Чому зупинка та запуск автомобіля у великому русі спалює більше палива?

Чому зупинка і запуск автомобіля в інтенсивному русі спалює більше палива, ніж просто проїжджати на шосе на 55 миль / год?

Якщо ви подумаєте про те, що робить автомобіль в обох випадках, ви побачите, чому ви згораєте більше палива при розгоні.

Загальна теорія

F = mA (Сила дорівнює масі в рази прискорення), і в цьому випадку сила подається двигуном. Чим більше сили, тим більше пального спалюється.

Прискорення

У режимі зупинки та руху ви робите часті зупинки та прискорюєтесь від нуля до деякої відносно низької швидкості, наприклад 30 МПГ. Згідно з вищенаведеним рівнянням (F = mA) ви повинні мати силу в напрямку, в якому ви хочете прискорити масу свого автомобіля. Але це чиста сила. У вас сила двигуна рухає вас вперед, але вам протистоять інерція, тертя, і в якийсь момент навіть повітря чинить опір вашій спробі прискорити. Двигун повинен подолати всі ці сили, застосувавши більшу. Більше сили - більше спалюється газу.

Узбережжя шосе

На узбережжі на шосе ви підтримуєте прискорення нуля. Таким чином, застосовувана сила сітки дорівнює нулю. Отже, вам потрібно лише відповідати, не перевищувати, як при прискоренні, сили тертя та аеродинамічного опору. Менша сила, означає менше спалюваного газу.

Я сподіваюся, що це допомагає!

Кожен раз, коли ви гальмуєте, витрачається енергія. Гальма перетворюють механічну енергію автомобіля, що рухається, в тепло через тертя (вони нагріваються). Саме тут енергія в кінцевому рахунку "втрачається". Потім, коли трафік трохи рухається вперед, вам, звичайно, потрібно пришвидшити - і саме тут ви фактично використовуєте газ з вашого бака, щоб вкласти цю енергію для того, щоб ваш автомобіль рухався.

Коли ви бережитеся з постійною швидкістю, єдині великі втрати енергії виникають через опір повітря. Цей опір залежить від швидкості та форми вашого автомобіля, тому при помірній швидкості (як 55 км / год) та сучасному аеродинамічному автомобілі ви фактично втрачаєте менше енергії, ніж від багаторазового гальмування в пробці. Звичайно, якщо ваш автомобіль менш аеродинамічний (наприклад, переносить великий багаж на даху) або ви їдете дуже швидко, ви, зрештою, досягнете точки, коли будете спалювати більше палива, ніж у пробці.

(Я пропустив втрати енергії в гумових шинах, тому що вони залишаються здебільшого однаковими. Крім того, якщо ви зможете піти на берег за 10 хв, але провести повну годину в заторі, це багато холостих холостих, але холостий простір не такий важливий, як усі ці гальмування.)

Це також пояснює, чому транспортні засоби з електродвигунами набагато ефективніші при такому русі старту-зупинки - замість регулярного (тертя) гальмування вони замість цього роблять «регенеративне гальмування» і отримують частину енергії назад у акумулятор.

Ваш двигун завжди горить газом, коли машина працює.

Коли ви перебуваєте в нерухомому стані, ви спалюєте газ, щоб тримати двигун у роботі, не рухаючись автомобілем, так що фактична миля за галон (MPG) на цей момент дорівнює 0.

Коли ви починаєте розганятися, ви використовуєте більше газу, ніж коли машина холостого холостого ходу, але тоді вам доведеться натискати на гальма, по суті витрачаючи зайвий газ, який ви просто використали, щоб піднятися на швидкість.

Після того, як ви досягнете швидкості і більше не розганяєте на шосе, двигун використовує лише 20-40 кінських сил для підтримки цієї швидкості. Коли ви рухаєтесь на відстані 60 миль / год, ви обминаєте милю в хвилину, тож залежно від автомобіля, ваше відносне споживання палива набагато вище.

На графіку нижче відображається споживання палива, яке залежить від гальмування (BSFC - специфічне гальмо, тобто двигун був встановлений на певному стилі дино, а не на автомобілі). Витрата палива вимірюється в грамах на кіловат-годину (1 КВт = 1,34 кінських сил). Максимальний крутний момент проти RPM (обертів двигуна за хвилину) відображається у верхній частині графіка (чорна лінія з чорними крапками). Як бачимо, найменша кількість палива на КВт використовується при цьому Двигуні, що працює при 2-3 к / мин, і видає 80% максимального крутного моменту.

Знову ж таки, під час крейсерства вам потрібна лише частка вашої загальної кінських сил. Оберти в хвилину для більшості автомобілів у верхній передачі із швидкістю на шосе зазвичай становлять 2500-3500 об / хв, тому навіть коли ваша потреба в крутному моменті знижується, і ви випадаєте з оптимального діапазону економії палива, коли значення знаменника (потужність, необхідна для круїзу в 60) зменшується, як і чисельник (кількість використаного палива).

Найважливіший аспект відповіді на це питання знаходиться в першому законі руху Ньютона:

Об'єкт у стані спокою залишається в спокої, а об’єкт в русі залишається в русі з однаковою швидкістю і в тому ж напрямку, якщо діяти не зрівноваженою силою.

Це та сама причина, що космічний човник використовує щось на кшталт 90% свого пального на зльоті.

Коли cdunn увійшов, все стосується сили (F). Більше палива / с = більше сили / с.

Ключовим моментом для її розуміння є те, що маленький фрагмент ", якщо діяти не зрівноваженою силою ".

У випадку вашого прикладу автодороги з підйомами та падіннями гравітація сильно грає. На зниження g стає позитивною силою. Для наочної ілюстрації я буду використовувати крайнощі.

Скажімо, ваш спад становить 90 градусів або вертикальний. Це означає, що g (10м / с ^ 2) додається до потужності вашого двигуна. Ось чому транспортні засоби мають навмисні методи розбивання та перетягування двигунів у різних частинах - тому ви не просто дуєте пагорби. І навпаки, під час подорожі резервного копіювання ця гравітація зараз негативна сила на ваш двигун. Таким чином, вам або потрібно виробляти більше сили від двигуна, або виробляти більше сили за інерцією.

Крайній приклад

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.

Хоча це може виглядати не так вже й багато, ви можете бачити, що це величезна різниця.

Правда, спроба підтримувати постійну швидкість там, де є пагорби, не є найбільш ефективною (я вирізав, як більшість систем круїзного контролю обробляють пагорби). Але на квартирах це так. Трюк з пагорбами полягає в тому, щоб вирівняти свої сили. Досягнення належної швидкості на гірському пагорбі дозволить вашій інерційності перенести дальше пагорб, не маючи великого входу мотора.

Але пагорби в стороні - ви початково запитуєте: "чому зупинка та рух у трафіку спалює більше палива". Відповідь на це просто через інерційність. Але! Є й додаткові актори. Наприклад, сидіння зупинилося. Ваш мотор спалює паливо, і ви не подорожуєте. Таким чином, ваш насправді не отримує 0 MPG, але більше схожий на -x MPG, оскільки він приводить загальний MPG вашої поїздки або відраховує до можливого 0 або навіть від’ємного співвідношення (наприклад, 15 Gal./1 миля).

Такі змінні, як опір вітру, тяганина, неефективність і сила тяжіння, навіть не грають, поки не протікає рух.

Будь-який двигун не може мати 100% ККД; завжди є втрати енергії.

Під час руху по шосе ви зазвичай використовуєте верхню передачу, і багато автомобілів налаштовані на максимальну ефективність. У такому випадку ваші втрати енергії пов'язані з аеродинамічним опором, коченням шин та тертям двигуна та трансмісії. Зауважимо, що перші два способи пропорційні величині квадрату, втрати передачі пропорційні швидкості, а тертя двигуна пропорційно фактичним оборотам.

Якщо ви застрягли в пробці, ви зазвичай переходите на перші дві передачі, що призводить до меншої тяги, але більше тертя двигуна, і двигун працює в широкому діапазоні обертів. Коли ви гальмуєте, щоб зупинитись, вся кінетична енергія, яку ви отримали від палива, витрачається даремно; коли ви залишаєтесь з двигуном, ви витрачаєте паливо лише для того, щоб він не працював. Якщо ви прискорюєте, ви спалюєте більше палива, щоб підняти кінетичну енергію, якщо ви переходите занадто рано чи занадто пізно, ви спалюєте додаткове паливо лише тому, що двигун вийшов з оптимального діапазону об / хв. Починаючи з зупинки, вам доведеться на деякий час ковзати зчеплення; чергова трата енергії.

Незважаючи на те, що ви зовсім не гальмуєте, щоб зупинитись (витрачаючи кінетичну енергію), ви використовуєте гальмування двигуна, ви використовуєте старт-стоп, ви пересуваєтесь у потрібний час; Ви не зможете досягти економії палива, коли здійснюєте розумний рух .

Ще один спосіб переконатися в цьому - візуалізувати отвір дросельної заслінки.

Коли ви круїзуєте, педаль утримується в деякому положенні більше, ніж у режимі холостого ходу, але менше, ніж максимум

Коли ви піднімаєтесь і розганяєте, педаль ще більше натискається, що відкриває клапан метелика, що дозволяє більше паливно-повітряної суміші в двигун.

Тому більше палива використовується для прискорення, ніж для круїзу.

Так, я усвідомлюю, що відповідь - це підробка, сучасні машини, комп’ютери, ін'єкції тощо - рукохви і просто

Окремо на холостому ходу використовується паливо без прогресу, через що деякі машини вимикають двигун на мертвій зупинці. Як велосипедисту на зеленому вогні це звучить так дивно, щоб почути, як три-чотири машини перекидають свої двигуни одразу.

Проста відповідь: спалювання палива при круїзі (при постійному 55 миль / год) пропорційно тертю (аеродинамічний \ шина \ механічні підшипники). Висока транзиторна їзда (стоп-ход із звичайним гальмуванням тертям) споживання енергії значно вище, ніж спалювання енергії через стійке тертя. Гібридне електричне гальмування є енергозберігаючим і його слід розглядати як особливий випадок.

Знос і розрив двигуна / шини / гальма також виражені у автомобілях, які рухаються на дорогах зупинки та руху.

Розрізати це дуже просто: прискорення коштує енергії. Гальмування не виграє ніякої енергії (принаймні у вашому середньому автомобілі).

Отже, якщо сценарій 1 передбачає прискорення та гальмування, а сценарій 2 передбачає стійкий круїз із постійною швидкістю, тоді сценарій 1 буде коштувати більше енергії (палива), просто тому, що ви витрачаєте паливо на прискорення. Це не гальмування, яке по суті є поганим, але необхідність гальмувати говорить вам, що ви могли б уникнути прискорення в першу чергу і тим самим заощадили використання палива прискорення.

Додаток: існує сценарій 3: прискорити до своєї цільової швидкості якомога швидше на відповідних передачах, після чого відключіть зчеплення та катайтесь з двигуном на холостому ходу. Це використовує навіть менше палива, ніж сценарій 2, тому що середній двигун буде більш ефективним при більш високих оборотах (до моменту, не натискайте педаль газу аж до підлоги, оскільки сучасні двигуни потім накачують додаткове паливо, щоб дати вам різновид ефекту "післяпалювання").

Для цього потрібна певна практика, щоб ви мали змогу прискорити швидкість до достатньо високої швидкості, щоб отримати значну кількість часу кочення, не порушуючи обмежень швидкості та не перешкоджаючи іншим автомобілям; також це вам не дуже принесе користь, якщо вам все-таки доведеться гальмувати в кінці рулону. Тож я б не радив це робити новачкам, але досвідчені водії можуть отримати від цього кілька відсотків економії палива. Google "гіпермілінг".

Також, взагалі, намагайтеся гальмувати мотор замість гальм (якщо безпека цього дозволяє), очевидно, отже, при цьому мотор буде використовувати паливо 0 (замість мізерного палива на холостому ходу).

Однією з причин є те, що двигуни викопного палива налаштовані працювати найефективніше близько 50-60 км / ч, тому будь-яка інша швидкість не доставить стільки крутного моменту, коли паливо спалюється - ось чому крейсерська швидкість саме там, де він є.

Ще одне, на чому я зупинюсь, - це те, що незалежно від того, на якій швидкості ви їдете, кожного разу, коли ви гальмуєте, ви витрачаєте енергію. Ось як це виглядає, якщо ви розганяєтесь, а потім знімаєте ногу з акселератора:

Ось як це виглядає, якщо ви натискаєте на гальмо:

І порівняння:

Таким чином, у будь-який момент, коли ви гальмуєте, ви не пішли так далеко, як могли - витратили паливо наперед, розганяючись, що могло б зайняти вас далі. Тепер вам доведеться витратити енергію знову, щоб подолати цю відстань.

Ось як виглядає трафік - зауважте накопичення марної енергії:

Вірші розбираються, якщо ви лише гальмуєте один раз наприкінці:

До речі, це одна проблема гібридних автомобілів: коли ви натискаєте на гальма, вони використовують індукцію для підзарядки акумулятора, а також менше витрат.

Я думаю, що ми можемо просто звернутися до першого закону руху Ньютона у фізиці, щоб відповісти на це питання найпростішим способом.

Перший закон руху Ньютона: I. Кожен об'єкт у стані рівномірного руху має тенденцію залишатися в такому стані руху, якщо до нього не застосовується зовнішня сила. Це ми визнаємо як інерційну концепцію Галілея, і це часто називають просто «Закон інерції».

Якщо ми розглянемо, як це стосується автомобіля, автомобіль, який рухається по рівній поверхні, триватиме з тією ж швидкістю, якщо на нього не діятиме якась сила. (Ігнорування перетягування та тертя кочення по дорозі для цього прикладу).

У нерухомому транспортному засобі вам потрібно спалити паливо, щоб створити силу, яка діє на автомобіль та його компоненти (компоненти двигуна, привідний вал, дорожні колеса тощо), щоб прискорити їх обертання вгору та прискорити рух транспортного засобу.

Використання гальм прикладає до автомобіля сильну силу тертя, перетворюючи інерцію (кінетичну енергію) автомобіля в тепло.

У машині, яка зупиняється і запускається, ви спалюєте більше палива, оскільки втрачаєте кінетичну енергію, зупиняючись як відпрацьоване тепло, а потім вам доведеться витрачати енергію від палива, щоб знову збільшити інерційність транспортного засобу та його компонентів, коли ви розганяєтесь.

Тому автомобіль, який зупиняється і починає використовувати більше палива.

Я б заперечував за кермом у зупинці та в дорозі, трафік використовує менше палива, ніж водіння на швидкості автостради.

Розглянемо наступний сценарій, використовуючи типові швидкісні та швидкісні зупинки та реалістичний MPG на цих швидкостях. Ви можете бачити, як автомобіль спалює паливо швидше на трасі, ніж у зупинці руху.