Топливная экономичность и переключение передач

Очевидно, что есть две основные вещи, которые делают автомобиль энергозатратным. (другие факторы не так важны)

1. Разгоняйте машину.


2. поддерживайте скорость.

1. Чем больше вы увеличиваете скорость, а затем снижаете её, тем больше энергии вы тратите.

Движение с постоянной скоростью более экономично

Энергию, необходимую автомобилю для увеличения скорости, можно рассчитать по следующей формуле:

Energy [Joules] = 0.5 * mass[kg] * ( velocity[meter/second] )^2

например:

два водителя едут по маршруту со средней скоростью 108 км/ч

Чтобы разогнать автомобиль до 108 км/ч, водителю потребуется 450 кДж.

0.5 * 1000 * (30)^2 = 450 Kj

Водитель Б разогнал бы машину в 3 раза, а затем затормозил бы. для ускорения потребовалось бы в 3 раза больше энергии.

Только при включении вышеизложенного будет исправлено только при вакуумном приводе.

поэтому для наземного транспортного средства

Для того чтобы это произошло, требуется больше энергии для поддержания скорости,
а следствие действия сил подразумевает, что автомобиль должен быть заглушен.
Двигатель автомобиля должен преодолевать две основные силы:

Для обеспечения этих сил требуется энергия двигателя. Energy = Force X Distance

1. трение


2. Воздушный фильтр

Силу трения можно рассчитать по следующей формуле:
friction force = support force * friction coefficient

Опорная сила будет увеличиваться на Массу, ускорение свободного падения на Земле, дополнительную силу, действующую на верхнюю часть транспортного средства.
Коэффициент трения зависит от ширины колёс, материалов и их деформации.
(на них не влияют передаточное число и скорость)

Примечание: даже просто езда на болиде «Формулы-1» на очень высокой скорости значительно увеличит верхнюю силу.

Таким образом, движение со скоростью 10 км/ч и 20 км/ч требует одинаковой силы.
Для движения со скоростью 20 км/ч потребуется в два раза больше энергии (джоуль/секунда), но оно закончится в два раза быстрее.

Итак: они равны по энергопотреблению, необходимому для преодоления сопротивления трения.

но условия сопротивления воздушному потоку отличаются.

Сила сопротивления воздуха зависит от формы, площади поперечного сечения автомобиля и скорости воздуха.

Нас интересует скорость. которая зависит от ветра и скорости автомобиля. V = Car Speed - (Wind Speed X Cosine(Wind Angle) )

Но сила имеет кубическую зависимость от скорости, то есть:

Чтобы увеличить скорость в два раза, потребуется в восемь раз больше энергии, и мы завершим наше путешествие в два раза быстрее, что приведёт к четырёхкратному увеличению энергопотребления из-за сопротивления воздуха.

Более низкая скорость движения значительно снизит расход топлива

Это становится более заметным на высоких скоростях (80+ км/ч), когда 80 % расхода топлива приходится на сопротивление воздуха, а 20 % — на сопротивление трению.

Эти правила были бы вполне уместны для электромобиля.

Но для того, чтобы механическая машина могла вырабатывать энергию в 4-тактном двигателе,
ей необходимо идеальное сгорание топлива и идеальная работа двигателя.

при низких оборотах двигатель не может получить необходимое количество кислорода (дроссельная заслонка закрыта), и топливо сгорает с образованием дыма.

при высоких оборотах двигатель не может получить необходимое количество кислорода (неполное сгорание), и в виде дыма выделяется угарный газ.

Приведённые выше условия являются относительными (и в том, и в другом случае у нас есть сырое топливо и угарный газ)

Экономичным вариантом будет максимальное число оборотов в минуту (у моей машины оно составляет 2800)

Движение на максимальных оборотах с крутящим моментом обеспечивает идеальное сгорание топлива

Например, я рассчитал эффективный максимальный крутящий момент на каждой передаче следующим образом:

Соотношение передачи и скорости:

1 (20 км/ч), 2 (40 км/ч), 3 (60 км/ч), 4 (90 км/ч), 5 (110 км/ч)

Примечание: в CVT Cars у нас не просто несколько шагов, а Every speed after RPM Reach its Point Would be Fuel-Perfect-Burning.

Приведённое выше правило справедливо для автомобилей с инжекторным двигателем, в которых ЭБУ управляет подачей топлива.

В старых автомобилях используется одноступенчатый винт регулировки расхода топлива. В таких автомобилях
передачи в основном используются для настройки крутящего момента, а езда на более высоких передачах более экономична.

В автомобилях Carbrator езда на высоких передачах более экономична

TL;DR;

В автомобилях с инжекторным двигателем более экономичным является режим максимального крутящего момента,
в отличие от старых автомобилей, в которых более экономичным был режим движения на высоких передачах.

P.S.: моя машина — Saipa Pride (с инжектором)

P.S. Это основано на моих исследованиях, поиске в интернете, интеллектуальных изысканиях и расчётах. Если кто-то считает, что я неправ, пожалуйста, дайте мне знать.

P.S. Раньше я ездил на более высокой передаче, но после перехода на максимальные обороты двигателя я кажется стал проезжать больше (на 10 % больше).for 30 Liter of gasoline it was like 500Km, now it seems like 550km.

Вообще говоря, все автомобильные двигатели внутреннего сгорания наиболее эффективны при мощности, составляющей примерно 0,3 от максимальной, что соответствует примерно 2000 оборотам в минуту на высшей передаче. Конструкторы, как правило, настраивают их таким образом, потому что при таких рабочих параметрах автомобиль ощущается управляемым. Все автомобили разные. Манера вождения играет огромную роль в эффективности. Как правило, можно добиться гораздо большего повышения эффективности, научившись правильно водить, чем проведя детальный анализ эффективности двигателя. Если вы едете с минимально допустимой скоростью, избавляетесь от ненужного груза в машине, следите за тем, чтобы шины были накачаны, и не нажимаете на тормоз, то вы делаете всё, что в ваших силах. Это основано на результатах многолетних исследований в области экономии топлива.

Конкретный ответ на ваш вопрос кроется в карте BSFC (удельный тормозной расход топлива) для вашего двигателя в сочетании с желаемой мощностью.

Карта BSFC показывает, насколько эффективно двигатель преобразует химическую энергию в механическую работу при любых заданных условиях.

Вот такой пример:

В случае с тяжёлыми грузовиками поддержание оборотов в диапазоне 10–15 независимо от переключения передач является оптимальным для экономии топлива.

Ответ на этот вопрос не так прост. Допустим, у нас есть два условия: низкие обороты и высокая частота впрыска, а также вдвое больше оборотов и вдвое меньше частота впрыска. В обоих случаях количество сожжённого топлива будет одинаковым. Это нормально — нам нужна работа, а она совершается за счёт топлива. Нужно учитывать ещё кое-что: при вращении двигателя возникает трение, и чем больше оборотов, тем больше энергии тратится впустую. Поэтому нам нужны низкие обороты/высокая частота впрыска. Но это лишь одна сторона медали: при низких оборотах и высоком крутящем моменте возникает больше вибраций, что опять же приводит к потере энергии и дискомфорту. Некоторые периферийные устройства, такие как водяной и масляный насосы, рассчитанные на работу при высоких оборотах, могут быть неэффективны при низких оборотах, а при высоком крутящем моменте может не хватать масла, что приводит к ещё большему трению. Эффективность генератора переменного тока зависит от частоты вращения. Главное — соблюдать баланс: не перегружайте двигатель на 1000 оборотах в минуту, но и не превышайте половину максимальной частоты вращения двигателя, если вам нужна экономия.

Более интуитивный, менее научный ответ. Расход топлива моего мотоцикла (250 куб. см, электронное зажигание и система впрыска топлива, то есть по поведению он сравним с автомобилями с системой впрыска топлива), в последнее время значительно снизился (ниже 80, а самый низкий показатель — 76 миль на галлон за заправку). Если не принимать во внимание возможное негативное влияние зимних присадок (есть ли в этом доля правды?), то общим фактором для этих менее экономичных заправок было то, что я ехал на пониженной передаче, то есть переключался на более низкую передачу раньше времени и медленно разгонялся.

Однако, несмотря на то, что я не форсировал события, объём работы, которую ему пришлось выполнить, оказался больше обычного. После двух последних заправок я вернулся к рекомендованным производителем интервалам переключения передач, и расход топлива снова превысил 82 мили на галлон (в последний раз — 85), а ускорение стало намного более резким.

По сути, да, чем ниже обороты, тем меньше расход топлива, но есть одна оговорка. Если вы едете на высокой передаче с низкими оборотами, но сильно нажимаете на педаль газа, то в двигатель поступает больше воздуха, а при низких оборотах клапаны открыты дольше, поэтому компьютер подает нужное количество топлива для того воздуха, который вы всасываете при полностью открытой дроссельной заслонке.
Вам нужно снизить обороты, но не за счет открытия дроссельной заслонки. Так что есть предел. Поэтому выбирайте самую высокую передачу, с которой справится лёгкий дроссель.

Что ж...

• Вам нужно максимально открыть дроссельную заслонку (по крайней мере, на автомобилях с атмосферным двигателем), чтобы уменьшить разрежение и, следовательно, потери при нагнетании. Однако не стоит выводить компьютер из режима замкнутого контура... Таким образом, дроссельная заслонка должна быть открыта примерно на 50–75 % в зависимости от автомобиля (при условии, что у вас механическая коробка передач, так как автоматическая в таких условиях, скорее всего, выберет менее эффективную передачу).




• Вам нужно, чтобы обороты были как можно ниже, поскольку именно обороты влияют на расход топлива (потери на трение при более высоких оборотах). Однако если обороты слишком низкие, то вы не получите преимуществ от опережения зажигания...

Итак, «это зависит» от атмосферных двигателей с механической коробкой передач. Они дают вам больше всего возможностей для оптимизации расхода топлива, но вам нужно знать особенности своего автомобиля. :-) Проще всего оптимизировать турбодвигатель с автоматической коробкой передач... Двигайтесь как можно медленнее и надейтесь на лучшее, ведь больше вы ничего не можете контролировать... :-)

Я думаю, вам нужно определиться с терминами. В данном контексте эффективность может означать как минимум четыре вещи:

1. Наименьшее количество топлива, расходуемого в час.


2. Наибольший пробег на единицу топлива.


3. Наибольшее количество кинетической энергии на единицу израсходованного топлива.


4. Максимальное ускорение за секунду.

Эти четыре варианта часто деструктивно влияют друг на друга. Рассмотрим некоторые ключевые моменты каждого из вышеперечисленных значений:

1. Высокие передачи обычно означают более низкие обороты, а значит, и меньшее количество впрыскиваемого топлива в среднем. Размер впрысков топлива может меняться в зависимости от положения дроссельной заслонки, но они происходят реже.


2. Расход топлива на километр — это многопараметрическое уравнение, в котором на высоких скоростях на шоссе начинает преобладать аэродинамическое сопротивление. Тем не менее, если вы едете очень медленно, расход топлива будет ниже оптимального, так как вы просто преодолеваете меньшее расстояние.


3. Двигатели внутреннего сгорания почти всегда выдают максимальную мощность в тот момент, когда они лучше всего способны смешивать топливо и воздух и преобразовывать их в кинетическую энергию. Обычно это пик крутящего момента двигателя. Примечание: пик крутящего момента также означает почти максимальный расход топлива в секунду. Также помните, что пик крутящего момента двигателя никак не связан с текущей передачей.


4. Пиковое ускорение также связано с пиковым крутящим моментом, но для него также требуется правильный выбор передачи, а также учитываются факторы аэродинамического и статического сопротивления. Для наилучшего ускорения с места следует использовать самую низкую передачу. На скорости низкие передачи не подойдут, так как вам придётся крутить двигатель до предела его физических возможностей, что является одной из многих причин, по которым ускорение снижается с увеличением скорости.

Обратите внимание, что все факторы гораздо сложнее, чем может показаться на одной странице. Например, мой автомобиль со стандартной турбонаддувной коробкой передач впрыскивает даже больше топлива, чем можно было бы ожидать на пике крутящего момента. Компьютер двигателя использует это дополнительное топливо для охлаждения топливно-воздушной смеси с более высокой степенью сжатия, чтобы избежать преждевременной детонации. Это позволяет автомобилю работать с более высоким наддувом, но не самым экономичным образом...