Durante una discusión sobre la tecnología de arranque y parada del vehículo, un tipo comenzó a insistir en que volver a arrancar el automóvil usa energía almacenada en la batería, que debe reponerse con un mayor uso de combustible una vez que el motor está en movimiento. Bueno, esto es obvio, la pregunta es la importancia de dicho uso adicional, especialmente en comparación con los ahorros de la reducción de la inactividad. El sentido común me dice que esto es muy delicado: si los desembolsos de eficiencia de ICE ponen todo el uso de accesorios en un 2 o 3 % del consumo total de energía, que incluye CA y todos los componentes eléctricos, entonces no puede ser tanto.
Además, esta disertación explora las tecnologías de reducción de ralentí para camiones comerciales de larga distancia, y uno de los sistemas del ejemplo funciona con batería (p. 14) que almacena suficiente energía para alimentar el aire acondicionado o el calentador durante la noche, y tarda unas seis horas en cargarse. mientras maneja. El autor reconoce un mayor consumo de combustible debido a la necesidad de un alternador de mayor amperaje, aunque no proporciona números específicos. Sin embargo, la mera existencia de tal aplicación comercial disponible en el mercado me lleva a creer que tal carga adicional sigue siendo mejor que el ralentí.
Pero, en interés de la ciencia, necesito algunos números concretos (además, el tipo simplemente no se iría). Tengo algunas ideas sobre qué considerar, pero no estoy muy versado en ingeniería eléctrica y mecánica, por lo que no creo que pueda dar cuenta de la mayoría de los factores principales.
El uso de energía del motor de arranque se puede calcular utilizando la cantidad de corriente utilizada por arranque (que sería de 2 a 3 segundos) por el propio motor y el solenoide que acopla el engranaje de arranque en el volante. Tanto la demanda de corriente como la de potencia se pueden encontrar en las especificaciones del arrancador, pero no estoy seguro de cuán confiables serían esos números en la aplicación del mundo real.
Luego está el consumo de combustible del arranque en sí, que se estima en 10 a 15 segundos de ralentí (y el capítulo de Florida de ASME incluso calculó seis segundos para un motor de 6 cilindros (en un experimento de campo simple y no riguroso), pero el original el enlace está roto).
Ahora bien, ¿cómo calcular el aumento de consumo debido a la carga de batería agotada desde el propio motor de arranque y, además, contabilizar todos los accesorios que estaban funcionando mientras el motor estaba parado? ¿Es una simple cuestión de usar el mismo número calculado para el uso de energía del motor de arranque y llegar a él calculando la cantidad de combustible necesaria para producir tanta energía adicional dadas las pérdidas en el motor mismo y en el circuito de carga? Y, en última instancia, ¿qué importancia tienen esas consideraciones en el panorama general?
Primero, considere el caso con cargas auxiliares insignificantes (sin aire acondicionado).
Para un motor de tamaño Civic (1,8 litros), esta hoja de trabajo del DOE de EE . UU . estima un consumo de combustible de aproximadamente 0,3 galones estadounidenses por hora en ralentí.
Aquí hay un cálculo inicial conservador:
La eficiencia del alternador tampoco es excelente; Usaré un 50% conservador.
Con estos valores, requiere 3.0 kJ (1,25 / 0,25 / 0,5) = 30 kJ de combustible para recargar la batería (¡Tenga en cuenta que la eficiencia de carga general es solo del 10 %!).
Ahora, la densidad de energía de la gasolina es de 120 MJ por galón estadounidense (42,4 MJ/kg), por lo que la cantidad de combustible necesaria para recargar la batería, incluidas todas las ineficiencias, es de 30 kJ. 120 MJ/gal = 0,00025 galones estadounidenses.
Entonces, el tiempo de inactividad "cruzado" en este caso, por encima del cual es más eficiente parar y reiniciar, es 0.00025 gal. 0,3 gal/hora 8.3 horas, o alrededor de 3 segundos.
Ahora suponga que un acondicionador de aire ( PDF ) consume 1 kW de energía eléctrica.
Al igualar estos dos nuevos requisitos de combustible, el tiempo de transición con el A/C encendido aumenta, pero solo a unos 4 segundos.
Aunque la eficiencia de carga de la batería es baja, el desperdicio del consumo de combustible en ralentí domina el cálculo.
Tenga en cuenta que no tengo una referencia para la ineficiencia de recarga de batería del 25%. Desafortunadamente, ese es un número importante cuando se ejecuta un aire acondicionado, ya que reduce la ventaja de apagar el motor. En algún nivel de carga alto (en el vecindario o 4 kW) esa desventaja supera la ventaja de apagar el motor.
Se pueden encontrar más datos (experimentales) para confirmar las estimaciones anteriores aquí: http://www.iwilltry.org/b/projects/how-many-seconds-of-idling-is-equivalent-to-starting-your-engine /
En mi caso consume aproximadamente la misma cantidad de combustible que 7 segundos al ralentí. Sin embargo, el consumo adicional de combustible observado parece deberse casi en su totalidad a una velocidad de ralentí más rápida durante los primeros 20 segundos después de arrancar. Cualquier buen conductor comenzaría a moverse dentro de 1-2 segundos después de arrancar, lo que eliminaría efectivamente las pérdidas de ralentí rápido. Si puede comenzar a extraer trabajo útil de su motor dentro de 1 segundo después de arrancar el motor, entonces parece que arrancar el motor consume combustible equivalente a aproximadamente 0.2 segundos de marcha en vacío.
En primer lugar, la prueba es el pudín. Mientras estaba en Alemania, estaba en un automóvil (un Smart) que apagaba automáticamente el motor cuando estaba detenido y mantenía presionado el freno, y luego volvía a encender el motor cuando pisaba el acelerador. Lo hizo tan rápido que realmente no te diste cuenta. Supongo que este es el tipo de tecnología a la que te refieres. El hecho de que esto se haga en un automóvil comercial y aparentemente mejore la eficiencia muestra que, en general, apagar el motor en los semáforos de hecho mejora la eficiencia. Para sus números concretos, todo lo que necesita hacer es buscar las especificaciones de consumo de combustible para dicho automóvil con y sin la función de arranque/parada del motor habilitada.
En segundo lugar, con respecto a la cantidad de energía utilizada de la batería por el motor de arranque, es fácil establecer un límite superior en la cantidad de energía eléctrica utilizada al arrancar el automóvil utilizando las clasificaciones de la batería. Una de las clasificaciones impresas en las baterías es el número de amperios de arranque en frío (CCA). Esta es la cantidad de corriente que la batería puede producir al encender el automóvil a 0 °C. Un número típico es 700 CCA para la batería en un cuatro cilindros. Suponiendo que el motor de arranque utiliza la corriente máxima , igual al número de CCA (no lo hace) y tarda 10 s en arrancar el automóvil (no lo hace), da un límite superior de 700 A 12 voltios 10 segundos 84 kJ de uso de energía por parte del arrancador.
84 kilovatios 112 HP está en el extremo inferior de la potencia máxima que puede producir un cuatro cilindros. 84 kilovatios 1 s 84 kJ, lo que significa que nuestra estimación del límite superior de la energía utilizada por el motor de arranque es equivalente a aproximadamente 1 s de un motor de cuatro cilindros al máximo. De hecho, los motores generan este tipo de potencia en la práctica; eso es lo que obtienes cuando estás en la carretera en tu banda de potencia y lo pisas a fondo, lo que podría ser algo razonable al entrar en la carretera en un automóvil pequeño. Si desea saber a cuánto tiempo de inactividad equivale esto, tendría que buscar el consumo de combustible en ralentí, que no es realmente física y no lo sé de memoria.
Finalmente, toda la energía almacenada en la batería es menor que la capacidad de la batería en amperios-hora multiplicada por el voltaje de la batería en voltios. Digo "menos de" porque el voltaje caerá un poco antes de que la batería se agote. Para una batería de 70 Ah a 12 V esto es 840 Wh 3 MJ, que sigue siendo sólo equivalente a 30 s de un motor de 100 kW.
En general, las baterías que encontramos en la vida cotidiana almacenan una pequeña cantidad de energía en comparación con los combustibles fósiles. Por eso ha sido tan difícil hacer un coche eléctrico competitivo. Dile eso al tipo.
Puede encontrar referencias para los números en esta publicación (1) en el manual del propietario de un vehículo y (2) impreso en una batería de automóvil.
En promedio, un automóvil de 4 o 6 cilindros consumirá alrededor de 250 amperios durante 3 segundos para arrancar. Eso resulta ser 0,21 Amp-Hrs.
El alternador de un automóvil puede restaurar fácilmente esa cantidad de energía en 30 segundos con una eficiencia de aproximadamente el 40%. Lo que significa que se necesitan alrededor de 0,52 Amp-Hrs del alternador para recuperar la batería.
La mayoría de los alternadores emiten alrededor de 60 amperios por hora en ralentí o más de 100 amperios por hora cuando funcionan a mayores rpm.
Por lo tanto, arrancar un automóvil requiere aproximadamente el 1% de la energía disponible proveniente del alternador en ralentí. o alrededor del 0,65% al conducir. Entonces, esto muestra que la carga real en la batería y el alternador son insignificantes.
Comparar la diferencia en la energía eléctrica desperdiciada con el combustible desperdiciado al encender un automóvil o al ralentí es dramático. El motor está utilizando una tonelada de energía cada segundo que está funcionando en el orden de 100 kvatios. Apagarlo incluso por un segundo ahorrará una diferencia dramática en el consumo total de energía. Si hizo funcionar el motor durante solo 1 segundo, está hablando de 2,3 amperios por hora (suponiendo que toda esa potencia se compare con una batería de 12 V que produce 100 kvatios).
O si lo compara con 3 segundos de arranque, son 6,95 amperios por hora (motor funcionando durante 3 segundos) frente a 0,52 amperios por hora para recargar después del arranque.
Detener el coche es una obviedad.
EDITAR: Usando los 0.4 gal/hora de Art en reposo para un 2.4L, eso es 1,111 A-Hr de energía en un sistema de 12V. En comparación, eso equivale a 11 baterías automotrices estándar de 12 voltios por hora. Ahora considere que solo necesita alrededor de 0.52 A-Hrs para recargar después de cada arranque, puede ver que estamos hablando de un 0.045% de consumo de energía que equivale a aproximadamente 2 segundos del consumo de combustible del motor en ralentí, mucho menos si está conduciendo. (1.111 A-h = 0,31 A-segundos)
Fuentes/Estimaciones:
Gracias a todos por las buenas respuestas aquí. Llegué aquí buscando algunos datos sobre el problema que tengo con mi viejo Toyota Avensis 2.0TD, que usamos varias veces por semana para viajes de 3-5 minutos. Especialmente en invierno, cualquiera que sea la batería que le ponga, siempre termina descargada/vacía en unas pocas semanas.
De acuerdo con sus respuestas, esto no debería suceder. Soy consciente de que la pregunta aquí era diferente (si la función de inicio/parada realmente ahorra combustible). Solo quería señalar que el sistema start/stop no se puede implementar en CUALQUIER automóvil y no es adecuado para TODOS los usuarios. Para mí y mi viejo Toyota, no funcionaría en absoluto...
Aquí están mis cálculos y medidas:
Lamento desalentar su entusiasmo, pero no soy un estudiante de física sino un electricista comercial, pero tengo mucha experiencia en la instalación de estéreos de automóviles. El primer error que veo de lo que he estado escribiendo es sobre la salida del alternador, que solo puede producir el 10% de su salida nominal en ralentí y ahí es cuando es nuevo, también es un dispositivo mecánico que se desgasta y la eficiencia disminuye a medida que envejece, por lo que en el mundo real, el alternador está bajo una tremenda tensión para recargar la batería del automóvil,hace años me dijeron compre un muy buen mecanico me dijo estas sabias palabras de sabiduria se necesitan al menos 30 minutos de manejo para recargar lo que de 10 a 20 segundos de arranque toma de la bateria y la tecnologia del alternador ha mejorado siempre he recordado que lección también el alternador si necesita recargar a un ritmo más alto tomará más potencia del motor
El siguiente problema es que he tenido experiencia de primera mano y el asesoramiento sobre este tema es la tecnología moderna de baterías con fabricantes de baterías que exigen salidas de arranque en frío cada vez más altas de sus baterías, el resultado es placas de batería cada vez más delgadas, el resultado es que más baterías mueren debido a placas y baterías dobladas. los fabricantes también solo dan una garantía prorrateada en sus baterías, pero todos sabemos que el plomo es un metal tóxico e indeseable, pero en las baterías de los automóviles hasta que puedan encontrar un material mejor, nos quedamos con el uso del plomo. Yuasa ha retrocedido en la tecnología y ahora usa espesor de placa medio, mientras que Bosch ha optado por baterías AGM de material de placa más delgada con diversos grados 's de éxito entonces también es su alternador ECU controlado o controlado de la batería otro nivel de tecnología en mi opinión no tiene sentido, pero también tendría en cuenta una batería de reemplazo cada 3 años más el desgaste del motor de arranque algunos son fáciles de reemplazar y algunos pueden ser muy costosos si tiene en cuenta estos costos en la ecuación, deja de comenzar a funcionar, sí y no, creo que la respuesta no es matemática, sino que depende más de una conducción en el mundo real.
Estar sentado en el tráfico de la autopista durante la autorización de un accidente es una obviedad, pero estar atrapado en una autopista ¿qué sucede si sus ruedas se mueven constantemente a 1 o 2 millas por hora, pero también otros conductores se interponen constantemente en frente de usted? si permitió que se desarrollaran pequeñas brechas, siendo camionero durante diez años de mi vida, puedo dar fe personalmente de la impaciencia y la estupidez de otros conductores, pero en resumen, creo que es más la situación que una fórmula matemática pura
gracias por leer saludos simon
La respuesta elegida como solución ya explica todo, pero es importante tener en cuenta también los costos de reparación.
Si un coche con sistema start/stop resistente puede hacer 10 000 arranques y los costes de reparación son de unos 400 euros para reemplazar los componentes del sistema de arranque, ya son 4 céntimos por arranque (2,5 ml de gasolina a 1,6 €/litro).
Con las suposiciones anteriores, cada arranque no requiere 0,00025 gal EE.UU. sino 0,00066+0,00025 galones, por lo tanto, 0,00091/0,3= 11 segundos (12 segundos con CA).
Faraón