60mph의 차량은 속도를 유지하기 위해 (즉, 회전 저항과 항력을 극복하기 위해) 약 20hp가 필요하다고 가정 해 봅시다.

이 차가 240 마력을 생산하고 약 34 mpg를 얻는다면 (너무 비현실적이지 않음), 엔진이 0.05 효율에 불과하다면 어떻게 34 mpg를 얻습니까? 나는 Carnot 씨 덕분에 현대 자동차의 효율 한계가 25-30 % 에 가까운 것으로 알고 있습니다 .

여기 에서 차트 .

나는 기어링이 답의 일부라고 생각하지만 기어링으로 엔진이 20hp를 생성하는 방법을 이해하는 데 어려움을 겪고 있지만 엔진 부하가 적을 때 차트에 표시된 것보다 분명히 높은 효율을 유지합니다.

엔진로드가 정확히 무엇을 참조하고 있지 않을 수 있습니까?

열역학적 효율 대 연료 경제

내연 에너지에 대해 25-30 %의 효율을 인용하면 엔진의 열역학적 효율에 대해 이야기하고 있습니다. 이것은 이론적 인 수준에서 온도 차이를 기반으로합니다. 연료와 직접 관련이 없습니다.

갤런 당 34 마일 의 연비를 인용하면 , 이제 연료 의 에너지 밀도와 같은 다른 요인에 크게 의존하는 것에 대해 이야기하고 있습니다. 휘발유 1 갤런에 추출 가능한 에너지가 얼마나됩니까? 반물질의 갤런은 어떻습니까? 초콜릿 우유 1 갤런?

많은 엔진은 열역학적 효율의 큰 변화없이 다른 에너지 밀도를 가진 다른 연료 또는 연료 블렌드를 수용 할 수 있습니다. 예를 들어, 에탄올은 가솔린과 혼합되지만 에너지 밀도는 가솔린보다 약 30 % 낮습니다. 한 갤런은 다른 갤런과 같지 않습니다.

특정 열역학적 효율로 엔진을 작동시키는 것은 온도차를 가지며; 온도 차이를 유지하려면 일정 속도로 에너지를 추가해야합니다. 연료의 에너지 밀도가 낮을 ​​때 동일한 열역학적 효율을 얻는 것은 단순히 연료 공급 속도를 높이는 것을 의미합니다 ($Q$ 또는 $\dot{m}$)에 따라 에너지 전달률 ($q_{in}$)는 동일하게 유지됩니다. 이것은 엔진이 다른 연료를 연소시키는 방법의 다양한 뉘앙스를 무시하지만 일반적으로 열역학적 효율과 연비 사이에는 직접적인 관계가 없습니다.

엔진 적재의 중요성

나는 기어링이 답의 일부라고 생각하지만 기어링으로 엔진이 20hp를 생성하는 방법을 이해하는 데 어려움을 겪고 있지만 엔진 부하가 적을 때 차트에 표시된 것보다 분명히 높은 효율을 유지합니다.

엔진로드가 정확히 무엇을 참조하고 있지 않을 수 있습니까?

자동차가 가속되지 않을 때 엔진의 하중은 엔진의 움직임에 작용하는 힘에서 비롯됩니다. 내부 마찰 (피스톤, 크랭크 샤프트, 변속기 등), 외부 마찰 (노면의 타이어), 끌기, 중력 (오르막길). "부하"는 자동차가 어느 정도 속도와 가속력을 갖기 위해 엔진에 필요한 전력량을 의미합니다.

지적했듯이, 차량이 고속도로에서 순항 할 때는 속도를 유지하기 위해 전체 가용 전력 출력의 작은 비율 만 필요합니다. 우리가 정말 고속 및 / 또는 예외 없이 자동차에 대해 이야기하지 않는 한 , 고속도로에서 순항하는 것은 고부하 상황이 아닙니다. 당신의 혼란은 가속하는 동안보다 고속도로 속도로 순항 할 때 차량이 더 나은 연비를 얻는다는 사실에서 비롯된 것 같습니다 .

실현의 핵심 일이 있다는 것입니다 더 좋은 연료 경제를 점점 엔진이 더 높은 열역학적 효율로 작동하는 것을 의미하지는 않습니다 연비에 가서 다른 많은 요인이 있기 때문에. 카르노 사이클의 열역학적 효율은 이러한 요소 중 하나 일뿐입니다. 또 다른 요인은 연소 반응의 효율성 (기술적으로 카르노 사이클의 일부가 아님)입니다. 또 다른 하나는 차량을 가속하는 데 사용되는 전력량 (유용한 작업)과 마찰, 드래그 및 전도 (폐열,$q_{out}$).

연비 계산

다음과 같은 관계를 고려하십시오. 엔진로드는 어디에서 발생합니까?

이상적인 상황에서, 차량에 끌림이없고, 내부 및 외부 마찰이 최소화되고, 수평면에서 운전할 때 속도를 유지하는 데 필요한 전력은 사실상 제로입니다. 이는 엔진의 부하 (가속하지 않을 때)도 사실상 제로임을 의미합니다. 이 시점에서 Carnot 효율은 관련이 없지만 매우 낮습니다. 그러나, 연비는 것이 엄청난 일부를 가지고 있기 때문에$v$ 거의 제로와 분자 $Q$ 분모에

반대 상황은 설명하기가 훨씬 쉽습니다. 집에서 차 안에서 할 수 있습니다. 변속기가 중립에 놓인 상태에서 가속기를 바닥에 놓으십시오. (실제로이 작업을 수행하지 마십시오.) 크랭크 샤프트에서 지옥을 가속하는 순간의 고부하 시나리오$v = 0$따라서 연비가 0입니다.

현실적인 시나리오는 더 복잡하지만 짧은 이야기는 엔진 실린더에서 발생하는 연소 반응이 매우 높은 가속도 기간 (즉, 최대 하중에 가까워지는 기간) 동안 훨씬 덜 효율적이라는 것입니다.더 많은 연료가 연소되지 않은 엔진을 통과하거나 부분적으로 만 연소되어 동일한 갤런의 연료에서 많은 에너지를 추출하지 못했음을 의미합니다. 여전히 어딘가로 가고 있으며 엔진은 부하로 인해 더 높은 열역학적 효율로 작동하지만 연비 측면에서 낮은 연소 효율로 인해 이점이 줄어 듭니다. 연소 효율이 매우 열악한 경우, 그 비용이 고부하의 이점을 완전히 능가하는 것도 가능하다. (이것은 차량의 유지 보수가 매우 좋지 않은 경우에 예상 될 수 있습니다. 실제로 자동차의 나이, 제어 장치의 품질, 가속하는 기어, 정확한 예측을하기가 어렵습니다. 일반적인 시나리오의 경우)

내가 언급하고 싶은 또 다른 것은 당신의 힘이 어디로 가는지 고려해야한다는 것입니다. "높은 엔진 로딩"은 엔진이 생산할 수있는 많은 힘이 요구됨을 의미합니다. 전원이 어디로 가는지 알려주지 않습니다. 속도의 제곱에 따라 증가하는 항력과 싸울 것이라면, 그것은 전력 낭비와 연료 낭비입니다. 매우 효율적으로 제공 할 수 있지만 차량 속도 *에 추가되지 않으면 연비에 영향을 미치지 않습니다. 엔진 주위에 시스템 경계를 그려 자동차의 목적을 무시할 때만 효율적입니다.

* 기술적으로는 고도를 고려해야하지만 연비는 일반적으로 수평 경로 거리로 계산됩니다. 고도의 변화로 인한 손익은 전체적으로 상쇄되거나 약간의 보정 계수로 설명됩니다.

질문의 줄거리는 요청되는 상황에 적용되지 않습니다. 자동차 엔진의 동력 용량은 RPM을 변경하고 흡기의 공기 흐름을 조절함으로써 주행 중에 동적으로 변경됩니다.

자동차 엔진의 최고 효율은 미드 레인지 어딘가에 있으며, 높은 하중과 낮은 하중 모두에서 비효율적입니다. 10 % 로딩에서 효율은 여전히 ​​피크의 절반보다 낫습니다.

그러나 우리가 34mpg에서 10 %의 효율을 얻고 있다고하자. 불일치가 없다. 그것은 당신이 어떻게 든 100 % 효율을 달성 할 수 있다면, 그로드 시나리오에서 340mpg를 얻을 것임을 의미합니다.

휘발유 엔진은 저 부하시 효율이 매우 낮습니다. 34mpg 효율은 낮은 부하에서 인용되지 않습니다.

최대 주행 거리가 발생하는 이상적인 속도가 있습니다 ... 부하가 증가함에 따라 엔진 효율이 증가하지만 속도의 제곱에 따라 에어 드래그 손실이 증가합니다.

저 부하에서 빈곤층을 효율적으로 사용하는 데는 두 가지 주요 이유가 있습니다.

1. 저부 하에서는 엔진 마찰을 극복하기 위해 수행되는 작업의 상당 부분이 사용됩니다.
2. 저부 하에서는 유효 압축비가 매우 낮아 효율성이 매우 낮습니다.

엔진에 의해 생성 된 동력은 각속도에서의 가용 토크에 의한 각속도의 곱입니다. 기어 박스의 기능은 엔진 속도와 도로 속도를 맞추는 것입니다.

도시 주행 마일리지는 고속도로 주행 거리보다 주로 운동 에너지를 열로 소산하고 신호등 또는 정지 신호에서 공전하는 제동으로 인해 고속도로 주행 거리보다 낮습니다.

나는 그것이 오래된 실이라는 것을 알고 있지만, 그것을 찌르는 것을 저항 할 수는 없습니다. 특히 다른 답변에 너무 나쁘거나 관련이없는 정보가있는 경우.

1. 열효율과 연료 마일리지는 관련이 있습니다-고려해야 할 다른 요소가 있습니다.

   연료 에너지 밀도는 한 요소입니다. 휘발유 엔진의 경우 약 44.5 HP- 시간입니다 (mpg가 일정 시간 동안 발생하고 토크가 순간적으로 발생하기 때문에 5252를 곱하고 RPM으로 나눠서 번역하는 경우 HP를 사용하겠습니다). 출력 "더 나은", 그것은 대수적으로 직접 관련되어 있습니다.) 20 HP를 사용하고 1 갤런의 연료를 태우면 20 / 44.5 = 44.9 % NET 열 효율을 얻습니다. 60 MPH에서이 작업을 수행 할 수 있으면 60 / 1 = 60 MPG (MPH / GPH)가됩니다.

2. 상기 주어진 일례는 34 MPG에서 10 % 효율을 사용 하였다. 수학을 단순하게 유지하기 위해 60 MPH를 가정하겠습니다. 갤런 당 10 % x44.5 = 4.45 HP- 시간. 60 MPH에서 34 MPG를 달성하려면 가솔린 시간당 60/34 = 1.765 갤런 (MPH / MPG = GPH)이 필요합니다. 1.765 갤런의 가솔린에서 4.45 HP를 추출하면 총 7.85 HP를 사용합니다. 보다 적은 비용으로 60 MPH로 차량을 운행 할 수 없기 때문에 실제 세계에서 100 % 효율적인 가솔린 엔진 구동 자동차에서 340 MPG를 얻을 수는 없습니다 (100 % 효율적인 엔진의 인식 불가). 8 HP! 연료 마일리지가 훨씬 더 높은 차량이 있지만 거리에 적합한 차량이 없으며 엔진이 확실히 10 % 이상을 주행합니다. 결론적으로, 숫자는 서로 관련이 있으며 임의의 숫자를 쌍으로 묶을 수 없으며 어리석은 주장으로 끝납니다.
3. 낮은 고속도로 속도에서 (다시 말하면 계산을 간단하게 유지하기 위해 60 MPH를 사용하는 것을 좋아합니다) 대부분의 최신 엔진은 약 15 % ~ 18 % TE (그리고 약간의 변동성이 있음)를 사용하며 대부분의 현대 세단은 15 ~ 20 BHP 정도가 필요합니다. 플라이휠. 이는 대부분의 중형 세단이 20 ~ 32 MPG (TE x 44.5 x gal. = HP- 시간 : 15 / (. 18x44.5) = 1.87 gal 및 20 / (. 15x44.5) = 3.00 gal )임을 의미 합니다. ; 60 / 1.87 = 32.0 MPG 및 60 / 3.00 = 20.0 MPG ).
4. 제조업체가 엔진을 소형화하는 이유는 더 작은 엔진이 동일한 전원 출력에서 ​​더 높은 효율로 작동하는 경향이 있기 때문입니다. 위에서 계산 한 것보다 연료 마일리지가 더 좋은 자동차는 일반적으로 2.0 리터 엔진보다 작습니다.

표시된 차트는 엔진의 열 효율과 관련이 있으며 움직이는 자동차를 완전한 시스템으로 간주하지 않으며 수직 축은 백분율 효율이 아닌 비율로 표시되므로 0.2에서 그래프는 20 %에 해당합니다

자동차 전체의 경우, 엔진 하중은 속도의 제곱에 따라 항력이 증가하는 경향이 있으므로 속도와 무관합니다.

낮은 부하에서 IC 엔진의 효율이 낮은 주된 이유는 생산되는 전력에 관계없이 많은 에너지 손실이 상당히 일정하기 때문입니다. 여기에는 공기 유도, 펌핑 연료, 냉각수 및 윤활유 및 전기 시스템 전원 공급에 필요한 전력이 포함됩니다. 따라서 낮은 출력에서 ​​이러한 손실은 엔진에서 발생하는 전체 출력의 훨씬 큰 비율을 나타냅니다. 예를 들어, 엔진은 모든 보조 장치에 대해 1kW의 일정한 요구 사항이 있다고 가정하십시오. 1kW의 출력 전력을 생산하는 경우 이러한 손실은 생산되는 총 전력의 절반이지만 엔진이 50kW를 개발할 때는 전체 전력의 2 %에 불과합니다.

더 높은 출력을 가진 더 큰 엔진에서, 이러한 (대략) 일정한 손실은 더 작은 용량의 엔진보다 더 큰 경향이 있습니다.

또한 엔진의 효율은 mpg와 직접 관련이 없습니다. 대형 자동차의 효율적인 엔진은 여전히 ​​가벼운 자동차의 비효율적 인 엔진보다 더 높은 연료 소비량을 가질 수 있습니다. 달리 말하면 mpg는 특정 거리를 이동하는 데 필요한 에너지의 양과 관련이 있지만 효율성은 해당 에너지의 낭비 정도를 측정합니다.

다이어그램에서 '부하'는 엔진에 의해 생성 된 토크입니다. 테스트를 위해 조정 가능한 부하 (예 : 발전기 및 저항 뱅크)에 연결됩니다. 생성 된 동력은이 토크에 각속도 (RPM)를 곱한 것입니다. 모든 엔진은 움직이는 부품 (특히 밸브 및 커넥팅로드)의 가속력으로 인해 RPM에 실질적으로 제한이 있으므로 출력 전력은 부하와 RPM의 기능입니다.

다시 말하면, 25 % 부하는 최대 전력의 25 %와 다릅니다.

DC 전기 모터의 경우 최대 정격 전력보다 적은 점에서 효율이 가장 높습니다.

손실 메커니즘은 토크 독립적 매개 변수로서 빠른 회전으로 인한 마찰과 자기 코어 손실 (철 합금을 통과하는 전류)입니다. 자기 손실이 아닌 경우 토크 = 0에서 효율이 최대가됩니다. 따라서 모터의 손실 메커니즘을 이해하고 동일한 유형의 곡선을 적용 할 수 있는지 확인하십시오.

당신의 질문을 되풀이하다 :
1. 자동차는 60mph에서 34mpg로 얼마나 많은 에너지를 사용합니까?
2. 일정한 속도를 유지하기 위해 20hp가 필요한 경우 효율성은 무엇입니까?

SI 단위 :
14.4km / L을 수행하는 26.8m / s의 차량에 14.9kW가 필요합니다.

경험적 데이터 :
* 가솔린의 경우 HHV 약 47MJ / Kg
* 가솔린의 밀도는 약 0.74Kg / L
=> ~ 35MJ / L

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

NB1 : 인용 된 240hp는 최대 출력 전력입니다.

NB2 : 다이어그램의 % 부하는 특정 속도에서의 최대 전력을 나타냅니다. 스로틀 위치, 밸브 타이밍 및 매니 폴드 공명 특성에 따라 엔진의 체적 효율에 대략 비례합니다.

그 차트는 용의자입니다. 웹 페이지에서 가져온 페이지를 보면 해당 페이지의 작성자가 "로드", "파워", "토크"등과 같이 자신이 사용하고있는 기본 용어를 이해하지 못하는 것이 분명합니다. 차트는 "부하"를 "토크"로 해석하면 토크가 증가하고 스핀이 감소함에 따라 엔진 효율이 향상되는 것으로 잘 알려져 있습니다 (따라서 "과구 동").

요약하면 엔진 효율은 다음과 같이 내림차순으로 결정됩니다.

1. 열역학 : 열역학 제 2 법칙 (열기관) . 뜨거운 저장통에서 열량 QH를 추출하여 작업 W를 수행하는 데 모두 사용할 수는 없습니다. 일정량의 열 QC를 차가운 저장 통으로 배출해야합니다. 이것은 완벽한 열 엔진을 배제합니다.
2. 연료의 에너지 함량 : 연료 의 특정 에너지 함량은 특정 양이 연소 될 때 획득되는 열 에너지입니다 (예 : 갤런, 리터, 킬로그램). 때로는 연소열이라고도합니다. 이론적 가치는 일정한 온도와 압력 (등온, 등압) (특정 엔진의 기능)에서 열역학 시스템에서 얻을 수있는 "유용성"또는 프로세스 시작 작업을 측정하는 열역학적 전위 인 Gibbs 자유 에너지 로부터 결정됩니다. .
3. 특정 내연 기관 효율 : 현대적인 내연 기관의 효율 은 주로 공연비 , 압축비 , 밸브 제어 시스템 , 엔진 온도 관리에 센서로 구성된 폐쇄 루프 제어 시스템으로 처리됩니다 (풍량, 온도) , 람다 센서)를 마이크로 컴퓨터에 연결합니다. 1, 이러한 함께 기어 박스는 , 최적의 엔진 성능을 결정하는 특정에 위치 스로틀 , 차량 하중 및 경사 . ( 항력 계수 와 타이어 사이즈 고려해야합니다.)