Efisiensi termodinamika vs. penghematan bahan bakar
Ketika Anda mengutip efisiensi 25-30% untuk energi pembakaran internal, Anda sedang berbicara tentang efisiensi termodinamika mesin. Ini, pada level teoretis, berdasarkan pada perbedaan suhu. Tidak ada hubungannya langsung dengan bahan bakar.
Ketika Anda mengutip penghematan bahan bakar 34 mil per galon , Anda sekarang berbicara tentang sesuatu yang sangat tergantung pada faktor-faktor lain — misalnya, kepadatan energi bahan bakar . Berapa banyak energi yang bisa diekstraksi yang ada dalam satu galon bensin? Bagaimana dengan satu galon antimateri? Satu galon susu cokelat?
Banyak mesin dapat menerima bahan bakar yang berbeda, atau campuran bahan bakar, dengan kepadatan energi yang berbeda, tanpa perubahan signifikan dalam efisiensi termodinamika mereka. Misalnya, etanol dicampur dengan bensin, tetapi memiliki kepadatan energi sekitar 30% lebih rendah dari bensin; satu galon satu tidak sama dengan satu galon yang lain.
Mengoperasikan mesin pada efisiensi termodinamika tertentu berarti memiliki perbedaan suhu; untuk mempertahankan perbedaan suhu itu, Anda perlu menambah energi pada tingkat tertentu. Mendapatkan efisiensi termodinamika yang sama ketika bahan bakar Anda memiliki kepadatan energi yang lebih rendah berarti meningkatkan laju pengiriman bahan bakar ( atau ) sehingga laju pengiriman energi ( ) tetap sama. Ini mengabaikan berbagai nuansa bagaimana mesin membakar bahan bakar yang berbeda tetapi, secara umum, tidak ada hubungan langsung antara efisiensi termodinamika dan ekonomi bahan bakar.˙ m q i nQm˙qi n
Signifikansi pemuatan mesin
Saya merasa seperti gearing harus menjadi bagian dari jawaban tetapi saya mengalami kesulitan memahami bagaimana gearing memungkinkan mesin menghasilkan 20 hp sementara jelas berada pada efisiensi yang lebih tinggi daripada yang ditunjukkan pada grafik untuk memuat mesin rendah.
Mungkin saya tidak mengerti persis apa yang dimaksud dengan pemuatan mesin?
Ketika mobil tidak berakselerasi, pemuatan mesin datang dari kekuatan apa pun yang bekerja melawan gerakan mesin. Gesekan internal (piston, poros engkol, transmisi, dll.), Gesekan eksternal (ban di permukaan jalan), seret, gravitasi (saat menanjak). "Beban" berarti seberapa besar daya yang diperlukan mesin untuk mobil agar memiliki kecepatan dan akselerasi.
Seperti yang Anda tunjukkan, saat kendaraan melaju di jalan raya, ia hanya membutuhkan sebagian kecil dari total output daya yang tersedia untuk mempertahankan kecepatan. Kecuali jika kita berbicara tentang kecepatan yang sangat tinggi dan / atau keajaiban mobil yang sangat tidak beralasan, berlayar di jalan raya bukanlah situasi beban tinggi. Kebingungan Anda tampaknya berasal dari kenyataan bahwa kendaraan mendapatkan penghematan bahan bakar yang lebih baik ketika melaju dengan kecepatan di jalan raya daripada saat mereka berakselerasi.
Hal utama yang harus disadari adalah semakin hemat bahan bakar tidak menyiratkan bahwa mesin beroperasi pada efisiensi termodinamika yang lebih tinggi karena ada banyak faktor lain yang menyebabkan penghematan bahan bakar. Efisiensi termodinamika dari siklus Carnot hanyalah salah satu faktor tersebut. Faktor lain adalah efisiensi reaksi pembakaran (yang secara teknis bukan bagian dari siklus Carnot). Lain adalah berapa banyak daya yang digunakan untuk mempercepat kendaraan (pekerjaan yang bermanfaat) versus berapa banyak yang hilang karena gesekan, seret dan konduksi (limbah panas, ).qo u t
Menghitung penghematan bahan bakar
Pertimbangkan hubungan berikut — di mana pemuatan mesin masuk?
ekonomi bahan bakar (mpg) = kecepatan (mph)laju aliran (gal / jam)= vQ
Dalam situasi ideal, tanpa hambatan pada kendaraan, gesekan internal dan eksternal minimal, mengemudi di pesawat horizontal, daya yang diperlukan untuk mempertahankan kecepatan apa pun secara efektif nol. Ini berarti beban pada mesin (saat tidak berakselerasi) juga efektif nol. Efisiensi Carnot tidak relevan pada saat ini, tetapi akan sangat rendah juga. Namun, penghematan bahan bakar akan sangat besar karena Anda memiliki beberapa dalam pembilang dengan hampir nol dalam penyebut.QvQ
Situasi sebaliknya bahkan lebih mudah untuk ditunjukkan; Anda dapat melakukannya di rumah dengan mobil Anda sendiri. Cukup injak akselerator dengan transmisi netral. (Jangan benar-benar melakukan ini.) Skenario beban tinggi instan saat Anda mempercepat dari poros engkol itu tetapi , jadi penghematan bahan bakar Anda nol.v = 0
Skenario realistis lebih rumit tetapi cerita panjang yang dibuat pendek adalah bahwa reaksi pembakaran yang terjadi pada silinder mesin jauh lebih efisien selama periode akselerasi yang sangat tinggi (yaitu, dekat beban maks).Semakin banyak bahan bakar melewati mesin tanpa terbakar, atau hanya terbakar sebagian, berarti Anda tidak mengekstrak energi sebanyak dari satu galon bahan bakar yang sama. Anda masih pergi ke suatu tempat dan mesin Anda beroperasi pada efisiensi termodinamika yang lebih tinggi karena beban yang diletakkan di atasnya, tetapi dalam hal penghematan bahan bakar, manfaat itu berkurang dengan biaya efisiensi pembakaran yang lebih rendah. Bahkan dimungkinkan, ketika efisiensi pembakaran sangat buruk, untuk itu biaya melebihi manfaat dari pemuatan tinggi sepenuhnya. (Ini mungkin diharapkan jika kendaraan tidak dirawat dengan baik. Pada kenyataannya, sangat tergantung pada usia mobil, kualitas unit kontrolnya, roda gigi di mana Anda berakselerasi, sehingga sulit untuk membuat prediksi yang tepat. untuk skenario umum.)
Hal lain yang ingin saya sebutkan adalah bahwa Anda harus mempertimbangkan kemana kekuatan Anda pergi. "Pemuatan mesin tinggi" hanya berarti bahwa banyak daya yang mampu dihasilkan mesin sedang diminta; itu tidak memberi tahu Anda di mana daya pergi. Jika itu akan melawan drag, yang meningkat seiring kuadrat kecepatan, maka itu adalah tenaga yang terbuang dan bahan bakar yang terbuang. Anda dapat mengirimkannya dengan sangat efisien tetapi jika itu tidak menambah kecepatan * kendaraan, itu tidak berkontribusi pada penghematan bahan bakar. Itu hanya terlihat efisien ketika Anda menarik batas sistem Anda di sekitar mesin dan mengabaikan tujuan mobil.
* Secara teknis, kita harus mempertimbangkan ketinggian juga, tetapi penghematan bahan bakar biasanya dihitung dalam hal jarak lintasan horizontal. Keuntungan dan kerugian karena perubahan ketinggian diasumsikan dibatalkan secara keseluruhan atau diperhitungkan dengan beberapa faktor koreksi kasar.