perché i motori hanno così tanta potenza inutilizzata?


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Ho esaminato la potenza nominale di un motore utilizzato in una Humvee (5500 libbre) e sono rimasto sorpreso dal fatto che fosse solo ~ 190 CV, che è stata superata da molte berline a 4 porte.

Quindi una domanda ovvia è perché il mio Camry SE (3300 lbs) non brucia più gas di un Humvee e penso che sia solo perché durante un uso regolare, non utilizza da nessuna parte vicino a 250 HP.

Qualcuno sui forum dello stack di fisica mi ha dato una stima che bastano ~ 35 CV per un'auto media per percorrere 50 mph in autostrada.

Quindi ho 2 domande:

  1. Qualcuno può ipotizzare quali sono i grafici della coppia vs RPM di un motore berlina e un motore Humvee e quali sono i punti operativi tipici? Sembra che il motore Humvee funzionerebbe molto più vicino alla sua potenza di picco mentre gira più lentamente, ma a una coppia molto più alta?

  2. Se la potenza di picco non viene mai utilizzata per i veicoli passeggeri, perché non usano un motore più piccolo e risparmiano?


Non sono sicuro di come questo fattore, ma Humvees sono di solito motori diesel, che credo abbiano una coppia più elevata e sono più efficienti. Ne ho guidato uno quando ero nell'esercito. Erano molto robusti.
jmort253,

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In tutta onestà, questo è un classico caso di paragone tra mele e bombe a mano. Immaginate pitting un Camry contro i requisiti di missione di un HMMVW e poi confrontando l'efficienza del carburante. Sono abbastanza sicuro di poter penetrare sul lato di una Camry con una pistola BB o una puntina da disegno.
Bob Cross

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A parte questo, ci sono veicoli che hanno una capacità quasi del 100% per la maggior parte del tempo. Gli aeromobili con motore a pistoni, ad esempio, viaggiano con solo una piccola quantità di potenza di riserva. Allo stesso modo, molti diesel funzionanti, come su autobus, locomotive e navi oceaniche, sono dimensionati per essere grandi solo quanto devono essere, perché a nessuno importa se accelerano lentamente.
AshleyZ,

Risposte:


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Il problema alla radice qui è che stai combinando diversi termini. Vedi Wikipedia per un calcolo della potenza dalla coppia (tau) e rpm (f in questa equazione):

Potenza è il tempo di coppia in giri / min diviso per 5252 (in unità imperiali)

Se hai assunto una curva di coppia piatta, puoi vedere che la potenza di picco continuerebbe ad aumentare con RPM. Infatti, se si desidera aumentare la potenza di marketing di un nuovo veicolo, è sufficiente aumentare il limitatore di giri e impedire che la coppia diminuisca più rapidamente di un chilo di piede / rpm. Non solo, puoi anche vedere che i valori scalari per potenza e coppia (cioè senza le loro unità) saranno sempre uguali a 5252 giri / min.

1.Qualcuno può speculare sull'aspetto dei grafici di coppia vs RPM di un motore berlina e un motore Humvee e quali sono i punti operativi tipici? Sembra che il motore Humvee funzionerebbe molto più vicino alla sua potenza di picco mentre gira più lentamente, ma a una coppia molto più alta?

Come notato in precedenza, il diesel nell'HMMWV ha un'elevata coppia di picco a bassi regimi, ma la coppia si abbassa rapidamente, determinando una potenza di picco a bassi regimi rispetto alla Camry (190 CV a 3.400 giri / min / 380 lbf · ft a 1.700 giri / min citati sulla pagina di Wikipedia). Il Camry normalmente aspirato ha una curva di coppia molto più piatta con un picco di coppia più vicino a 4700 rpm e un picco di potenza a 6200 rpm (facendo alcune ipotesi che stiamo discutendo di una Camry SE abbastanza recente con il motore 2GR-FE).

Se si ritorna all'equazione originale, ciò significa che la prima derivata della curva di coppia di Camry è zero a 4700 giri / min e uno negativo a 6200 giri / min (dove il tasso di diminuzione della coppia alla fine supera finalmente l'aumento lineare di giri / min).

2.Se la potenza di picco non viene mai utilizzata per i veicoli passeggeri, perché non usano un motore più piccolo e risparmiano?

Loro fanno. Non l'hai appena comprato.

Il motore civile e il design automobilistico sono guidati da alcuni punti di marketing. In questo caso, Camry ha un'ampia coppia e curve di potenza, quindi non è necessario spostarsi frequentemente (più di due turni a 60 mph influenzano quel numero di marketing 0-60 critico). I trasporti militari hanno parametri di missione completamente diversi tra cui fattori quali facilità di manutenzione, sistemi d'arma, non essere fatti saltare in aria e così via.

Se l'economia è il tuo fattore chiave, puoi scegliere un motore più piccolo. Ogni produttore offre ora una varietà di cilindrate e tecnologie del motore. L'attuale Camry SE offre un quattro cilindri in linea più piccolo, un ibrido a quattro cilindri e un V6 più grande.

Indipendentemente da ciò, è quasi impossibile per un motore a benzina battere le miglia per gallone di un turbo diesel.


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La tua domanda contiene alcuni punti non collegati:

  • come ha detto jmosrt253, un motore Humvee è un grande motore diesel, il che significa che la sua coppia è bassa nella gamma dei regimi
  • I motori Humvee, come molti diesel di grandi dimensioni, non sono altamente sintonizzati. Sono costruiti per essere robusti e sopravvivere in condizioni estreme
  • fino a un certo punto, la potenza è irrilevante per le velocità. Si è rilevante per l'accelerazione. Praticamente tutte le auto in questi giorni possono fare 50 miglia all'ora, ma vuoi che l'auto sia in grado di arrivarci in 3 secondi o 12 secondi. (Man mano che le velocità aumentano, per compensare la resistenza è necessaria la potenza, motivo per cui solo le auto più potenti raggiungono i 200 mph)
  • la potenza di picco viene utilizzata per i veicoli passeggeri quando ne hai bisogno, ma quando non ne hai bisogno, togli il piede dall'acceleratore e risparmi istantaneamente denaro inviando meno carburante al motore. Alcuni motori moderni smettono anche di fornire carburante a metà dei cilindri durante la crociera

Il vero motore per le dimensioni del motore è sempre stato il costo del carburante, quindi negli Stati Uniti, dove il carburante è economico, il consumo di carburante non è stato un problema, quindi motori grandi e inefficienti. Confronta questo con il Regno Unito, l'Europa e il Giappone, dove il carburante è molto costoso e trovi i produttori che producono motori altamente sintonizzati, altamente efficienti e di piccole dimensioni.

Non sono riuscito a trovare un grafico di potenza / rpm per Humvee, ma ci sono numeri online per le auto normali.

Per rispondere alla tua domanda "Perché il mio Camry non brucia più carburante di un Humvee":

Il motore Camry è un motore molto più efficiente: stai ottenendo una potenza molto maggiore da molto meno carburante.


Ad esempio, la mia auto ha un piccolo motore giapponese da 2,5 litri, ma è altamente sintonizzato e arriva a quasi 400 CV, il che si traduce in un tempo di accelerazione a 60 chilometri all'ora di 4,2 secondi. Ma la velocità massima è inferiore a 200 chilometri all'ora perché non è un'auto aerodinamica - ha la forma di un mattone.
Rory Alsop,

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Perché avere una potenza extra del motore? Bene, se è necessario 35HP per fare 50 MPH e questo è tutto ciò che hai, ci vorrà molto tempo per accelerare fino a quel punto - forse diversi minuti.

Inoltre, alla gente piace la potenza extra per la sportività dell'auto: una rapida accelerazione quando lo si desidera e non è necessario premere l'acceleratore verso il basso per andare su per le colline ecc. Scoprirai che Camry utilizzerà effettivamente un valore molto significativo quantità di HP disponibili. Direi che almeno il 50% a volte (ad es. Accelerare su una collina con una macchina piena) e, a seconda del conducente, avvicinarsi al 100% non è inaudito (ad esempio sorpasso).

Perché Camry è più efficiente? Sembra che alla gente manchi uno dei punti chiave: Humvee è una tonnellata più pesante (molto più attrito volvente) e ha l'aerodinamica di un mattone. Per mettere i numeri, Wikipedia cita il coefficiente di resistenza di un Hummer H2 come 0,57 e una Toyota Camry 2007 a 0,27. Quindi è più del doppio del coefficiente di resistenza, e questo esclude l'area della sezione trasversale più grande su Humvees. E se hai un artigliere in alto, sarebbe anche peggio!

Quindi, se si inserisce il motore Humvee nella Camry, si vedrebbe un notevole calo del consumo di carburante rispetto all'originale Humvee.


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Mi scusi per aver risposto alla mia domanda, ma la risposta mi è così chiara ora almeno per i motori non elettrici. Hanno così tanta potenza inutilizzata perché a regime minimo, ottieni solo una frazione della potenza pubblicizzata. Per il motore 2.4L Camry al minimo (1000 RPM), emette solo 30 HP e arriva a 140 HP a 5000 RPM (circa 30 MPH in base ai video del dashboard del test di accelerazione).

Il diesel V8 raggiunge i suoi 200 CV a soli 2500 RPM, il che spiega perché non utilizza un motore sovradimensionato come sui veicoli a benzina per compensare i bassi HP a bassi regimi.

Per vedere di quanti HP hai bisogno se il tuo motore aveva una curva di potenza perfettamente piatta, ho esaminato un test di accelerazione per una Toyota Camry LE 2.4L del 2008, 158 CV , che passa da 0 a 60 mph in 8,5 secondi. Per un perfetto motore a potenza costante, velocità = sqrt (2 * potenza * tempo / massa), quindi per ottenere la stessa accelerazione sarebbe necessario solo un motore da 86 CV.

Ma ora questo solleva una nuova domanda. Se i motori elettrici hanno una banda di potenza così buona, quindi di nuovo, perché così tanti HP? Inoltre, perché la coppia è piatta intorno a 0 RPM invece di andare all'infinito come su un motore perfetto. Ha a che fare con la saturazione dei magneti?

Ecco i grafici di coppia vs RPM per

  1. 2.4L Camry 2009

2.4L Camry 2009

  1. V8 6.5L diesel (Hummer H1)

inserisci qui la descrizione dell'immagine

  1. Motore di trazione Tesla Model S (trovato da qualche parte su cleantechnica.com)

inserisci qui la descrizione dell'immagine

Aggiornamento: Come ha sottolineato DucatiKiller, non ho considerato il peso o le dimensioni del motore, il che potrebbe spiegare perché alcuni tipi di motori hanno una potenza del cavallo così elevata poiché se il costo / peso fissi di un motore (ad esempio una benzina da 1/2 HP modello di motore di un aereo) è piccolo o il costo marginale per aumentare i PS è piccolo, quindi non costa molto di più per realizzare un motore sopraffatto.

Ecco le stime del rapporto peso / potenza dei vari motori:

  1. 2.4L Camry 2009

    158 CV / 121 kg = 1,3 CV / kg

  2. Detroit Diesel 6.5L diesel

    200 CV / 750 libbre = 0,59 CV / kg

  3. Motore di trazione Tesla Model S.

    400 CV / 70 libbre = 12 CV / kg

    con le batterie altrimenti non sarebbe giusto:

    400 CV / (70 libbre + 540 kg) = 0,70 CV / kg


@DucatiKiller Il titolo di questo post è piuttosto generale e benzina vs diesel era solo un esempio, quindi non vedo perché menzionare l'elettricità sia un grosso problema. Apparentemente o non ti piace il mio denigrare i motori a benzina o il mio approccio allibratore. Non c'è bisogno di attaccarmi personalmente. Ho aggiornato la mia risposta con le considerazioni sul peso.
Yale Zhang,

Chiedo scusa. Il mio intento non era un attacco e ricordo di averlo scritto e di non aver sentito che ti stavo attaccando. Dopo aver riletto il mio commento, vedo come potresti sentirti in quel modo. Ancora una volta, mi scuso per averti fatto sentire sgradito, attaccato o a disagio. Eliminerò i miei commenti precedenti. Mi piacciono molto i tuoi post, sei chiaramente intelligente e esperto nell'argomento a cui rispondi. Ancora una volta, mi scuso per i cattivi riempimenti che potrei aver creato. Il meglio per te e buon anno!
DucatiKiller il
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