Расход топлива при одинаковой скорости для разных двигателей

Существует множество факторов, и некоторые из них уже подробно описаны выше.

Однако в обычном бензиновом двигателе необходимая мощность регулируется дроссельной заслонкой. Это ограничивает приток воздуха в двигатель, что приводит к потерям при нагнетании.

Если автомобилю требуется (скажем) 20 лошадиных сил для поддержания постоянной скорости, то это составляет 20 % от доступной мощности автомобиля мощностью 100 лошадиных сил и всего ~7 % от мощности автомобиля мощностью 300 лошадиных сил. Следовательно, более мощный двигатель требует большего дросселирования, что приводит к большим потерям при нагнетании.

Всё не так просто, поскольку состав топливной смеси зависит от множества факторов, например от обогащения смеси при ускорении. Степень обогащения сильно варьируется в зависимости от конструктивных требований к двигателю. Два одинаковых двигателя могут обогащать смесь в разных точках диапазона дроссельной заслонки / оборотов.

Есть также проблемы с весом. Хотя вес практически не влияет на тягу, необходимую для поддержания скорости (он влияет на сопротивление качению — эмпирическое правило гласит, что для поддержания скорости автомобилю требуется 1 % веса в фунтах в виде тяги в фунтах), и, по сути, он не меняется в зависимости от скорости (в отличие от тяги, необходимой для преодоления аэродинамического сопротивления, которое значительно возрастает с увеличением скорости). Следовательно, при постоянной скорости вес не имеет большого значения. Однако он существенно влияет на тягу, необходимую для разумного ускорения. Удвойте вес, и вам понадобится примерно в два раза больше тяги, чтобы разогнаться с той же скоростью, не говоря уже о том, чтобы разогнаться быстрее (и в конце концов, если вы выбираете автомобиль мощностью 300 л. с., а не 100 л. с., вы, вероятно, хотите разгоняться быстрее). Теоретически вы компенсируете эту потерю за счёт возможности двигаться накатом, но на практике, скорее всего, водитель будет тормозить и просто потеряет инерцию.

Автомобили с более мощными двигателями часто имеют большие физические размеры, что может влиять на аэродинамику (которая рассчитывается как площадь лобовой поверхности, умноженная на коэффициент аэродинамического сопротивления). Большая площадь лобовой поверхности увеличивает сопротивление, но этому можно в некоторой степени противостоять, если автомобиль длиннее, что даёт больше возможностей для создания более аэродинамичной формы.

Это зависит от веса автомобиля. Если это большой и тяжёлый автомобиль, то, вопреки ожиданиям, двигатель большего объёма будет расходовать меньше топлива, чем двигатель меньшего объёма, потому что ему не придётся работать на высоких оборотах, чтобы сдвинуть автомобиль с места, а на скорости он сможет поддерживать её при гораздо более низких оборотах, чем двигатель меньшего объёма.

Стоит обдумать пару моментов:

1. Чтобы поддерживать определённую скорость, вам нужна определённая мощность на колёсах.

   
   
   

   Это утверждение (правильно) сформулировано в вопросе.

   
   
   

   При скорости 100 км/ч типичному седану на уровне моря потребуется около 10 л. с., чтобы преодолеть силы аэродинамического сопротивления и поддерживать скорость¹.

   
   
   

   Не имеет значения, может ли двигатель выдавать 100 л. с. или 300 л. с. пиковой мощности.




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

   
   
   

   Может показаться, что это так, но Рори прав; предположение о том, что двигатели меньшей мощности более эффективны, не всегда верно.

   
   
   

   Понять это нам помогает концепция удельного расхода топлива при торможении (УРТТ), которая очень хорошо описана в этой статье Hot Rod.

   
   
   

   Проще говоря, BSFC — это технический термин, обозначающий количество топлива, потребляемого двигателем на единицу энергии².

   
   
   

   Как видно на графике ниже, это число меняется в зависимости от частоты вращения двигателя. Чем меньше BSFC, тем выше топливная экономичность.

   
   
   

   

Так как же более мощный автомобиль может расходовать меньше топлива при заданной скорости?

Поскольку у каждого двигателя будет своя подпись BSFC:

• Кривая BSFC для двигателя высокой мощности может быть ниже.

  
  
  

  Это особенно актуально при сравнении двигателей, разработанных несколько десятилетий назад, с современными чудесами техники, такими как система электронного впрыска топлива, система изменения фаз газораспределения или принудительная индукция.




• Передача.

  
  
  

  Если кривые BSFC сопоставимы, то передаточное число автомобиля может означать, что при заданной скорости обороты более мощного двигателя находятся в более эффективной части кривой.

  
  
  

  Классический пример — повышающая передача, которая есть в некоторых автомобилях и которая помогает экономить топливо на высоких скоростях.

¹ — В Справочнике по автомобилям Bosch объясняется, как это рассчитать

² — В качестве альтернативы можно использовать BSFC = расход топлива на единицу мощности

Ваше основное предположение на самом деле неверно. Часто более мощный двигатель потребляет меньше топлива. Двигатели имеют разные технологические особенности, которые могут влиять на этот показатель.

Указанная мощность в 100 или 300 лошадиных сил обычно соответствует максимальной мощности, которую может выдавать двигатель. Таким образом, когда вы вдавливаете педаль акселератора в пол, дроссельная заслонка полностью открыта и вы получаете большую мощность.

На скорости 100 км/ч мощный двигатель может работать очень плавно, в то время как двигатель мощностью 100 л. с. может работать на пределе своих возможностей. Я знаю, что мой автомобиль мощностью 400 л. с. расходует меньше топлива, чем автомобиль моей жены мощностью 80 л. с. на скорости 90 миль в час. Но чтобы разогнаться до такой скорости, мне обычно требуется 6 секунд, и я расходую огромное количество топлива, в то время как ей требуется 25 секунд, и она, скорее всего, не опустится ниже 30 миль на галлон. У моей машины будет ещё пара передач и ещё 160 км/ч, в то время как её машина будет ехать на высшей передаче и почти на максимальной скорости.

Если я буду разгоняться с той же скоростью, что и она, моя машина будет расходовать немного больше топлива, чем её, поскольку мой 2,5-литровый двигатель на низких оборотах определённо потребляет больше топлива, чем её 1,2-литровый двигатель. Это базовый фактор, связанный с объёмом двигателя.

Это своего рода ответ на ваш вопрос, несмотря на то, что вывод противоречит исходной предпосылке.

Я не эксперт в этой области, но постараюсь ответить простыми словами.

Начнём с того, что лошадиные силы — это мощность, которую вырабатывает автомобиль при сгорании топлива. Есть много способов увеличить мощность. Например, увеличить количество воздуха, поступающего в автомобиль, или количество сжигаемого топлива. Теперь давайте попробуем увеличить мощность наших автомобилей и посмотрим, к чему это приведёт.

Давайте увеличим мощность нашего автомобиля со 100 л. с. до:

Теперь, чтобы увеличить мощность, нам нужно просто улучшить систему подачи воздуха. Двигатель вырабатывает мощность за счёт сжигания топлива, и чем лучше оно сгорает, тем больше мощности вырабатывается. Чтобы топливо сгорало лучше, нам нужно больше кислорода, а для этого, очевидно, нужно увеличить количество воздуха, поступающего в двигатель (но не слишком сильно, нам не нужен воздухонагреватель).В этом блоге описаны различные способы сделать это. Используя эти методы, вы можете увеличить мощность до 50 лошадиных сил. Следует отметить, что даже если вы увеличили мощность двигателя, это также приведёт к повышению производительности и топливной экономичности автомобиля.

Таким образом, мы увеличили мощность наших автомобилей со 100 до 150 лошадиных сил, что также значительно повысило производительность и топливную экономичность.

Хорошо, теперь попробуем увеличить его до 300

Теперь, когда улучшенный приток воздуха нам не особо помогает, что мы делаем?
Помните предыдущий пункт двигатель вырабатывает энергию за счёт сжигания топлива. Значит, чтобы увеличить мощность, нам нужно увеличить количество топлива, поступающего в двигатель. Чем больше топлива, тем сильнее взрыв, а значит, больше мощности.

Хорошо, а почему у него меньший пробег, чем у автомобиля мощностью 100 л. с.? Дело в том, что автомобили мощностью 300 л. с. (это слишком много, будьте осторожны за рулём) обычно рассчитаны на более высокую скорость. Как правило, такие автомобили расходуют меньше топлива на высокой скорости по сравнению с низкой, потому что в поршневом двигателе используется больше топлива, чем в автомобиле мощностью 100 л. с., и большая часть топлива расходуется нерационально.

Это всё равно что ехать на автомобиле мощностью 100 л. с. на второй передаче. Вы не используете весь потенциал своего транспортного средства, каким бы аэродинамичным оно ни было, и оно будет расходовать больше топлива

Надеюсь, это поможет.

Двигатель мощностью 100 л. с. 1900 года (года выпуска), вероятно, будет расходовать гораздо 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 всё равно что спрашивать, почему шайру (крупному) коню нужно есть больше, чем маленькому пони, если они оба перевозят по одному маленькому ребёнку.