Giả sử một chiếc xe ở tốc độ 60 dặm / giờ cần khoảng 20 mã lực để duy trì tốc độ của nó (tức là, để vượt qua lực cản lăn và lực cản).

Nếu chiếc xe này tạo ra 240 mã lực và đạt khoảng 34 mpg (không quá phi thực tế), làm thế nào nó nhận được 34 mpg nếu động cơ chỉ đạt hiệu suất 0,05? Tôi biết ô tô hiện đại được cho là có giới hạn hiệu quả gần 25-30% nhờ ông Carnot :

Biểu đồ từ đây .

Tôi cảm thấy như thiết bị phải là một phần của câu trả lời nhưng tôi gặp khó khăn trong việc hiểu cách thức thiết bị cho phép động cơ tạo ra 20 mã lực trong khi rõ ràng có hiệu suất cao hơn so với biểu đồ cho tải động cơ thấp.

Có lẽ tôi không nhận được chính xác những gì động cơ tải đang đề cập đến?

Hiệu quả nhiệt động so với tiết kiệm nhiên liệu

Khi bạn trích dẫn hiệu suất 25-30% cho năng lượng đốt trong, bạn đang nói về hiệu quả nhiệt động của động cơ. Đây là, ở cấp độ lý thuyết, dựa trên chênh lệch nhiệt độ. Nó không có gì trực tiếp để làm với nhiên liệu.

Khi bạn trích dẫn một nền kinh tế nhiên liệu của 34 dặm cho mỗi gallon , bây giờ bạn đang nói về cái gì đó phụ thuộc rất nhiều vào các yếu tố khác-ví dụ, mật độ năng lượng của nhiên liệu . Có bao nhiêu năng lượng chiết xuất được trong một gallon xăng? Làm thế nào về một gallon phản vật chất? Một gallon sữa sô cô la?

Nhiều động cơ có thể chấp nhận các loại nhiên liệu khác nhau, hoặc hỗn hợp nhiên liệu, với mật độ năng lượng khác nhau, mà không có sự thay đổi đáng kể về hiệu quả nhiệt động của chúng. Ví dụ, ethanol được pha trộn với xăng, nhưng có mật độ năng lượng thấp hơn khoảng 30% so với xăng; một gallon của một người không bằng một gallon của người khác.

$Q$$\dot{m}$$q_{in}$

Ý nghĩa của tải động cơ

Tôi cảm thấy như thiết bị phải là một phần của câu trả lời nhưng tôi gặp khó khăn trong việc hiểu cách thức thiết bị cho phép động cơ tạo ra 20 mã lực trong khi rõ ràng có hiệu suất cao hơn so với biểu đồ cho tải động cơ thấp.

Có lẽ tôi không nhận được chính xác những gì động cơ tải đang đề cập đến?

Khi xe không tăng tốc, tải động cơ đến từ bất kỳ lực nào đang tác động chống lại chuyển động của động cơ. Ma sát bên trong (piston, trục khuỷu, truyền động, v.v.), ma sát bên ngoài (lốp xe trên mặt đường), lực cản, trọng lực (khi đi lên dốc). "Tải" nghĩa là động cơ cần bao nhiêu năng lượng để xe có tốc độ và gia tốc.

Như bạn chỉ ra, khi một chiếc xe đang bay trên đường cao tốc, nó chỉ cần một tỷ lệ nhỏ trong tổng sản lượng điện có sẵn để duy trì tốc độ. Trừ khi chúng ta đang nói về tốc độ thực sự cao và / hoặc một kỳ quan đặc biệt vô dụng của một chiếc xe hơi, thì việc đi trên đường cao tốc không phải là một tình huống tải cao. Sự nhầm lẫn của bạn dường như đến từ việc các phương tiện có được mức tiết kiệm nhiên liệu tốt hơn khi bay ở tốc độ cao hơn so với khi tăng tốc.

$q_{out}$

Tính toán tiết kiệm nhiên liệu

Hãy xem xét các mối quan hệ sau đây, nơi tải động cơ đến?

$v$$Q$

$v = 0$

Kịch bản thực tế phức tạp hơn nhưng câu chuyện dài được rút ngắn là phản ứng đốt cháy xảy ra trong xi lanh của động cơ kém hiệu quả hơn nhiều trong thời gian tăng tốc rất cao (tức là gần tải tối đa).Nhiều nhiên liệu đi qua động cơ không cháy, hoặc chỉ bị đốt cháy một phần, có nghĩa là bạn đã không trích xuất nhiều năng lượng từ cùng một gallon nhiên liệu. Bạn vẫn đang đi đâu đó và động cơ của bạn đang hoạt động với hiệu suất nhiệt động cao hơn do tải trọng đặt lên nó, nhưng về mặt tiết kiệm nhiên liệu, lợi ích đó giảm do chi phí hiệu quả đốt cháy thấp hơn. Thậm chí có thể, khi hiệu quả đốt cháy rất kém, với chi phí đó lớn hơn lợi ích của việc tải cao hoàn toàn. (Điều này có thể được dự kiến ​​nếu chiếc xe được bảo dưỡng rất kém. Trong thực tế, rất nhiều phụ thuộc vào tuổi của chiếc xe, chất lượng của các đơn vị điều khiển của nó, thiết bị mà bạn đang tăng tốc, thật khó để đưa ra dự đoán chính xác cho một kịch bản chung.)

Một điều khác tôi muốn đề cập là bạn phải xem xét sức mạnh của bạn đang đi đâu. "Tải động cơ cao" chỉ có nghĩa là rất nhiều năng lượng mà động cơ có khả năng sản xuất đang được yêu cầu; nó không cho bạn biết sức mạnh đang đi đâu. Nếu nó chống lại lực cản, tăng theo bình phương vận tốc, thì đó là lãng phí năng lượng và lãng phí nhiên liệu. Bạn có thể cung cấp nó rất hiệu quả nhưng nếu nó không tăng thêm tốc độ * của chiếc xe, thì nó không góp phần tiết kiệm nhiên liệu. Nó chỉ có vẻ hiệu quả khi bạn vẽ ranh giới hệ thống của bạn xung quanh động cơ và bỏ qua mục đích của chiếc xe.

* Về mặt kỹ thuật, chúng ta cũng nên xem xét độ cao, nhưng tiết kiệm nhiên liệu thường được tính theo khoảng cách đường ngang. Lợi nhuận và tổn thất do thay đổi độ cao hoặc được giả định để hủy bỏ tổng thể hoặc chiếm một số yếu tố điều chỉnh thô.

Cốt truyện trong câu hỏi không áp dụng cho tình huống đang được hỏi. Công suất của động cơ ô tô được thay đổi linh hoạt khi lái xe bằng cách thay đổi cả RPM và bằng cách điều chỉnh luồng khí trong cửa hút.

Hiệu suất cao nhất của động cơ xe hơi ở đâu đó tầm trung, với sự thiếu hiệu quả trong cả tải trọng cao và thấp. Khi tải 10%, hiệu quả vẫn tốt hơn một nửa so với mức cao nhất.

Nhưng nói rằng sau đó chúng tôi sẽ đạt được hiệu quả 10% ở 34mpg .. Không có sự không nhất quán ở đó. Điều đó chỉ có nghĩa là nếu bạn bằng cách nào đó có thể đạt được hiệu quả 100%, bạn sẽ nhận được 340mpg theo kịch bản tải đó.

Động cơ xăng có hiệu suất rất kém khi tải thấp ... không có if hay buts. Hiệu suất 34mpg không được trích dẫn ở mức tải thấp.

Có một tốc độ lý tưởng tại đó số dặm tối đa xảy ra ... hiệu suất động cơ tăng khi tải tăng, tuy nhiên, tổn thất kéo không khí tăng khi bình phương của tốc độ.

Có hai lý do chính khiến người nghèo hoạt động hiệu quả ở mức tải thấp:

1. Ở mức tải thấp, một tỷ lệ đáng kể công việc được thực hiện được sử dụng để vượt qua ma sát động cơ.
2. Ở mức tải thấp, tỷ lệ nén hiệu quả rất thấp, từ đó dẫn đến hiệu quả rất thấp.

Công suất được tạo ra bởi một động cơ là sản phẩm của tốc độ góc bởi mô-men xoắn có sẵn ở tốc độ góc đó. Chức năng của hộp số chỉ đơn thuần là để phù hợp với tốc độ động cơ với tốc độ đường.

Số dặm lái xe trong thành phố thấp hơn số dặm trên đường cao tốc chủ yếu do phanh liên tục làm tiêu hao động năng dưới dạng nhiệt và không hoạt động ở đèn giao thông hoặc biển báo dừng.

Tôi biết đó là một chủ đề cũ, nhưng tôi không thể cưỡng lại việc đâm vào nó. Đặc biệt là khi có quá nhiều thông tin xấu hoặc không liên quan trong các câu trả lời khác.

1. Hiệu quả nhiệt và tiết kiệm nhiên liệu có liên quan - mặc dù có những yếu tố khác để xem xét.

   Mật độ năng lượng nhiên liệu là một yếu tố. Đối với động cơ xăng, khoảng 44,5 giờ HP (vì mpg xảy ra trong một khoảng thời gian và mô-men xoắn là tức thời, tôi sẽ sử dụng HP, nếu nó làm phiền bạn chỉ cần nhân với 5252 và chia cho RPM để dịch. đầu ra "tốt hơn", chúng có liên quan trực tiếp với đại số) và nếu bạn sử dụng 20 HP và đốt cháy 1 gallon nhiên liệu, bạn sẽ nhận được hiệu suất nhiệt 20 / 44,5 = 44,9% NET; nếu bạn có thể làm điều này ở 60 MPH, bạn sẽ nhận được 60/1 = 60 MPG (MPH / GPH).

2. Một ví dụ được đưa ra ở trên đã sử dụng hiệu suất 10% ở 34 MPG. Tôi sẽ giả sử 60 MPH để giữ cho toán học đơn giản; 10% x44,5 = 4,45 HP-giờ mỗi gallon. Để đạt được 34 MPG ở mức 60 MPH cần có: 60/34 = 1.765 gallon mỗi giờ xăng (MPH / MPG = GPH). Nếu bạn trích xuất 4,45 HP từ 1,765 gallon xăng thì bạn sử dụng tổng cộng 7,85 HP. Bạn không thể nhận 340 MPG từ một chiếc xe chạy bằng động cơ xăng hiệu quả 100% trong thế giới thực (ngay cả khi bạn cho phép không thể thừa nhận động cơ hiệu quả 100%) vì bạn không thể cho xe đi với tốc độ 60 MPH bằng cách sử dụng ít hơn 8 HP! Có những chiếc xe thậm chí còn tiết kiệm nhiên liệu hơn, nhưng không có những chiếc xe xứng đáng trên đường phố và động cơ chắc chắn chạy cao hơn 10%. Tóm lại, các số có liên quan và bạn không thể ghép các số ngẫu nhiên hoặc kết thúc bằng các yêu cầu vô lý.
3. Ở tốc độ đường cao tốc thấp (một lần nữa, tôi thích sử dụng 60 MPH để đơn giản hóa các phép tính), hầu hết các động cơ hiện đại hoạt động khoảng 15% đến 18% TE (và có một số thay đổi) và hầu hết các dòng xe hiện đại cần khoảng 15 đến 20 BHP bánh đà. Điều này có nghĩa là dòng xe cỡ trung MOST có được từ 20 đến 32 MPG (TE x 44,5 x gal. = HP-giờ: 15 / (. 18x44,5) = 1,87 gal . Và 20 / (. 15x44,5) = 3,00 gal. ; 60 / 1.87 = 32.0 MPG và 60 / 3.00 = 20.0 MPG ).
4. Lý do các nhà sản xuất thu hẹp động cơ là vì các động cơ nhỏ hơn có xu hướng hoạt động với hiệu suất cao hơn TẠI ĐẦU RA CÙNG ĐIỆN. Những chiếc xe có số dặm nhiên liệu tốt hơn so với những chiếc được tính toán ở trên thường có động cơ nhỏ hơn 2.0 lít.

Hãy nhớ rằng biểu đồ hiển thị chỉ liên quan đến hiệu suất nhiệt của động cơ và không coi một chiếc xe đang di chuyển là một hệ thống hoàn chỉnh và trục dọc dường như được gắn nhãn là tỷ lệ thay vì hiệu suất phần trăm vì vậy 0,2 đồ thị tương đương 20%

Đối với một chiếc xe nói chung, tải trọng động cơ không độc lập với tốc độ vì lực kéo có xu hướng tăng theo bình phương tốc độ.

Lý do chính khiến động cơ IC có hiệu suất thấp hơn khi tải thấp hơn là rất nhiều tổn thất năng lượng là khá ổn định, bất kể năng lượng được sản xuất; bao gồm năng lượng cần thiết cho những thứ như cảm ứng không khí, bơm nhiên liệu, chất làm mát và chất bôi trơn và cung cấp năng lượng cho hệ thống điện. Vì vậy, ở công suất thấp hơn, những tổn thất này chiếm tỷ lệ lớn hơn nhiều so với tổng công suất do động cơ tạo ra. Ví dụ, giả sử rằng một động cơ có yêu cầu không đổi là 1 kW cho tất cả các phụ trợ. Nếu nó đang tạo ra công suất đầu ra là 1 kW thì những tổn thất này bằng một nửa tổng công suất được tạo ra, trong khi đó khi động cơ đang phát triển 50 kW thì chúng chỉ là 2% trong tổng số.

Trong một động cơ lớn hơn với công suất đầu ra cao hơn, tổn thất không đổi (xấp xỉ) sẽ có xu hướng lớn hơn so với động cơ có công suất nhỏ hơn.

Ngoài ra, hiệu quả của động cơ không liên quan trực tiếp đến mpg. Một động cơ hiệu quả trong một chiếc xe hạng nặng vẫn có thể có mức tiêu thụ nhiên liệu cao hơn so với động cơ tương đối kém hiệu quả trong một chiếc xe nhẹ. Nói cách khác, mpg liên quan đến lượng năng lượng bạn cần để di chuyển một khoảng cách nhất định nhưng hiệu quả đo lường mức độ lãng phí của năng lượng đó.

Trong sơ đồ 'tải' là mô-men xoắn do động cơ tạo ra. Đối với mục đích thử nghiệm, nó sẽ được kết nối với một số tải có thể điều chỉnh (ví dụ: máy phát điện và ngân hàng điện trở). Công suất được tạo ra là mô-men xoắn này nhân với vận tốc góc (RPM). Lưu ý rằng tất cả các động cơ đều có giới hạn thực tế đối với RPM do lực tăng tốc trên các bộ phận chuyển động (đặc biệt là van và thanh kết nối) nên công suất đầu ra là một chức năng của cả tải và RPM.

Nói cách khác, tải 25% không giống với 25% công suất đỉnh.

Tôi có thể cung cấp cho bạn một sự tương tự: Đối với một động cơ điện DC, hiệu suất cao nhất tại một điểm ÍT HƠN công suất định mức tối đa của nó.

Các cơ chế tổn thất là ma sát từ chuyển động quay nhanh và tổn thất lõi từ (dòng điện đi qua hợp kim sắt) như là một tham số độc lập mô-men xoắn. Nếu không có tổn thất từ ​​tính, hiệu suất sẽ đạt tối đa tại mô-men xoắn = 0. Vì vậy, hiểu cơ chế mất mát của riêng bạn của động cơ và xem nếu cùng loại đường cong có thể áp dụng.

Đọc lại câu hỏi của bạn:
1. Xe sử dụng bao nhiêu năng lượng ở tốc độ 60mph khi làm 34mpg?
2. Hiệu quả của nó là bao nhiêu nếu cần 20hp để duy trì tốc độ không đổi?

Trong các đơn vị SI:
Xe ở tốc độ 26,8m / giây, thực hiện 14,4km / L cần 14,9kW

Dữ liệu thực nghiệm:
* HHV cho xăng khoảng 47MJ / Kg
* Mật độ xăng khoảng 0,74 Kg / L
=> ~ 35MJ / L

Tính toán:
PowerIn = (35MJ / L) * (26,8m / s) / (14km / L)
= (35kJ) * (26,8 / s) / (14), NB: MJ = kkJ
= 67kJ / s
= 67kW
Hiệu quả = 14,9 / 67
= 22,2%

NB1: 240hp được trích dẫn là công suất OUTPUT tối đa.

NB2:% tải trong sơ đồ đề cập đến công suất tối đa ở tốc độ cụ thể đó. Nó gần như tỷ lệ thuận với hiệu suất thể tích của động cơ, phụ thuộc vào vị trí bướm ga, thời gian van và đặc tính cộng hưởng đa tạp.

Biểu đồ đó là nghi ngờ. Nếu bạn nhìn vào trang Web được lấy từ đó, rõ ràng tác giả của trang đó không hiểu các thuật ngữ cơ bản mà anh ta đang sử dụng, như "tải", "sức mạnh", "mô-men xoắn", v.v. hãy chính xác nếu chúng ta hiểu "tải" là "mô-men xoắn", vì người ta biết rằng hiệu suất động cơ được cải thiện khi mô-men xoắn tăng và quay giảm (do đó, chúng ta đã "vượt tốc").

Tóm lại, hiệu quả của động cơ được xác định, theo thứ tự giảm dần, bởi:

1. Nhiệt động lực học: Định luật nhiệt động lực học thứ hai (Động cơ nhiệt) . Không thể trích xuất một lượng nhiệt QH từ một bể chứa nóng và sử dụng tất cả để thực hiện công việc W. Một lượng nhiệt QC phải được xả hết vào bể chứa lạnh. Điều này loại trừ một động cơ nhiệt hoàn hảo.
2. Hàm lượng năng lượng của nhiên liệu: Hàm lượng năng lượng cụ thể của nhiên liệu là năng lượng nhiệt thu được khi đốt cháy một lượng nhất định (như một gallon, lít, kilôgam). Đôi khi nó được gọi là sức nóng của sự đốt cháy. Giá trị lý thuyết của nó được xác định từ năng lượng tự do Gibbs , là một tiềm năng nhiệt động lực đo lường "tính hữu dụng" hoặc công việc bắt đầu quá trình có thể đạt được từ một hệ thống nhiệt động ở nhiệt độ và áp suất không đổi (đẳng nhiệt, đẳng áp) (trong chức năng của động cơ cụ thể) .
3. Cụ thể nội bộ hiệu quả động cơ đốt trong: hiệu quả của một động cơ đốt trong hiện đại được xác định chủ yếu bởi tỷ lệ không khí-nhiên liệu , tỷ lệ nén , hệ thống điều khiển van , quản lý nhiệt độ động cơ , chủ yếu đưa về chăm sóc bởi các hệ thống điều khiển vòng kín bao gồm các cảm biến (khối lượng không khí, nhiệt độ , cảm biến lambda) kết nối với máy vi tính. Chúng cùng với hộp số , xác định hiệu suất động cơ tối ưu tại vị trí bướm ga cụ thể , tải trọng và độ nghiêng của xe . ( Hệ số kéo và kích thước lốp nên được coi là tốt.)