Почему остановка и запуск автомобиля в условиях интенсивного движения сжигают больше топлива?

Почему остановка и запуск автомобиля в условиях интенсивного движения сжигают больше топлива, чем просто движение по шоссе со скоростью 55 миль в час?

Если вы подумаете о том, что делает машина в обоих случаях, вы поймете, почему при ускорении вы сжигаете больше топлива.

Общая теория

F = мА (сила равна массе, умноженной на ускорение), и в этом случае сила прикладывается двигателем. Чем больше силы, тем больше топлива сгорает.

ускорение

В остановке и движении вы делаете частые остановки и разгоняетесь от нуля до некоторой относительно низкой скорости, например, 30 миль в час. В соответствии с вышеприведенным уравнением (F = мА) вы должны иметь силу в направлении, в котором вы хотите ускорить массу вашего автомобиля. Но это чистая сила. У вас есть сила двигателя, движущая вас вперед, но вы сопротивляетесь инерции, трению, и в какой-то момент даже воздух сопротивляется вашей попытке ускориться. Двигатель должен преодолеть все эти силы, применяя больший. Больше силы - больше газа сгорело.

Шоссе шоссе

При движении по шоссе вы поддерживаете нулевое ускорение. Таким образом, приложенная чистая сила равна нулю. Таким образом, вам нужно только сопоставлять, а не превышать, как при ускорении, силы трения и аэродинамического сопротивления. Меньше силы, значит меньше газа сгорело.

Надеюсь, это поможет!

Каждый раз, когда вы тормозите, энергия теряется. Тормоза преобразуют механическую энергию движущегося автомобиля в тепло посредством трения (они нагреваются). Вот где энергия в конечном итоге «теряется». Затем, когда движение немного продвигается вперед, вам, конечно, нужно ускориться - и именно здесь вы фактически используете газ из своего резервуара, чтобы направить эту энергию на то, чтобы ваша машина двигалась.

Когда вы движетесь с постоянной скоростью, единственные большие потери энергии происходят от сопротивления воздуха. Это сопротивление зависит от скорости и формы вашего автомобиля, поэтому при умеренной скорости (например, 55 миль в час) и современном аэродинамическом автомобиле вы теряете меньше энергии, чем при повторном торможении в пробке. Конечно, если ваш автомобиль менее аэродинамический (например, перевозит большой багаж на крыше) или вы едете на нем очень быстро, вы в конечном итоге достигнете точки, когда вы будете сжигать больше топлива на выбеге, чем в пробке.

(Я пропустил потери энергии в резиновых шинах, потому что они остаются в основном такими же. Кроме того, если вы можете покататься за 10 минут, но потратить целый час в пробке, это много на холостом ходу, но на холостом ходу это не так важно, как при торможении.)

Это также объясняет, почему автомобили с электродвигателями гораздо более эффективны при таком движении «старт-стоп» - вместо обычного (фрикционного) торможения вместо этого они выполняют «рекуперативное торможение» и возвращают часть энергии обратно в аккумулятор.

Ваш двигатель всегда сжигает газ, когда машина работает.

Когда вы находитесь в неподвижном состоянии, вы сжигаете газ, чтобы поддерживать работу двигателя, фактически не двигая автомобиль, поэтому фактические мили на галлон (MPG) в этот момент равны 0.

Когда вы начинаете ускоряться, вы используете больше газа, чем когда автомобиль работал на холостом ходу, но затем вам приходится нажимать на тормоза, тратя впустую дополнительный газ, который вы только что использовали, чтобы набрать скорость.

Как только вы наберете скорость и перестанете ускоряться на шоссе, двигатель будет использовать только 20-40 лошадиных сил для поддержания этой скорости. Когда вы едете со скоростью 60 миль в час, вы пробегаете милю в минуту, поэтому в зависимости от автомобиля ваш относительный расход топлива намного выше.

На приведенном ниже графике показан удельный расход топлива при торможении (BSFC - удельный вес тормоза, означающий, что двигатель был установлен на двигателе определенного типа, а не на автомобиле). Расход топлива измеряется в граммах на киловатт-час (1 кВт / ч = 1,34 лошадиных силы). Максимальный крутящий момент в зависимости от оборотов (оборотов двигателя в минуту) отображается в верхней части графика (черная линия с черными точками). Как вы можете видеть, наименьшее количество топлива на киловатт-час используется, когда ЭТОТ двигатель работает на скорости 2-3k об / мин и выдает 80% максимального крутящего момента.

Опять же, когда вы путешествуете, вам нужна только часть вашей общей мощности. Обороты двигателя для большинства автомобилей на высшей передаче на скоростях шоссе обычно составляют 2500-3500 об / мин, поэтому даже при снижении требования к крутящему моменту и выходе из оптимального диапазона топливной эффективности, когда значение знаменателя (мощность, необходимая для движения на 60) уменьшается, как и числитель (количество используемого топлива).

Наиболее важный аспект ответа на этот вопрос находится в первом законе движения Ньютона:

Объект в состоянии покоя остается в состоянии покоя, а объект в движении остается в движении с той же скоростью и в том же направлении, если на него не действует несбалансированная сила.

Это та же самая причина, по которой космический челнок использует около 90% своего топлива при взлете.

Когда cdunn вошел, это все о силе (F). Больше топлива / с = больше силы / с.

Ключом к пониманию является тот маленький фрагмент, « если на него не действует неуравновешенная сила ».

В случае вашего примера шоссе с взлетами и падениями гравитация очень сильно влияет на игру. На спад г становится положительной силой. Для наглядности я буду использовать крайности.

Скажи, что у тебя 90 градусов или по вертикали. Это означает, что g (10 м / с ^ 2) добавляется к мощности вашего двигателя. Вот почему у транспортных средств есть преднамеренные методы поломки двигателя и торможения в различных частях - так что вы не просто взрываете холмы. И наоборот, когда вы путешествуете обратно, эта гравитация теперь является отрицательной силой вашего двигателя. Таким образом, вам нужно либо создавать большее усилие от двигателя, либо создавать большее усилие за счет инерции.

Экстремальный Пример

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.

Хотя это может показаться не так много, вы можете видеть, что это огромная разница.

Правда, попытки поддерживать постоянную скорость там, где есть холмы, не самые эффективные (я рассмотрел, как большинство систем круиз-контроля управляют холмами). Но на квартирах это так. Хитрость с холмами состоит в том, чтобы выровнять свои силы. Движение до необходимой скорости на склоне холма позволит вашей инерции перенести ваше движение вверх по склону без значительных усилий со стороны мотора.

Но в стороне - ваш первоначальный вопрос: «почему остановка и запуск в движение сжигают больше топлива». Ответ на это просто из-за инерции. Но! Есть и дополнительные актеры. Например, сидеть перестало. Ваш мотор сжигает топливо, а вы не путешествуете. Таким образом, вы на самом деле не получаете 0 MPG, но больше похожи на -x MPG, потому что это приносит общую MPG вашей поездки или обратный отсчет до возможного 0 или даже отрицательного отношения (например, 15 гал. / 1 ​​миля).

Переменные, такие как сопротивление ветра, сопротивление, неэффективность и гравитация, даже не вступают в игру, пока не начнется движение.

Любой двигатель не может иметь 100% КПД; всегда есть потери энергии.

Когда вы путешествуете по шоссе, вы обычно используете верхнюю передачу, и многие машины настроены на максимальную эффективность. В этом случае ваши потери энергии связаны с аэродинамическим сопротивлением, качением шин и трением двигателя и коробки передач. Обратите внимание, что первые два способа пропорциональны квадрату скорости, потери при передаче пропорциональны скорости, а трение двигателя пропорционально фактическим оборотам.

Когда вы застряли в пробке, вы обычно едете на первых двух передачах, что приводит только к снижению сопротивления, но к увеличению трения двигателя, и двигатель работает в широком диапазоне оборотов. Когда вы тормозите, чтобы остановиться, вся кинетическая энергия, полученная из топлива, теряется; когда вы остаетесь с включенным двигателем, вы тратите впустую топливо только для того, чтобы оставить двигатель включенным. Если вы ускоряетесь, вы сжигаете больше топлива, чтобы поднять кинетическую энергию, если вы переключаетесь слишком рано или слишком поздно, вы сжигаете дополнительное топливо только потому, что двигатель находится вне оптимального диапазона оборотов. Когда вы начинаете с остановки, вам нужно немного поскользнуться; еще одна трата энергии.

Даже если вы совсем не тормозите, чтобы остановиться (тратя свою кинетическую энергию), вы используете торможение двигателем, вы используете старт-стоп, вы переключаетесь в нужное время; Вы не можете достичь экономии топлива, путешествуя умным путем .

Другой способ увидеть это - визуализировать открытие дроссельной заслонки.

Когда вы путешествуете, педаль удерживается в некотором положении больше, чем на холостом ходу, но меньше, чем максимум

Когда вы взлетаете и ускоряетесь, педаль нажимается еще больше, что открывает дроссельный клапан, позволяя большему количеству топливно-воздушной смеси попасть в двигатель.

Следовательно, больше топлива используется для ускорения, чем для круиза.

Да, я понимаю, что ответ - выдумка, современные машины, компьютеры, инъекции и т. Д.

Отдельно на холостом ходу топливо не используется, поэтому некоторые автомобили заглушают двигатель. Как зеленый велосипедист, на зеленом свете звучит так странно, что три или четыре машины одновременно заводят свои двигатели.

Простой ответ: расход топлива при крейсерском режиме (при постоянной скорости 55 миль в час) пропорционален трению (аэродинамические \ шинные \ механические подшипники). Потребление энергии при движении с высоким переходным режимом (остановка и остановка при обычном фрикционном торможении) значительно выше, чем при сжигании энергии, благодаря устойчивому трению. Гибридное электрическое торможение является энергосберегающим и должно рассматриваться как особый случай.

Износ двигателя / шин / тормозов также выражен в автомобилях, которые ездят по дорогам с остановками.

Разрезать его очень просто: ускорение стоит энергии. Торможение не приносит вам никакой энергии (по крайней мере, в среднем автомобиле).

Следовательно, если сценарий 1 включает в себя ускорение и торможение, а сценарий 2 предполагает постоянный крейсерский режим с постоянной скоростью, сценарий 1 будет стоить больше энергии (топлива) просто потому, что вы расходуете топливо на ускорение. Это не торможение по своей сути плохо, но необходимость торможения говорит вам, что вы могли бы избежать ускорения в первую очередь и таким образом сэкономить расход топлива для ускорения.

Приложение: есть сценарий 3: разогнитесь до заданной скорости как можно быстрее на соответствующих передачах, затем отключите сцепление и покатитесь, когда двигатель на холостом ходу. Это использует даже меньше топлива, чем сценарий 2, потому что средний двигатель будет более эффективен при более высоких оборотах (вплоть до момента, не нажимайте педаль газа до самого пола, так как современные двигатели будут затем закачивать дополнительное топливо, чтобы дать вам своего рода эффект "форсаж").

Это требует некоторой практики, чтобы получить права, то есть вы должны разогнаться до достаточно высокой скорости, чтобы получить значительный объем времени катания, не нарушая ограничения скорости и не мешая другим автомобилям; Кроме того, это не очень полезно для вас, если вам все равно придется тормозить в конце броска. Так что я бы не советовал новичкам делать это, но опытные водители могут получить от этого несколько процентов экономии топлива. Гугл "Гипермилинг".

Кроме того, в общем, старайтесь тормозить с помощью двигателя вместо тормозов (если безопасность это позволяет), очевидно, поэтому двигатель будет использовать 0 топлива (вместо минимального холостого хода), когда вы это делаете.

Одна из причин заключается в том, что двигатели, работающие на ископаемом топливе, настроены на наиболее эффективную работу на скорости около 50-60 миль в час, поэтому любая другая скорость не даст такого большого крутящего момента для сжигаемого топлива - поэтому крейсерская скорость там, где она есть.

Другой момент, на котором я сосредоточусь, заключается в том, что независимо от скорости, с которой вы путешествуете, каждый раз, когда вы тормозите, вы тратите энергию впустую. Вот как это выглядит, если вы ускоряетесь, а затем убираете ногу с акселератора:

Вот как это выглядит, если вы нажмете на тормоза:

И сравнение:

Таким образом, каждый раз, когда вы тормозите, вы не заходите так далеко, как могли бы - вы расходовали топливо на ускорение, которое могло бы продвинуть вас дальше. Теперь вам нужно снова тратить энергию, чтобы преодолеть это расстояние.

Вот как это выглядит в пробке - обратите внимание на накопление потраченной энергии:

Стихи тратят, если ты просто тормозишь один раз в конце:

Кстати, это одна из проблем, с которой сталкиваются гибридные автомобили: когда вы нажимаете на тормоза, они используют индукцию для подзарядки аккумулятора, и это приводит к меньшему количеству отходов.

Я думаю, что мы можем просто обратиться к первому закону движения Ньютона в физике, чтобы ответить на этот вопрос самым простым способом.

Первый закон движения Ньютона: I. Каждый объект в состоянии равномерного движения имеет тенденцию оставаться в этом состоянии, если к нему не приложена внешняя сила. Это мы признаем по сути своей концепцией инерции Галилея, и это часто называют просто «Законом инерции».

Когда мы рассмотрим, как это относится к автомобилю, автомобиль, движущийся по ровной поверхности, будет продолжать движение с той же скоростью, если на него не действует какая-то сила. (Игнорируя сопротивление и трение катящегося по дороге для этого примера).

В стационарном транспортном средстве необходимо сжигать топливо, чтобы создать силу, которая воздействует на автомобиль и его компоненты (компоненты двигателя, карданный вал, дорожные колеса и т. П.), Чтобы ускорить их вращение и ускорить транспортное средство.

Использование тормозов создает сильную силу трения на автомобиле, преобразуя инерцию (кинетическую энергию) автомобиля в тепло.

В автомобиле, который останавливается и заводится, вы сжигаете больше топлива, потому что теряете кинетическую энергию, теряя энергию, а затем вынуждены тратить энергию на топливо, чтобы снова увеличить инерцию автомобиля и его компонентов при ускорении.

Поэтому автомобиль, который останавливается и запускается, потребляет больше топлива.

Я бы поспорил, что вождение в остановках и на дорогах потребляет меньше топлива, чем на скоростных автострадах.

Рассмотрим следующий сценарий с использованием типичных скоростных и остановочных скоростей и реалистичной MPG на этих скоростях. Вы можете видеть, как автомобиль сжигает топливо на шоссе с большей скоростью, чем при остановке и движении.