Dlaczego zatrzymanie i uruchomienie samochodu w dużym ruchu powoduje spalanie większej ilości paliwa?

Dlaczego zatrzymanie i uruchomienie samochodu w dużym ruchu powoduje spalanie większej ilości paliwa niż po prostu przejechanie autostradą z prędkością 55 km / h?

Jeśli pomyślisz o tym, co robi samochód w obu przypadkach, zobaczysz, dlaczego spalasz więcej paliwa podczas przyspieszania.

Ogólna teoria

F = mA (siła jest równa masie razy przyspieszenie), w tym przypadku siła jest przykładana przez silnik. Im większa siła, tym więcej paliwa jest spalane.

Przyśpieszenie

W ruchu drogowym zatrzymuj i jedź często zatrzymując się i przyspieszając od zera do względnie niskiej prędkości, takiej jak 30 mil na godzinę. Zgodnie z powyższym równaniem (F = mA) musisz mieć siłę w kierunku, w którym chcesz przyspieszyć masę swojego samochodu. Ale to siła netto. Masz siłę silnika, która porusza cię do przodu, ale jesteś odporny na bezwładność, tarcie, aw pewnym momencie nawet powietrze opiera się twojej próbie przyspieszenia. Silnik musi pokonać wszystkie te siły, stosując większą. Więcej siły to więcej spalonego gazu.

Autostrada wybiegająca

Podczas wybiegu na autostradzie utrzymujesz zerowe przyspieszenie. Zatem zastosowana siła netto wynosi zero. Musisz więc tylko dopasować, a nie przekraczać, jak przy przyspieszaniu, siły tarcia i opór aerodynamiczny. Mniejsza siła oznacza mniej spalonego gazu.

Mam nadzieję że to pomogło!

Za każdym razem, gdy hamujesz, energia jest marnowana. Hamulce przekształcają energię mechaniczną jadącego samochodu w ciepło poprzez tarcie (nagrzewają się). To tutaj energia jest ostatecznie „tracona”. Następnie, gdy ruch nieco się posuwa do przodu, oczywiście musisz przyspieszyć - i właśnie wtedy używasz gazu ze zbiornika, aby zainwestować energię w napędzanie samochodu.

Gdy płyniesz ze stałą prędkością, jedyne duże straty energii wynikają z oporu powietrza. Opór ten zależy od prędkości i kształtu samochodu, więc przy umiarkowanej prędkości (np. 55 mil na godzinę) i nowoczesnym, aerodynamicznym samochodzie faktycznie tracisz mniej energii niż po wielokrotnym hamowaniu w korku. Oczywiście, jeśli Twój samochód jest mniej aerodynamiczny (np. Przewozi duży bagaż na dachu) lub jeździsz bardzo szybko, w końcu osiągniesz punkt, w którym spalisz więcej paliwa na wybiegu niż w korku.

(Pominąłem straty energii w oponach gumowych, ponieważ pozostają one w większości takie same. Ponadto, jeśli możesz jechać z prędkością 10 minut, ale spędzasz całą godzinę w korku, to dużo pracy na biegu jałowym - ale praca na biegu jałowym nie jest tak ważna jak hamowanie)

To wyjaśnia również, dlaczego pojazdy z silnikami elektrycznymi są o wiele bardziej wydajne przy takim ruchu start-stop - zamiast zwykłego (tarcia) hamowania zamiast tego robią „hamowanie regeneracyjne” i odzyskują część energii z powrotem do akumulatora.

Twój silnik zawsze pali gaz podczas jazdy samochodem.

Podczas postoju palisz gaz, aby utrzymać silnik w ruchu, nie ruszając samochodu, więc rzeczywista liczba mil na galon (MPG) w tym momencie wynosi 0.

Kiedy zaczynasz przyspieszać, zużywasz więcej benzyny niż na biegu jałowym, ale potem musisz nacisnąć hamulce, zasadniczo marnując dodatkowy gaz, którego użyłeś, aby przyspieszyć.

Gdy osiągniesz prędkość i nie będziesz już przyspieszać na autostradzie, silnik zużywa tylko 20-40 koni mechanicznych, aby utrzymać tę prędkość. Podczas jazdy z prędkością 60 km / h pokonujesz milę na minutę, więc w zależności od samochodu twoje względne zużycie paliwa jest znacznie wyższe.

Poniższy wykres pokazuje zużycie paliwa specyficzne dla hamulca (BSFC - specyficzny dla hamulca, co oznacza, że ​​silnik został zamontowany na określonej hamowni silnika, a nie w samochodzie). Zużycie paliwa mierzone jest w gramach na kilowatogodzinę (1 KWH = 1,34 koni mechanicznych). Maksymalny moment obrotowy w funkcji obrotów na minutę (obroty silnika na minutę) jest wyświetlany u góry wykresu (czarna linia z czarnymi kropkami). Jak widać, najmniejsza ilość paliwa na KWH jest zużywana, gdy TEN silnik pracuje z prędkością 2-3k RPM i wytwarza 80% maksymalnego momentu obrotowego.

Ponownie, podczas jazdy, potrzebujesz tylko ułamka całkowitej mocy. Prędkość obrotowa silnika dla większości samochodów na najwyższym biegu przy prędkościach na autostradzie wynosi zwykle 2500-3500 obr / min, więc nawet gdy zapotrzebowanie na moment obrotowy maleje i spadasz z optymalnego zakresu wydajności paliwowej, gdy wartość mianownika (moc potrzebna do jazdy z prędkością 60) maleje, podobnie jak licznik (ilość zużytego paliwa).

Najważniejszy aspekt odpowiedzi na to pytanie znajduje się w pierwszej zasadzie ruchu Newtona:

Obiekt w spoczynku pozostaje w spoczynku, a obiekt w ruchu pozostaje w ruchu z tą samą prędkością i w tym samym kierunku, chyba że działa na nie niezrównoważona siła.

Z tego samego powodu prom kosmiczny zużywa około 90% paliwa podczas startu.

Jak wszedł cdunn, chodzi o siłę (F). Więcej paliwa / s = więcej siły / s.

Kluczem do zrozumienia tego jest ten mały fragment „ chyba że działa na niego niezrównoważona siła ”.

W przypadku twojego przykładu autostrady z wzlotami i upadkami gra grawitacji ma ogromne znaczenie. Przy spadku g staje się siłą dodatnią. Aby jasno to zilustrować, użyję skrajności.

Załóżmy, że spadek wynosi 90 stopni lub pion. Oznacza to, że g (10 m / s ^ 2) jest dodawany do mocy twojego silnika. Właśnie dlatego pojazdy mają celowe metody łamania silnika i przeciągania w różnych częściach - abyś nie tylko zjeżdżał ze wzgórza. I odwrotnie, podczas podróży z powrotem ta grawitacja jest teraz ujemną siłą na twój silnik. Musisz albo wytworzyć więcej siły z silnika, albo wytworzyć więcej siły poprzez bezwładność.

Ekstremalny przykład

Say the following is true:

    motor output (Mo)= 250 HP or ~ 19,020 kg-m/s^2

    curb weight (cw)= ~1800 kg

    g = 10m/s^2 • cw = ~18,000 kg-m/s^2

    friction = 0

    surface resistance = 0

Using -- t=(v-v0)/a -- we get the following.

In this case nothing is in play except
gravity and motor output. Which
means that in a dead fall you have 
~37,020 m/s^2 for and in a vertical 
incline only ~1,020 m/s^2. 

So on the decline it only takes 
0.00075 seconds for the car to reach
100 km/h. 

Whereas on the incline, it takes 
0.0272 seconds to reach the same 
speed.

Choć może to nie wyglądać dużo, widać, że to ogromna różnica.

To prawda, że ​​próba utrzymania stałej prędkości tam, gdzie są wzniesienia, nie jest najbardziej wydajna (obciąłem sposób, w jaki większość systemów tempomatu radzi sobie ze wzniesieniami). Ale tak jest w mieszkaniach. Sztuką na wzgórzach jest wyrównanie sił. Osiągnięcie odpowiedniej prędkości na zjeździe ze wzgórza pozwoli twojej bezwładności przenieść się dalej pod górę bez ogromnego wkładu silnika.

Ale poza wzgórzami - początkowe pytanie brzmi: „dlaczego zatrzymywanie się i ruszanie w korku spala więcej paliwa”. Odpowiedź na to pytanie wynika po prostu z bezwładności. Ale! Są też dodatkowi aktorzy. Na przykład siedzenie zatrzymane. Twój silnik pali paliwo i nie jedziesz. Więc tak naprawdę nie dostajesz 0 MPG, ale bardziej jak -x MPG, ponieważ przynosi ogólne MPG twojej podróży lub odliczasz do ostatecznego 0 lub nawet ujemnego stosunku (np. 15 Gal./1 Mile).

Zmienne, takie jak opór wiatru, opór, nieefektywność i grawitacja, nawet nie wchodzą w grę, dopóki nie będzie płynącego ruchu.

Żaden silnik nie może mieć 100% wydajności; zawsze występują straty energii.

Podczas jazdy po autostradzie zazwyczaj używasz najwyższego biegu, a wiele samochodów jest dostrojonych, aby uzyskać tam maksymalną wydajność. W takim przypadku straty energii wynikają z oporu aerodynamicznego, toczenia opon oraz tarcia silnika i przekładni. Należy pamiętać, że pierwsze dwa sposoby są proporcjonalne do prędkości kwadratowej, straty przekładni są proporcjonalne do prędkości, a tarcie silnika jest proporcjonalne do rzeczywistych obrotów na minutę.

Kiedy utkniesz w korku, zwykle wybierasz tylko dwa pierwsze biegi, co prowadzi do niższego oporu, ale wyższego tarcia silnika, a silnik pracuje w szerokim zakresie obrotów. Kiedy hamujesz, aby się zatrzymać, cała energia kinetyczna uzyskana z paliwa jest marnowana; kiedy pozostajesz przy silniku, marnujesz paliwo tylko po to, by silnik był włączony. Jeśli przyspieszasz, spalasz więcej paliwa, aby podnieść energię kinetyczną, jeśli zmieniasz zbyt wcześnie lub za późno, spalasz dodatkowe paliwo tylko dlatego, że silnik jest poza optymalnym zakresem obrotów. Zaczynając od zatrzymania, należy na chwilę wsunąć sprzęgło; kolejna strata energii.

Chociaż wcale nie hamujesz, aby się zatrzymać (marnujesz energię kinetyczną), używasz hamowania silnikiem, używasz start-stop, zmieniasz bieg w odpowiednim czasie; podczas inteligentnego podróżowania nie można osiągnąć oszczędności paliwa .

Innym sposobem na to jest wizualizacja otwarcia przepustnicy.

Podczas jazdy pedał jest wciśnięty do pozycji większej niż na biegu jałowym, ale mniejszej niż maksymalna

Podczas startu i przyspieszania pedał jest dociskany dalej, co otwiera przepustnicę, umożliwiając mieszanie większej ilości paliwa z powietrzem w silniku.

Dlatego do przyspieszenia zużywa się więcej paliwa niż do jazdy.

Tak, zdaję sobie sprawę, że odpowiedź to krówka, nowoczesne samochody, komputery, wtrysk itp. - falowanie ręczne i po prostu

Oddzielnie silnik na biegu jałowym zużywa paliwo bez żadnego postępu, dlatego niektóre samochody wyłączają silnik w martwym punkcie. Jako rowerzysta brzmi tak dziwnie przy zielonym świetle, że trzy lub cztery samochody jednocześnie obracają silniki.

Prosta odpowiedź: spalanie paliwa podczas jazdy (przy stałej prędkości 55 km / h) jest proporcjonalne do tarcia (aerodynamiczne \ opona \ łożyska mechaniczne). Wysokie zużycie energii podczas krótkotrwałej jazdy (stop-and-go z konwencjonalnym hamowaniem ciernym) jest znacznie wyższe niż zużycie energii ze względu na tarcie w stanie ustalonym. Hybrydowe hamowanie elektryczne jest energooszczędne i powinno być traktowane jako szczególny przypadek.

Zużycie silnika / opon / hamulców jest również widoczne w samochodach, które jeżdżą po drogach z ograniczoną prędkością.

Cięcie jest bardzo proste: przyspieszenie kosztuje energię. Hamowanie nie daje energii (przynajmniej w przeciętnym samochodzie).

Dlatego jeśli scenariusz 1 obejmuje przyspieszenie i hamowanie, a scenariusz 2 obejmuje stały rejs ze stałą prędkością, wówczas scenariusz 1 będzie kosztował więcej energii (paliwa), po prostu dlatego, że wydajesz paliwo na przyspieszenie. Nie hamowanie jest z natury złe, ale konieczność hamowania mówi ci, że mogłeś przede wszystkim uniknąć przyspieszenia, a tym samym zaoszczędzić zużycie paliwa.

Dodatek: scenariusz 3: przyspieszyć do docelowej prędkości tak szybko, jak to możliwe na odpowiednich biegach, a następnie wyłączyć sprzęgło i przetoczyć się z silnikiem na biegu jałowym. To zużywa nawet mniej paliwa niż scenariusz 2, ponieważ przeciętny silnik będzie bardziej wydajny przy wyższych obrotach (do pewnego momentu, nie naciskaj pedału gazu aż do podłogi, ponieważ nowoczesne silniki będą pompować dodatkowe paliwo, aby dać ci rodzaj „dopalacza”).

To wymaga pewnej wprawy, aby uzyskać właściwy wynik, tj. Musisz przyspieszyć do wystarczająco wysokiej prędkości, aby uzyskać znaczny czas toczenia, nie przekraczając ograniczeń prędkości i nie utrudniając innych samochodów; tak naprawdę nie przynosi to korzyści, jeśli nadal będziesz musiał hamować na końcu rzutu. Tak więc nie radziłbym początkującym, aby to zrobili, ale doświadczeni kierowcy mogą uzyskać z tego kilka procent oszczędności paliwa. „Hipermilacja” Google.

Ponadto, ogólnie rzecz biorąc, spróbuj hamować silnikiem zamiast hamulców (jeśli pozwala na to bezpieczeństwo), oczywiście wtedy silnik zużyje 0 paliwa (zamiast minimalnego biegu jałowego), gdy to zrobisz.

Jednym z powodów jest to, że silniki na paliwa kopalne są dostrojone tak, aby działały najskuteczniej z prędkością 50–60 km / h, więc żadna inna prędkość nie zapewni tyle momentu obrotowego dla spalanego paliwa - dlatego właśnie prędkość podróżna jest tam, gdzie jest.

Kolejnym, na którym się skupię, jest to, że niezależnie od prędkości, z jaką jedziesz, za każdym razem, gdy hamujesz, marnujesz energię. Oto jak wygląda przyspieszenie, a następnie zdjęcie stopy z pedału przyspieszenia:

Oto jak to wygląda po naciśnięciu hamulca:

I porównanie:

Dlatego za każdym razem, gdy hamujesz, nie posuwasz się tak daleko, jak mogłeś - wydałeś paliwo z przodu na przyspieszenie, co mogło poprowadzić cię dalej. Teraz musisz ponownie wydać energię na pokonanie tej odległości.

Oto jak to wygląda w ruchu ulicznym - zauważ nagromadzenie zmarnowanej energii:

Sprawdza marnotrawstwo, jeśli tylko raz zahamujesz:

Nawiasem mówiąc, jest to jeden problem związany z samochodami hybrydowymi: kiedy naciskasz hamulce, używają indukcji, aby naładować akumulator, i jest mniej odpadów.

Myślę, że możemy po prostu odwołać się do pierwszej zasady ruchu Newtona w fizyce, aby odpowiedzieć na to pytanie w najprostszy sposób.

Pierwsza zasada ruchu Newtona: I. Każdy obiekt w stanie jednolitego ruchu ma tendencję do pozostawania w tym stanie ruchu, chyba że zostanie do niego przyłożona siła zewnętrzna. Uznajemy to za zasadniczo pojęcie bezwładności Galileusza i często jest to nazywane po prostu „prawem bezwładności”.

Kiedy zastanowimy się, jak to się ma do samochodu, samochód poruszający się po płaskiej powierzchni będzie jechał z tą samą prędkością, chyba że na nią wpłynie jakaś siła. (W tym przykładzie ignorowano opór i tarcie toczenia się po drodze).

W przypadku pojazdu stacjonarnego należy spalać paliwo, aby wytworzyć siłę działającą na samochód i jego elementy (elementy silnika, wał napędowy, koła jezdne itp.), Aby przyspieszyć ich obrót i przyspieszyć pojazd.

Korzystanie z hamulców przykłada dużą siłę tarcia do samochodu, przekształcając bezwładność (energię kinetyczną) samochodu w ciepło.

W samochodzie, który się zatrzymuje i uruchamia, palisz więcej paliwa, ponieważ tracisz energię kinetyczną zatrzymującą się jako ciepło odpadowe, a następnie musisz wydać energię z paliwa, aby ponownie zwiększyć bezwładność pojazdu i jego komponentów podczas przyspieszania.

Dlatego samochód, który się zatrzymuje i uruchamia, zużywa więcej paliwa.

Twierdziłbym, że jazda w ruchu stop i go zużywa mniej paliwa niż jazda na autostradzie.

Rozważ następujący scenariusz z typowymi prędkościami na autostradzie i stop-and-go oraz realistycznym MPG przy tych prędkościach. Na autostradzie widać, że samochód zużywa paliwo szybciej niż w ruchu ulicznym.