Tại sao dừng lại và khởi động một chiếc xe trong giao thông nặng đốt cháy nhiều nhiên liệu hơn?

Tại sao dừng lại và khởi động một chiếc xe trong giao thông nặng sẽ đốt cháy nhiều nhiên liệu hơn là chỉ dừng trên đường cao tốc ở tốc độ 55 dặm / giờ?

Nếu bạn nghĩ về những gì chiếc xe đang làm trong cả hai trường hợp, bạn sẽ thấy lý do tại sao bạn đốt cháy nhiều nhiên liệu hơn khi tăng tốc.

Lý thuyết chung

F = mA (Lực bằng với gia tốc khối lượng) và trong trường hợp này, lực được áp dụng bởi động cơ. Càng nhiều lực, nhiên liệu càng bị đốt cháy.

Sự tăng tốc

Trong lưu lượng dừng và đi, bạn đang thực hiện các điểm dừng thường xuyên và tăng tốc từ 0 đến một số tốc độ thấp tương đối, như 30 MPH. Theo phương trình trên, (F = mA) bạn phải có một lực theo hướng bạn muốn tăng tốc khối lượng của chiếc xe của bạn. Nhưng đó là một lực lượng ròng. Bạn có lực của động cơ di chuyển bạn về phía trước, nhưng bạn đang bị cản trở bởi quán tính, ma sát và đến một lúc nào đó, không khí chống lại nỗ lực tăng tốc của bạn. Động cơ phải vượt qua tất cả các lực này bằng cách áp dụng một lực lớn hơn. Nhiều lực hơn là khí đốt nhiều hơn.

Đường cao tốc

Trong khi dừng trên đường cao tốc, bạn đang duy trì gia tốc bằng không. Vì vậy, lực ròng áp dụng bằng không. Vì vậy, bạn chỉ phải khớp, không vượt quá như khi tăng tốc, lực ma sát và lực cản khí động học. Lực ít hơn, có nghĩa là khí đốt ít hơn.

Tôi hy vọng điều đó sẽ giúp!

Mỗi khi bạn phanh, năng lượng bị lãng phí. Phanh chuyển đổi năng lượng cơ học của một chiếc xe đang chuyển động thành nhiệt thông qua ma sát (chúng nóng lên). Đây là nơi năng lượng cuối cùng bị "mất". Sau đó, khi giao thông di chuyển về phía trước một chút, tất nhiên bạn cần phải tăng tốc - và đây là lúc bạn thực sự sử dụng khí từ xe tăng để đưa năng lượng này vào để xe của bạn di chuyển.

Khi bạn di chuyển với tốc độ không đổi, tổn thất năng lượng lớn duy nhất đến từ sức cản không khí. Sức đề kháng này phụ thuộc vào tốc độ và hình dạng của chiếc xe của bạn, vì vậy với tốc độ vừa phải (như 55mph) và chiếc xe hiện đại, khí động học, bạn thực sự mất ít năng lượng hơn so với phanh liên tục trong tình trạng kẹt xe. Tất nhiên, nếu xe của bạn ít khí động học hơn (ví dụ như mang hành lý lớn trên nóc xe) hoặc bạn lái nó rất nhanh, cuối cùng bạn sẽ đạt đến điểm khi bạn đốt cháy nhiều nhiên liệu hơn là kẹt xe.

.

Điều này cũng giải thích tại sao các phương tiện có động cơ điện hoạt động hiệu quả hơn ở giao thông khi dừng như vậy - thay vì phanh (ma sát) thông thường, chúng thực hiện "hãm tái sinh" thay vào đó và lấy lại một phần năng lượng cho pin.

Động cơ của bạn luôn cháy xăng khi xe đang chạy.

Khi bạn không di chuyển, bạn đang đốt khí để giữ cho động cơ của bạn chạy, mà không thực sự di chuyển xe, vì vậy bạn dặm thực tế mỗi gallon (MPG) lúc đó là 0.

Khi bạn bắt đầu tăng tốc, bạn đang sử dụng nhiều xăng hơn so với khi xe không chạy, nhưng sau đó bạn phải nhấn phanh, về cơ bản là lãng phí thêm xăng bạn vừa sử dụng để tăng tốc.

Khi bạn đã tăng tốc và không còn tăng tốc trên đường cao tốc, động cơ chỉ sử dụng 20-40 mã lực để duy trì tốc độ đó. Khi bạn bay với tốc độ 60 dặm / giờ, bạn sẽ đi được một dặm, do đó tùy thuộc vào chiếc xe, mức tiêu thụ nhiên liệu tương đối của bạn cao hơn nhiều.

Biểu đồ dưới đây hiển thị Mức tiêu thụ nhiên liệu cụ thể của phanh (BSFC - cụ thể là phanh có nghĩa là động cơ được gắn trên một kiểu dyno động cơ nhất định, thay vì trong xe hơi). Mức tiêu thụ nhiên liệu được đo bằng gam trên mỗi kilowatt-giờ (1 KWH = 1,34 mã lực). Mô-men xoắn cực đại so với RPM (Vòng quay động cơ mỗi phút) được hiển thị ở đầu biểu đồ (đường màu đen w / chấm đen). Như bạn có thể thấy, lượng nhiên liệu tối thiểu trên mỗi KWH được sử dụng khi động cơ NÀY đang chạy ở tốc độ 2-3k RPM và xuất ra 80% mô-men xoắn cực đại.

Một lần nữa, khi bay, bạn chỉ cần một phần nhỏ trong tổng số mã lực của mình. Vòng tua động cơ cho hầu hết các xe ở số cao nhất ở tốc độ cao thường là 2500-3500 vòng / phút, do đó, ngay cả khi yêu cầu mô-men xoắn của bạn giảm và bạn rơi ra khỏi phạm vi hiệu quả nhiên liệu tối ưu, khi giá trị của mẫu số (công suất cần thiết để hành trình tại 60) giảm, cũng như tử số (lượng nhiên liệu được sử dụng).

Khía cạnh quan trọng nhất của câu trả lời cho câu hỏi này được tìm thấy trong định luật chuyển động đầu tiên của Newton:

Một vật ở trạng thái nghỉ vẫn ở trạng thái nghỉ và một vật đang chuyển động sẽ chuyển động với cùng tốc độ và cùng hướng trừ khi bị tác động bởi một lực không cân bằng.

Đây là cùng một lý do mà tàu con thoi sử dụng khoảng 90% nhiên liệu của họ khi cất cánh.

Khi cdunn đi vào, tất cả là về lực lượng (F). Nhiều nhiên liệu / s = nhiều lực hơn / s.

Chìa khóa để hiểu nó là đoạn trích nhỏ " trừ khi bị tác động bởi một lực không cân bằng " .

Trong trường hợp ví dụ của bạn về một đường cao tốc với những thăng trầm, lực hấp dẫn sẽ xuất hiện rất nhiều. Trên g suy giảm trở thành một lực tích cực. Để minh họa rõ ràng tôi sẽ sử dụng cực trị.

Nói rằng sự suy giảm của bạn là 90 độ, hoặc dọc. Điều đó có nghĩa rằng g (10m / s ^ 2) được thêm vào để sức mạnh của động cơ của bạn. Đây là lý do tại sao các phương tiện có phương pháp cố ý phá và kéo động cơ ở nhiều bộ phận khác nhau - vì vậy bạn không chỉ nổ tung xuống đồi. Ngược lại, khi đi ngược lại Trọng lực này bây giờ là một lực tiêu cực trên động cơ của bạn. Vì vậy, bạn cần phải tạo ra nhiều lực hơn từ động cơ, hoặc tạo ra nhiều lực hơn thông qua quán tính.

Ví dụ cực đoan

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.

Mặc dù điều này có thể trông không giống lắm, nhưng bạn có thể thấy đó là một sự khác biệt rất lớn.

Đúng là cố gắng duy trì tốc độ không đổi ở những nơi có đồi không phải là hiệu quả nhất (tôi cắt giảm cách hầu hết các hệ thống kiểm soát hành trình xử lý đồi). Nhưng trên căn hộ nó là. Bí quyết với những ngọn đồi là cân bằng lực lượng của bạn. Đến một tốc độ thích hợp trên một ngọn đồi xuống sẽ cho phép quán tính của bạn mang theo ngọn đồi xa hơn mà không cần đầu vào lớn từ động cơ của bạn.

Nhưng bỏ qua một bên - câu hỏi ban đầu của bạn là "tại sao dừng lại và bắt đầu tham gia giao thông lại đốt cháy nhiều nhiên liệu hơn". Câu trả lời đơn giản là vì quán tính. Nhưng! Có thêm diễn viên nữa. Ví dụ, ngồi dừng lại. Động cơ của bạn đang đốt nhiên liệu và bạn không đi du lịch. Vì vậy, bạn không thực sự nhận được 0 MPG, mà giống MPG hơn vì nó mang lại MPG tổng thể cho chuyến đi của bạn hoặc đếm ngược đến 0 hoặc thậm chí là tỷ lệ âm (ví dụ: 15 Gal./1 Mile).

Các biến số như sức cản của gió, lực cản, sự thiếu hiệu quả và lực hấp dẫn thậm chí không thực sự phát huy tác dụng cho đến khi có lưu lượng giao thông.

Bất kỳ động cơ không thể có hiệu quả 100%; luôn có tổn thất năng lượng.

Khi bay trên đường cao tốc, bạn thường sử dụng các thiết bị hàng đầu và nhiều chiếc xe được điều chỉnh để có hiệu quả cao nhất ở đó. Trong trường hợp đó, tổn thất năng lượng của bạn là do lực cản khí động học, cán lốp và động cơ và ma sát truyền động. Lưu ý rằng hai cách đầu tiên tỷ lệ thuận với bình phương bình phương, tổn thất truyền tải tỷ lệ thuận với vận tốc và ma sát động cơ tỷ lệ thuận với RPM thực tế.

Khi bị kẹt xe, bạn thường đi trên hai bánh răng đầu tiên chỉ dẫn đến lực cản thấp hơn nhưng ma sát động cơ cao hơn và động cơ hoạt động trong phạm vi RPM rộng. Khi bạn dừng lại, tất cả động năng, bạn nhận được từ nhiên liệu, bị lãng phí; Khi bạn ở lại với động cơ trên, bạn lãng phí nhiên liệu chỉ để giữ cho động cơ trên. Nếu bạn tăng tốc, bạn đốt cháy nhiều nhiên liệu hơn để tăng động năng, nếu bạn chuyển quá sớm hoặc quá muộn, bạn sẽ đốt thêm nhiên liệu chỉ vì động cơ nằm ngoài phạm vi RPM tối ưu của nó. Khi bắt đầu dừng lại, bạn phải trượt ly hợp một lúc; lãng phí năng lượng khác.

Mặc dù bạn không phanh để dừng lại (lãng phí động năng của bạn), bạn vẫn sử dụng phanh động cơ, bạn sử dụng start-stop, bạn thay đổi đúng lúc; bạn không thể đạt được sự tiết kiệm nhiên liệu khi bay một cách thông minh .

Một cách khác để xem điều này là để hình dung mở van tiết lưu.

Khi bạn đang bay, bàn đạp được giữ ở một số vị trí nhiều hơn không hoạt động, nhưng ít hơn tối đa

Khi bạn cất cánh và tăng tốc, bàn đạp được nhấn xuống hơn nữa, điều này sẽ mở van bướm cho phép thêm hỗn hợp nhiên liệu / không khí vào động cơ.

Do đó, nhiều nhiên liệu được sử dụng để tăng tốc hơn là hành trình.

Có, tôi nhận ra câu trả lời là lỗi thời, xe hơi hiện đại, máy tính, tiêm vv - rửa tay và đơn giản

Một cách riêng biệt, chạy không sử dụng nhiên liệu không có tiến bộ, đó là lý do tại sao một số xe ô tô tắt động cơ của họ tại một điểm dừng chết. Là một người đi xe đạp, nghe có vẻ rất lạ ở đèn xanh, khi nghe thấy ba hoặc bốn chiếc xe cùng lúc chuyển động cơ của họ.

Câu trả lời đơn giản: đốt cháy nhiên liệu khi bay (ở tốc độ ổn định 55 dặm / giờ) tỷ lệ thuận với ma sát (khí động học \ lốp \ vòng bi cơ học). Lái xe thoáng qua (dừng và đi với phanh ma sát thông thường) tiêu thụ năng lượng cao hơn đáng kể so với đốt cháy năng lượng do ma sát ở trạng thái ổn định. Phanh điện hybrid là bảo thủ năng lượng và nên được coi là một trường hợp đặc biệt.

Hao mòn trên động cơ / lốp / phanh cũng được phát âm trong những chiếc xe được điều khiển trên những con đường dừng và đi.

Để cắt nó rất đơn giản: tăng tốc chi phí năng lượng. Phanh không giúp bạn có được năng lượng (ít nhất là trong xe trung bình của bạn).

Do đó, nếu kịch bản 1 liên quan đến việc tăng tốc và phanh và kịch bản 2 liên quan đến hành trình ổn định ở tốc độ không đổi, thì kịch bản 1 sẽ tiêu tốn nhiều năng lượng (nhiên liệu) hơn, đơn giản vì bạn tiêu tốn nhiên liệu để tăng tốc. Đó không phải là phanh vốn đã xấu, nhưng việc phải phanh là nói với bạn rằng bạn có thể tránh được việc tăng tốc ngay từ đầu và do đó tiết kiệm việc sử dụng nhiên liệu tăng tốc.

Phụ lục: có một kịch bản 3: tăng tốc đến tốc độ mục tiêu của bạn càng nhanh càng tốt trong các bánh răng thích hợp, sau đó nhả khớp ly hợp và lăn với động cơ ở chế độ chờ. Điều này sử dụng ít nhiên liệu hơn so với kịch bản 2 vì động cơ trung bình sẽ hiệu quả hơn ở tốc độ RPM cao hơn (đến một điểm, không nhấn bàn đạp ga xuống sàn vì động cơ hiện đại sau đó sẽ bơm thêm nhiên liệu để cung cấp cho bạn một loại hiệu ứng "đốt cháy sau").

Điều này cần một số thực hành để có được đúng, tức là bạn phải tăng tốc lên tốc độ đủ cao để bạn có được một khoảng thời gian lăn có ý nghĩa, trong khi không phá vỡ giới hạn tốc độ và không cản trở những chiếc xe khác; Ngoài ra, nó không thực sự có lợi cho bạn nếu sau đó bạn vẫn phải phanh vào cuối cuộn. Vì vậy, tôi không khuyên người mới làm điều đó, nhưng những người lái xe có kinh nghiệm có thể nhận được một vài phần trăm tiết kiệm nhiên liệu từ nó. Google "siêu âm".

Ngoài ra, nói chung, cố gắng phanh bằng động cơ thay vì phanh (nếu an toàn cho phép), do đó, động cơ sẽ sử dụng nhiên liệu 0 (thay vì nhiên liệu nhàn rỗi rất nhỏ) khi bạn làm điều đó.

Một lý do là các động cơ nhiên liệu hóa thạch được điều chỉnh để chạy hiệu quả nhất khoảng 50-60mph, do đó, bất kỳ tốc độ nào khác sẽ không cung cấp nhiều mô-men xoắn cho nhiên liệu bị đốt cháy - đó là lý do tại sao tốc độ bay là ở đó.

Một điều khác, mà tôi sẽ tập trung vào, đó là bất kể tốc độ bạn di chuyển là bao nhiêu, mỗi khi bạn phanh, bạn đều lãng phí năng lượng. Đây là những gì nếu bạn tăng tốc và sau đó rời chân khỏi máy gia tốc:

Đây là những gì nó trông giống như nếu bạn nhấn phanh:

Và một so sánh:

Do đó, bất cứ khi nào bạn phanh, bạn đã không đi xa như bạn có thể - bạn đã dành nhiên liệu trước để tăng tốc có thể đưa bạn đi xa hơn. Bây giờ bạn phải tiêu tốn năng lượng một lần nữa để bù khoảng cách đó.

Đây là những gì trông giống như trong giao thông - chú ý sự tích lũy năng lượng lãng phí:

Câu lãng phí nếu bạn chỉ phanh một lần vào cuối:

Ngẫu nhiên, đây là một vấn đề của xe hơi lai: khi bạn nhấn phanh, chúng sử dụng cảm ứng để sạc lại pin, và sẽ ít lãng phí hơn.

Tôi nghĩ rằng chúng ta có thể chỉ cần tham khảo định luật chuyển động đầu tiên của Newton trong Vật lý để trả lời câu hỏi này theo cách đơn giản nhất.

Định luật về chuyển động đầu tiên của Newton: I. Mọi vật thể ở trạng thái chuyển động đều có xu hướng duy trì ở trạng thái chuyển động đó trừ khi có một lực bên ngoài tác dụng lên nó. Điều này chúng tôi thừa nhận về cơ bản là khái niệm quán tính của Galileo và điều này thường được gọi đơn giản là "Luật quán tính".

Khi chúng tôi xem xét cách này áp dụng cho một chiếc xe hơi, một chiếc xe chạy dọc theo một bề mặt phẳng sẽ tiếp tục ở cùng một tốc độ trừ khi một số lực tác động lên nó. (Bỏ qua lực cản và ma sát lăn dọc đường cho ví dụ này).

Với một chiếc xe đứng yên, bạn cần đốt cháy nhiên liệu để tạo ra lực tác động lên xe và các bộ phận của nó (thành phần động cơ, trục lái, bánh xe trên đường và những thứ tương tự) để tăng tốc độ quay của chúng và tăng tốc cho xe.

Sử dụng phanh áp dụng một lực ma sát mạnh lên xe, biến đổi quán tính (động năng) của xe thành nhiệt.

Trong một chiếc xe đang dừng và khởi động, bạn đang đốt cháy nhiều nhiên liệu hơn vì bạn mất động năng dừng lại dưới dạng nhiệt thải, và sau đó phải tiêu tốn năng lượng từ nhiên liệu để tăng quán tính của xe và các bộ phận của nó một lần nữa khi bạn tăng tốc.

Do đó, một chiếc xe đang dừng và bắt đầu sử dụng nhiều nhiên liệu hơn.

Tôi sẽ tranh luận lái xe dừng và đi giao thông sử dụng ít nhiên liệu hơn lái xe ở tốc độ cao tốc.

Hãy xem xét kịch bản sau đây bằng cách sử dụng tốc độ đường cao tốc và dừng và điển hình, và MPG thực tế ở các tốc độ đó. Bạn có thể thấy chiếc xe đốt cháy nhiên liệu với tốc độ nhanh hơn trên đường cao tốc so với giao thông dừng và đi.