Por que os motores de pistão em aviões queimam combustível a uma taxa maior do que um motor de carro comparável?

Como outros notaram, motores de avião e motores de automóveis têm ciclos de trabalho muito diferentes. Um motor de avião normalmente funcionará com potência máxima por alguns minutos durante a decolagem & suba, depois em uma grande fração do maximo durante o vôo nivelado, que pode durar horas, e seja desacelerado somente durante a descida e o pouso.

Um motor automático, por outro lado, opera apenas com potência máxima por alguns segundos, pois você, por exemplo, acelera a rampa de acesso da autoestrada, e então será desacelerado para produzir a pequena fração de energia total necessária para manter Velocidades de cruzeiro na autoestrada¹. Como a potência é proporcional ao consumo de combustível², o motor do seu carro consome muito menos combustível. Mesmo que possa ser classificado para produzir o mesmo HP max que o motor do avião, em operação normal, ele produz um HP muito menor durante a maior parte do tempo de operação. Você pode ver isso em operação se você dirigir um carro com um medidor de consumo de combustível em tempo real. Por exemplo, o meu híbrido Insight mostra ~ 25 mpg ao acelerar ou escalar montanhas (usando quase potência total), mas 75 mpg ou melhor cruzeiro em um nível interestadual.

Observe também que a economia real de combustível de um avião não é muito diferente de seu SUV médio. Eu não tenho mais os números exatos, mas uma vez calculei que meu Cherokee 180 tinha cerca de 18 mpg. Quando você descobre que está indo duas vezes mais rápido, e em viagens mais longas pode encurtar a distância percorrida indo em linha reta ao invés de ter que seguir estradas, a comparação não é tão ruim assim.

¹Isto, incidentemente, é por isso que os carros híbridos podem usar assistência elétrica para obter mpg muito melhor - o motor a gasolina pode ser grande o suficiente para um cruzeiro eficiente, enquanto a aceleração é fornecida pelo motor elétrico.

²Para uma primeira aproximação. É muito mais complicado no mundo real. Procure os mapas do BSFC se estiver curioso.

Você está comparando maçãs com laranjas.

Ligue o motor do seu carro a toda velocidade e meça novamente. O motor da aeronave ficará muito bom em comparação.

Motores de carros modernos otimizam o consumo de combustível com controle eletrônico do motor, para que a mistura de combustível / ar e a temporização das velas de ignição e das válvulas possam ser ajustadas às condições reais. Motores de aeronaves tecnicamente ainda estão presos na década de 1950 e muito mais simples, o que ajuda a torná-los mais confiáveis. Isso também significa que em cargas parciais o motor do carro é muito eficiente. No entanto, depois de operá-lo na sua potência máxima ou próximo dela, toda a eficiência é lançada ao mar e os parâmetros são definidos para a sobrevivência.

Quando você opera o motor do carro em aceleração máxima, ele usa uma mistura mais rica para usar a energia de evaporação do combustível para resfriar o cilindro. O mesmo é verdade para o motor de aviação, onde a mistura é controlada pela definição da temperatura desejada dos gases de escape (EGT). No entanto, o motor de aviação foi projetado para funcionar continuamente na potência máxima ou quase, para que seu sistema de resfriamento seja mais adequado, enquanto o motor do carro precisará de mais resfriamento devido à evaporação do combustível, pois seu sistema de refrigeração é muito pequeno para operação contínua com potência total. .

RPM e deslocamento não são suficientes para determinar a potência criada ou o combustível consumido por um motor. Você também precisa considerar a posição do acelerador.

Coloque seu Saab em ponto morto e tente segurar 2300 RPM. Até onde você tem que empurrar o acelerador? Não muito longe. Dirija seu Saab até uma montanha íngreme e tente segurar 2300 RPM. Até onde você tem que empurrar o acelerador? Dependendo de quão íngreme é o morro, talvez você não consiga manter 2300 RPMs em plena aceleração e precise reduzir a marcha!

O parâmetro adicional que você precisa considerar é a pressão absoluta do coletor do motor.

Em baixa potência, a placa do acelerador está quase fechada. Quando a válvula de admissão abre e o cilindro desce, só pode sugar um pouco de ar através desta restrição. Esta sucção gera um strong vácuo parcial. Um motor bem misturado introduzirá uma pequena quantidade de combustível para queimar corretamente com essa pequena quantidade de ar, e queimar essa quantidade menor de combustível com a menor quantidade de ar produz uma pequena quantidade de gás de exaustão, empurrando o cilindro para baixo com facilidade. Mas em ponto morto, esse fraco impulso é tudo o que é necessário para manter 2300 RPMs.

Em alta potência, a placa do acelerador está aberta. Quando a válvula de admissão abre e o cilindro desce, pode sugar muito ar através desta aceleração aberta. Ela gera apenas um vácuo fraco, porque é fácil para o ar entrar. Um motor adequadamente misturado precisa introduzir muito combustível para queimar com essa grande quantidade de ar, e queimar todo esse combustível e ar gera muita pressão e empurra para baixo. poderosamente no cilindro. Em neutro, esse strong empurrão faria o motor correr muito mais rápido que 2300 RPM, ou com a resistência de uma colina ou uma hélice, pode manter 2300 RPMs.

Cruzeiro na rodovia requer menos energia do que o cruzeiro em uma aeronave. Seu carro tem uma baixa pressão de admissão / vácuo strong / acelerador fechado na estrada, enquanto o Lycoming tem uma alta pressão de admissão / vácuo fraco / acelerador aberto, conforme indicado pelo seu consumo de combustível diferente!

Algumas observações:

O arrasto aerodinâmico (parasita) é proporcional à velocidade ao quadrado. O poder de superá-lo é proporcional à velocidade do tempo de arrasto - portanto, é proporcional à velocidade ao cubo . Para ir duas vezes mais rápido você tem que empurrar 4 vezes mais strong no dobro da velocidade, exigindo 8 vezes a potência. E 8 vezes o combustível queima. Mas com o dobro da distância, produzindo 1/4 do MPG, sendo todo o resto igual. É por isso que os carros esportivos legais mais rápidos, com capacidade de 200 - 250 MPH, precisam de quase 1000HP (750kW) e obtêm menos de 5MPG ao fazer isso.

Sim, os motores de aeronaves são de baixa tecnologia em comparação com os modernos motores automotivos. Eles também geralmente dirigem suas hélices diretamente, e não através de uma transmissão por engrenagens. Então eles têm que rodar em RPMs baixos e não podem obter HP alto por unidade de volume. O meu sabre Honda V45 de 1982 tinha um motor de 45 cv, 84 cv, mas podia funcionar a 10000 rpm.

Devido às baixas rotações do motor, uma cabeça de duas válvulas permite muito fluxo de ar, pois há tempo para que isso aconteça (a eficiência volumétrica é tão boa ou melhor que a maioria dos motores de 4 cabeças de válvulas). Da mesma forma, a força usada para empurrar os pushrods, rockers e válvulas é retornada pelas molas das válvulas - elas têm tempo para isso.

Por que não executar mecanismos pequenos e rápidos com engrenagem? Hélices e motores têm uma tremenda vibração torcional que não vemos nos carros devido aos volantes e inércia do veículo (e falta de propulsores!). Essas cargas e potenciais ressonâncias destruíram muitas tentativas de fazer com que tais soluções funcionassem. Sim, os projetos podem ser rígidos e strongs o suficiente para serem confiáveis e confiáveis. O problema é o custo e o peso adicionais que anulam todo o motivo para seguir esse caminho.

Quer um consumo de combustível ainda melhor? Ir combustível pesado (diesel). Os motores em super-tanques têm BSFCs aproximando-se de .16 ou mais (versus aeronaves refrigeradas a ar 0,45 a 0,5; motores UAV de dois tempos 0,68 para cima).

Outro fator nessa equação é o arrasto. O arrasto aumenta exponencialmente com a velocidade, exigindo uma quantidade não linear de maior potência para manter uma velocidade maior. Execute seu teste de 70 mph em seu carro novamente a 140 mph (uma velocidade de cruzeiro muito mais realista para o 172 usado em seu exemplo) e veja quanto mais combustível você queima por hora. Vai ser muito mais do que o dobro.

Como explicado em um artigo intitulado: "Luta pelo poder, ou por que motores de carros não voam", que descreve em detalhes o processo de adaptação de um carro V-8 para uso no avião bimotor Lancair Tigress, motores de carros de rua raramente têm uma potência de saída não próxima dos 100% do seu máximo teórico, mas são usados principalmente em 10% -20%, tanto quanto 33% da sua potência nominal superior, e isso, mesmo se um maior uso de abertura do acelerador, como em aviões, equivale a uma melhor eficiência volumétrica, melhor MEP e uma melhor eficiência mecânica, é a razão pela qual os motores de avião usam mais combustível por hora, o modo padrão de medir o consumo de combustível, a velocidade do avião de cruzeiro é de 50-60% de poder superior, que um carro, expressou em mpg ou lit / 100 km; em uma estrada plana, e abaixo de 64 mph, 100 km / h, um carro usa menos que 10% de seu poder disponível de máquina. Atenciosamente, + Salut †

Nenhuma pessoa mencionou a folga do pistão / cilindro dos motores refrigerados a ar e a menor temperatura operacional que leva à ineficiência de expansão e às perdas por explosão. Em segundo lugar, o torque máximo é quando um motor alternativo desenvolve a máxima eficiência e a maioria dos motores automotivos e de aeronaves é praticamente igual nesse sentido. A pessoa que declara arrasto da resistência do ar é uma exponencial [ao quadrado] correta. Esse relacionamento e a maior velocidade de vôo de uma aeronave é, em grande parte, porque eles queimam mais combustível está correto. Como os carros dirigem muito mais de 100 km / h, a eficiência de combustível cai drasticamente. Rick no Canadá Atlântico

Meu avião tem um motor de 360 polegadas cúbicas (pouco abaixo de 5.9L, 4 grandes cilindros refrigerados a ar), gera 180HP ao nível do mar e muito menos a 6-8-10 mil pés. É um estímulo de passo variável, então acho que podemos comparar isso com uma transmissão.

"O peso seco dos 0-360s, incluindo o carburador, revistas, chicote de ignição, defletores do motor, velas de ignição, acionamento por tacômetro, partida e gerador ou alternador, varia de 282 a 290 libras."

Sendo AL no lado de fora (as metades da caixa do motor e os corpos do cilindro (com camisas de manga de aço) ajudam a mantê-lo leve. Não há radiador, bomba de água, proteção para a circulação da água.

Ele queima 10 gph e cruzeiros em 145, então 14.5mpg. Não tão bom quanto meu turbodiesel 2L BWM de 180 hp, obtendo 42mpg ou mais na rodovia, mas apenas 60mpg em média ao longo da distância com paradas de pedágio & tráfego & rígida.

Eu fiz isso de perto de Buffalo para perto de Boston em 2:15 (bom vento de cauda a 10.500 pés), enquanto a mesma viagem nunca esteve abaixo das 7:30. Eu prefiro voar!

Porque muitos deles são gigantes como 8 litros por algum motivo.

Esse artigo sobre o porquê dos motores de carros não voarem é BS, as coisas mudaram muito em 20 anos, a Cessna estava construindo motores de carros a diesel para eles.

Eles são terrivelmente ineficientes, 2 válvulas por cilindro, came acionada por engrenagem que rouba energia, potencias acionadas por engrenagens, elevadores planos que roubam energia, uma folga de válvula que pode variar porque não tem nenhuma outra configuração além de mudar a haste comprimento do tubo.

Design ineficiente da câmara de combustão, motor pesado ...