Warum verbraucht das Anhalten und Starten eines Autos bei starkem Verkehr mehr Kraftstoff?

Warum verbraucht das Anhalten und Starten eines Autos bei starkem Verkehr mehr Kraftstoff als das einfache Fahren auf einer Autobahn mit 90 km / h?

Wenn Sie überlegen, was das Auto in beiden Fällen tut, werden Sie feststellen, warum Sie beim Beschleunigen mehr Kraftstoff verbrauchen.

Allgemeine Theorie

F = mA (Kraft ist gleich Masse mal Beschleunigung), und in diesem Fall wird die Kraft vom Motor aufgebracht. Je mehr Kraft, desto mehr Kraftstoff wird verbrannt.

Beschleunigung

Im Stop-and-Go-Verkehr halten Sie häufig an und beschleunigen von Null auf eine relativ niedrige Geschwindigkeit von 30 MPH. Gemäß der obigen Gleichung (F = mA) müssen Sie eine Kraft in die Richtung haben, in die Sie die Masse Ihres Autos beschleunigen möchten. Aber das ist eine Nettokraft. Sie haben die Kraft des Motors, der Sie vorwärts bewegt, aber Sie werden von Trägheit, Reibung und irgendwann sogar der Luft widerstehen, die Ihrem Versuch, zu beschleunigen. Der Motor muss all diese Kräfte überwinden, indem er einen größeren aufbringt. Mehr Kraft ist mehr Gas verbrannt.

Autobahn im Leerlauf

Während Sie auf der Autobahn im Leerlauf fahren, halten Sie eine Beschleunigung von Null aufrecht. Die aufgebrachte Nettokraft ist also Null. Sie müssen also nur die Reibungs- und Luftwiderstandskräfte anpassen, nicht aber wie beim Beschleunigen übertreffen. Weniger Kraft bedeutet weniger Gasverbrauch.

Ich hoffe das hilft!

Jedes Mal, wenn Sie bremsen, wird die Energie verschwendet. Bremsen wandeln die mechanische Energie eines fahrenden Autos durch Reibung in Wärme um (sie erwärmen sich). Hier geht die Energie letztendlich "verloren". Wenn sich der Verkehr dann etwas vorwärts bewegt, müssen Sie natürlich beschleunigen - und hier verwenden Sie tatsächlich das Benzin aus Ihrem Tank, um diese Energie für die Bewegung Ihres Autos zu nutzen.

Wenn Sie mit konstanter Geschwindigkeit fahren, entstehen die einzigen großen Energieverluste durch den Luftwiderstand. Dieser Widerstand hängt von der Geschwindigkeit und der Form Ihres Autos ab. Bei mäßiger Geschwindigkeit (z. B. 90 km / h) und einem modernen, aerodynamischen Auto verlieren Sie weniger Energie als beim wiederholten Bremsen im Stau. Wenn Ihr Auto weniger aerodynamisch ist (z. B. großes Gepäck auf dem Dach trägt) oder Sie es sehr schnell fahren, werden Sie irgendwann einen Punkt erreichen, an dem Sie mehr Kraftstoff verbrauchen als im Stau.

(Ich habe Energieverluste bei Gummireifen übersprungen, weil sie größtenteils gleich bleiben. Auch wenn Sie in 10 Minuten im Leerlauf fahren können, aber eine volle Stunde im Stau verbringen, ist das viel Leerlauf - aber der Leerlauf ist nicht so wichtig wie all das Bremsen.)

Dies erklärt auch, warum Fahrzeuge mit Elektromotoren bei einem solchen Start-Stopp-Verkehr wesentlich effizienter sind - statt regulärer (Reibungs-) Bremsung wird stattdessen "regenerativ" gebremst und ein Teil der Energie in die Batterie zurückgespeist.

Ihr Motor verbrennt immer Benzin, wenn das Auto läuft.

Wenn Sie im Stillstand sind, verbrennen Sie Benzin, um Ihren Motor am Laufen zu halten, ohne das Auto tatsächlich zu bewegen. In diesem Moment sind Sie also tatsächlich Meilen pro Gallone (MPG) gleich 0.

Wenn Sie anfangen zu beschleunigen, verbrauchen Sie mehr Benzin als im Leerlauf, aber dann müssen Sie die Bremsen betätigen, wodurch Sie im Wesentlichen das zusätzliche Benzin verschwenden, das Sie gerade verwendet haben, um auf Touren zu kommen.

Sobald Sie die Geschwindigkeit erreicht haben und nicht mehr auf der Autobahn beschleunigen, verbraucht der Motor nur noch 20-40 PS , um diese Geschwindigkeit aufrechtzuerhalten. Wenn Sie mit einer Geschwindigkeit von 100 km / h unterwegs sind, legen Sie eine Meile pro Minute zurück. Je nach Fahrzeug ist Ihr relativer Kraftstoffverbrauch also viel höher.

Die folgende Grafik zeigt den bremsspezifischen Kraftstoffverbrauch (BSFC - brake specific, was bedeutet, dass der Motor nicht in einem Auto, sondern auf einem bestimmten Motorprüfstand montiert war). Der Kraftstoffverbrauch wird in Gramm pro Kilowattstunde gemessen (1 KWH = 1,34 PS). Das maximale Drehmoment in Abhängigkeit von der Drehzahl (Motordrehzahl pro Minute) wird oben im Diagramm angezeigt (schwarze Linie mit schwarzen Punkten). Wie Sie sehen können, wird die geringste Kraftstoffmenge pro kWh verwendet, wenn DIESER Motor mit 2-3 k U / min läuft und 80% des maximalen Drehmoments liefert.

Auch hier benötigen Sie beim Cruisen nur einen Bruchteil Ihrer gesamten Pferdestärken. Die Motordrehzahl für die meisten Autos im höchsten Gang bei Autobahngeschwindigkeiten beträgt normalerweise 2500-3500 U / min. Selbst wenn Ihr Drehmomentbedarf sinkt und Sie aus dem Bereich der optimalen Kraftstoffeffizienz herausfallen, wenn der Nennerwert (Leistung, die für die Fahrt benötigt wird) 60) sinkt ebenso wie der Zähler (verbrauchte Kraftstoffmenge).

Der wichtigste Aspekt der Antwort auf diese Frage liegt in Newtons erstem Bewegungsgesetz:

Ein ruhender Gegenstand bleibt in Ruhe, und ein sich bewegender Gegenstand bleibt mit der gleichen Geschwindigkeit und in der gleichen Richtung in Bewegung, es sei denn, eine unausgeglichene Kraft wirkt auf ihn ein.

Dies ist der gleiche Grund, warum Space Shuttles etwa 90% ihres Treibstoffs beim Start verbrauchen.

Bei cdunn dreht sich alles um Gewalt (F). Mehr Kraftstoff = mehr Kraft.

Der Schlüssel zum Verständnis ist es , dass kleine Schnipsel „ es sei denn , auf die sich eine unausgewogene Kraft beaufschlagt. “

Bei Ihrem Beispiel einer Autobahn mit Höhen und Tiefen spielt die Schwerkraft eine große Rolle. Auf dem Abstieg wird g eine positive Kraft. Zur Verdeutlichung verwende ich Extreme.

Angenommen, Ihr Abstieg beträgt 90 Grad oder vertikal. Das bedeutet, dass g (10 m / s ^ 2) zur Leistung Ihres Motors addiert wird . Aus diesem Grund haben Fahrzeuge absichtliche Methoden zum Bremsen und Ziehen von Motoren in verschiedenen Teilen - damit Sie nicht nur bergab fahren. Umgekehrt wirkt sich diese Schwerkraft beim Zurückfahren nun negativ auf Ihren Motor aus. Sie müssen also entweder mehr Kraft aus dem Motor oder mehr Kraft durch Trägheit erzeugen.

Extremes Beispiel

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.

Obwohl dies nicht viel aussieht, sehen Sie, dass es ein großer Unterschied ist.

Es stimmt, dass der Versuch, eine konstante Geschwindigkeit zu halten, wo Hügel sind, nicht am effizientesten ist (ich schneide, wie die meisten Tempomatsysteme Hügel handhaben). Aber bei Wohnungen ist es so. Der Trick mit Hügeln besteht darin, Ihre Kräfte auszugleichen. Wenn Sie auf einem Gefälle eine angemessene Geschwindigkeit erreichen, kann Ihre Trägheit den Anstieg ohne großen Motoraufwand beschleunigen.

Abgesehen von den Hügeln lautet Ihre erste Frage: "Warum verbraucht das Anhalten und Starten im Verkehr mehr Kraftstoff?" Die Antwort darauf liegt einfach in der Trägheit. Aber! Es gibt auch zusätzliche Schauspieler. Zum Beispiel angehalten sitzen. Ihr Motor verbrennt Kraftstoff und Sie fahren nicht. Sie erhalten also nicht wirklich 0 MPG, sondern eher -x MPG, da dies die Gesamt-MPG Ihrer Reise oder den Countdown auf schließlich 0 oder sogar ein negatives Verhältnis (z. B. 15 Gal./1 Meile) erhöht.

Variablen wie Windwiderstand, Luftwiderstand, Ineffizienzen und Schwerkraft spielen erst dann wirklich eine Rolle, wenn der Verkehr fließt.

Jeder Motor kann nicht 100% Wirkungsgrad haben; Es gibt immer Energieverluste.

Wenn Sie auf der Autobahn fahren, verwenden Sie in der Regel den höchsten Gang und viele Autos sind so eingestellt, dass sie dort eine maximale Effizienz aufweisen. In diesem Fall sind Ihre Energieverluste auf den Luftwiderstand, das Abrollen der Reifen sowie die Reibung von Motor und Getriebe zurückzuführen. Beachten Sie, dass die ersten beiden Wege proportional zur Quadratgeschwindigkeit sind, die Übertragungsverluste proportional zur Geschwindigkeit sind und die Motorreibung proportional zur tatsächlichen Drehzahl ist.

Wenn Sie im Stau stecken, schalten Sie normalerweise in den ersten beiden Gängen, was nur zu einem geringeren Luftwiderstand, aber einer höheren Motorreibung führt und der Motor arbeitet in einem weiten Drehzahlbereich. Wenn Sie zum Anhalten bremsen, wird die gesamte kinetische Energie, die Sie aus dem Kraftstoff erhalten, verschwendet. Wenn du mit laufendem Motor bleibst, verschwendest du den Kraftstoff, nur um den Motor laufen zu lassen. Wenn Sie beschleunigen, verbrauchen Sie mehr Kraftstoff, um die kinetische Energie zu erhöhen. Wenn Sie zu früh oder zu spät schalten, verbrauchen Sie zusätzlichen Kraftstoff, nur weil der Motor außerhalb seines optimalen Drehzahlbereichs ist. Wenn Sie aus dem Stand starten, müssen Sie die Kupplung für eine Weile durchrutschen lassen. eine weitere Verschwendung von Energie.

Auch wenn Sie nicht bremsen, um überhaupt anzuhalten (was Ihre kinetische Energie verschwendet), verwenden Sie die Motorbremse, verwenden Sie Start-Stopp und schalten Sie zur richtigen Zeit. Sie können die Kraftstoffökonomie nicht erreichen, wenn Sie intelligent fahren .

Eine andere Möglichkeit, dies anzuzeigen, besteht darin, die Drosselöffnung zu visualisieren.

Während der Fahrt wird das Pedal mehr als im Leerlauf, aber weniger als maximal gedrückt

Beim Abheben und Beschleunigen wird das Pedal weiter durchgetreten, wodurch die Drosselklappe geöffnet wird und mehr Kraftstoff / Luft-Gemisch in den Motor gelangt.

Daher wird mehr Kraftstoff zum Beschleunigen als zum Fahren verwendet.

Ja, mir ist klar, dass die Antwort Fudging, moderne Autos, Computer, Einspritzung usw. ist - handwave und einfach

Außerdem verbraucht der Leerlauf keinen Kraftstoff, weshalb manche Autos bei einem Stillstand den Motor abstellen. Als Radfahrer klingt es so seltsam, wenn drei oder vier Autos gleichzeitig den Motor abstellen.

Einfache Antwort: Der Kraftstoffverbrauch bei Reiseflug (mit einer konstanten Geschwindigkeit von 90 km / h) ist proportional zur Reibung (aerodynamische \ Reifen \ mechanische Lager). Ein hoher transienter Energieverbrauch beim Fahren (Stop-and-Go mit herkömmlicher Reibungsbremsung) ist aufgrund der stationären Reibung erheblich höher als der Energieverbrauch. Hybrides elektrisches Bremsen ist energiesparend und sollte als Sonderfall betrachtet werden.

Die Abnutzung des Motors / der Reifen / der Bremsen ist auch bei Autos, die auf Stop-and-Go-Straßen gefahren werden, ausgeprägt.

Ganz einfach: Beschleunigung kostet Energie. Durch das Bremsen gewinnen Sie keine Energie (zumindest in Ihrem durchschnittlichen Auto).

Wenn also in Szenario 1 beschleunigt und gebremst wird und in Szenario 2 eine konstante Geschwindigkeit erreicht wird, kostet Szenario 1 mehr Energie (Kraftstoff), nur weil Sie den Kraftstoff für die Beschleunigung ausgeben. Es ist nicht das Bremsen, das von Natur aus schlecht ist, aber das Bremsen sagt Ihnen, dass Sie die Beschleunigung an erster Stelle hätte vermeiden können und so den Kraftstoffverbrauch für die Beschleunigung gespart haben.

Nachtrag: Es gibt ein Szenario 3: Beschleunigen Sie in den entsprechenden Gängen so schnell wie möglich auf Ihre Zielgeschwindigkeit, ziehen Sie dann die Kupplung aus und rollen Sie mit dem Motor im Leerlauf. Dies verbraucht noch weniger Kraftstoff als Szenario 2, da der durchschnittliche Motor bei höheren Drehzahlen effizienter ist (bis zu einem gewissen Punkt das Gaspedal nicht bis zum Boden durchtreten, da moderne Motoren dann zusätzlichen Kraftstoff einpumpen, um Sie zu unterstützen Art von "Nachbrenner" -Effekt).

Dies erfordert etwas Übung, um richtig zu machen, dh Sie müssen auf eine Geschwindigkeit beschleunigen, die ausreicht, um eine bedeutende Menge an Rollzeit zu erzielen, ohne Geschwindigkeitsbegrenzungen zu überschreiten oder andere Autos zu behindern. auch nützt es dir nicht wirklich, wenn du dann am ende der rolle noch bremsen musst. Daher würde ich Neulingen nicht raten, dies zu tun, aber erfahrene Fahrer können ein paar Prozent der Kraftstoffeinsparungen erzielen. Google "Hypermiling".

Versuchen Sie außerdem im Allgemeinen, mit dem Motor anstatt mit den Bremsen zu bremsen (sofern die Sicherheit dies zulässt). In diesem Fall verbraucht der Motor 0 Kraftstoff (anstelle des winzigen Leerlaufkraftstoffs).

Ein Grund dafür ist, dass Motoren mit fossilen Brennstoffen so eingestellt sind, dass sie bei einer Geschwindigkeit von 80 bis 100 km / h am effizientesten laufen. Daher liefert jede andere Drehzahl nicht so viel Drehmoment für den verbrannten Kraftstoff.

Ein weiterer Punkt, auf den ich mich konzentrieren werde, ist, dass Sie bei jeder Bremsung Energie verschwenden, unabhängig davon, mit welcher Geschwindigkeit Sie fahren. So sieht es aus, wenn Sie beschleunigen und dann den Fuß vom Gas nehmen:

So sieht es aus, wenn Sie auf die Bremse treten:

Und ein Vergleich:

Jedes Mal, wenn Sie bremsen, sind Sie nicht so weit gegangen, wie Sie es hätten können. Sie müssen jetzt wieder Energie aufwenden, um diese Strecke zurückzulegen.

So sieht das im Verkehr aus - beachten Sie die Anhäufung von Energieverschwendung:

Versiert den Müll, wenn man am Ende nur einmal bremst:

Übrigens ist dies ein Problem, mit dem sich Hybridautos befassen: Wenn Sie auf die Bremse treten, wird die Batterie durch Induktion aufgeladen, und es entsteht weniger Abfall.

Ich denke, wir können uns einfach auf Newtons erstes Bewegungsgesetz in der Physik beziehen, um diese Frage auf einfachste Weise zu beantworten.

Newtons erstes Bewegungsgesetz: I. Jedes Objekt in einem gleichmäßigen Bewegungszustand neigt dazu, in diesem Bewegungszustand zu bleiben, es sei denn, es wird eine äußere Kraft auf es ausgeübt. Dies erkennen wir als wesentlich Galileis Konzept der Trägheit an, und dies wird oft einfach als "Gesetz der Trägheit" bezeichnet.

Wenn wir uns überlegen, wie dies auf ein Auto zutrifft, fährt ein Auto, das auf einer ebenen Fläche im Leerlauf fährt, mit der gleichen Geschwindigkeit weiter, es sei denn, es wird eine Kraft darauf ausgeübt. (Ignorieren von Luftwiderstand und Reibung beim Rollen entlang der Straße für dieses Beispiel).

Bei einem stehenden Fahrzeug müssen Sie Kraftstoff verbrennen, um die Kraft zu erzeugen, die auf das Auto und seine Komponenten (Motorkomponenten, Antriebswelle, Straßenräder und dergleichen) einwirkt, um deren Drehung zu beschleunigen und das Fahrzeug zu beschleunigen.

Durch das Bremsen wird eine starke Reibungskraft auf das Fahrzeug ausgeübt, die die Trägheit (kinetische Energie) des Fahrzeugs in Wärme umwandelt.

In einem Auto, das anhält und anspringt, wird mehr Kraftstoff verbraucht, weil Sie die kinetische Energie verlieren, die als Abwärme anhält, und dann Energie aus Kraftstoff aufwenden müssen, um die Trägheit des Fahrzeugs und seiner Komponenten beim Beschleunigen wieder zu erhöhen.

Daher verbraucht ein Auto, das anhält und startet, mehr Kraftstoff.

Ich würde argumentieren, dass das Fahren im Stop-and-Go-Verkehr weniger Kraftstoff verbraucht als das Fahren auf Autobahnen.

Stellen Sie sich das folgende Szenario mit typischen Autobahn- und Stop-and-Go-Geschwindigkeiten und realistischem MPG bei diesen Geschwindigkeiten vor. Sie können sehen, dass das Auto auf der Autobahn schneller Kraftstoff verbrennt als im Stop-and-Go-Verkehr.