por que os motores têm tanta potência não utilizada?

Eu olhei para a classificação de potência de um motor usado em um Humvee (5500 lbs) e fiquei surpreso com apenas ~ 190 cavalos de potência, que é excedido por muitos sedãs de 4 portas.

Portanto, uma pergunta óbvia é por que meu Camry SE (3300 libras) queima mais gás que um Humvee e acho que é porque, durante o uso regular, ele não usa nem perto de 250 HP.

Alguém nos fóruns da pilha de física me deu uma estimativa de que são necessários apenas 35 HP para um carro médio percorrer 80 km / h na estrada.

Então, eu tenho 2 perguntas:

1. Alguém pode especular como são os gráficos de torque x RPM de um motor sedan e Humvee e quais são os pontos operacionais típicos? Parece que o motor Humvee estaria operando muito mais próximo do seu pico de potência enquanto girava mais devagar, mas com um torque muito maior?

2. Se o pico de potência nunca é usado para veículos de passageiros, por que eles não usam um motor menor e economizam algum dinheiro?

O problema raiz aqui é que você está confundindo vários termos diferentes. Consulte a Wikipedia para obter um cálculo de potência de torque (tau) e rpm (f nesta equação):

Se você assumisse uma curva de torque plana, poderá ver que o pico de potência continuaria a aumentar com o RPM. De fato, se você deseja aumentar sua potência de marketing para um veículo novo, basta aumentar o limitador de rotações e impedir que o torque caia mais rápido que um pé-libra / rpm. Além disso, você também pode ver que os valores escalares de potência e torque (ou seja, sem suas unidades) sempre serão iguais a 5252 rpms.

1.Pode alguém especular como são os gráficos de torque x RPM de um motor sedan e Humvee e quais são os pontos operacionais típicos? Parece que o motor Humvee estaria operando muito mais próximo do seu pico de potência enquanto girava mais devagar, mas com um torque muito maior?

Como observado anteriormente, o diesel no HMMWV possui um pico de torque alto a baixas rotações, mas o torque diminui rapidamente, resultando em um pico de potência em rotações mais baixas que o Camry (190 hp a 3.400 rpm / 380 lbf · ft a 1.700 rpm citado na página da Wikipedia). O Camry normalmente aspirado tem uma curva de torque muito mais plana, com um pico de torque próximo a 4700 rpm e pico de potência a 6200 rpm (fazendo algumas suposições de que estamos discutindo um Camry SE bastante recente com o motor 2GR-FE).

Se você voltar à equação original, isso significa que a primeira derivada da curva de torque do Camry é zero a 4700 rpm e negativa a 6200 rpm (onde a taxa de diminuição do torque finalmente supera o aumento linear da rpm).

2.Se o pico de potência nunca é usado para veículos de passageiros, por que eles não usam um motor menor e economizam algum dinheiro?

Eles fazem. Você simplesmente não comprou esse.

O design civil de motores e automóveis é impulsionado por certos pontos de marketing. Nesse caso, o Camry possui uma ampla curva de torque e potência, portanto, não há necessidade de mudar com frequência (mais de dois turnos para 100 km / h afetam esse número crítico de marketing de 0 a 60). Os transportes militares têm parâmetros de missão completamente diferentes, incluindo fatores como facilidade de manutenção, sistemas de armas, não sendo explodidos e assim por diante.

Se a economia é seu principal fator, você pode escolher um mecanismo menor. Todos os fabricantes estão oferecendo uma variedade de deslocamentos e tecnologias de motores agora. O atual Camry SE oferece quatro cilindros em linha menores, um híbrido de quatro cilindros e um V6 maior.

Independentemente disso, é quase impossível para um motor a gasolina bater as milhas por galão de um turbo diesel.

Sua pergunta tem alguns pontos desconectados:

• como jmosrt253 disse, um motor Humvee é um grande motor a diesel - o que significa que seu torque é baixo na faixa de rotações
• Os motores Humvee, como muitos grandes motores diesel, não são altamente ajustados. Eles são construídos para serem robustos e sobreviverem em condições extremas
• até certo ponto, a potência é irrelevante para as velocidades. Ela é relevante para a aceleração. Hoje em dia, praticamente todos os carros podem atingir 50 km / h, mas você deseja que o carro chegue lá em 3 segundos ou 12 segundos. (À medida que as velocidades aumentam, você precisa de potência para compensar o arrasto, e é por isso que apenas os carros mais poderosos atingem 200 km / h)
• O pico de potência é usado para veículos de passageiros quando você precisar, mas quando não precisa, tira o pé do acelerador e economiza instantaneamente dinheiro enviando menos combustível ao motor. Alguns motores modernos também param de fornecer combustível para metade dos cilindros durante o cruzeiro

O verdadeiro fator para o tamanho do motor sempre foi o custo do combustível; portanto, nos EUA, onde o combustível é barato, o consumo de combustível não era um problema - portanto, motores grandes e ineficientes. Compare isso com o Reino Unido, Europa e Japão, onde o combustível é muito caro e você encontra fabricantes que fabricam motores pequenos, altamente afinados e altamente eficientes.

Não consegui encontrar um gráfico de potência / rpm para o Humvee, mas há qualquer número online para carros comuns.

Para responder à sua pergunta "Por que meu Camry não queima mais combustível que um Humvee":

O motor Camry é muito mais eficiente - você está obtendo uma potência muito maior com muito menos combustível.

Por que ter potência extra no motor? Bem, se é necessário 35HP para fazer 50 MPH e isso é tudo o que você tem, levará muito tempo para acelerar até esse ponto - possivelmente vários minutos.

Além disso, as pessoas gostam do poder extra para a esportividade do carro - aceleração rápida quando você quiser, e não precisando pressionar muito o acelerador para subir ladeiras, etc. Você verá que o Camry estará realmente usando um desempenho muito significativo. quantidade da HP disponível. Eu diria que pelo menos 50% às vezes (por exemplo, acelerando uma colina com um carro cheio) e, dependendo do motorista, quase 100% não é algo inédito (por exemplo, ultrapassagem).

Por que o Camry é mais eficiente? As pessoas parecem estar perdendo um dos pontos principais - o Humvee é uma tonelada métrica mais pesada (muito mais atrito ao rolamento) e tem a aerodinâmica de um tijolo. Para colocar números, a Wikipedia cita o coeficiente de arrasto de um Hummer H2 como 0,57 e um Toyota Camry 2007 em 0,27. Portanto, é mais do que o dobro do coeficiente de arrasto, excluindo a maior área de seção transversal do Humvees. E se você tiver um artilheiro no topo, seria ainda pior!

Portanto, se você colocar o motor Humvee no Camry, verá um enorme consumo de combustível diminuir em comparação com o Humvee original.

Desculpe-me por responder minha própria pergunta, mas a resposta é tão clara para mim agora, pelo menos para motores não elétricos. Eles têm muita energia não utilizada porque, em velocidades inativas, você obtém apenas uma fração da energia anunciada. Para o mecanismo 2.4L Camry em marcha lenta (1000 RPM), ele produz apenas 30 HP e chega a 140 HP a 5000 RPM (cerca de 30 MPH com base nos vídeos do painel de teste de aceleração).

O diesel V8 atinge seus 200 HP completos em apenas 2500 RPM, o que explica por que não usa um motor de tamanho grande como em veículos a gasolina para compensar o baixo HP em baixas RPMs.

Para ver quanto de HP você precisa se seu motor tiver uma curva de potência perfeitamente plana, observei um teste de aceleração para um Toyota Camry LE 2.4L de 2008, 158 cv , que varia de 0 a 100 km / h em 8,5 segundos. Para um mecanismo de potência constante perfeito, velocidade = sqrt (2 * potência * tempo / massa), portanto, você precisaria apenas de um motor de 86 HP para alcançar a mesma aceleração.

Mas agora isso levanta uma nova questão. Se os motores elétricos têm uma faixa de potência tão boa, então, por que tanto HP? Além disso, por que o torque está em torno de 0 RPM em vez de ir ao infinito como em um motor perfeito. Tem algo a ver com os ímãs sendo saturados?

Aqui estão os gráficos de torque x RPM para

1. 2.4L Camry 2009

2. V8 6.5L diesel (Hummer H1)

3. Motor de tração Tesla Model S (encontrado em algum lugar na cleantechnica.com)

Atualização: Como a DucatiKiller apontou, eu não considerei o peso ou o tamanho do motor, o que pode explicar por que alguns tipos de motores têm uma potência tão alta quanto se o custo / peso fixos de um motor (por exemplo, uma gasolina de 1/2 HP modelo de motor de avião) é pequeno ou o custo marginal para aumentar o HP é pequeno, então não custa muito mais para produzir um motor com sobrecarga.

Aqui estão as estimativas da relação potência / peso dos vários motores:

1. 2.4L Camry 2009

   158 cv / 121 kg = 1.3 cv / kg

2. Detroit Diesel 6.5L diesel

   200 HP / 750 lbs = 0,59 HP / kg

3. Motor de tração Tesla Model S

   400 HP / 70 libras = 12 HP / kg

   com baterias ou não seria justo:

   400 HP / (70 lbs + 540 kg) = 0,70 HP / kg