Mengapa berhenti dan menyalakan mobil di lalu lintas padat membakar lebih banyak bahan bakar?

Mengapa berhenti dan menyalakan mobil di lalu lintas yang padat membakar lebih banyak bahan bakar daripada sekadar meluncur di jalan raya dengan kecepatan 55 mph?

Jika Anda memikirkan apa yang dilakukan mobil dalam kedua kasus tersebut, Anda akan melihat mengapa Anda membakar lebih banyak bahan bakar saat berakselerasi.

Teori umum

F = mA (Gaya sama dengan percepatan kali massa), dan dalam hal ini gaya diterapkan oleh mesin. Semakin banyak kekuatan, semakin banyak bahan bakar yang dibakar.

Percepatan

Dalam lalu lintas berhenti dan pergi, Anda sering berhenti, dan berakselerasi dari nol ke kecepatan relatif rendah, seperti 30 MPH. Per persamaan di atas, (F = mA) Anda harus memiliki kekuatan ke arah yang Anda ingin mempercepat massa mobil Anda. Tapi itu kekuatan total. Anda memiliki kekuatan mesin yang menggerakkan Anda ke depan, tetapi Anda ditentang oleh inersia, gesekan, dan pada titik tertentu bahkan udara menolak upaya Anda untuk berakselerasi. Mesin harus mengatasi semua kekuatan ini dengan menerapkan yang lebih besar. Semakin banyak kekuatan, semakin banyak gas yang terbakar.

Melintasi jalan raya

Saat meluncur di jalan raya Anda mempertahankan akselerasi nol. Jadi gaya total yang diterapkan adalah nol. Jadi, Anda hanya perlu mencocokkan, tidak melebihi seperti saat berakselerasi, kekuatan gesekan dan gaya tarik aerodinamis. Lebih sedikit kekuatan, berarti lebih sedikit gas yang terbakar.

Saya harap itu membantu!

Setiap kali Anda mengerem, energinya terbuang sia-sia. Rem mengubah energi mekanik mobil yang bergerak menjadi panas melalui gesekan (mereka memanas). Di sinilah energi pada akhirnya "hilang". Kemudian, ketika lalu lintas sedikit bergerak maju, Anda tentu saja perlu mempercepat - dan di sinilah Anda benar-benar menggunakan gas dari tangki Anda untuk memasukkan energi ini agar mobil Anda dapat bergerak.

Saat Anda meluncur dengan kecepatan konstan, satu-satunya kehilangan energi besar berasal dari hambatan udara. Hambatan ini tergantung pada kecepatan dan bentuk mobil Anda, jadi dengan kecepatan sedang (seperti 55mph) dan mobil aerodinamis modern, Anda benar-benar kehilangan energi lebih sedikit daripada pengereman yang berulang kali dalam kemacetan lalu lintas. Tentu saja, jika mobil Anda kurang aerodinamis (mis. Membawa bagasi besar di atap) atau Anda mengendarainya dengan sangat cepat, pada akhirnya Anda akan mencapai titik ketika Anda akan membakar lebih banyak bahan bakar yang meluncur daripada kemacetan lalu lintas.

(Saya melewatkan kehilangan energi di ban karet, karena sebagian besar tetap sama. Juga, jika Anda dapat meluncur dalam 10 menit tetapi menghabiskan waktu penuh dalam kemacetan, itu banyak pemalasan - tetapi pemalasan tidak sama pentingnya dengan semua pengereman.)

Ini juga menjelaskan mengapa kendaraan dengan motor listrik jauh lebih efisien pada lalu lintas start-stop seperti itu - alih-alih pengereman (gesekan) biasa mereka melakukan "pengereman regeneratif" sebagai gantinya dan mendapatkan sebagian energi kembali ke baterai.

Mesin Anda selalu membakar gas ketika mobil berjalan.

Ketika Anda diam, Anda sedang membakar gas untuk menjaga mesin Anda berjalan, tanpa benar-benar menggerakkan mobil, sehingga Anda sebenarnya mil per galon (MPG) pada saat itu adalah 0.

Ketika Anda mulai berakselerasi, Anda menggunakan lebih banyak gas daripada saat mobil dalam keadaan idle, tetapi kemudian Anda harus menekan rem, yang pada dasarnya membuang gas tambahan yang baru saja Anda gunakan untuk meningkatkan kecepatan.

Setelah Anda mencapai kecepatan dan tidak lagi berakselerasi di jalan raya, mesin hanya menggunakan 20-40 tenaga kuda untuk mempertahankan kecepatan itu. Saat Anda melaju dengan kecepatan 60 mph, Anda menempuh jarak satu mil per menit, jadi tergantung pada mobilnya, konsumsi bahan bakar relatif Anda jauh lebih tinggi.

Grafik di bawah ini menampilkan Konsumsi Bahan Bakar Rem Khusus (BSFC - rem khusus yang berarti mesin dipasang pada gaya tertentu dari dyno mesin, bukan di dalam mobil). Konsumsi bahan bakar diukur dalam gram per kilowatt-jam (1 KWH = 1,34 tenaga kuda). Torsi maksimum vs RPM (putaran mesin Per Menit) ditampilkan di bagian atas grafik (garis hitam dengan titik-titik hitam). Seperti yang Anda lihat, sedikitnya jumlah bahan bakar per KWH digunakan ketika mesin INI berjalan pada 2-3k RPM, dan menghasilkan 80% dari torsi maksimum.

Sekali lagi, ketika berlayar, Anda hanya membutuhkan sebagian kecil dari total tenaga kuda Anda. Mesin rpm untuk sebagian besar mobil dengan top gear pada kecepatan jalan raya biasanya 2500-3500 RPM, sehingga meskipun kebutuhan torsi Anda turun dan Anda jatuh dari kisaran efisiensi bahan bakar yang optimal, ketika nilai penyebutnya (daya yang dibutuhkan untuk melaju pada 60) berkurang, seperti halnya pembilang (jumlah bahan bakar yang digunakan).

Aspek paling penting dari jawaban untuk pertanyaan ini ditemukan dalam hukum gerak pertama Newton:

Objek saat istirahat tetap diam dan objek bergerak tetap bergerak dengan kecepatan dan arah yang sama kecuali jika ditindaklanjuti oleh gaya yang tidak seimbang.

Ini adalah alasan yang sama bahwa pesawat ulang-alik menggunakan sekitar 90% bahan bakar saat lepas landas.

Ketika cdunn masuk, itu semua tentang kekuatan (F). Lebih banyak bahan bakar / s = lebih banyak kekuatan / s.

Kunci untuk memahaminya adalah potongan kecil itu " kecuali ditindaklanjuti oleh kekuatan yang tidak seimbang. "

Dalam kasus contoh Anda jalan raya dengan pasang surut, gravitasi sangat berperan. Pada penurunan, g menjadi kekuatan positif. Untuk menggambarkan dengan jelas saya akan menggunakan ekstrem.

Katakanlah penurunan Anda 90 derajat, atau vertikal. Itu berarti bahwa g (10 m / s ^ 2) ditambahkan ke tenaga mesin Anda. Inilah sebabnya mengapa kendaraan memiliki metode yang disengaja untuk memecahkan dan menyeret mesin di berbagai bagian - jadi Anda tidak hanya menghancurkan bukit. Sebaliknya, saat melakukan perjalanan kembali Gravitasi ini sekarang merupakan kekuatan negatif pada mesin Anda. Jadi, Anda perlu menghasilkan lebih banyak tenaga dari mesin, atau menghasilkan lebih banyak tenaga melalui inersia.

Contoh Ekstrim

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.

Meskipun ini mungkin tidak terlihat banyak, Anda dapat melihat perbedaannya sangat besar.

Benar bahwa berusaha mempertahankan kecepatan konstan di mana ada bukit bukanlah yang paling efisien (saya memotong bagaimana kebanyakan sistem kontrol pelayaran menangani bukit). Tetapi di flat itu. Trik dengan bukit adalah menyamakan kekuatan Anda. Mendapatkan kecepatan yang tepat di bukit turun akan memungkinkan inersia Anda untuk membawa bukit Anda lebih jauh tanpa input besar dari motor Anda.

Tapi di samping bukit - pertanyaan awal Anda adalah "mengapa berhenti dan memulai lalu lintas membakar lebih banyak bahan bakar." Jawabannya adalah hanya karena inersia. Tapi! Ada aktor tambahan juga. Misalnya, duduk berhenti. Motor Anda membakar bahan bakar dan Anda tidak bepergian. Jadi Anda tidak benar-benar mendapatkan 0 MPG, tetapi lebih seperti -x MPG karena membawa MPG keseluruhan dari perjalanan Anda atau menghitung hingga 0 atau bahkan rasio negatif (misalnya 15 Gal. 1 Mil).

Variabel seperti hambatan angin, hambatan, inefisiensi dan gravitasi bahkan tidak benar-benar berperan sampai ada arus lalu lintas.

Mesin apa pun tidak dapat memiliki efisiensi 100%; selalu ada kehilangan energi.

Ketika melaju di jalan raya, Anda biasanya menggunakan gigi paling atas dan banyak mobil yang disetel untuk mendapatkan efisiensi puncak di sana. Dalam hal ini, kehilangan energi Anda disebabkan oleh hambatan aerodinamis, penggulungan ban, dan gesekan mesin dan transmisi. Perhatikan bahwa dua cara pertama sebanding dengan kecepatan kuadrat, kehilangan transmisi sebanding dengan kecepatan dan gesekan mesin sebanding dengan RPM aktual.

Ketika terjebak dalam kemacetan lalu lintas, Anda biasanya pergi dengan dua gigi pertama hanya mengarah ke drag yang lebih rendah tetapi gesekan mesin lebih tinggi dan mesin beroperasi di berbagai RPM. Ketika Anda mengerem untuk berhenti, semua energi kinetik, yang Anda dapatkan dari bahan bakar, terbuang sia-sia; ketika Anda tinggal dengan mesin pada Anda buang bahan bakar hanya untuk menjaga mesin. Jika Anda mempercepat Anda membakar lebih banyak bahan bakar untuk meningkatkan energi kinetik, jika Anda menggeser terlalu dini atau terlalu terlambat Anda membakar bahan bakar tambahan hanya karena mesin berada di luar kisaran RPM yang optimal. Ketika mulai dari berhenti Anda harus menyelipkan kopling untuk sementara waktu; pemborosan energi lain.

Meskipun Anda tidak mengerem untuk berhenti sama sekali (membuang energi kinetik Anda), Anda menggunakan pengereman mesin, Anda menggunakan start-stop, Anda bergeser pada waktu yang tepat; Anda tidak dapat mencapai penghematan bahan bakar saat berkendara dengan cara yang cerdas .

Cara lain untuk melihatnya adalah memvisualisasikan bukaan gas.

Saat Anda menjelajah, pedal ditekan ke beberapa posisi lebih dari idle, tetapi kurang dari maksimum

Saat Anda melepas dan mempercepat, pedal ditekan lebih jauh, yang membuka katup kupu-kupu yang memungkinkan lebih banyak campuran bahan bakar / udara ke dalam mesin.

Karenanya lebih banyak bahan bakar yang digunakan untuk mempercepat daripada ke pelayaran.

Ya saya sadar jawabannya adalah fudging, mobil modern, komputer, injeksi dll - handwave dan sederhana

Secara terpisah, idling menggunakan bahan bakar untuk tidak ada kemajuan, itulah sebabnya beberapa mobil mematikan mesin mereka di jalan buntu. Sebagai pengendara sepeda, kedengarannya aneh di lampu hijau, mendengar tiga atau empat mobil sekaligus menyalakan mesin mereka.

Jawaban sederhana: pembakaran bahan bakar saat jelajah (pada kecepatan mantap 55 mph) sebanding dengan gesekan (aerodinamik \ ban \ bantalan mekanik). Pengemudi transien tinggi (berhenti-dan-pergi dengan pengereman gesekan konvensional) konsumsi energi secara signifikan lebih tinggi daripada pembakaran energi karena gesekan kondisi-mapan. Pengereman listrik hibrida adalah energi yang konservatif dan harus dianggap sebagai kasus khusus.

Keausan pada mesin / ban / rem juga diucapkan pada mobil yang dikendarai di jalan berhenti-dan-pergi.

Untuk memotongnya sangat sederhana: akselerasi membutuhkan energi. Pengereman tidak memberi Anda energi apa pun (setidaknya di mobil rata-rata).

Karenanya, jika skenario 1 melibatkan akselerasi dan pengereman, dan skenario 2 melibatkan pelayaran mantap dengan kecepatan konstan, maka skenario 1 akan menghabiskan lebih banyak energi (bahan bakar), hanya karena Anda menghabiskan bahan bakar untuk akselerasi. Bukan pengereman yang secara inheren buruk, tetapi harus mengerem memberitahu Anda bahwa Anda bisa menghindari akselerasi sejak awal dan dengan demikian menghemat penggunaan bahan bakar akselerasi.

Tambahan: ada skenario 3: akselerasi ke kecepatan target Anda secepat mungkin di gigi yang sesuai, kemudian lepaskan kopling dan putar dengan motor saat idle. Ini menggunakan bahan bakar lebih sedikit daripada skenario 2 karena motor rata-rata akan lebih efisien pada RPM yang lebih tinggi (sampai titik tertentu, jangan menekan pedal gas sampai ke lantai karena motor modern kemudian akan memompa bahan bakar tambahan untuk memberi Anda semacam efek "afterburner").

Ini perlu beberapa latihan untuk mendapatkan yang benar, yaitu Anda harus mempercepat hingga kecepatan yang cukup tinggi sehingga Anda mendapatkan jumlah waktu bergulir yang berarti, sementara tidak melanggar batas kecepatan dan tidak menghalangi mobil lain; juga tidak benar-benar menguntungkan Anda jika Anda masih harus mengerem di ujung gulungan. Jadi, saya tidak akan menyarankan pemula untuk melakukan itu, tetapi pengemudi yang berpengalaman bisa mendapatkan beberapa persen penghematan bahan bakar dari itu. Google "hypermiling".

Juga, secara umum, cobalah untuk rem dengan motor alih-alih rem (jika keselamatan memungkinkan), jelas, maka motor akan menggunakan 0 bahan bakar (bukan bahan bakar menganggur miniscule) ketika Anda melakukan itu.

Salah satu alasannya adalah bahwa mesin bahan bakar fosil disetel untuk berjalan paling efisien di sekitar 50-60 mph, sehingga kecepatan lainnya tidak akan menghasilkan torsi sebanyak untuk bahan bakar yang dibakar - itu sebabnya kecepatan jelajah berada di tempat itu.

Satu lagi, yang akan saya fokuskan, adalah terlepas dari kecepatan apa yang Anda tempuh, setiap kali Anda mengerem, Anda membuang energi. Begini tampilannya jika Anda mempercepat dan kemudian melepaskan kaki dari pedal gas:

Ini seperti apa rasanya jika Anda menginjak rem:

Dan perbandingan:

Jadi setiap kali Anda mengerem, Anda belum melangkah sejauh yang Anda bisa - Anda telah menghabiskan bahan bakar di depan dalam mempercepat yang bisa membawa Anda lebih jauh. Anda sekarang harus menghabiskan energi lagi untuk menempuh jarak itu.

Inilah yang terlihat dalam lalu lintas - perhatikan akumulasi energi yang terbuang:

Ayat limbah jika Anda hanya mengerem sekali di akhir:

Kebetulan, ini adalah satu masalah alamat mobil hybrid: ketika Anda menginjak rem, mereka menggunakan induksi untuk mengisi ulang baterai, dan ada lebih sedikit limbah.

Saya pikir kita bisa merujuk pada hukum gerak pertama Newton dalam Fisika untuk menjawab pertanyaan ini dengan cara yang paling sederhana.

Hukum Gerak Pertama Newton: I. Setiap objek dalam keadaan gerak seragam cenderung tetap dalam keadaan gerak itu kecuali jika gaya eksternal diterapkan. Ini kami akui sebagai konsep inersia Galileo yang esensial, dan ini sering disebut sebagai "Hukum Inersia".

Ketika kita mempertimbangkan bagaimana ini berlaku untuk mobil, mobil yang melaju di permukaan yang datar akan berlanjut pada kecepatan yang sama kecuali ada kekuatan yang menindakinya. (Mengabaikan tarik dan gesekan bergulir di sepanjang jalan untuk contoh ini).

Dengan kendaraan yang tidak bergerak, Anda perlu membakar bahan bakar untuk menciptakan gaya yang bekerja pada mobil dan komponennya (komponen mesin, poros penggerak, roda jalan, dan sejenisnya) untuk mempercepat putarannya dan mempercepat kendaraan.

Menggunakan rem menerapkan gaya gesek yang kuat pada mobil, mengubah inersia (energi kinetik) mobil menjadi panas.

Dalam mobil yang berhenti dan mulai, Anda membakar lebih banyak bahan bakar karena Anda kehilangan energi kinetik berhenti sebagai limbah panas, dan kemudian harus menghabiskan energi dari bahan bakar untuk meningkatkan inersia kendaraan dan komponennya lagi ketika Anda berakselerasi.

Karenanya sebuah mobil yang berhenti dan mulai menggunakan lebih banyak bahan bakar.

Saya berpendapat mengemudi saat berhenti dan pergi menggunakan bahan bakar lebih sedikit daripada mengemudi dengan kecepatan bebas hambatan.

Pertimbangkan skenario berikut ini dengan menggunakan jalan raya biasa dan kecepatan stop-and-go, dan MPG realistis pada kecepatan itu. Anda dapat melihat mobil membakar bahan bakar pada laju yang lebih cepat di jalan raya daripada lalu lintas berhenti dan pergi.