Топливная эффективность
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( май 2013 г. ) |
| Инфраструктура |
|---|
 |
Активы и объекты |
Концепции |
Проблемы и идеи |
Области обучения |
Примеры |
Топливная эффективность (или экономия топлива ) — это форма термического КПД , означающая отношение усилий к результату процесса, который преобразует химическую потенциальную энергию, содержащуюся в носителе ( топливе ), в кинетическую энергию или работу . Общая топливная эффективность может варьироваться в зависимости от устройства, что, в свою очередь, может варьироваться в зависимости от применения, и этот спектр отклонений часто иллюстрируется как непрерывный энергетический профиль . Нетранспортные применения, такие как промышленность , выигрывают от повышения эффективности использования топлива, особенно электростанции, работающие на ископаемом топливе , или отрасли, занимающиеся сжиганием , такие как производство аммиака в процессе Габера .
В контексте транспорта экономия топлива — это энергоэффективность конкретного транспортного средства, определяемая как отношение пройденного расстояния к единице израсходованного топлива . Это зависит от нескольких факторов, включая эффективность двигателя , конструкцию трансмиссии и конструкцию шин . В большинстве стран, использующих метрическую систему , экономия топлива выражается как «расход топлива» в литрах на 100 километров (л/100 км) или километрах на литр (км/л или км/ч). В ряде стран, все еще использующих другие системы, экономия топлива выражается в милях на галлон (миль на галлон), например в США и обычно также в Великобритании ( имперский галлон); иногда возникает путаница, поскольку британский галлон на 20% больше галлона США, поэтому значения миль на галлон напрямую не сопоставимы. Традиционно литры на мил использовались в Норвегии и Швеции , но обе страны соответствуют стандарту ЕС л/100 км. [1]
Расход топлива является более точным показателем производительности автомобиля, поскольку он представляет собой линейную зависимость, в то время как экономия топлива приводит к искажениям в повышении эффективности. [2] Эффективность по весу (эффективность на единицу веса) может быть указана для грузовых автомобилей , а эффективность по пассажирам (эффективность транспортного средства на одного пассажира) для пассажирских транспортных средств.
Дизайн автомобиля
[ редактировать ]Эффективность использования топлива зависит от многих параметров транспортного средства, включая параметры его двигателя , аэродинамическое сопротивление , вес, использование переменного тока, топливо и сопротивление качению . За последние десятилетия во всех областях проектирования транспортных средств были достигнуты успехи. Топливную эффективность транспортных средств также можно повысить за счет тщательного технического обслуживания и правил вождения. [3]
Гибридные автомобили используют два или более источников энергии для движения. Во многих конструкциях небольшой двигатель внутреннего сгорания сочетается с электродвигателями. Кинетическая энергия, которая в противном случае была бы потеряна в виде тепла во время торможения, возвращается в виде электрической энергии для повышения эффективности использования топлива. Батареи большего размера в этих автомобилях питают электронику автомобиля , позволяя двигателю отключаться и избегать длительной работы на холостом ходу . [4]
Эффективность флота
[ редактировать ]
Эффективность парка описывает среднюю эффективность парка транспортных средств. Технологический прогресс в области эффективности может быть компенсирован изменением покупательских привычек в результате склонности к более тяжелым транспортным средствам, которые менее экономичны. [5]
Терминология энергоэффективности
[ редактировать ]Энергоэффективность аналогична эффективности использования топлива, но затраты обычно выражаются в таких единицах энергии, как мегаджоули (МДж), киловатт-часы (кВт·ч), килокалории (ккал) или британские тепловые единицы (БТЕ). Обратной стороной понятия «энергоэффективность» является «энергоемкость » , или количество входной энергии, необходимое для получения единицы продукции, такой как МДж/пассажир-км (пассажирского транспорта), БТЕ/тонна-миля или кДж/т-км ( грузового транспорта), ГДж/т (для производства стали и других материалов), БТЕ/(кВт·ч) (для производства электроэнергии) или литры/100 км (проезд транспортного средства). Литры на 100 км также являются мерой «энергоемкости», где расход измеряется количеством топлива, а выход измеряется пройденным расстоянием . Например: Экономия топлива в автомобилях .
Учитывая теплотворную способность топлива, было бы несложно преобразовать топливные единицы (например, литры бензина) в энергетические единицы (например, МДж) и наоборот. Но есть две проблемы со сравнениями, проводимыми с использованием энергетических единиц:
- Для любого водородсодержащего топлива существуют две разные теплоты сгорания, которые могут различаться на несколько процентов (см. ниже).
- При сравнении затрат на транспортную энергию необходимо помнить, что для производства киловатт-часа электроэнергии может потребоваться количество топлива с теплотворной способностью 2 или 3 киловатт-часа.
Энергетическая ценность топлива
[ редактировать ]Удельное энергосодержание топлива — это тепловая энергия, получаемая при сжигании определенного количества топлива (например, галлона, литра, килограмма). Иногда ее называют теплотой сгорания . существуют два разных значения удельной тепловой Для одной и той же партии топлива энергии. Один из них — это высокая (или валовая) теплота сгорания, а другой — низкая (или чистая) теплота сгорания. Высокое значение достигается, когда после сгорания вода в выхлопных газах находится в жидкой форме. При низком значении вся вода в выхлопных газах находится в форме пара (пара). Поскольку водяной пар отдает тепловую энергию при переходе из пара в жидкость, значение жидкой воды больше, поскольку оно включает скрытую теплоту испарения воды. Разница между высокими и низкими значениями значительна, около 8 или 9%. Этим объясняется большая часть кажущегося несоответствия в теплоте сгорания бензина. В США (и в таблице) традиционно используются высокие теплотворные способности, но во многих других странах обычно используются низкие теплотворные способности.
| Тип топлива | МДж/л | МДж/кг | БТЕ / имп гал. | БТЕ/ галлон США | Исследовательское октановое число число (РОН) |
|---|---|---|---|---|---|
| Обычный бензин /бензин | 34.8 | ~47 | 150,100 | 125,000 | Мин. 91 |
| Премиальный бензин /бензин | ~46 | Мин. 95 | |||
| Автомобильный газ ( СУГ ) (60% пропан и 40% бутан ) | 25.5–28.7 | ~51 | 108–110 | ||
| Этанол | 23.5 | 31.1 [7] | 101,600 | 84,600 | 129 |
| Метанол | 17.9 | 19.9 | 77,600 | 64,600 | 123 |
| Бензин (10% этанол и 90% бензин) | 33.7 | ~45 | 145,200 | 121,000 | 93/94 |
| E85 (85% этанол и 15% бензин) | 25.2 | ~33 | 108,878 | 90,660 | 100–105 |
| Дизель | 38.6 | ~48 | 166,600 | 138,700 | Н/Д (см. цетановое число) |
| Биодизель | 35.1 | 39.9 | 151,600 | 126,200 | Н/Д (см. цетановое число) |
| Растительное масло (из расчета 9,00 ккал/г) | 34.3 | 37.7 | 147,894 | 123,143 | |
| Авиационный бензин | 33.5 | 46.8 | 144,400 | 120,200 | 80-145 |
| Реактивное топливо , нафта | 35.5 | 46.6 | 153,100 | 127,500 | Неприменимо для газотурбинных двигателей |
| Реактивное топливо , керосин | 37.6 | ~47 | 162,100 | 135,000 | Неприменимо для газотурбинных двигателей |
| Сжиженный природный газ | 25.3 | ~55 | 109,000 | 90,800 | |
| Жидкий водород | 9.3 | ~130 | 40,467 | 33,696 |
Ни валовая теплота сгорания, ни чистая теплота сгорания не дают теоретического количества механической энергии (работы), которую можно получить в результате реакции. (Это определяется изменением свободной энергии Гиббса и составляет около 45,7 МДж/кг для бензина.) Фактическое количество механической работы, полученной с топливом (обратное значение удельного расхода топлива ), зависит от двигателя. Для бензинового двигателя возможен показатель 17,6 МДж/кг, для дизельного — 19,1 МДж/кг. см. в разделе «Удельный расход топлива для тормозов» . Дополнительную информацию [ нужны разъяснения ]
Транспорт
[ редактировать ]Энергоэффективность на транспорте – это полезное расстояние , пройденное пассажирами, товарами или любым типом груза; деленная на общую энергию, затрачиваемую на транспортные движители . Затрачиваемая энергия может быть представлена в нескольких различных типах в зависимости от типа двигательной установки, и обычно такая энергия представлена в виде жидкого топлива , электрической энергии или пищевой энергии . [9] [10] Энергоэффективность энергоемкостью иногда называют . также [11] Обратной стороной энергоэффективности на транспорте является потребление энергии на транспорте.
Энергоэффективность на транспорте часто описывается с точки зрения потребления топлива , причем потребление топлива является обратной величиной экономии топлива. [10] Тем не менее, потребление топлива связано со средством движения, использующим жидкое топливо , тогда как энергоэффективность применима к любому виду движения. Чтобы избежать указанной путаницы и иметь возможность сравнивать энергоэффективность любого типа транспортных средств, эксперты склонны измерять энергию в Международной системе единиц , то есть в джоулях .
Поэтому в Международной системе единиц энергоэффективность на транспорте измеряется в метрах на джоуль, или м/Дж, а потребление энергии на транспорте измеряется в джоулях на метр, или Дж/м. Чем более эффективен автомобиль, тем больше метров он преодолевает с помощью одного джоуля (более высокая эффективность) или тем меньше джоулей он использует для преодоления расстояния в один метр (меньший расход). Энергоэффективность . на транспорте во многом зависит от вида транспорта Различные виды транспорта варьируются от нескольких сотен килоджоулей на километр (кДж/км) для велосипеда до десятков мегаджоулей на километр (МДж/км) для вертолета .
Энергоэффективность также часто связана с типом используемого топлива и уровнем его потребления, а также с эксплуатационными расходами ($/км) и выбросами в окружающую среду (например, CO 2 /км).Топливная экономичность автомобилей
[ редактировать ]
Экономия топлива автомобиля зависит от расстояния , пройденного транспортным средством, и количества потребляемого топлива . Потребление может быть выражено в единицах объема топлива, необходимого для преодоления расстояния, или в единицах пройденного расстояния на единицу объема израсходованного топлива. Поскольку потребление топлива транспортными средствами является существенным фактором загрязнения воздуха, а также поскольку импорт моторного топлива страны может составлять значительную часть внешней торговли , многие страны вводят требования по экономии топлива.
Для аппроксимации фактических характеристик автомобиля используются различные методы. Энергия топлива необходима для преодоления различных потерь ( сопротивление ветра , сопротивление шин и другие), возникающих при движении транспортного средства, а также для обеспечения питания систем транспортного средства, таких как зажигание или кондиционирование воздуха. Для уменьшения потерь при каждом преобразовании между химической энергией топлива и кинетической энергией транспортного средства можно использовать различные стратегии. Поведение водителя может повлиять на экономию топлива; маневры, такие как резкое ускорение и резкое торможение, тратят энергию.
Электромобили не сжигают топливо напрямую и поэтому не обладают экономией топлива как таковой, но меры эквивалентности, такие как количество миль на галлон бензинового эквивалента . для попытки их сравнения были созданыТехника вождения
[ редактировать ]
Энергоэффективные методы вождения используются водителями, которые хотят снизить расход топлива и тем самым максимизировать топливную экономичность. Многие водители имеют потенциал значительно улучшить свою топливную экономичность. [13] Простые вещи, такие как поддержание должного давления в шинах, хорошее обслуживание автомобиля и предотвращение работы на холостом ходу, могут значительно повысить эффективность использования топлива. [14] Осторожное использование ускорения и замедления и особенно ограничение использования высоких скоростей способствует повышению эффективности. Использование нескольких таких техник называется « гипермилингом ». [15]
Простые методы экономии топлива могут привести к сокращению расхода топлива, не прибегая к радикальным методам экономии топлива, которые могут быть незаконными и опасными, например, движение задним ходом более крупных транспортных средств.Передовые технологии
[ редактировать ]Наиболее эффективными машинами для преобразования энергии во вращательное движение являются электродвигатели, используемые в электромобилях . Однако электричество не является основным источником энергии, поэтому необходимо также учитывать эффективность производства электроэнергии. Железнодорожные поезда могут приводиться в движение с помощью электричества, подаваемого через дополнительный ходовой рельс, контактную сеть или бортовые генераторы, используемые в дизель-электрических локомотивах, что обычно используется в железнодорожных сетях США и Великобритании. Загрязнения, образующиеся в результате централизованного производства электроэнергии, выбрасываются на удаленной электростанции, а не «на месте». Загрязнение можно уменьшить за счет увеличения количества электрификации железных дорог и использования низкоуглеродной энергии для производства электроэнергии. Некоторые железные дороги, такие как французская SNCF и швейцарские федеральные железные дороги, получают большую часть, если не 100%, своей энергии от гидроэлектростанций или атомных электростанций, поэтому загрязнение атмосферы их железнодорожными сетями очень низкое. Это было отражено в исследовании AEA Technology между поездами Eurostar и рейсами самолетов между Лондоном и Парижем, которое показало, что поезда в среднем выбрасывают в 10 раз меньше CO. 2 на одного пассажира, чем на самолеты, чему частично способствовала французская атомная генерация. [16]
Водородные топливные элементы
[ редактировать ]В будущем водородные автомобили могут стать коммерчески доступными. Toyota тестирует автомобили, работающие на водородных топливных элементах, в южной Калифорнии, где построен ряд водородных заправочных станций. Работает либо за счет химических реакций в топливном элементе , которые создают электричество для привода очень эффективных электродвигателей, либо за счет прямого сжигания водорода в двигателе внутреннего сгорания (почти идентично транспортному средству, работающему на природном газе , и одинаково совместимо как с природным газом, так и с бензином); эти автомобили обещают иметь практически нулевое загрязнение окружающей среды из выхлопной трубы (выхлопной трубы). Потенциально загрязнение атмосферы может быть минимальным, при условии, что водород производится электролизом с использованием электричества из экологически чистых источников, таких как солнечная, ветровая, гидроэлектроэнергия или ядерная энергия. Коммерческое производство водорода использует ископаемое топливо и производит больше углекислого газа, чем водорода.
Поскольку в производстве и уничтожении автомобилей, а также в производстве, передаче и хранении электроэнергии и водорода участвуют загрязняющие вещества, ярлык «нулевое загрязнение» применим только к преобразованию автомобилем накопленной энергии в движение.
В 2004 году консорциум крупнейших автопроизводителей — BMW , General Motors , Honda , Toyota и Volkswagen / Audi — разработал «Стандарт высшего уровня для бензина с моющими средствами» для марок бензина в США и Канаде, которые соответствуют их минимальным стандартам по моющих средств. содержанию [17] и не содержат металлических добавок. Бензин высшего класса содержит повышенное количество моющих присадок, чтобы предотвратить образование отложений (обычно на топливных форсунках и впускных клапанах ), которые, как известно, снижают экономию топлива и производительность двигателя. [18]
В условиях микрогравитации
[ редактировать ]То, как сгорает топливо, влияет на количество производимой энергии. Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА) исследовало расход топлива в условиях микрогравитации .
Обычное распространение пламени в условиях нормальной гравитации зависит от конвекции , поскольку сажа имеет тенденцию подниматься к верхушке пламени, например, в свече, делая пламя желтым. В условиях микрогравитации или невесомости , например, в космическом пространстве , конвекция больше не возникает, и пламя становится сферическим , с тенденцией становиться более синим и более эффективным. Существует несколько возможных объяснений этой разницы, из которых наиболее вероятным является гипотеза о том, что температура распределяется достаточно равномерно, чтобы не образовывалась сажа и не происходило полное сгорание. Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства, апрель 2005 г. Эксперименты НАСА в Микрогравитация показывает, что диффузионное пламя в условиях микрогравитации позволяет полностью окислить больше сажи после того, как оно образовалось, чем диффузионное пламя на Земле, из-за ряда механизмов, которые ведут себя по-разному в условиях микрогравитации по сравнению с нормальными условиями гравитации. Результаты эксперимента LSP-1 , Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства, апрель 2005 г. Предварительно смешанное пламя в условиях микрогравитации горит гораздо медленнее и эффективнее, чем даже свеча на Земле, и длится гораздо дольше. [19]
См. также
[ редактировать ]
- Годовая эффективность использования топлива (AFUE)
- ЭТО соглашение
- Альтернативная двигательная установка
- Бескулачковый поршневой двигатель
- Эквивалент углекислого газа
- Средняя корпоративная экономия топлива (CAFE)
- ЭкоАвто (в Канаде)
- Эффективное использование энергии
- Стандарт выбросов
- Энергетическая ценность биотоплива
- Энергосбережение
- Эффективность преобразования энергии
- Плотность энергии
- макет ФФ
- Передний привод
- Экономия топлива в самолетах
- Экономия топлива в автомобилях
- Поведение, направленное на максимальную экономию топлива
- Топливная эффективность на транспорте
- Газопожиратель
- Теплотворная способность
- Парадокс Джевонса
- Оценка жизненного цикла
- Шины с низким сопротивлением качению
- Мили на галлон бензинового эквивалента
- Управление судовым топливом
- Твинджет
- Изменяемые фазы газораспределения
- Цельный
- Стоимость автомобиля
- Метрики автомобиля
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Информация о расходе топлива новых автомобилей» . Архивировано из оригинала 8 сентября 2019 года . Проверено 7 ноября 2019 г.
- ^ «Узнайте больше о маркировке экономии топлива для автомобилей с бензиновым двигателем» . Архивировано из оригинала 5 июля 2013 г.
- ^ «Простые советы и рекомендации по повышению топливной экономичности вашего автомобиля | CarSangrah» . АвтомобильСангра . 07.06.2018 . Проверено 24 июля 2018 г.
- ^ «Как работают гибриды» . Министерство энергетики США . Архивировано из оригинала 8 июля 2015 г. Проверено 16 января 2014 г.
- ^ Jump up to: а б «Основные моменты отчета о тенденциях в автомобильной отрасли» . EPA.gov . Агентство по охране окружающей среды США (EPA). 12 декабря 2022 года. Архивировано из оригинала 2 сентября 2023 года.
- ^ Каццола, Пьерпаоло; Паоли, Леонардо; Тетер, Джейкоб (ноябрь 2023 г.). «Тенденции в мировом автопарке в 2023 году / Управление сменой внедорожников и переход на электромобили» (PDF) . Глобальная инициатива по экономии топлива (GFEI). п. 3. дои : 10.7922/G2HM56SV . Архивировано (PDF) из оригинала 26 ноября 2023 года.
- ^ Рассчитано по теплотам образования. Не совсем соответствует значению МДж/л, разделенному на плотность.
- ^ Приложение B, Книга данных по транспортной энергии из Центра транспортного анализа Национальной лаборатории Окриджа.
- ^ "Эффективность" . Проверено 18 сентября 2016 г.
- ^ Jump up to: а б Оценка технологий экономии топлива для легковых автомобилей . Пресса национальных академий. 2011. дои : 10.17226/12924 . ISBN 978-0-309-15607-3 . Проверено 18 сентября 2016 г.
- ^ «Словарь терминов, связанных с энергетикой» . Министерство энергетики США . Проверено 20 сентября 2016 г.
- ^ Пейдж, Уолтер Хайнс; Пейдж, Артур Уилсон (1916). «Человек и его машины» . Мировая работа . Том. XXXIII. Гарден-Сити, Нью-Йорк: Doubleday, Page & Co.
- ^ Бойзен; и др. (2009). «Использование бортовых устройств регистрации для изучения долгосрочного воздействия курса эковождения» . Транспортные исследования Д . 14 (7): 514–520. дои : 10.1016/j.trd.2009.05.009 . Архивировано из оригинала 19 октября 2013 г.
- ^ «20 способов повысить топливную эффективность и сэкономить деньги на заправке» . Архивировано из оригинала 16 августа 2016 г.
- ^ http://www.merriam-webster.com/dictionary/hypermiling словарь Мерриам Вебстер
- ^ «Железнодорожный транспорт в 10 раз лучше воздушного в сравнении выбросов CO2 Лондона и Парижа – Транспорт и окружающая среда» . Архивировано из оригинала 28 сентября 2007 г.
- ^ Бензин высшего уровня. Архивировано 15 августа 2013 г. в Wayback Machine.
- ^ «Стандарты контроля депозитов» . Архивировано из оригинала 6 августа 2004 г. Проверено 19 октября 2012 г.
- ↑ Результаты эксперимента SOFBAL-2. Архивировано 12 марта 2007 г. в Wayback Machine , Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства, апрель 2005 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ] | в этой статье Использование внешних ссылок может не соответствовать политике и рекомендациям Википедии . ( Ноябрь 2023 г. ) |
- Веб-сайт правительства США по экономии топлива
- Сравнение DfT Великобритании на автомобильном и железнодорожном транспорте
- НАСА предлагает приз в 1,5 миллиона долларов за быстрый и экономичный самолет. Архивировано 3 марта 2016 г. на Wayback Machine.
- Официальные данные о расходе топлива автомобилем
- Spritmonitor.de «самые экономичные автомобили» - база данных тысяч фактических показателей расхода топлива владельцев автомобилей (в основном немецких) (см. Spritmonitor ).
- Доступные для поиска данные об экономии топлива от EPA – Агентства по охране окружающей среды США.
- Fuel Saver - Инструмент экономии топлива
- Нью-Йорк Таймс: дорожное испытание концепции альтернативного топлива