Termodinamik verimlilik ve yakıt ekonomisi
Bir içten yanma enerjisi için% 25-30'luk bir verimlilik bahsettiğinizde, motorun termodinamik veriminden bahsediyorsunuz. Bu, teorik düzeyde bir sıcaklık farkına dayanmaktadır. Bunun doğrudan yakıtla hiçbir ilgisi yoktur.
Yakıt ekonomisinin galon başına 34 mil olduğunu söylediğinizde, artık büyük ölçüde diğerine bağlı bir şeyden bahsediyorsunuz. faktörler — örneğin, yakıtın enerji yoğunluğu . Bir galon benzinde ne kadar çıkarılabilir enerji var? Bir galon antimadde nasıl olur? Bir galon çikolatalı süt?
Pek çok motor, termodinamik verimliliklerinde önemli bir değişiklik olmaksızın farklı enerji yoğunluklarına sahip farklı yakıtları veya yakıt karışımlarını kabul edebilir. Örneğin etanol, benzinle harmanlanır, ancak benzinden yaklaşık% 30 daha düşük bir enerji yoğunluğuna sahiptir; birinin galonu diğerinin galonuna eşit değildir.
Bir motoru belirli bir termodinamik verimlilikte çalıştırmak, bir sıcaklık farkına sahip olmak demektir; Bu sıcaklık farkını korumak için, bir oranda enerji eklemeniz gerekir. Yakıtınız daha düşük enerji yoğunluğuna sahipken aynı termodinamik verimi elde etmek, yakıt dağıtım oranını artırmak anlamına gelir ( $ Q $ veya $) \ dot {m} $ ) böylece enerji dağıtım hızı ( $ q_ {in} $ ) aynı kalır. Bu, motorların farklı yakıtları nasıl yaktığına ilişkin çeşitli nüansları göz ardı eder, ancak genel olarak konuşursak, termodinamik verimlilik ile yakıt ekonomisi arasında doğrudan bir ilişki yoktur.
Motor yüklemesinin önemi
Vites takmanın cevabın bir parçası olması gerektiğini düşünüyorum, ancak viteslerin motorun 20 hp üretmesine nasıl izin verdiğini anlamakta güçlük çekiyorum ve bu arada düşük motor yükü için grafikte belirtilenden açıkça daha yüksek bir verimlilikte.
Belki de motor yüklemesinin bahsettiği şeyi tam olarak anlayamıyorum?
Araba hızlanmadığında, motor yükü, motorun hareketine karşı etki eden kuvvetlerden gelir . İç sürtünme (pistonlar, krank mili, şanzıman vb.), Dış sürtünme (yol yüzeyindeki lastikler), sürükleme, yerçekimi (yokuş yukarı giderken). "Yük", aracın bir miktar hız ve ivmeye sahip olması için motora ne kadar güç gerektiğini ifade eder.
Sizin de belirttiğiniz gibi, bir araç otoyolda seyir halindeyken, sadece küçük bir yüzdeye ihtiyaç duyar. hızı korumak için toplam mevcut güç çıkışı. Gerçekten yüksek hızlardan ve / veya istisnai olarak bir arabanın içtenlikle harikasından bahsetmediğimiz sürece, otoyolda seyretmek yüksek yükleme durumu değildir. Karmaşanız, araçların otoyol hızlarında seyrederken hızlanırken yaptıklarından daha iyi yakıt ekonomisi elde etmelerinden kaynaklanıyor gibi görünüyor.
Farkına varılması gereken en önemli şey, Daha iyi yakıt ekonomisi, motorun daha yüksek termodinamik verimlilikte çalıştığı anlamına gelmez çünkü yakıt ekonomisine giren birçok başka faktör vardır. Carnot döngüsünün termodinamik verimliliği bu faktörlerden yalnızca biridir. Diğer bir faktör, yanma reaksiyonunun verimliliğidir (teknik olarak Carnot döngüsünün bir parçası değildir). Bir diğeri, aracı hızlandırmak için ne kadar güç kullanıldığı (faydalı iş) ve sürtünme, sürüklenme ve iletim nedeniyle ne kadar kaybedildiği (atık ısı, $ q_ {out} $ span>).
Yakıt ekonomisini hesaplama
Şu ilişkiyi göz önünde bulundurun: Motor yükü nereye gelir?
$$ \ text {yakıt ekonomisi (mpg)} = \ dfrac {\ text {hız (mph)}} {\ text {akış hızı (gal / sa)}} = \ dfrac {v} {Q} $$ span>
Araçta sürüklenmenin olmadığı, minimum iç ve dış sürtünmenin olmadığı, yatay bir düzlemde sürüşün olduğu idealleştirilmiş bir durumda, herhangi bir hızı korumak için gereken güç fiilen sıfırdır. Bu, motor üzerindeki yükün (hızlanmadığında) da etkin bir şekilde sıfır olduğu anlamına gelir. Carnot verimliliği bu noktada önemsizdir, ancak aynı zamanda çok düşük olacaktır. Ancak, payda neredeyse sıfır $ v $ olduğundan yakıt ekonomisi muazzam olurdu Paydada "> $ Q $ .
Tersi durumu göstermek daha da kolay; evde kendi arabanızla yapabilirsiniz. Gaz pedalını şanzıman boşta olacak şekilde döşeyin. (Aslında bunu yapmayın.) Anlık yüksek yük senaryosu o krank milinden cehennemden çıkarken, ancak $ v = 0 $ , yani yakıt ekonominiz sıfırdır.
Gerçekçi senaryolar daha karmaşıktır ancak kısaca, motorun silindirinde meydana gelen yanma reaksiyonunun çok yüksek hızlanma dönemlerinde (yani, maksimum yüke yakın) çok daha az verimli olmasıdır. ). Daha fazla yakıt motordan yanmadan geçer veya yalnızca kısmen yanar, yani aynı galon yakıttan o kadar fazla enerji çekmemişsinizdir. Hala bir yere gidiyorsunuz ve motorunuz üzerine binen yük nedeniyle daha yüksek termodinamik verimlilikte çalışıyor, ancak yakıt ekonomisi açısından bu fayda, daha düşük yanma verimliliği maliyeti ile azaltılır. Yanma verimliliği çok düşük olduğunda, bu maliyetin tamamen yüksek yüklemenin faydasından daha ağır basması bile mümkündür. (Aracın bakımı çok kötü yapıldıysa bu beklenebilir. Gerçekte, çoğu şey arabanın yaşına, kontrol ünitelerinin kalitesine, hızlandığınız vitese bağlıdır ve kesin bir tahminde bulunmak zordur. genel bir senaryo için.)
Bahsetmek istediğim diğer şey, gücünüzün nereye gittiğini düşünmeniz gerektiğidir. "Yüksek motor yükü" sadece motorun üretebileceği gücün büyük kısmının talep edildiği anlamına gelir; size gücün nereye gittiğini söylemez. Sürükle savaşacaksa, bu hızın karesi olarak artar, o zaman güç israfı ve boşa harcanan yakıt demektir. Çok verimli bir şekilde teslim edebilirsiniz, ancak aracın hızına * katkıda bulunmuyorsa, yakıt ekonomisine katkıda bulunmaz. Yalnızca sistem sınırınızı motorun etrafına çizdiğinizde ve aracın amacını göz ardı ettiğinizde verimli görünür.
* Teknik olarak, yüksekliği de dikkate almalıyız, ancak yakıt ekonomisi genellikle yatay yol mesafesi cinsinden hesaplanır. . Yükseklikteki değişikliğe bağlı kazanç ve kayıpların ya genel olarak ortadan kalktığı varsayılır ya da bazı kaba düzeltme faktörleri hesaba katılır.