Pourquoi l'arrêt et le démarrage d'une voiture dans un trafic intense consomment-ils plus de carburant?

Pourquoi l'arrêt et le démarrage d'une voiture dans un trafic intense consomment-ils plus de carburant que de simplement rouler sur une autoroute à 55 mph?

Si vous pensez à ce que fait la voiture dans les deux cas, vous comprendrez pourquoi vous brûlez plus de carburant en accélérant.

Théorie générale

F = mA (la force est égale à la masse multipliée par l'accélération), et dans ce cas, la force est appliquée par le moteur. Plus il y a de force, plus le carburant est brûlé.

Accélération

Dans le trafic stop and go, vous faites des arrêts fréquents et accélérez de zéro à une vitesse relativement faible, comme 30 MPH. Selon l'équation ci-dessus, (F = mA), vous devez avoir une force dans la direction où vous souhaitez accélérer la masse de votre voiture. Mais c'est une force nette. Vous avez la force du moteur qui vous fait avancer, mais vous êtes résisté par l'inertie, la friction et, à un moment donné, même l'air résiste à votre tentative d'accélération. Le moteur doit surmonter toutes ces forces en appliquant une force plus importante. Plus de force est plus de gaz brûlé.

Coasting autoroute

En roulant sur l'autoroute, vous maintenez une accélération de zéro. La force nette appliquée est donc nulle. Ainsi, vous n'avez qu'à faire correspondre, ne pas dépasser comme lors de l'accélération, les forces de frottement et de traînée aérodynamique. Moins de force signifie moins de gaz brûlé.

J'espère que ça aide!

Chaque fois que vous freinez, l'énergie est gaspillée. Les freins convertissent l'énergie mécanique d'une voiture en mouvement en chaleur par friction (ils chauffent). C'est là que l'énergie est finalement "perdue". Ensuite, lorsque le trafic avance un peu, vous devez bien sûr accélérer - et c'est là que vous utilisez réellement le gaz de votre réservoir pour mettre cette énergie à faire avancer votre voiture.

Lorsque vous roulez à vitesse constante, les seules pertes d'énergie importantes proviennent de la résistance à l'air. Cette résistance dépend de la vitesse et de la forme de votre voiture, donc avec une vitesse modérée (comme 55 mph) et une voiture moderne et aérodynamique, vous perdez en fait moins d'énergie que lors d'un freinage répété dans un embouteillage. Bien sûr, si votre voiture est moins aérodynamique (par exemple, porte de gros bagages sur le toit) ou si vous la conduisez très rapidement, vous finirez par arriver à un point où vous brûlerez plus de carburant en roue libre que dans les embouteillages.

(J'ai ignoré les pertes d'énergie dans les pneus en caoutchouc, car ils restent essentiellement les mêmes. De plus, si vous pouvez rouler en 10 minutes mais passer une heure entière dans un blocage, c'est beaucoup de ralenti - mais le ralenti n'est pas aussi important que tout ce freinage.)

Cela explique également pourquoi les véhicules équipés de moteurs électriques sont beaucoup plus efficaces dans ce type de trafic start-stop - au lieu d'un freinage régulier (à friction), ils effectuent plutôt un «freinage régénératif» et réinjectent une partie de l'énergie dans la batterie.

Votre moteur brûle toujours du gaz lorsque la voiture est en marche.

Lorsque vous êtes à l'arrêt, vous brûlez du gaz pour garder votre moteur en marche, sans vraiment déplacer la voiture, vous êtes donc à 0 en miles par gallon.

Lorsque vous commencez à accélérer, vous utilisez plus de gaz que lorsque la voiture était au ralenti, mais vous devez ensuite appuyer sur les freins, gaspillant essentiellement le gaz supplémentaire que vous venez d'utiliser pour vous mettre en vitesse.

Une fois que vous êtes à la vitesse et n'accélérez plus sur l'autoroute, le moteur n'utilise que 20 à 40 chevaux pour maintenir cette vitesse. Lorsque vous naviguez à 60 mph, vous parcourez un mile par minute, donc selon la voiture, votre consommation de carburant relative est beaucoup plus élevée.

Le graphique ci-dessous affiche la consommation de carburant spécifique au frein (BSFC - spécifique au frein, ce qui signifie que le moteur était monté sur un certain style de dynamo de moteur, plutôt que dans une voiture). La consommation de carburant est mesurée en grammes par kilowatt-heure (1 KWH = 1,34 chevaux). Le couple maximal en fonction du régime (tours par minute du moteur) est affiché en haut du graphique (ligne noire avec points noirs). Comme vous pouvez le voir, la moindre quantité de carburant par KWH est utilisée lorsque CE moteur tourne à 2-3k tr / min et produit 80% du couple max.

Encore une fois, en croisière, vous n'avez besoin que d'une fraction de votre puissance totale. Le régime du moteur pour la plupart des voitures en vitesse supérieure à des vitesses d'autoroute est généralement de 2500 à 3500 tr / min, donc même lorsque votre couple diminue et que vous tombez hors de la plage de rendement énergétique optimale, lorsque la valeur du dénominateur (puissance nécessaire pour naviguer à 60) diminue, tout comme le numérateur (quantité de carburant utilisée).

L'aspect le plus important de la réponse à cette question se trouve dans la première loi du mouvement de Newton:

Un objet au repos reste au repos et un objet en mouvement reste en mouvement à la même vitesse et dans la même direction, sauf s'il est sollicité par une force déséquilibrée.

C'est la même raison pour laquelle la navette spatiale utilise environ 90% de son carburant au décollage.

Comme cdunn est entré, il s'agit de force (F). Plus de carburant / s = plus de force / s.

La clé pour le comprendre est ce petit extrait "à moins qu'il ne soit sollicité par une force déséquilibrée " .

Dans le cas de votre exemple d'une autoroute avec des hauts et des bas, la gravité joue un rôle important. Sur le déclin, g devient une force positive. Pour illustrer clairement, je vais utiliser des extrêmes.

Supposons que votre déclin soit de 90 degrés ou vertical. Cela signifie que g (10m / s ^ 2) est ajouté à la puissance de votre moteur. C'est pourquoi les véhicules ont des méthodes intentionnelles de briser et de traîner le moteur dans diverses parties - afin que vous ne vous contentiez pas de descendre des collines. Inversement, lorsque vous remontez, cette gravité est maintenant une force négative sur votre moteur. Vous devez donc soit produire plus de force à partir du moteur, soit produire plus de force via l'inertie.

Exemple extrême

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.

Bien que cela ne ressemble pas beaucoup, vous pouvez voir que c'est une énorme différence.

Il est vrai que tenter de maintenir une vitesse constante là où il y a des collines n'est pas le plus efficace (j'ai réduit la façon dont la plupart des systèmes de régulateur de vitesse gèrent les collines). Mais sur les appartements c'est le cas. L'astuce avec les collines est d'égaliser vos forces. Atteindre une vitesse appropriée sur une descente permettra à votre inertie de porter votre plus haut en côte sans apport massif de votre moteur.

Mais les collines de côté - votre question initiale est «pourquoi l'arrêt et le démarrage dans la circulation consomment-ils plus de carburant». La réponse à cela est simplement due à l'inertie. Mais! Il y a aussi des acteurs supplémentaires. Par exemple, la séance s'est arrêtée. Votre moteur brûle du carburant et vous ne voyagez pas. Donc, vous n'obtenez pas vraiment 0 MPG, mais plutôt comme -x MPG car cela ramène le MPG global de votre voyage ou compte à rebours jusqu'à 0 ou même un rapport négatif (par exemple 15 Gal./1 Mile).

Des variables comme la résistance au vent, la traînée, les inefficacités et la gravité n'entrent même pas vraiment en jeu jusqu'à ce que le trafic soit fluide.

Tout moteur ne peut pas avoir une efficacité de 100%; il y a toujours des pertes d'énergie.

Lorsque vous roulez sur l'autoroute, vous utilisez généralement le rapport supérieur et de nombreuses voitures sont réglées pour avoir une efficacité maximale. Dans ce cas, vos pertes d'énergie sont dues à la traînée aérodynamique, au roulement des pneus et au frottement du moteur et de la transmission. Notez que les deux premières voies sont proportionnelles à la vélocité au carré, les pertes de transmission sont proportionnelles à la vitesse et le frottement du moteur est proportionnel aux RPM réels.

Lorsque vous êtes coincé dans des embouteillages, vous passez généralement sur les deux premiers rapports, ce qui ne fait que réduire la traînée mais la friction du moteur et le moteur fonctionne dans une large plage de régimes. Lorsque vous freinez pour arrêter, toute l'énergie cinétique, que vous avez obtenue du carburant, est gaspillée; lorsque vous restez avec le moteur allumé, vous gaspillez le carburant juste pour garder le moteur allumé. Si vous accélérez, vous brûlez plus de carburant pour augmenter l'énergie cinétique, si vous passez trop tôt ou trop tard, vous brûlez du carburant supplémentaire simplement parce que le moteur est hors de sa plage de régime optimale. Lorsque vous partez de l'arrêt, vous devez faire glisser l'embrayage pendant un certain temps; un autre gaspillage d'énergie.

Même si vous ne freinez pas du tout pour vous arrêter (gaspillez votre énergie cinétique), vous utilisez le freinage moteur, vous utilisez le démarrage-arrêt, vous passez les bons moments; vous ne pouvez pas atteindre l'économie de carburant lorsque vous naviguez de manière intelligente .

Une autre façon de voir cela est de visualiser l'ouverture des gaz.

Lorsque vous roulez, la pédale est maintenue enfoncée dans une position plus que inactive, mais inférieure au maximum

Lorsque vous décollez et accélérez, la pédale est enfoncée davantage, ce qui ouvre la vanne papillon permettant plus de mélange carburant / air dans le moteur.

Par conséquent, plus de carburant est utilisé pour accélérer que pour naviguer.

Oui, je me rends compte que la réponse est le fudging, les voitures modernes, les ordinateurs, l'injection, etc.

Séparément, la marche au ralenti utilise du carburant pour aucun progrès, c'est pourquoi certaines voitures arrêtent leur moteur à l'arrêt. En tant que cycliste, cela semble si étrange au feu vert, d'entendre trois ou quatre voitures tourner tous leurs moteurs en même temps.

Réponse simple: la consommation de carburant en croisière (à une vitesse constante de 55 mph) est proportionnelle au frottement (aérodynamique \ pneu \ roulements mécaniques). La consommation d'énergie élevée en régime transitoire (arrêt et démarrage avec freinage à friction conventionnel) est nettement supérieure à la consommation d'énergie en raison du frottement en régime permanent. Le freinage électrique hybride est économe en énergie et doit être considéré comme un cas spécial.

L'usure du moteur / des pneus / des freins est également prononcée dans les voitures conduites sur des routes à arrêts multiples.

Pour faire simple: l'accélération coûte de l'énergie. Le freinage ne vous rapporte aucune énergie (au moins dans votre voiture moyenne).

Par conséquent, si le scénario 1 implique une accélération et un freinage, et que le scénario 2 implique une croisière régulière à vitesse constante, le scénario 1 coûtera plus d'énergie (carburant), simplement parce que vous dépensez le carburant pour l'accélération. Ce n'est pas le freinage qui est intrinsèquement mauvais, mais le fait de freiner vous dit que vous auriez pu éviter l'accélération en premier lieu et ainsi économiser la consommation de carburant pour l'accélération.

Addendum: il existe un scénario 3: accélérez à votre vitesse cible le plus rapidement possible dans les rapports appropriés, puis débrayez l'embrayage et roulez avec le moteur au ralenti. Cela utilise encore moins de carburant que le scénario 2, car le moteur moyen sera plus efficace à des régimes plus élevés (jusqu'à un certain point, n'appuyez pas sur la pédale d'accélérateur jusqu'au sol, car les moteurs modernes pompent ensuite du carburant supplémentaire pour vous donner sorte d’effet de «postcombustion»).

Cela nécessite un peu de pratique pour bien fonctionner, c'est-à-dire que vous devez accélérer jusqu'à une vitesse suffisamment élevée pour obtenir un temps de roulement significatif, sans dépasser les limites de vitesse et sans gêner les autres voitures; De plus, cela ne vous profite pas vraiment si vous devez encore freiner à la fin du rouleau. Donc, je ne conseillerais pas aux débutants de le faire, mais les conducteurs expérimentés peuvent en tirer quelques pour cent d'économies de carburant. Google "hypermiling".

Aussi, en général, essayez de freiner avec le moteur au lieu des freins (si la sécurité le permet), évidemment, donc le moteur utilisera 0 carburant (au lieu du minuscule carburant au ralenti) lorsque vous faites cela.

L'une des raisons est que les moteurs à combustibles fossiles sont réglés pour fonctionner le plus efficacement autour de 50 à 60 mph, donc toute autre vitesse ne fournira pas autant de couple pour le carburant brûlé - c'est pourquoi la vitesse de croisière est là où elle est.

Une autre, sur laquelle je me concentrerai, est que quelle que soit la vitesse à laquelle vous voyagez, chaque fois que vous freinez, vous gaspillez de l'énergie. Voici à quoi cela ressemble si vous accélérez puis retirez votre pied de l'accélérateur:

Voici à quoi cela ressemble si vous appuyez sur les freins:

Et une comparaison:

Ainsi, chaque fois que vous freinez, vous n'êtes pas allé aussi loin que vous auriez pu - vous avez dépensé du carburant à l'avance pour accélérer, ce qui aurait pu vous pousser plus loin. Vous devez maintenant dépenser de l'énergie à nouveau pour parcourir cette distance.

Voici à quoi cela ressemble dans la circulation - remarquez l'accumulation d'énergie gaspillée:

Réduit le gaspillage si vous ne freinez qu'une seule fois à la fin:

Soit dit en passant, il s'agit d'un problème que rencontrent les voitures hybrides: lorsque vous appuyez sur les freins, elles utilisent l'induction pour recharger la batterie, et il y a moins de gaspillage.

Je pense que nous pouvons simplement nous référer à la première loi du mouvement de Newton en physique pour répondre à cette question de la manière la plus simple.

Première loi du mouvement de Newton: I. Tout objet dans un état de mouvement uniforme a tendance à rester dans cet état de mouvement à moins qu'une force externe ne lui soit appliquée. C'est ce que nous reconnaissons comme étant essentiellement le concept d'inertie de Galileo, et cela est souvent appelé simplement la "loi de l'inertie".

Lorsque nous considérons comment cela s'applique à une voiture, une voiture qui roule le long d'une surface plane continuera à la même vitesse, sauf si une force agit sur elle. (Ignorant la traînée et la friction du roulement le long de la route pour cet exemple).

Avec un véhicule à l'arrêt, vous devez brûler du carburant pour créer la force qui agit sur la voiture et ses composants (composants du moteur, arbre de transmission, roues de route, etc.) pour accélérer leur rotation et accélérer le véhicule.

L'utilisation des freins applique une forte force de friction sur la voiture, convertissant l'inertie (énergie cinétique) de la voiture en chaleur.

Dans une voiture qui s'arrête et démarre, vous brûlez plus de carburant car vous perdez de l'énergie cinétique en tant que chaleur perdue, puis vous devez dépenser de l'énergie provenant du carburant pour augmenter à nouveau l'inertie du véhicule et de ses composants lorsque vous accélérez.

Par conséquent, une voiture qui s'arrête et démarre utilise plus de carburant.

Je dirais que la conduite en mode stop and go utilise moins de carburant que la conduite à vitesse d'autoroute.

Considérez le scénario suivant en utilisant des vitesses d'autoroute et de stop-and-go typiques, et un MPG réaliste à ces vitesses. Vous pouvez voir la voiture brûler du carburant à un rythme plus rapide sur l'autoroute que dans la circulation à arrêts multiples.