указывает на максимальную мощность, которую может производить двигатель. Поэтому, когда вы нажимаете педаль акселератора в пол, дроссельная заслонка широко открыта, 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. Я знаю, что моя 400-сильная машина потребляет меньше топлива, чем 80-сильная машина моей жены на скорости 90 миль в час. Но для разгона до такой скорости мне обычно требуется 6 секунд и расходуется огромное количество топлива, в то время как ей требуется 25 секунд, и, вероятно, расход не упадет ниже 30 миль на галлон. У моей машины по-прежнему будет еще пара передач и скорость на 100 миль в час больше, в то время как ее машина будет в этот момент на высшей передаче и близка к максимальной скорости.

Если я разгонюсь с той же скоростью, что и она, моя машина будет расходовать немного больше топлива, чем ее, так как мой 2,5-литровый двигатель на низких скоростях определенно потребляет больше топлива, чем ее 1,2-литровый двигатель — это основной фактор размера.

Это своего рода ответ на ваш вопрос, несмотря на вывод, противоположный вашей первоначальной предпосылке.

Двигатель мощностью 100 л.с. 1900 года выпуска, вероятно, потреблял бы намного 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 спрашивать, почему шайрской (большой) лошади нужно есть больше, чем маленькому пони, если у каждой из них только по одному маленькому ребенку.

Факторов много, и некоторые из них уже подробно рассмотрены выше.

Однако на типичном бензиновом двигателе требуемая мощность регулируется дроссельной заслонкой. Это перекрывает поток воздуха в двигатель, что приводит к потерям в насосе.

Если автомобилю требуется (скажем) 20 л.с. для постоянной скорости, то это составляет 20% доступной мощности автомобиля мощностью 100 л.с. и только ~ 7% мощности автомобиля мощностью 300 л.с. Следовательно, более мощный двигатель нуждается в большем дросселировании, что приводит к большим насосным потерям.

Все не так просто, т.к. топливная карта зависит от многих факторов, например от обогащения смеси при ускорении. Сколько будет сильно различаться в зависимости от конструктивных требований этого двигателя. 2 одинаковых двигателя могут обогатить смесь в разных точках диапазона дроссельной заслонки/оборотов.

Также есть проблемы с весом. В то время как вес очень мало влияет на тягу, необходимую для поддержания скорости (он влияет на сопротивление качению — эмпирическое правило гласит, что автомобилю потребуется 1% веса в фунтах как тяга в фунтах, чтобы продолжать движение) и, по сути, это не так. t изменяется со скоростью (в отличие от тяги, необходимой для преодоления аэродинамического сопротивления, которое сильно возрастает с увеличением 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 потребуется удвоить тягу, чтобы разогнаться с той же скоростью, не говоря уже о более быстром разгоне (и, в конце концов, если вы решите купить автомобиль мощностью 300 л. ).

Автомобили с большим двигателем часто физически больше, что может повлиять на аэродинамику (которую представляет собой лобовая площадь, умноженная на коэффициент аэродинамического сопротивления). Большая лобовая площадь увеличит сопротивление, но этому можно в некоторой степени противодействовать, если более крупный автомобиль будет длиннее, что даст больше возможностей для разработки более аэродинамической формы.

Я не эксперт в этой теме, но я постараюсь ответить в терминах непрофессионалов.

Во-первых, вся мощность в лошадиных силах — это количество энергии, вырабатываемой автомобилем при сжигании топлива. Есть много способов увеличить мощность лошади. Путем увеличения количества воздуха, поступающего в автомобиль, или увеличения количества сжигаемого топлива. Хорошо, теперь давайте попробуем увеличить мощность наших автомобилей и посмотрим, какой эффект это даст.

Начнем увеличивать мощность нашего автомобиля со 100 л.с.:

Теперь, чтобы увеличить мощность, мы можем просто получить лучшую систему воздушного потока. Двигатель вырабатывает мощность за счет сжигания топлива, чем лучше они сгорают, тем больше вырабатывается энергии. Чтобы топливо сгорало лучше, нам нужно больше кислорода, где мы его получаем, очевидно, увеличивая количество воздуха, поступающего в двигатель (хотя и не слишком много, нам не нужен нагреватель воздуха). Этот блог объясняет различные способы сделать это. Используя эти методы, вы можете увеличить мощность до 50 лошадиных сил. Теперь обратите внимание на то, что даже теперь вы увеличили мощность, это также приведет к повышению производительности и повышению эффективности использования топлива автомобилем.

Поэтому мы увеличили мощность наших автомобилей со 100 до 150, а также значительно улучшили производительность и топливную экономичность.

Хорошо, теперь давайте попробуем увеличить его до 300.

Теперь улучшение потока воздуха не поможет нам, так что мы делаем. Помните последний пункт : двигатель вырабатывает энергию за счет сжигания топлива . Итак, теперь, чтобы увеличить мощность, мы должны увеличить количество топлива, поступающего в двигатель. Больше означает больший взрыв, означает большую мощность.

Итак, почему он дает меньше пробега, чем 100-сильный. Ну, машины с 300 л.с. (там слишком много лошадей, будьте осторожны за рулем), как правило, рассчитаны на более высокую скорость. Как правило, эти автомобили имеют лучший пробег на более высокой скорости по сравнению с более низкой скоростью, потому что в поршне проходит больше топлива по сравнению с автомобилем мощностью 100 л.с., большая часть топлива не используется должным образом.

Это то же самое, что водить свой 100-сильный автомобиль на 2-й передаче, ну, вы полностью раскрываете потенциал своего автомобиля, независимо от того, насколько он аэродинамический, он будет потреблять больше топлива.

Надеюсь, поможет.

Это зависит от веса автомобиля, если это большой и тяжелый автомобиль, то, вопреки интуиции, больший двигатель будет расходовать больше миль на галлон, чем маленький, потому что ему не нужно будет набирать такие высокие обороты, чтобы просто двигаться, а затем на скорости он сможет поддерживать скорость с гораздо более низкими оборотами, чем двигатель меньшего размера.