Транспортные средства используют топливо, потому что энергия в топливе идет в эти использования:
- Сопротивление воздуха. Поскольку транспортные средства не движутся в вакууме, воздух обладает силой сопротивления, а поскольку сила, умноженная на расстояние, является энергией, она использует энергию.
- Сопротивление качению. Несмотря на то, что шины устраняют трение, при движении мало сопротивления качению, который превращает кинетическую энергию в тепло.
- Ускорение. Чтобы набрать массу скорости, требуется энергия. При торможении эта энергия теоретически может храниться где-то, но на практике это происходит редко, и когда это делается (например, в гибридных транспортных средствах), эффективность является низкой.
- Гористое сопротивление. При движении в гору автомобиль должен преодолеть гравитацию. Конечно, при движении вниз по склону энергия, накопленная в гравитационном поле, высвобождается, но затем она обычно теряется при торможении.
- Потери двигателя. Двигатели теряют энергию для системы охлаждения и выхлопной системы.
- Вспомогательные потери. У вас есть электрические нагрузки в машине, такие как огни. Кроме того, усилитель руля, охлаждение двигателя с помощью водяного насоса и кондиционирования воздуха используют энергию.
Единственный способ улучшить экономию топлива в транспортных средствах - это уменьшить количество энергии, расходуемой на одно из этих применений. Если кто-то утверждает, что имеет решение, улучшающее экономию топлива, но не может сказать, к какой категории он относится, это почти наверняка не является подлинным решением.
Существуют, по крайней мере, следующие технологии, улучшающие топливную экономичность автомобиля:
- Уменьшение массы Меньшая масса означает меньшее сопротивление в гору и меньшее сопротивление ускорению.
- Уменьшение фронтальной площади при создании автомобиля, например ниже. Это уменьшает сопротивление воздуха.
- Лучшая аэродинамика. Наличие определенной формы для тела уменьшает сопротивление воздуха для постоянной лобной области. Вероятно, лучшее практическое тело - это камбакское тело.
- Более высокое давление в шинах. Большее давление означает меньшее сопротивление качению.
- Радиальные шины, которые сегодня используются во всех транспортных средствах вместо старых шин с уклоном.
- Сокращение двигателя. Это часто используется в сочетании с технологиями, которые выкачивают большую мощность из небольших двигателей за счет повышения крутящего момента или скорости вращения красной черты, так что ускорение не страдает
- Турбонаддув. Турбонаддув восстанавливает часть энергии выхлопа, чтобы сжимать больше воздуха в двигатель.
- Наддувочного. Это предотвращает проблемы со стуком двигателя при турбонаддуве.
- Рециркуляция выхлопных газов. Это снижает потери на дросселирование и отвод тепла из-за более низких температур.
- Более высокие коэффициенты сжатия. Согласно базовой термодинамике степень сжатия говорит о том, какова максимальная теоретическая эффективность двигателя. К сожалению, высокие коэффициенты сжатия могут вызвать детонацию.
- Воспламенение от сжатия, то есть дизельные двигатели. Это позволяет использовать очень высокие коэффициенты сжатия и обеднения и полностью исключает потери при дросселировании.
- Аксессуары с электроприводом, такие как гидроусилитель руля, кондиционер и электрический водяной насос. Когда аксессуары снабжены электрическим питанием, им не нужно вращаться со скоростью, пропорциональной скорости двигателя, и, следовательно, эффективность повышается.
- Электронный впрыск топлива. Благодаря точному контролю соотношения воздух / топливо экономия топлива улучшается. Электронный впрыск топлива также позволяет отключить торможение двигателем.
- Lean Burn. При использовании стехиометрического соотношения воздух / топливо всегда остается небольшое количество несгоревшего топлива. Lean Burn практически полностью устраняет это несгоревшее топливо.
- Эмулируемый цикл Аткинсона. В обычном двигателе с циклом Отто во время окончания такта расширения давление в цилиндре превышает давление воздуха, и, следовательно, когда открывается выпускной клапан, некоторая полезная энергия теряется немедленно. Эмулируемый цикл Аткинсона использует синхронизацию клапана, которая выталкивает некоторую воздушно-топливную смесь во впускной коллектор в начале такта сжатия. Тогда степень сжатия ниже, чем степень расширения, и, следовательно, давление в цилиндре аналогично давлению воздуха при открытии выпускного клапана.
- Переменное время газораспределения. Это позволяет оптимизировать двигатель для всех оборотов, а не только для определенных оборотов.
- Прямой впрыск. Эта технология обеспечивает сверхлегкий ожог.
- Система впрыска Common Rail в дизельных двигателях. Более высокое давление обеспечивает лучшее распыление топлива.
- Деактивация цилиндров. Деактивация цилиндров означает, что через впускной коллектор поступает меньше цилиндров, что снижает насосные потери.
- Смещенный коленвал. Усилия являются самыми большими во время такта расширения, и если коленчатый вал не смещен, существуют боковые силы. Смещенный коленчатый вал устраняет эти боковые силы и, следовательно, уменьшает трение.
- Смазки с низкой вязкостью. Вязкость смазочных материалов означает, что смазочный материал не течет свободно и, следовательно, требует потока энергии. Наличие двигателей, работающих на смазочных материалах с низкой вязкостью, означает, что эти потери потока смазочных материалов уменьшаются.
- Увеличено количество передаточных чисел. Это означает, что двигатель чаще работает на оптимальных оборотах, и, следовательно, эффективность использования топлива повышается. Эта технология может быть доведена до крайности с бесступенчатой коробкой передач (CVT).
- Запустить / остановить систему. Эта система останавливает двигатель в состоянии покоя, исключая потери на холостом ходу.
- Регенеративное торможение. Система такого типа использует генератор, который накапливает энергию в батарее в качестве тормоза. Лучше всего это делать в гибридном автомобиле, но и в негибридных транспортных средствах может иметь место рекуперативное торможение, если напряжение системы зарядки остается низким при крейсерском режиме и внезапно увеличивается при торможении двигателем.
- Блокировка гидротрансформатора. Преобразователи крутящего момента имеют некоторое скольжение, и поэтому они теряют энергию в виде тепла. Благодаря механической блокировке гидротрансформатора на высоких скоростях потери энергии исключаются. Это повышает эффективность автоматической трансмиссии автомобилей.
- Гибридная технология. Эта технология использует электричество в качестве другого источника энергии. Результатом является то, что эффективность двигателя может быть улучшена путем уменьшения объема двигателя или использования цикла Аткинсона без снижения ускорения.
- Переменный подъем клапана. Это снижает потери при прокачке, используя подъемный клапан вместо корпуса дроссельной заслонки для управления впуском воздуха в двигатель.
- Многоклапанная технология. Наличие более двух клапанов на цилиндр позволяет улучшить общую площадь всех клапанов. Это почти всегда осуществляется двойным распределительным валом.
Большинство методов не могут быть легко применены к существующим автомобилям, и, таким образом, лучший способ улучшить экономию топлива помимо экономичного вождения - помнить об этом при покупке следующего транспортного средства. Если решения по улучшению экономии топлива нет в этом списке, скорее всего, это решение на самом деле не улучшает экономию топлива (хотя может быть и так, что я забыл что-то важное из списка).
