Observé la potencia de un motor usado en un Humvee (5500 lbs) y me sorprendió que solo sea ~ 190 caballos de fuerza, que es superado por muchos sedanes de 4 puertas.
Entonces, una pregunta obvia es por qué mi Camry SE (3300 lbs) no quema más gas que un Humvee y creo que es solo porque durante el uso regular, no usa cerca de 250 HP.
Alguien en los foros de física me dio una estimación de que solo se necesitan ~ 35 HP para que un automóvil promedio vaya a 50 mph en la carretera.
Entonces tengo 2 preguntas:
¿Alguien puede especular cómo son los gráficos de torque vs RPM de un motor sedán y un motor Humvee y cuáles son los puntos de operación típicos? Parece que el motor Humvee estaría operando mucho más cerca de su potencia máxima mientras gira más lento, pero a un par mucho más alto.
Si la potencia máxima nunca se usa para vehículos de pasajeros, ¿por qué no usan un motor más pequeño y ahorran algo de dinero?
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Respuestas:
El problema raíz aquí es que estás combinando varios términos diferentes. Ver Wikipedia para un cálculo de potencia a partir del par (tau) y rpm (f en esta ecuación):
Si asumió una curva de par plana, puede ver que la potencia máxima continuaría aumentando con las RPM. De hecho, si desea aumentar su potencia de comercialización para un vehículo nuevo, solo necesita elevar el limitador de revoluciones y evitar que el par baje más rápido que una libra-pie / rpm. No solo eso, también puede ver que los valores escalares de potencia y par (es decir, sin sus unidades) siempre serán iguales a 5252 rpm.
Como se señaló anteriormente, el diésel en el HMMWV tiene un par máximo alto a bajas revoluciones, pero el par cae rápidamente, lo que resulta en una potencia máxima a rpm menores que el Camry (190 hp a 3,400 rpm / 380 lbf · ft a 1,700 rpm citado en la página de Wikipedia). El Camry normalmente aspirado tiene una curva de torque mucho más plana con un pico de torque más cercano a 4700 rpm y un pico de potencia a 6200 rpm (haciendo algunas suposiciones de que estamos discutiendo un Camry SE bastante reciente con el motor 2GR-FE).
Si vuelve a la ecuación original, eso significa que la primera derivada de la curva de torque del Camry es cero a 4700 rpm y negativa a 6200 rpm (donde la tasa de disminución del torque finalmente supera el aumento lineal de rpm).
Ellas hacen. Simplemente no compraste ese.
El diseño civil de motores y automóviles se basa en ciertos puntos de comercialización. En este caso, el Camry tiene un amplio par y curvas de potencia, por lo que no hay necesidad de cambiar con frecuencia (más de dos cambios a 60 mph afecta ese número crítico de comercialización 0-60). Los transportes militares tienen parámetros de misión completamente diferentes, incluidos factores como la facilidad de mantenimiento, los sistemas de armas, no explotar, etc.
Si la economía es su factor clave, puede elegir un motor más pequeño. Todos los fabricantes están ofreciendo una variedad de desplazamientos y tecnologías de motores ahora. El Camry SE actual ofrece un cuatro cilindros en línea más pequeño, un híbrido de cuatro cilindros y un V6 más grande.
En cualquier caso, es casi imposible que un motor de gasolina supere las millas por galón de un turbo diesel.
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Su pregunta tiene algunos puntos desconectados:
El verdadero factor determinante del tamaño del motor siempre ha sido el costo del combustible, por lo que en los EE. UU., Donde el combustible es barato, el consumo de combustible no fue un problema, por lo tanto, motores grandes e ineficientes. Compare esto con el Reino Unido, Europa y Japón, donde el combustible es muy costoso y encuentra fabricantes que fabrican motores pequeños altamente eficientes y altamente ajustados.
No pude encontrar un gráfico de potencia / rpm para el Humvee, pero hay cualquier número en línea para autos comunes.
Para responder a su pregunta "¿Por qué mi Camry no quema más combustible que un Humvee?":
El motor Camry es un motor mucho más eficiente: obtienes una potencia mucho mayor con mucho menos combustible.
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¿Por qué tener potencia extra del motor? Bueno, si se requieren 35HP para hacer 50 MPH y eso es todo lo que tiene, tomará mucho tiempo acelerar hasta ese punto, posiblemente varios minutos.
Además, a la gente le gusta la potencia adicional para la deportividad del automóvil: aceleración rápida cuando lo desea, y no tener que apretar demasiado el acelerador para subir cuestas, etc. Verá que el Camry realmente utilizará un motor muy significativo. cantidad de HP disponible. Yo diría que al menos el 50% a veces (por ejemplo, acelerar una colina con un automóvil lleno), y dependiendo del conductor, no está cerca del 100% (por ejemplo, adelantar).
¿Por qué el Camry es más eficiente? Parece que a la gente le falta uno de los puntos clave: el Humvee es una tonelada métrica más pesado (mucha más fricción de rodadura) y tiene la aerodinámica de un ladrillo. Para ponerle números, Wikipedia cita el coeficiente de arrastre de un Hummer H2 como 0.57, y un Toyota Camry 2007 en 0.27. Entonces, es más del doble del coeficiente de arrastre, y eso excluye el área de sección transversal más grande en Humvees. Y si tienes un artillero arriba, ¡sería aún peor!
Entonces, si pones el motor Humvee en el Camry, verás una disminución masiva del consumo de combustible en comparación con el Humvee original.
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Disculpe por responder mi propia pregunta, pero la respuesta es muy clara para mí, al menos para motores no eléctricos. Tienen tanta potencia no utilizada porque a velocidades inactivas, obtienes solo una fracción de la potencia anunciada. Para el motor Camry de 2.4L en ralentí (1000 RPM), solo genera 30 HP y solo llega a 140 HP a 5000 RPM (aproximadamente 30 MPH según los videos del tablero de pruebas de aceleración).
El V8 diesel alcanza sus 200 HP completos a solo 2500 RPM, lo que explica por qué no usa un motor de gran tamaño como en los vehículos de gasolina para compensar los bajos HP a bajas RPM.
Para ver cuánto HP necesita si su motor tiene una curva de potencia perfectamente plana, analicé una prueba de aceleración para un Toyota Camry LE 2.4L de 2008, 158 hp , que va de 0 a 60 mph en 8.5s. Para un motor de potencia constante perfecto, velocidad = sqrt (2 * potencia * tiempo / masa), por lo que solo necesitaría un motor de 86 CV para lograr la misma aceleración.
Pero ahora eso plantea una nueva pregunta. Si los motores eléctricos tienen una banda de potencia tan buena, entonces, ¿por qué tanto HP? Además, ¿por qué el par es plano alrededor de 0 RPM en lugar de ir al infinito como en un motor perfecto? ¿Tiene algo que ver con que los imanes estén saturados?
Aquí están los gráficos de torque vs RPM para
Actualización: como señaló DucatiKiller, no consideré el peso o el tamaño del motor, lo que podría explicar por qué algunos tipos de motores tienen una potencia tan alta ya que si el costo fijo de peso / tamaño de un motor (por ejemplo, una gasolina de 1/2 HP motor de avión modelo) es pequeño o el costo marginal para aumentar el HP es pequeño, entonces no cuesta mucho más hacer un motor sobrecargado.
Aquí hay estimaciones de la relación potencia / peso de los distintos motores:
2.4L Camry 2009
158 HP / 121kg = 1.3 HP / kg
Detroit Diesel 6.5L diesel
200 HP / 750 lbs = 0.59 HP / kg
Motor de tracción Tesla Model S
400 HP / 70 lbs = 12 HP / kg
con baterías o de lo contrario no sería justo:
400 HP / (70 lbs + 540 kg) = 0.70 HP / kg
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