假设一辆时速为60 mph的汽车需要大约20 hp才能保持其速度（即，克服滚动阻力和阻力）。

如果这辆车可产生240 hp的功率并达到34 mpg（不是太不切实际），那么如果引擎仅以0.05的效率运转，它将如何达到34 mpg？我知道，由于卡诺先生，现代汽车的效率极限应该接近25-30％：

从这里的图表。

我觉得齿轮传动是答案的一部分，但我很难理解齿轮传动如何使发动机产生20 hp的功率，而效率显然要比图表中所示的低发动机负载高。

也许我没有得到确切的引擎负荷指的是什么？

热力学效率与燃油经济性

当您提到内燃能量的效率为25％至30％时，就是在说发动机的热力学效率。从理论上讲，这是基于温差的。它与燃料没有直接关系。

当您提到每加仑 34 英里的燃油经济性时，您正在谈论的东西很大程度上取决于其他因素，例如，燃料的能量密度。一加仑汽油中有多少可提取的能量？一加仑的反物质怎么样？一加仑的巧克力牛奶？

许多发动机可以接受具有不同能量密度的不同燃料或燃料混合物，而其热力学效率却没有显着变化。例如，乙醇与汽油混合，但能量密度比汽油低约30％。一加仑不等于另一加仑。

使发动机以一定的热力学效率运转意味着具有温差；为了保持该温差，您需要以一定的速率增加能量。当您的燃料具有较低的能量密度时，获得相同的热力学效率仅意味着增加燃料的输送速度（或），以使能量输送速度（）保持不变。这忽略了发动机如何燃烧不同燃料的各种细微差别，但是，总的来说，热力学效率和燃料经济性之间没有直接关系。$Q$$\dot{m}$$q_{in}$

发动机负荷的意义

我觉得齿轮传动是答案的一部分，但我很难理解齿轮传动如何使发动机产生20 hp的功率，而效率显然要比图表中所示的低发动机负载高。

也许我没有得到确切的引擎负荷指的是什么？

当汽车不加速时，发动机负载来自任何抵抗发动机运动的力。内部摩擦（活塞，曲轴，变速箱等），外部摩擦（路面上的轮胎），阻力，重力（上坡时）。“负载”是指汽车为了达到一定的速度和加速度，需要多少引擎的动力。

如您所指出的，当车辆在高速公路上行驶时，只需要其总可用功率输出的一小部分即可保持速度。除非我们谈论的是真正的高速行驶和/或无与伦比的汽车奇观，否则在高速公路上巡航并不是高负荷的情况。您的困惑似乎来自这样一个事实，即车辆在高速公路上行驶时比在加速时具有更好的燃油经济性。

要意识到的关键是，提高燃油经济性并不意味着发动机以更高的热力学效率运行，因为还有许多其他因素会影响燃油经济性。卡诺循环的热力学效率只是那些因素之一。另一个因素是燃烧反应的效率（技术上不属于卡诺循环的一部分）。另一个是用于加速车辆的动力（有用的工作）与因摩擦，阻力和传导而损失的功率（废热，）。$q_{out}$

计算燃油经济性

考虑以下关系-发动机负载从何而来？

在理想的情况下，在水平面上行驶时，在车辆上没有阻力，内部和外部摩擦最小的情况下，维持任何速度所需的功率实际上为零。这意味着发动机上的负载（不加速时）实际上也为零。卡诺效率在这一点上是无关紧要的，但也将非常低。但是，燃油经济性将是巨大的，因为分子中有一些，分母中几乎为零。$v$$Q$

相反的情况更容易证明。您可以用自己的车在家中完成。只需将加速器与空档放在一起即可。（实际上不这样做。）当您从该曲轴加速出地狱但，即刻处于高负荷状态，因此您的燃油经济性为零。$v = 0$

现实情况更复杂，但总而言之，就是在非常高的加速期间（即，接近最大负载），发动机气缸内发生的燃烧反应效率要低得多。未燃烧或仅部分燃烧的发动机中有更多的燃料通过，这意味着您从同一加仑燃料中提取的能量并不多。您仍在行驶中，并且由于负载而使发动机以更高的热力学效率运行，但是就燃油经济性而言，降低燃烧效率的成本会降低这种收益。当燃烧效率很差时，甚至有可能完全抵消高负荷带来的好处。（如果车辆保养得很差，这是可以预期的。实际上，很大程度上取决于汽车的寿命，其控制单元的质量，您正在加速的档位，因此很难做出准确的预测对于一般情况。）

我想提到的另一件事是，您必须考虑动力的去向。“高发动机负荷”仅意味着需要发动机能够产生的大量动力。它不会告诉您电源的去向。如果要与阻力成反比，阻力随速度的平方增加，那就是浪费动力和浪费燃料。您可以非常高效地交付它，但是如果它没有增加车辆的速度*，则对燃油经济性没有帮助。仅当您在引擎周围绘制系统边界并且忽略汽车的用途时，它才显得高效。

*从技术上讲，我们也应该考虑海拔，但是燃油经济性通常是根据水平路径距离来计算的。假定由于高程变化而导致的损益总体上抵消了，或者考虑了一些粗略的校正因子。

问题中的情节不适用于所询问的情况。通过改变RPM和节流进气口中的气流，汽车发动机的动力容量会在行驶时动态变化。

汽车发动机的峰值效率在中等范围内，在高负荷和低负荷下均无效率。在10％的负载下，效率仍然比峰值效率高一半。

但是要说的是，在34英里/小时的情况下，我们将获得10％的效率。那里没有矛盾之处。这只是意味着，如果您能以某种方式达到100％的效率，那么在这种负载情况下您将获得340mpg。

汽油发动机在低负荷下的效率非常差。低负载时没有引用34mpg的效率。

有一个理想的速度，在该速度下会出现最大行驶里程...发动机效率随着负载的增加而增加，但是，空气阻力损失随速度的平方而增加。

低负载时有效效率低的两个主要原因：

1. 在低负载下，完成的工作中有很大一部分用于克服发动机摩擦。
2. 在低负载下，有效压缩比非常低，从而导致效率非常低。

发动机产生的功率是角速度乘以该角速度下的可用扭矩的乘积。变速箱的功能仅仅是使发动机速度与道路速度匹配。

城市行驶里程低于公路行驶里程，主要是由于连续制动会散发动能作为热量，并在交通信号灯或停车标志处空转。

我知道这是一个旧线程，但是我无法抗拒它。特别是在其他答案中有太多错误或不相关的信息时。

1. 热效率和燃油里程是相关的-尽管还有其他因素需要考虑。

   燃料能量密度是一个因素。对于汽油发动机来说，大约是44.5马力小时（因为mpg会在一段时间内发生并且扭矩是瞬时的，所以我将使用HP，如果它使您烦恼，只需乘以5252然后除以RPM即可翻译）。输出“更好”，它们在代数上直接相关），如果您使用20 HP并燃烧1加仑燃料，您将获得20 / 44.5 = 44.9％的净热效率；如果您可以以60 MPH的速度执行此操作，则将获得60/1 = 60 MPG（MPH / GPH）。

2. 上面给出的一个示例在34 MPG时使用了10％的效率。我假设60 MPH可以使数学保持简单；10％x44.5 = 4.45 HP小时/加仑。以60 MPH达到34 MPG需要：每小时60/34 = 1.765加仑汽油（MPH / MPG = GPH）。如果从1.765加仑汽油中提取4.45马力，则总共使用7.85马力。在现实世界中，您无法从100％效率的汽油发动机驱动的汽车中获得340 MPG（即使您考虑到公认的100％效率的发动机不可能），因为您无法以低于60英里/小时的速度行驶60英里/小时的汽车8马力！有些汽车的燃油里程甚至更高，但没有街头值得使用的汽车，而且发动机的运行速度肯定比10％高得多。最重要的是，数字是相关的，您不能仅将随机数配对，否则最终会得出荒谬的说法。
3. 在高速公路低速行驶时（同样，我喜欢使用60 MPH来简化计算），大多数现代发动机的TE大约在15％到18％之间运行（并且存在一定的可变性），大多数现代轿车在以下位置需要大约15到20 BHP：飞轮。这意味着MOST中型轿车的MPG为20至32 MPG（TE x 44.5 x gal。= HP小时：15 /（。18x44.5）= 1.87 gal。和20 /（。15x44.5）= 3.00 gal。； 60 / 1.87 = 32.0 MPG 和60 / 3.00 = 20.0 MPG）。
4. 制造商缩小发动机尺寸的原因是，较小的发动机在相同的功率输出时往往会以更高的效率运行。与上述计算得出的燃油里程相比，燃油里程更好的汽车通常具有小于2.0升的发动机。

请记住，显示的图表仅与发动机的热效率有关，并不将行驶中的汽车视为完整的系统，并且垂直轴似乎被标记为比率而不是百分比效率，因此0.2表示该图相当于20％

对于整个汽车，发动机的负载并非独立于速度，因为阻力会随速度的平方增加。

IC发动机在较低负载下效率较低的主要原因是，不管产生的功率如何，很多能量损耗是相当恒定的。其中包括进气，泵送燃料，冷却剂和润滑剂以及为电气系统供电等所需的功率。因此，在较低的功率输出下，这些损耗在发动机产生的总功率中所占的比例要大得多。例如，假设一台发动机对所有辅助设备的恒定需求为1 kW。如果它产生的输出功率为1 kW，则这些损耗仅是产生的总功率的一半，而当发动机的功率为50 kW时，这些损耗仅占总功率的2％。

在具有更高功率输出的大型发动机中，这些（大约）恒定损耗将比在较小容量的发动机中更大。

同样，引擎的效率与mpg不直接相关。重型汽车中的高效发动机仍比轻型汽车中相对低效的发动机具有更高的燃油消耗。换句话说，mpg与行驶一定距离所需的能量有关，但效率衡量的是浪费了多少能量。

在图中，“负载”是发动机产生的扭矩。为了进行测试，它将连接到一些可调负载（例如，发电机和一组电阻器）。产生的功率就是该扭矩乘以角速度（RPM）。请注意，由于运动部件（尤其是气门和连杆）上的加速力，所有发动机对RPM都有实际的限制，因此输出功率是负载和RPM的函数。

换句话说，25％的负载与25％的峰值功率不同。

我可以给你一个比喻：对于直流电动机，效率要低于最大额定功率。

损耗机理是快速旋转产生的摩擦，而磁芯损耗（流经铁合金的电流）是与扭矩无关的参数。如果不是因为磁损耗，则效率将在扭矩= 0时达到最大。因此，请了解您自己的电动机损耗机制，并查看是否可以应用相同类型的曲线。

改写您的问题：
1.一辆每小时60英里的车在行驶34英里/小时时消耗多少能量？
2.如果需要20hp保持恒定速度，效率是多少？

以SI单位：
汽车以26.8m / s的速度运行14.4km / L需要14.9kW

经验数据：
*汽油的HHV约为47MJ / Kg
*汽油的密度约为0.74 Kg / L
=>〜35MJ / L

计算方法：
PowerIn =（35MJ / L）*（26.8m / s）/（14km / L）
=（35kJ）*（26.8 / s）/（14），NB：MJ = kkJ
= 67kJ / s
= 67kW
效率= 14.9 / 67
= 22.2％

NB1：引用的240hp是最大输出功率。

NB2：图表中的％负载是指该特定速度下的最大功率。它大致与发动机的容积效率成比例，这取决于节气门位置，气门正时和歧管共振特性。

该图是可疑的。如果您查看来自该网页的网页，很明显该网页的作者不了解他使用的基本术语，例如“负载”，“功率”，“扭矩”等。图表可能如果我们将“负载”解释为“扭矩”是正确的，因为众所周知，发动机效率会随着扭矩的增加和旋转的减少而提高（因此，我们有“超速行驶”）。

总而言之，发动机效率按降序确定：

1. 热力学：热力学 第二定律（热机）。不可能从储热罐中提取热量QH并将其全部用于做功W。必须将一定量的热量QC排放到冷库中。这排除了理想的热机。
2. 燃料的能量含量：燃料 的比能量含量是燃烧一定量（例如加仑，升，千克）时获得的热能。有时称为燃烧热。它的理论值由吉布斯自由能确定，吉布斯自由能是衡量在恒定温度和压力（等温，等压）下从热力学系统获得的“有用性”或过程启动功的热力学势（根据特定发动机的功能） 。
3. 特定的内燃机效率：现代内燃机的效率主要取决于空燃比，压缩比，气门控制系统，发动机温度管理，而大多数情况下要通过由传感器（风量，温度， ，lambda传感器）连接到微型计算机。这些与变速箱一起，可确定特定节气门位置，汽车负载和倾斜度时的最佳发动机性能。（阻力系数和轮胎尺寸） 也应考虑。）