Verbraucht ein leistungsstärkerer Motor für eine bestimmte Last weniger Kraftstoff als ein weniger leistungsstarker Motor?

Ein Kollege erzählte mir von einem Lastwagen, der in den Bergen fährt. Er sagte, wenn der Motor zu klein ist, würde er mehr Kraftstoff zum Anheben des Lastwagens verbrauchen, als wenn der Motor größer wäre. Der Grund dafür sei, dass der kleinere Motor härter arbeiten muss, um dasselbe zu erreichen wie der größere Motor.

Soweit ich weiß, enthält eine Kraftstoffeinheit, die Diesel oder Benzin ist, eine festgelegte Energiemenge, und daher verstehe ich nicht, warum ein größerer Motor weniger Kraftstoff verbraucht als das kleinere Gegenstück, als die Kraftstoffmenge, die benötigt wird geben die benötigte energie sollte gleich sein, oder? Es scheint mir einfach nicht intuitiv, dass ein größerer Motor weniger Kraftstoff verbrauchen könnte.

Meine Frage lautet also: Stimmt es, dass ein größerer Motor potenziell sparsamer als sein kleineres Gegenstück sein könnte? Und falls es wahr ist, warum?

Das ist wahr.

Betrachten Sie das Bild einer RAV4-Hybridinstrumententafel:

Auf der linken Seite sehen Sie, dass Sie sich in der Nähe von 50% der maximalen Last in der ECO-Region und zwischen 50 und 100% der maximalen Last in der PWR-Region (dem oberen Ende der PWR-Region) befinden wird von lauten Geräuschen begleitet, die von einem hochdrehenden Motor kommen).

Oder betrachten Sie die grundlegende Motorbetriebslinie eines Toyota Prius-Motors (die Konturen sind g / kWh-Konturen):

Sie sehen, dass der maximale Wirkungsgrad bei etwa 2100 U / min und 100 Nm liegt, während die maximale Leistung bei 5500 U / min und 130 Nm liegt. Der maximale Wirkungsgrad liegt bei 2100 * 100 / (5500 * 130) = dem 0,29-fachen der maximalen Last. Oder ungefähr 30%.

Warum beträgt die ECO-Region im RAV4-Hybrid bis zu 50% der Höchstlast und nicht bis zu 30% der Höchstlast? Dies erklärt sich durch den elektrischen Schub, der Hybriden innewohnt (er liefert die 20% -Lücke).

Wenn Sie keinen Hybrid haben, sollten Sie im Idealfall 30% der maximalen Motorleistung nutzen. Dies bedeutet fast, aber nicht vollständig Vollgas und 2000-2500 U / min. Ein kleinerer Motor muss näher an der Vollgasposition und bei höheren Drehzahlen betrieben werden, was niedrigere Gänge bedeutet. Dies verschwendet Kraftstoff.

Ein gutes Beispiel: Toyota Yaris stellte von 1,33 Liter auf 1,5 Liter um und die Emissionen und der Kraftstoffverbrauch gingen zurück. Der größere Motor war in der Tat sparsamer!

Ein weiteres gutes Beispiel: Früher hatte der Toyota Prius 1,5 Liter, heute sind es 1,8 Liter. Der Kraftstoffverbrauch ging nach dem Umstieg auf einen größeren Motor zurück.

Dies gilt natürlich nur für Motoren mit angemessener Größe. Wenn Sie einen 5-Liter-V8 in einem PKW wollen, sollten Sie nicht mit einem geringen Verbrauch rechnen.

Es ist ziemlich komplex, wenn Sie sich wirklich mit den Details befassen, aber in einem vereinfachten Sinn hat Ihr Kollege Recht.

Fahren in den Bergen

Ich halte dies für einen entscheidenden Punkt - Fahren in Bergen bedeutet per Definition, dass Sie in der Höhe fahren, da die Höhe die Dichte der Lufttropfen erhöht. Dies bedeutet, dass für ein bestimmtes Luftvolumen, das der Motor aufnimmt, weniger Sauerstoff für die Verbrennung zur Verfügung steht. Angesichts der Notwendigkeit, ein konstantes (-ish) Luft-Kraftstoff-Verhältnis aufrechtzuerhalten, bedeutet dies, dass der Motor weniger Kraftstoff pro Zyklus einspritzt (es macht keinen Sinn, mehr einzuspritzen, als Sie verbrennen können!), Sodass Sie weniger Leistung erhalten. Dies bedeutet, dass Sie die Drehzahl des Motors erhöhen müssen, um die gleiche Menge an Arbeit zu erledigen, und dies bedeutet, dass Sie mehr Kraftstoff verbrauchen (jede Drehzahl wird mit den damit verbundenen "Leistungsverlusten" der Überwindung einhergehen) Reibung im Motor, Beschleunigung der Masse der Kolben usw.), um die gleiche Beschleunigung vom Motor zu erhalten.

Ein größerer Motor erzeugt im Allgemeinen proportional mehr Leistung als ein kleinerer Motor (alle anderen Faktoren sind gleich). Auch wenn der Kraftstoffverbrauch auf die gleiche Weise gesenkt werden muss, wird er dennoch mehr Leistung pro Umdrehung bringen als der kleinere Motor und Deshalb muss er nicht so stark erhöht werden, um die gleiche Leistung wie der kleinere Motor zu erzielen. Und wenn der Lkw das gleiche Gewicht wie der Lkw mit kleinerem Motor hat und Sie versuchen, die gleiche Geschwindigkeit zu erreichen, verbraucht er die gleiche Menge an Leistung, aber möglicherweise produziert der größere Motor diese Leistung effizienter und hat daher weniger Kraftstoffverbrauch.

Vor einigen Jahren hat Top Gear einen Toyota Prius auf die Strecke gebracht und ihn mit Hochdruck gefahren. Gleich hinter dem Prius folgte ein BMW M3, der auf den Radspuren des Toyota fuhr und genau seinem Tempo entsprach.

Der Toyota ist ein 1,5-Liter-Hybrid, der M3 ein 3,2-Liter-Reihen-6-Benziner. Der Prius lieferte einen Kraftstoffverbrauch von 17,2 UK-Meilen pro Gallone, der M3 19,4 UK-Meilen pro Gallone. Der Grund dafür war, dass der Prius an seine Grenzen getrieben wurde. Es hat viel Zeit damit verbracht, das Gaspedal in den Teppich zu drücken. Damit der M3 mit dem Tempo des Toyota mithalten konnte, musste er effektiv zurückgehalten werden.

Betrachten Sie nun ein Beispiel: Ein Lastwagen fährt in einer Bergregion auf und ab. Wenn der LKW einen voll beladenen Anhänger eine steile Steigung hinaufzieht, verbraucht er eine erhebliche Menge an Gas. Steigende Hügel stellen eine Belastung für Fahrzeugmotoren dar. Die beiden Faktoren, die dies beeinflussen, sind das Gewicht des Fahrzeugs und die Menge an Leistung, die der Motor erzeugen kann. Ein kleiner Motor, der hart gearbeitet hat, verbraucht Kraftstoff und erzeugt schneller Wärme als ein leistungsstärkerer Motor, der dem Tempo des kleineren Lastwagens mit Motor entspricht.

Es ist möglich, dass ein Fahrzeug mit kleinerem Motor weniger Kraftstoff verbraucht als ein leistungsstärkeres Gegenstück, aber das hängt nur davon ab, dass es länger dauert, um die Strecke zurückzulegen.

Dinge wie Drehmoment, (Kurbelwinkel, Pleuellänge), Anzahl der Zylinder, Design des Zylinderkopfs, Wirkungsgrad und Design der Abgasanlage usw. usw. wirken sich alle auf die Kraftstoffeffizienz eines Fahrzeugs aus.

Wenn jedes Fahrzeug gleich effizient wäre, würden die Hersteller keine Kraftstoffverbrauchszahlen veröffentlichen und in Bezug auf Effizienz und Emissionen konkurrieren.

Um eine feste Energiemenge mit einem Wirkungsgrad von 100% zu erzeugen, muss eine feste Kraftstoffmenge pro Minute verbraucht werden.

Sie können es entweder in einer großen Anzahl kleiner Mengen in den Zylindern eines kleinen Motors verbrennen oder in einer kleinen Anzahl großer Mengen in den Zylindern eines großen Motors, der mit einer niedrigeren Drehzahl läuft.

Die Menge an mechanischer Energie, die durch Reibung im Motor und im Getriebe verschwendet wird, steigt mit höherer Drehzahl. Wenn beispielsweise die Reibungskraft zwischen den Kolben und dem Zylinderblock ungefähr konstant ist und Sie die Drehzahl verdoppeln, bewegen sich die Kolben in der gleichen Zeit doppelt so weit, und dieselbe Kraft bewirkt doppelt so viel Arbeit.

Zumindest in einem gewissen praktischen Bereich ist ein Motor mit größerem Hubraum im selben Fahrzeug tendenziell sparsamer.

Beachten Sie, dass die Wärmeenergie, die als Wärme aus dem Auspuffrohr und im Motorkühlsystem verschwendet wird, mehr von der Kraftstoffverbrennungsrate als von der Motordrehzahl abhängt, sodass die gesamte Geschichte komplizierter ist als die oben genannten.

All diese Logik bricht zusammen, wenn die Motorgröße so groß ist, dass die "effiziente" Drehzahl unpraktisch niedrig wäre. Auch große Motoren wiegen mehr als kleine Motoren und müssen mehr Leistung produzieren, um dem schwereren Fahrzeug die gleiche Beschleunigungsrate zu verleihen. Der Effekt der Gewichtszunahme ist natürlich bei PKWs signifikanter als bei großen LKWs.