Perché fermarsi e avviare un'auto in un traffico intenso consuma più carburante?

Perché fermarsi e avviare un'auto in un traffico intenso consuma più carburante rispetto al semplice costeggiare un'autostrada a 55 mph?

Se pensi a cosa sta facendo l'auto in entrambi i casi, vedrai perché bruci più carburante durante l'accelerazione.

Teoria generale

F = mA (la forza è uguale all'accelerazione dei tempi di massa) e in questo caso la forza viene applicata dal motore. Più forza, più carburante viene bruciato.

Accelerazione

Nel traffico stop and go, stai effettuando fermate frequenti e acceleri da zero a una velocità relativamente bassa, come 30 MPH. Secondo l'equazione sopra, (F = mA) devi avere una forza nella direzione in cui vuoi accelerare la massa della tua auto. Ma questa è una forza netta. Hai la forza del motore che ti fa avanzare, ma sei resistito dall'inerzia, dall'attrito e ad un certo punto anche l'aria resiste al tuo tentativo di accelerare. Il motore deve superare tutte queste forze applicandone una più grande. Più forza è più gas bruciato.

Costa autostrada

Mentre percorri l'autostrada mantieni un'accelerazione pari a zero. Quindi la forza netta applicata è zero. Quindi, devi solo abbinare, non superare come durante l'accelerazione, le forze di attrito e resistenza aerodinamica. Meno forza, significa meno gas bruciato.

Spero che aiuti!

Ogni volta che si frena, l'energia viene sprecata. I freni convertono l'energia meccanica di un'auto in movimento in calore per attrito (si riscaldano). Questo è dove l'energia viene infine "persa". Quindi, quando il traffico si sposta un po 'in avanti, ovviamente è necessario accelerare - ed è qui che si utilizza effettivamente il gas dal serbatoio per mettere questa energia nel far muovere la macchina.

Quando costeggi a velocità costante, le uniche grandi perdite di energia derivano dalla resistenza dell'aria. Questa resistenza dipende dalla velocità e dalla forma della tua auto, quindi con una velocità moderata (come 55 miglia all'ora) e un'auto moderna e aerodinamica in realtà perdi meno energia rispetto alla frenata ripetuta in un ingorgo. Naturalmente, se la tua auto è meno aerodinamica (ad es. Trasporta un grande bagaglio sul tetto) o la guidi molto velocemente, alla fine raggiungerai un punto in cui brucerai più carburante a inerzia che in ingorgo.

(Ho saltato le perdite di energia nelle gomme di gomma, perché rimangono per lo più le stesse. Inoltre, se riesci a costeggiare in 10 minuti ma trascorri un'ora intera in un ingorgo, è un sacco di giri al minimo - ma il minimo non è importante quanto tutta quella frenata.)

Questo spiega anche perché i veicoli con motori elettrici sono molto più efficienti in questo traffico start-stop - invece di una frenata regolare (a frizione) fanno invece "frenata rigenerativa" e riportano parte dell'energia nella batteria.

Il tuo motore brucia sempre gas quando l'auto è in funzione.

Quando sei fermo, stai bruciando gas per mantenere il motore acceso, senza effettivamente muovere la macchina, quindi in quel momento sei miglia effettive per gallone (MPG) pari a 0.

Quando inizi ad accelerare, stai consumando più gas rispetto a quando l'auto era al minimo, ma poi devi premere i freni, essenzialmente sprecando il gas extra che hai usato per alzare la velocità.

Una volta che sei all'altezza e non acceleri più sull'autostrada, il motore sta usando solo 20-40 cavalli per mantenere quella velocità. Quando si naviga a una velocità di 60 miglia orarie, si percorre un miglio al minuto, quindi a seconda della vettura, il consumo di carburante relativo è molto più elevato.

Il grafico seguente mostra il consumo di carburante specifico del freno (BSFC - specifico del freno, il che significa che il motore è stato montato su un determinato tipo di motore, anziché in un'automobile). Il consumo di carburante è misurato in grammi per chilowattora (1 KWH = 1,34 cavalli). La coppia massima vs RPM (giri motore al minuto) viene visualizzata nella parte superiore del grafico (linea nera con punti neri). Come puoi vedere, viene utilizzata una quantità minima di carburante per KWH quando QUESTO motore funziona a 2-3k RPM e produce l'80% della coppia massima.

Ancora una volta, durante la crociera, hai solo bisogno di una frazione della tua potenza totale. Il regime motore per la maggior parte delle auto con la marcia più alta a velocità autostradali è in genere di 2500-3500 giri / min, quindi anche se il requisito di coppia diminuisce e si scende dalla gamma ottimale di efficienza del carburante, quando il valore del denominatore (potenza necessaria per navigare a 60) diminuisce, così come il numeratore (quantità di carburante utilizzata).

L'aspetto più importante della risposta a questa domanda si trova nella prima legge del movimento di Newton:

Un oggetto a riposo rimane a riposo e un oggetto in movimento rimane in movimento con la stessa velocità e nella stessa direzione a meno che non venga agito da una forza sbilanciata.

Questo è lo stesso motivo per cui la navetta spaziale usa qualcosa come il 90% del proprio carburante al decollo.

Mentre cdunn entrava, tutto riguardava la forza (F). Più carburante / i = più forza / i.

La chiave per capirlo è quel piccolo frammento "a meno che non venga agito da una forza sbilanciata " .

Nel caso del tuo esempio di autostrada con alti e bassi, la gravità entra in gioco molto. Al declino g diventa una forza positiva. Per illustrare chiaramente userò gli estremi.

Supponi che il tuo declino sia di 90 gradi o verticale. Ciò significa che g (10m / s ^ 2) viene aggiunto alla potenza del tuo motore. Questo è il motivo per cui i veicoli hanno metodi intenzionali di rottura e trascinamento del motore in varie parti, quindi non devi solo saltare giù per le colline. Al contrario, quando si viaggia indietro, questa gravità è ora una forza negativa sul tuo motore. Quindi è necessario produrre più forza dal motore o produrre più forza per inerzia.

Esempio estremo

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.

Anche se questo potrebbe non sembrare molto, puoi vedere che è un'enorme differenza.

È vero che tentare di mantenere una velocità costante in presenza di colline non è il più efficiente (ho tagliato il modo in cui la maggior parte dei sistemi di controllo della velocità di crociera gestisce le colline). Ma sugli appartamenti lo è. Il trucco con le colline è di equalizzare le tue forze. Arrivare a una velocità adeguata su una discesa consentirà alla tua inerzia di portare la tua salita più in alto senza un massiccio input dal tuo motore.

Ma a parte le colline - la tua domanda iniziale è "perché fermarsi e iniziare nel traffico brucia più carburante". La risposta è semplicemente a causa dell'inerzia. Ma! Ci sono anche altri attori. Ad esempio, la seduta si è fermata. Il motore sta bruciando carburante e non si viaggia. Quindi non stai davvero ottenendo 0 MPG, ma più simile a -x MPG perché porta l'MPG complessivo del tuo viaggio o conta alla rovescia fino a 0 o addirittura a un rapporto negativo (ad es. 15 Gal./1 Miglio).

Variabili come la resistenza al vento, la resistenza, le inefficienze e la gravità non entrano in gioco fino a quando non scorre il traffico.

Qualsiasi motore non può avere un'efficienza del 100%; ci sono sempre perdite di energia.

Quando si naviga in autostrada si usa generalmente la marcia più alta e molte auto sono sintonizzate per avere il massimo dell'efficienza lì. In tal caso, le perdite di energia sono dovute alla resistenza aerodinamica, al rotolamento dei pneumatici e all'attrito del motore e della trasmissione. Si noti che i primi due modi sono proporzionali alla veosità quadrata, le perdite di trasmissione sono proporzionali alla velocità e l'attrito del motore è proporzionale ai giri effettivi.

Quando si è bloccati in un ingorgo, di solito si innestano le prime due marce portando solo a una resistenza inferiore ma a un attrito del motore più elevato e il motore funziona in una vasta gamma di regimi. Quando frenate per fermarvi, tutta l'energia cinetica, ottenuta dal carburante, viene sprecata; quando rimani con il motore acceso, sprechi il carburante solo per tenere acceso il motore. Se si accelera si consuma più carburante per aumentare l'energia cinetica, se si sposta troppo presto o troppo tardi si brucia carburante extra solo perché il motore è fuori dalla sua gamma di giri ottimale. Quando si parte dalla battuta d'arresto, si deve far scivolare la frizione per un po '; un altro spreco di energia.

Anche se non frenate affatto per fermarvi (sprecando la vostra energia cinetica), usate la frenata del motore, usate lo start-stop, cambiate al momento giusto; non è possibile raggiungere il risparmio di carburante quando si naviga in modo intelligente .

Un altro modo per visualizzarlo è visualizzare l'apertura dell'acceleratore.

Durante la crociera, il pedale viene mantenuto in una posizione più del minimo, ma inferiore al massimo

Quando decolli e acceleri, il pedale viene premuto ulteriormente, il che apre la valvola a farfalla consentendo una maggiore miscela carburante / aria nel motore.

Quindi più carburante viene utilizzato per accelerare che per la crociera.

Sì, mi rendo conto che la risposta è confusione, auto moderne, computer, iniezione, ecc. - onda manuale e semplicemente

Separatamente, il minimo utilizza carburante per nessun progresso, motivo per cui alcune auto spengono il motore a un punto morto. Come ciclista suona così strano alla luce verde, sentire tre o quattro macchine accendere tutti i motori contemporaneamente.

Risposta semplice: il consumo di carburante durante la crociera (a una velocità di 55 mph) è proporzionale all'attrito (aerodinamico \ pneumatico \ cuscinetti meccanici). Il consumo di energia per guida transitoria elevata (stop-and-go con frenata per attrito convenzionale) è significativamente più elevato del consumo di energia a causa dell'attrito in regime stazionario. La frenata elettrica ibrida è un risparmio energetico e dovrebbe essere considerata un caso speciale.

L'usura del motore / pneumatici / freni è anche pronunciata nelle auto che sono guidate in strade stop-and-go.

Per dirla in parole povere: l'accelerazione costa energia. La frenata non ti fa guadagnare alcuna energia (almeno nella tua auto media).

Quindi, se lo scenario 1 comporta accelerazione e frenata e lo scenario 2 prevede una crociera costante a velocità costante, lo scenario 1 costerà più energia (carburante), semplicemente perché si spende il carburante per l'accelerazione. Non è la frenata che è intrinsecamente cattiva, ma dover frenare ti sta dicendo che potresti aver evitato l'accelerazione in primo luogo e quindi risparmiato l'utilizzo del carburante di accelerazione.

Addendum: esiste uno scenario 3: accelerare alla velocità target il più rapidamente possibile con gli ingranaggi appropriati, quindi disinnestare la frizione e girare con il motore al minimo. Questo utilizza ancora meno carburante rispetto allo scenario 2 perché il motore medio sarà più efficiente a regimi più elevati (fino a un certo punto, non premere il pedale del gas fino al pavimento poiché i motori moderni quindi pomperanno carburante aggiuntivo per darti tipo di effetto "postbruciatore").

Questo ha bisogno di un po 'di pratica per andare bene, cioè devi accelerare fino a una velocità abbastanza alta da ottenere una quantità significativa di tempo di rotolamento, senza rompere i limiti di velocità e non ostacolare altre auto; inoltre non ti gioverà davvero se dovrai comunque frenare alla fine del tiro. Pertanto, non consiglierei ai neofiti di farlo, ma i conducenti esperti possono ottenere un po 'del risparmio di carburante. Google "hypermiling".

Inoltre, in generale, prova a frenare con il motore anziché con i freni (se la sicurezza lo consente), ovviamente, quindi il motore utilizzerà 0 carburante (invece del minimo carburante al minimo) quando lo fai.

Uno dei motivi è che i motori a combustibile fossile sono sintonizzati per funzionare in modo più efficiente intorno ai 50-60 chilometri all'ora, quindi qualsiasi altra velocità non fornirà la stessa coppia per il combustibile che viene bruciato - ecco perché la velocità di crociera è dove si trova.

Un altro, su cui mi concentrerò, è che, indipendentemente dalla velocità a cui viaggi, ogni volta che freni sprechi energia. Ecco come appare se acceleri e poi togli il piede dall'acceleratore:

Ecco come si presenta se si preme il freno:

E un confronto:

Quindi ogni volta che freni, non sei andato lontano quanto avresti potuto - hai speso carburante per accelerare che avrebbe potuto portarti oltre. Ora devi spendere di nuovo energia per coprire quella distanza.

Ecco come appare nel traffico: osserva l'accumulo di energia sprecata:

Verso lo spreco se alla fine freni solo una volta:

Per inciso, questo è un problema che riguarda le auto ibride: quando si preme il freno, usano l'induzione per ricaricare la batteria e c'è meno spreco.

Penso che possiamo semplicemente fare riferimento alla prima legge del moto di Newton in Fisica per rispondere a questa domanda nel modo più semplice.

Prima legge del moto di Newton: I. Ogni oggetto in uno stato di moto uniforme tende a rimanere in quello stato di movimento a meno che non venga applicata una forza esterna. Questo lo riconosciamo essenzialmente come il concetto di inerzia di Galileo, e questo è spesso definito semplicemente la "Legge di inerzia".

Quando consideriamo come questo si applica a un'automobile, un'auto che procede per inerzia lungo una superficie piana continuerà alla stessa velocità, a meno che una forza non agisca su di essa. (Ignorando la resistenza e l'attrito del rotolamento lungo la strada per questo esempio).

Con un veicolo fermo, è necessario bruciare carburante per creare la forza che agisce sull'auto e sui suoi componenti (componenti del motore, albero di trasmissione, ruote stradali e simili) per accelerarne la rotazione e accelerare il veicolo.

L'uso dei freni applica una forte forza di attrito sull'auto, convertendo l'inerzia (energia cinetica) dell'auto in calore.

In un'auto che si ferma e si avvia, stai bruciando più carburante perché perdi energia cinetica fermandoti come calore residuo e quindi devi spendere energia dal carburante per aumentare di nuovo l'inerzia del veicolo e dei suoi componenti quando acceleri.

Pertanto un'auto che si ferma e si avvia consuma più carburante.

Direi che guidare in stop and go il traffico consuma meno carburante rispetto alla guida in autostrada.

Prendi in considerazione il seguente scenario che utilizza le tipiche velocità autostradali e stop-and-go e un MPG realistico a tali velocità. Puoi vedere l'auto che brucia carburante a un ritmo più veloce sull'autostrada rispetto al traffico stop-and-go.