不同发动机在相同速度下的油耗


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我想知道为什么两辆以100 km / h的速度行驶(例如100 hp)的汽车比300 hp的发动机消耗更少的燃料。

即使我使用超级跑车的打火机和更多的空气动力学特性,也会消耗更多的空气。

但是从物理上讲,以100 km / h的速度持续行驶需要相同的能量,那么功率更大的发动机效率会更低吗?

Answers:


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需要考虑的几件事:

  1. 您需要在车轮上保持一定的功率才能保持一定的速度。

    这个断言是(正确地)在问题中提出的。

    以100 km / h的速度行驶,一辆典型的轿车在海平面上大约需要10 hp的功率才能克服由于空气动力阻力而产生的力并保持速度¹。

    发动机可以产生100 hp或300 hp峰值功率的事实并不重要。

  2. 谁说功率较低的发动机效率更高?

    他们看起来像那样,但是罗里是对的;产生更少功率的发动机更高效的假设并不总是正确的。

    制动器专用油耗(BSFC)的概念有助于我们理解这一点,在此Hot Rod文章中对此进行了很好的解释。

    简而言之,BSFC只是工程师讲每单位能量²发动机消耗多少燃料。

    如下图所示,该数字根据引擎RPM而变化。较小的BSFC意味着更好的燃油经济性。

    BSFC


那么,更强大的汽车如何在给定的速度下减少燃油消耗呢?

由于每个引擎都有自己的BSFC签名:

  • 大功率发动机的BSFC曲线可能会更低。

    当将几十年前设计的发动机与拥有EFI,可变气门正时或强制进气等功能的现代奇迹进行比较时,尤其如此。

  • 资产负债率

    如果BSFC曲线可比,则车辆的齿轮传动可能意味着在给定速度下,功率更大的发动机的RPM会位于曲线的更有效部分。

    一个典型的例子就是某些车辆中使用的“超速”挡,以帮助提高高速公路上的燃油经济性。


¹-《博世汽车手册》介绍了如何估算

²-或者,BSFC =每单位功率的燃料流量


我同意有时发动机的动力不足,但我认为这不是常态。我只是对新福特Fiesta规格进行了快速测试-ford.com/cars/fiesta/specifications装有2个发动机的mpg显示较小,以获得更好的mpg。
HandyHowie 2015年

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@HandyHowie:我从没打算说更大=更有效是常态。我要强调的是,较小的=更有效率的并非总是如此。诸如引擎技术和传动装置之类的东西在这里起着作用,进行这种比较的汽车速度也一样。您可能会发现引擎A在40 mph时效率更高,但是引擎B在55 mph时却胜过它。
Zaid 2015年

每个人都应该投票赞成这个答案。说得很好,扎伊德。我无法再强调您对齿轮的要求,这里的BSFC曲线非常重要。
Pᴀᴜʟsᴛᴇʀ2

同意-措辞比我的好得多。我喜欢您对BSFC的解释。
罗里·索洛普2015年

没看过这个。真喜欢它。我只是在其中一个问题
中将

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1900年(年)的100hp发动机可能比现代300hp发动机消耗更多的燃料,因此很多情况取决于发动机的设计。

但是,比较现代引擎时,您将比较针对不同事物设计的两个引擎。这就像在问为什么郡县(大)马每只只带一个小孩时,需要比小马吃更多的东西。


很好的类比...但是,如果您可以在技术方面进行更多的阐述,这只是一个建议,那将是很棒的!虽然完美地回答了问题。
Shobin P 2015年

您无需回到1900年。将一辆具有不同马达的汽车进行比较,您会经常注意到,功率更大的马达消耗的燃料相同或更少。
sweber

@Anarach这将是一个巨大的主题。之类的东西增加的摩擦可能从多个气缸,不同定时特性,凸轮轮廓等。
HandyHowie

@sweber只是想使用夸张:)
HandyHowie 2015年

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您的基本前提实际上并不正确。通常,功率更大的电动机会消耗更少的燃料。发动机具有不同的技术特征,可能会影响这一点。

参考100bhp或300bhp通常表示发动机可以产生的最大功率。因此,当您将加速器推到地板上时,油门会完全打开,并且会产生大量动力。

在100 kmh时,高功率发动机可能运行得非常缓慢,而100bhp发动机可能在其最高端附近挣扎。我知道我的400bhp汽车比90英里/小时的妻子的80bhp汽车耗油少。但是,以这种速度加速时,我通常会花费6秒并消耗大量的燃油,而她会花费25秒并且可能不会降至30 mpg以下。我的汽车仍将有更多的档位和100mph的增速,而她的汽车此时将处于最高档位并接近其最大速度。

如果我以与她相同的速度加速,我的汽车将比她消耗更多的燃油,因为低速行驶的2.5升发动机肯定比1.2升发动机消耗更多的燃油-这是尺寸的基本因素。

尽管与您的前提有相反的结论,但这种回答可以回答您的问题。


我问是因为我没有测试过两辆截然不同的汽车,但您的回答似乎证实了我的想法
user43968

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有很多因素,其中一些已经在上面讨论了。

然而,在典型的汽油发动机上,所需的功率量由节气门控制。这扼杀了进入发动机的空气流,并导致了泵送损失。

如果汽车在恒定速度下需要(例如)20hp,那么这就是100hp汽车可用功率的20%,而300hp汽车仅可用功率的7%。因此,功率更大的发动机需要节流更多,从而导致更大的泵送损失。

事情并不是那么简单,因为燃料映射会因许多因素而变化,例如,加速时混合气会变浓。根据引擎的设计要求,多少会有很大变化。2台类似的发动机可能会在节气门/转速范围的不同点使混合气富集。

还有体重问题。虽然重量对维持速度所需的推力影响很小(它会影响滚动阻力-一条经验法则是汽车需要1%的重量,以磅为单位的磅数才能保持滚动),从本质上讲,它不会t随速度变化(与克服气动阻力所需的推力不同,气动阻力随着速度的增加而大大增加)。因此,在恒定速度下重量并不重要。但是,这对以合理的速度加速所需的推力产生了巨大的差异。重量增加一倍,您需要大约两倍的推力才能以相同的速度加速,更不用说更快地加速了(毕竟,如果您选择购买300hp的汽车而不是100hp的汽车,您可能确实希望更快地加速)。

较大的发动机汽车通常在物理上较大,这会影响空气动力学(这是正面面积x阻力系数)。较大的前部面积会增加阻力,但是如果较大的汽车较长,则可以在一定程度上抵消阻力,从而有更大的空间设计出更具空气动力学形状的形状。


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好解释。我会改写最后一句话,因为更长的汽车不需要降低阻力系数
Zaid 2016年

@Zaid-公平点。再读一遍,措辞就不会像我在写时所想的那样。
Kickstart

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我不是该主题的专家,但我会尝试以外行的方式回答。

首先,所有马力都是燃料燃烧时汽车产生的电量。有许多增加马力的方法。通过增加流入车辆的空气量或通过增加其燃烧的燃料量。好的,现在让我们尝试增加汽车的马力,让我们看看它有什么作用。

让我们从100 hp开始提高我们汽车的马力:

现在,为了增加功率,我们可能会获得更好的气流系统。发动机通过燃烧燃料产生动力,燃烧越好,产生的动力就越大。为了使燃料更好地燃烧,我们需要更多的氧气,这样做是否会使发动机中流动的空气数量明显增加(不过不要太多,我们不需要空气加热器)。该博客介绍了各种方法。使用这些方法,您最多可以增加50马力。现在要注意的一件事是,即使您现在已经增加了马力,这也将导致汽车的性能和更好的燃油效率。

因此,我们将汽车的动力从100增加到150,而且性能和燃油效率也大大提高了。

现在让我们尝试将其增加到300

现在,随着空气流动的改善,对我们无济于事。记住最后一点引擎通过燃烧燃料产生动力。因此,现在要增加功率,我们必须增加发动机中的燃油量。更多意味着更大的爆炸,意味着更多的力量。

好的,为什么它提供的行驶里程少于100 hp。功率为300 hp的良好汽车(那里的马匹太多,开车时要注意)通常设计为更高的速度。通常,与低速行驶相比,这些汽车在高速行驶时具有更好的行驶里程,与100hp的汽车相比,导致在活塞中运行的燃油更多。

这就像以2档驾驶100 hp汽车一样,那么无论空气动力学如何,您都在发挥车辆的全部潜力,这将消耗更多的燃料

希望能帮助到你。


“通过增加流入车辆的空气量或通过增加其燃烧的燃料量来实现。” 这些应该串联进行。
Poisson Fish

您是否确定“大多数燃料使用不正确”?
HandyHowie 2015年

“如果燃料使用不正确”,我不是说如果您认为那样不能正确燃烧。我的意思是说,在300hp发动机的低速档处,燃油习惯于达到更高的rpm或更大的扭矩,而这并不
能使

0

这取决于车辆的重量,如果这是一辆大型且沉重的汽车,那么直觉上更大的发动机将比小发动机获得更好的mpg,因为它不必仅将其移动然后以速度行驶就可以调到很高的转速。与较小的发动机相比,以较低的rpm维持转速。

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