Por que parar e iniciar um carro em trânsito intenso consome mais combustível?

Por que parar e dar partida em um carro com tráfego intenso consome mais combustível do que simplesmente entrar em uma estrada a 90 km / h?

Se você pensar no que o carro está fazendo nos dois casos, verá por que você gasta mais combustível ao acelerar.

Teoria geral

F = mA (a força é igual à massa vezes a aceleração) e, nesse caso, a força é aplicada pelo motor. Quanto mais força, mais combustível é queimado.

Aceleração

Ao parar e seguir o tráfego, você faz paradas frequentes e acelera de zero a uma velocidade relativamente baixa, como 30 MPH. Pela equação acima, (F = mA), você deve ter uma força na direção em que deseja acelerar a massa do seu carro. Mas isso é uma força líquida. Você tem a força do motor para avançar, mas está sendo resistido por inércia, atrito e, em algum momento, até o ar resiste à sua tentativa de acelerar. O motor deve superar todas essas forças aplicando uma força maior. Mais força é mais gás queimado.

Costa da estrada

Ao entrar na estrada, você mantém uma aceleração zero. Portanto, a força líquida aplicada é zero. Então, você só precisa igualar, e não exceder, ao acelerar, as forças de atrito e resistência aerodinâmica. Menos força, significa menos gás queimado.

Espero que ajude!

Toda vez que você freia, a energia é desperdiçada. Os freios convertem a energia mecânica de um carro em movimento em calor por atrito (eles aquecem). É aqui que a energia é "perdida". Então, quando o tráfego avança um pouco, é claro que você precisa acelerar - e é aqui que você realmente usa o gás do seu tanque para colocar essa energia na movimentação do seu carro.

Quando você inativa em velocidade constante, as únicas grandes perdas de energia vêm da resistência do ar. Essa resistência depende da velocidade e do formato do seu carro; portanto, com velocidade moderada (como 55 km / h) e carro moderno e aerodinâmico, você realmente perde menos energia do que com a frenagem repetida em um engarrafamento. Obviamente, se seu carro é menos aerodinâmico (por exemplo, carrega grande bagagem no teto) ou você o dirige muito rápido, você chegará a um ponto em que queimará mais combustível do que no engarrafamento.

(Eu pulei as perdas de energia nos pneus de borracha, porque eles permanecem praticamente os mesmos. Além disso, se você pode andar em 10 minutos, mas passa uma hora inteira em um congestionamento, isso é muita marcha lenta - mas a marcha lenta não é tão importante quanto toda essa frenagem.)

Isso também explica por que os veículos com motores elétricos são muito mais eficientes nesse tráfego de partida / parada - em vez da frenagem regular (por fricção), eles fazem "frenagem regenerativa" e recuperam parte da energia da bateria.

Seu motor está sempre queimando gasolina quando o carro está funcionando.

Quando você está parado, está consumindo gasolina para manter o motor funcionando, sem realmente mover o carro; portanto, você está real milhas por galão (MPG) naquele momento é 0.

Quando você começa a acelerar, está usando mais gasolina do que quando o carro estava em marcha lenta, mas então é preciso pressionar os freios, essencialmente desperdiçando o gás extra que você usou para acelerar.

Quando você está em alta velocidade e não está mais acelerando na estrada, o motor está usando apenas 20-40 cavalos de potência para manter essa velocidade. Quando você está viajando a 100 km / h, está percorrendo quilômetros por minuto; portanto, dependendo do carro, seu consumo relativo de combustível é muito maior.

O gráfico abaixo exibe o consumo de combustível específico do freio (BSFC - específico do freio, o que significa que o motor foi montado em um determinado estilo de dinamômetro do motor, e não em um carro). O consumo de combustível é medido em gramas por quilowatt-hora (1 KWH = 1,34 cavalo-vapor). O torque máximo x RPM (rotações do motor por minuto) é exibido na parte superior do gráfico (linha preta com pontos pretos). Como você pode ver, a menor quantidade de combustível por KWH é usada quando ESTE motor está funcionando a 2-3k RPM e produz 80% do torque máximo.

Novamente, ao cruzar, você precisa apenas de uma fração de sua potência total. A rotação do motor para a maioria dos carros em marcha alta em velocidades de rodovia é geralmente de 2500-3500 RPM, portanto, mesmo quando o seu requisito de torque diminui e você fica fora da faixa ideal de eficiência de combustível, quando o valor do denominador (potência necessária para navegar em 60) diminui, assim como o numerador (quantidade de combustível utilizada).

O aspecto mais importante da resposta a essa pergunta é encontrado na primeira lei do movimento de Newton:

Um objeto em repouso permanece em repouso e um objeto em movimento permanece em movimento na mesma velocidade e na mesma direção, a menos que seja acionado por uma força desequilibrada.

É o mesmo motivo pelo qual o ônibus espacial usa cerca de 90% de seu combustível na decolagem.

Quando o cdunn entrou, é tudo sobre força (F). Mais combustível / s = mais força / s.

A chave para entender isso é esse pequeno trecho "a menos que seja acionado por uma força desequilibrada " .

No caso do seu exemplo de uma rodovia com altos e baixos, a gravidade entra em ação. No declínio, g se torna uma força positiva. Para ilustrar claramente, usarei extremos.

Digamos que seu declínio seja 90 graus ou vertical. Isso significa que g (10m / s ^ 2) é adicionado à potência do seu motor. É por isso que os veículos têm métodos intencionais de quebrar e arrastar o motor em várias partes - para que você não desça colinas abaixo. Por outro lado, ao viajar de volta, esse Gravity agora é uma força negativa no seu motor. Então, você precisa produzir mais força do motor ou produzir mais força por inércia.

Exemplo extremo

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.

Embora isso possa não parecer muito, você pode ver que é uma enorme diferença.

É verdade que tentar manter uma velocidade constante onde há colinas não é o mais eficiente (eu mostro como a maioria dos sistemas de controle de cruzeiro lida com colinas). Mas em apartamentos é. O truque com colinas é igualar suas forças. Chegar a uma velocidade adequada em uma colina abaixo permitirá que sua inércia continue sua subida mais alta sem a entrada maciça de seu motor.

Mas colinas à parte - sua pergunta inicial é "por que parar e começar no trânsito consome mais combustível". A resposta para isso é simplesmente por inércia. Mas! Existem atores adicionais também. Por exemplo, sentado parado. Seu motor está queimando combustível e você não está viajando. Portanto, você não está obtendo 0 MPG, mas é mais parecido com -x MPG, porque traz o MPG geral da sua viagem ou conta até 0 possíveis ou até uma proporção negativa (por exemplo, 15 Gal./1 Mile).

Variáveis ​​como resistência ao vento, arrasto, ineficiências e gravidade nem sequer entram em cena até que haja tráfego.

Qualquer mecanismo não pode ter 100% de eficiência; sempre há perdas de energia.

Quando você viaja pela estrada, geralmente usa a marcha mais alta e muitos carros são ajustados para ter eficiência máxima. Nesse caso, suas perdas de energia são causadas por resistência aerodinâmica, rolamento de pneus e atrito do motor e da transmissão. Observe que as duas primeiras maneiras são proporcionais à veocidade ao quadrado, as perdas de transmissão são proporcionais à velocidade e o atrito do motor é proporcional às RPMs reais.

Quando preso no engarrafamento, você geralmente inicia as duas primeiras marchas, resultando em menor arrasto, mas com maior atrito, e o motor opera em uma ampla faixa de RPMs. Quando você freia para parar, toda a energia cinética que você obtém do combustível é desperdiçada; quando você fica com o motor ligado, desperdiça o combustível apenas para manter o motor ligado. Se você acelerar, você queima mais combustível para aumentar a energia cinética; se você muda muito cedo ou muito tarde, você queima combustível extra apenas porque o motor está fora da faixa ideal de RPM. Ao começar da parada, você deve deslizar a embreagem por um tempo; outro desperdício de energia.

Mesmo que você não freie para parar (desperdiçando sua energia cinética), você usa a frenagem do motor, usa o start-stop, muda na hora certa; você não pode alcançar a economia de combustível ao navegar de maneira inteligente .

Outra maneira de visualizar isso é visualizar a abertura do acelerador.

Quando você está navegando, o pedal é mantido pressionado em alguma posição mais que inativa, mas menor que a máxima

Quando você está decolando e acelerando, o pedal é pressionado ainda mais, o que abre a válvula borboleta permitindo mais mistura de combustível / ar no motor.

Portanto, mais combustível é usado para acelerar do que para o cruzeiro.

Sim, eu sei que a resposta é falsificação, carros modernos, computadores, injeção, etc. - onda manual e simplesmente

Separadamente, a marcha lenta usa combustível sem progresso, e é por isso que alguns carros desligam o motor em um ponto morto. Como ciclista, parece tão estranho à luz verde, ouvir três ou quatro carros todos ligando os motores de uma só vez.

Resposta simples: a queima de combustível no cruzeiro (a 80 km / h) é proporcional ao atrito (rolamentos aerodinâmicos \ pneu \ mecânicos). O alto consumo de energia da condução transitória (pare e vá com frenagem por atrito convencional) é significativamente maior que a queima de energia devido ao atrito em estado estacionário. A frenagem elétrica híbrida é conservadora de energia e deve ser encarada como um caso especial.

O desgaste do motor / pneus / freios também é acentuado nos carros que são dirigidos nas estradas de parada e fuga.

Para simplificar: a aceleração custa energia. A frenagem não ganha energia (pelo menos em um carro comum).

Portanto, se o cenário 1 envolver aceleração e frenagem, e o cenário 2 envolver um cruzeiro constante a velocidade constante, o cenário 1 custará mais energia (combustível), simplesmente porque você gasta o combustível na aceleração. Não é a frenagem inerentemente ruim, mas ter que frear está lhe dizendo que você poderia ter evitado a aceleração em primeiro lugar e, assim, economizado o uso de combustível de aceleração.

Adendo: existe um cenário 3: acelere até a velocidade desejada o mais rápido possível nas engrenagens apropriadas, depois desengate a embreagem e gire com o motor em marcha lenta. Isso usa ainda menos combustível do que o cenário 2 porque o motor médio será mais eficiente em RPMs mais altas (até certo ponto, não pressione o pedal do acelerador até o chão, pois os motores modernos bombearão combustível adicional para fornecer a você tipo de efeito "pós-combustor").

Isso precisa de alguma prática para dar certo, ou seja, você precisa acelerar até uma velocidade suficientemente alta para obter uma quantidade significativa de tempo de rolamento, sem quebrar os limites de velocidade nem atrapalhar outros carros; também não será realmente útil se você ainda precisar frear no final do teste. Portanto, eu não aconselharia novatos a fazer isso, mas motoristas experientes podem obter alguns por cento da economia de combustível com isso. Google "hypermiling".

Além disso, em geral, tente frear com o motor em vez dos freios (se a segurança permitir), obviamente, portanto, o motor usará 0 combustível (em vez do minúsculo combustível inativo) ao fazer isso.

Uma razão é que os motores de combustíveis fósseis são ajustados para funcionar com mais eficiência em torno de 50 a 60 mph, para que qualquer outra velocidade não forneça tanto torque para o combustível que está sendo queimado - é por isso que a velocidade de cruzeiro está onde está.

Outro, no qual vou me concentrar, é que, independentemente da velocidade em que você viaja, toda vez que freia, você desperdiça energia. Aqui está o que parece se você acelerar e depois tirar o pé do acelerador:

Aqui está o que parece se você pisar no freio:

E uma comparação:

Assim, sempre que você freia, não foi tão longe quanto poderia - gastou combustível na frente para acelerar o que poderia levá-lo mais longe. Agora você precisa gastar energia novamente para cobrir essa distância.

Aqui está o que isso parece no trânsito - observe o acúmulo de energia desperdiçada:

Versa o desperdício se você apenas frear uma vez no final:

Aliás, este é um problema do carro híbrido: quando você pisar no freio, eles usam a indução para recarregar a bateria e há menos desperdício.

Acho que podemos simplesmente nos referir à primeira lei do movimento de Newton na Física para responder a essa pergunta da maneira mais simples.

Primeira Lei do Movimento de Newton: I. Todo objeto em um estado de movimento uniforme tende a permanecer nesse estado de movimento, a menos que uma força externa seja aplicada a ele. Reconhecemos isso como essencialmente o conceito de inércia de Galileu, e isso é frequentemente denominado simplesmente "Lei da Inércia".

Quando consideramos como isso se aplica a um carro, um carro em uma superfície plana continuará na mesma velocidade, a menos que alguma força aja sobre ele. (Ignorando o arrasto e o atrito do rolamento ao longo da estrada neste exemplo).

Com um veículo parado, você precisa queimar combustível para criar a força que age sobre o carro e seus componentes (componentes do motor, eixo de transmissão, rodas da estrada e similares) para acelerar sua rotação e acelerar o veículo.

O uso dos freios aplica uma forte força de atrito no carro, convertendo a inércia (energia cinética) do carro em calor.

Em um carro que está parando e ligando, você está consumindo mais combustível porque perde a energia cinética que é interrompida como calor desperdiçado e, em seguida, gasta energia com combustível para aumentar a inércia do veículo e de seus componentes novamente ao acelerar.

Portanto, um carro que está parando e ligando consome mais combustível.

Eu diria que dirigir em parar e ir consumir menos combustível do que dirigir em alta velocidade.

Considere o cenário a seguir, usando velocidades típicas de rodovias e paradas de embarque e MPG realista nessas velocidades. Você pode ver o carro queima combustível a uma taxa mais rápida na rodovia do que no trânsito parado.