Auton hyötysuhde - kaava jokamiehelle

Seuraa 
Viestejä2278
Liittynyt16.3.2005

------------------------------------
YKSINKERTAISTETTU
BENSA-AJONEUVON HYÖTYSUHDE-KAAVA
MrKAT 5/2008
-------------------------------------

Amatöörikin voi nyt laskea autonsa hyötysuhteen eli kuinka suuren osan bensan energiasta se muuttaa liike-energiaksi.

1) Rekisteri-otteesta "oma massa"+henkilöiden massa -->m [kg]
2) Mittaa bensankulutuksen mittarinäyttämällä 97km/h -->kx [l/100km]
3) Ajaa 107km/h ja laskee vapaaseen rullaukseen käynnistäen sekuntaattorin,
pysäyttää sen kun viisari näyttää 87 km/h. -->aikaero D [s]
4) Nyt voidaan sitten laskeskella:

Ajoneuvon kuluttama teho mittarinopeudella 97 km/h:
A = 277.77*m/2/D [W]
Bensan antama polttoteho:
B = 322.5*25*kx [W]
Ajoneuvon hyötysuhde on
h = A/B.

Sain itse autolle hyötysuhteeksi h=24.6 % ~ 25%.

Homeopatia-skandaali A-talkissa: https://www.youtube.com/watch?v=qXLTz5LhHMU

Sivut

Kommentit (25)

MrKAT
Seuraa 
Viestejä2278
Liittynyt16.3.2005

===================================================
AJONEUVON HYÖTYSUHDE-KAAVA
"Kytkin alas" -menetelmällä
Perusteellisempi versio
(c)MrKAT - 23.5.2008
===================================================

Keksin tavan, jolla amatöörikin voi itse mitata oman kulkupelinsä
hyötysuhteen & tehonkulutuksen. Käymme tässä menetelmää vähän
perusteellisemmin läpi

- I KULUTUSKOE -
- II KYTKINPOHJAAN-KOE -
- III KAAVA -
- IV ESIMERKKI REAALIELÄMÄSTÄ -

I KULUTUSKOE - mitataan auton bensankulutus

a)Nopeudessa mittarilukemin wa ja wb [km/h]
--> kulutukset ka, kb [l/100km]
tai
b)Nopeudessa keskinopeudella wx ~ 1/2(wa+wb) [km/h]
--> keskikulutus kx [l/100km]
tai
c)Nopeudessa wy [km/h], jos wy<>wx, niin normitetaan keskikulutukseksi

--> kx:=ky*wx/wy.

Toteutus mahd. tarkasti:
Otetaan samalla tutulla bensa-asemalla tankki täyteen,
ajetaan 100-200 km vakionopeudella wx valtatietä, tullaan
samaan bensa-asemaan, samalle paikalla auto samaan asentoon ja
otetaan taas tankki täyteen.
Jaetaan käytetty litramäärä ajetulla kilometrilukemalla *100
--> keskikulutus kx [l/100km].

II KYTKINPOHJAAN-KOE
(myös: vaihde vapaalle -koe)

Miten mitata auton liikkeeseensä (ilmanvastuksiin ym) tarvitseman
tehon (eli energiankulutuksen per aika-yksikkö) ? Yksi kaunis päivä sain
neronleimauksen: mitataan se auton omalla massalla ! Pannaan auto vapaalle
ja rullatessaan auto hidastuu ja tämä hidastumis"nopeus" mittaa liiketehon
kun auton massa liike-energia käytetään tähän liiketehoon eli
ilmanvastuksiin ym kitkoihin ja semmoisiin.
Liike-energia aluksi Wa=1/2*m*va^2 ja ajanhetken D
kuluttua auton hidastuttua liike-energiaa on jäljellä enää Wb=1/2*m*vb^2,
erotus Wa-Wb on ajanyksikössä D kulunut liike-energia ja kun teho on
energiaero/aika niin teho-approksimaatioksi tulee:
P = (Wa-Wb)/D eli P = m/2/D*(va*va-vb*vb).
(Myöhemmin P merkitään tässä A:lla.) Tämä kulkupelihän voi olla
periaatteessa mikä tahansa maa- tai vesikulkuneuvo, jossa on hyvä nopeusmittari.

Toteutus:
Suoralla tiellä ajetaan ensin wa (esim 108km/h) ja lasketaan vapaalle, auto
hidastuu 88 km/h:n ja otetaan tuosta aika sekuntaattorilla, mieluimmin
useaan kertaan ja niistä keskiarvo. Koska mittarit on pantu näyttämään tyypillisesti
7-8 km/h yli, niin sekin on huomioitava laskuissa.(Ei tosin juuri merkitystä
hyötysuhteen arvioon mutta auton tehonkulutusarviossa oleellinen).
1)Nopeudessa w>wa auto vapaaseen rullaukseen ja kun w=wa, aletaan ottaa aikaa,

kunnes w<=wb.
2)Toistetaan ja molempiin suuntiin (tuulen, tien nousun ym vaikutuksen
poistamiseksi). Lasketaan ajoista D1,D2,.. keskiarvo
--> keskiarvoinen aikaero D

Ja toteutus mieluiten niin, että toinen olan takana ottaa sekuntaattorilla ja
nopeuksien keskiarvo mahdollisimman lähella I-kohdan kulutuskokeen wx:ää.
Tyynenä iltana tai aamuna hiljaisella suoralla tiellä.

III LASKUKAAVAT

Tunnetaan
m = Rekisteriotteen "oma massa" + henkilöiden paino = auton paino
yhteensä
wa= mittarilukema suuremmalla nopeudella
wb= mittarilukema pienemmällä nopeudella
c = mittarivirhe ~ 7 km/h
kx= bensankulutus keskinopeudella wx (~ keskiarvolla wa:sta ja wb:stä)
D = aika joka kului vapaasti rullaavan auton hidastumiseen wa-->wb
F = Bensan polttoarvo kiloa kohden = 43 MJ/kg
E = Bensan polttoarvo litraa kohden = F*0.75kg/l = 32.25 MJ/l

Lasketaan tosinopeudet [metreiksi/sekunti]
va = 1/3.6*(wa-c)
vb = 1/3.6*(wb-c)
vx = (va+vb)/2

Auton viemä "liiketeho" (keskinopeudella kx)
A = m/2/D*(va*va-vb*vb)

Bensan "polttoteho"
B = E/100000 *(kx*vx) = E/100000*(kx*vx)

Hyötysuhde
h = A/B
=======

IV ESIMERKKI REAALIELÄMÄSTÄ

Mitattuna annetaan:
m = 930 kg
wa = 107 km/h
wb = 87 km/h
ka = 6.9 l/100km mittarinopeudessa ~107km/h
kb = 4.95 l/100km mittarinopeudessa ~87km/h
kx = (6.9+4.95)/2 = 5.925 l/100 km (~tosinopeudessa 90 km/h)
E = 32.25E6 J/l
D = 11.0 s (kahdeksan kytkinpohjaan-kokeen keskiarvona)
c = 7 km/h

Lasketaan:
va = 1/3.6(107-7)=27.777 m/s
vb = 1/3.6(87-7)=22.222 m/s
vx = 25 m/s (=90 km/h)
A = 930/2/11*(27.777^2-22.222^2)= 11 741 W
B = 32.25E6/100000*5.925*25 W = 47 770 W
h = A/B = 11.741kW / 47.77kW = 0.24578

h = 24.6 % ~ 25%
---------=======

joka on erinomainen arvo bensa-autolle. Tosin se heittänee useita %,
kun nuo mittaukset eivät ole kovin tarkkoja, kytkinpohjaan-kokeessani
aika heitteli 10..12s. Samalla muuten nähdään että 90km/h:ssä auton
liikkeen ylläpito vie koko ajan tehoa, pääasiassa ilmanvastukseen, 11.7 kW = 15.8 hp.

Toinen pointti: bensankulutus per 100 km pitäisi olla SUORAAN VERRANNOLLINEN
nopeuteen, jos auton hyötysuhde sisäisesti pysyy vakiona (moottorin kierrosluku
liki samana jne). Tuossa minulla ero on tuplasti liian iso,joten ehkä olenkin ajanut
alinopeutta (rekan perässä) 75km/h ja toisaalta moottoritiellä on lipsahtanut
yli 100km/h:n sateella ja nastoilla (kamalan kauan sitten mitattuja).
Mutta keskiarvon ehkä kuitenkin pitäisi olla oikeansuuntainen.

Kannattaa ajaa hiljempaa, jo 2km/h nopeutta pois 100:n nopeudesta, niin sinulla
bensa on 2% eli 3 senttiä halvempaa mikä lyö monien bensa-etukorttien edut
laudalta... niin mitättömiä ne on..

Kolmas pointti: Auton tehonkulutusta ilmanvastuksiin säätelee ilmanpaine ja lämpötila:
helteellä ja matalapaineella ilma on harvempaa ja kitka pienempi, silloin myös kumi on
tavallisesti joustavampi kuin kovilla pakkasilla..

Homeopatia-skandaali A-talkissa: https://www.youtube.com/watch?v=qXLTz5LhHMU

Vierailija

Hidastuvuustestauksessa kannattaa etsiä sellainen paikka joka on mahdollisimman vaakatasossa, mikä voi olla hyvinkin hankalaa.

Toiseen suuntaan mentäessä hidastuvuus on nopeampi ja toiseen suuntaan mentäessä hitaampi. Kannattaa siis ajaa sama pätkä molempiin suuntiin ja laskea hidastuvuuksien keskiarvo.

Ja mielellään tyynellä ilmalla.

Polttoaineenkulutus ei ole suoraan verrannollinen nopeuteen, sillä ilmanvastuksen aiheuttama kitka on tyyppillisesti vastuussa noin 60% auto polttoaineenkulutuksesta. Tämä nähdään helposti siitä, että autolla on tietty tyhjäkäyntikulutus, jonka se ottaa riippumatta ajonopeudesta ja jonka se tarvitsee pitääkseen itsensä ja apulaitteet käynnissä. Moottorin taloudellisuus, eli hyötysuhde muuttuu myös käyntinopeuden ja kuorman funktiona.

Vierailija

Pane autojen väliin viiskytmetrinen köysi ja vaaka sekä nopeusmittari ja videokamera lukemia kuvaamaan. Sitten tasaisella ja tyynellä kahteen suuntaan mittaamaan vaihtelevalla nopeudella. Henkilövaakalla vipumekanismilla saa likimääräisen arvon. Muuntaa sitten kilot Newtoneiksi ja laskee sopivalla kaavalla.

MrKAT
Seuraa 
Viestejä2278
Liittynyt16.3.2005
tietää
Pane autojen väliin viiskytmetrinen köysi ja vaaka sekä nopeusmittari ja videokamera lukemia kuvaamaan. Sitten tasaisella ja tyynellä kahteen suuntaan mittaamaan vaihtelevalla nopeudella. Henkilövaakalla vipumekanismilla saa likimääräisen arvon. Muuntaa sitten kilot Newtoneiksi ja laskee sopivalla kaavalla.

Tuo ei ole tietystikään niin kätevää kun joutuu rakentelemaan ja toisen auton kuskineen hankkimaan, mutta käynee se noinkin.
Tehonkulutus P = F * v, ja tällä kaavalla arvioisin että autolla 90km/h=25m/s vauhdissa kun tehontarve on 11.7 kW niin F=469N ~ 47 kg pitäisi näyttää vaa'alla.

Homeopatia-skandaali A-talkissa: https://www.youtube.com/watch?v=qXLTz5LhHMU

Vierailija
MrKAT
tietää
Pane autojen väliin viiskytmetrinen köysi ja vaaka sekä nopeusmittari ja videokamera lukemia kuvaamaan. Sitten tasaisella ja tyynellä kahteen suuntaan mittaamaan vaihtelevalla nopeudella. Henkilövaakalla vipumekanismilla saa likimääräisen arvon. Muuntaa sitten kilot Newtoneiksi ja laskee sopivalla kaavalla.

Tuo ei ole tietystikään niin kätevää kun joutuu rakentelemaan ja toisen auton kuskineen hankkimaan, mutta käynee se noinkin.
Tehonkulutus P = F * v, ja tällä kaavalla arvioisin että autolla 90km/h=25m/s vauhdissa kun tehontarve on 11.7 kW niin F=469N ~ 47 kg pitäisi näyttää vaa'alla.
Olin yhteenaikaan vähällä tehdä oman tuulitunnelin. Asia siis kiinnosti paljon. Energiantarve on se pointti, melun, käytettävyyden ja hallittavuuden ym. ohella, miksi se monia kiinnostaa, niin paljon että tekevät asian eteen jotain.
Suositan käyttämään perinteisiä menetelmiä, vaikka voihan sitä kaavoja pyöritellä ja löytää uutta näkökulmaa.

Vierailija

Edellä ajava auto luonnollisesti vaikuttaa takanatulevan hinattavan auton aerodynamiikkaan, eli köydellä vetämällä saa vääriä tuloksia.

Vierailija

Perussääntö on että esteen aiheuttama turbulenssi on 10* sen korkeus (leveys). 50 metriä henkilöautojen välinä riittää tuolla mittaustekniikalla tehtäviin mittauksiin.

Vierailija
tietää
Perussääntö on että esteen aiheuttama turbulenssi on 10* sen korkeus (leveys). 50 metriä henkilöautojen välinä riittää tuolla mittaustekniikalla tehtäviin mittauksiin.



Oiskohan noin.

Eikö nopeudella ole myös merkitystä asiaan, jos ajatellaan että sääntö pätee normaalille maastoesteelle normaalissa tuulessa, ja autot kulkevat 27 m/s eli niiden nopeus vastaa jo hyvinkin myrskytuulta?

Lisäksi ongelmana on, että köysi autojen välissä joustaa ja edellä kulkeva auto nykii takanatulevaa hienoisesti, jolloin tavallisella henkilövaa'alla tuskin saadaan mitään koherenttia lukemaa. Kuskin kaasujalka vaikuttaa olennaisesti tähän mittaukseen, sillä edessä kulkeva auto ei saa kiihtyä eikä hidastua pätkääkään jotta mittaus olisi luotettava.

Minusta paras tapa olisi jos käytössä olisi digitaalinen nopeusmittari tai viisarimittari jossa on riittävän tarkka asteikko että siitä näkee parin numeron tarkkuudella millä nopeudella auto etenee. Sitten asetetaan videokamera kuvaamaan sitä asteikkoa, kiihdytetään vaikkapa 110 kilometrin tuntinopeuteen ja painetaan kytkin pohjaan.

Jälkikäteen voidaan videolta tarkastella tasan mikä nopeus oli milläkin ajanhetkellä ja laskea saaduista tiedoista derivaatta vaikka 100 km/h tuntinopeudelle, josta saadaan melko täsmällinen tieto siitä mikä oli hidastuvuus.

Vierailija
Veikko
Hidastuvuustestauksessa kannattaa etsiä sellainen paikka joka on mahdollisimman vaakatasossa, mikä voi olla hyvinkin hankalaa.

Toiseen suuntaan mentäessä hidastuvuus on nopeampi ja toiseen suuntaan mentäessä hitaampi. Kannattaa siis ajaa sama pätkä molempiin suuntiin ja laskea hidastuvuuksien keskiarvo.

Ja mielellään tyynellä ilmalla.

Polttoaineenkulutus ei ole suoraan verrannollinen nopeuteen, sillä ilmanvastuksen aiheuttama kitka on tyyppillisesti vastuussa noin 60% auto polttoaineenkulutuksesta. Tämä nähdään helposti siitä, että autolla on tietty tyhjäkäyntikulutus, jonka se ottaa riippumatta ajonopeudesta ja jonka se tarvitsee pitääkseen itsensä ja apulaitteet käynnissä. Moottorin taloudellisuus, eli hyötysuhde muuttuu myös käyntinopeuden ja kuorman funktiona.




Vauhti kaksinkertaistuu ja ilmanvastus nelinkertaustuu.

MrKAT
Seuraa 
Viestejä2278
Liittynyt16.3.2005
no_more

Vauhti kaksinkertaistuu ja ilmanvastus nelinkertaustuu.

Vastus F ~ v^2 ja tehontarve P=F*v ~ v^2*v = v^3. eli vauhdin kaksinkertaistuessa tehontarve ilmanvastuksen osalta kahdeksankertaistuu.

Kuitenkin itse väitin aiemmin:
Toinen pointti: bensankulutus per 100 km pitäisi olla SUORAAN VERRANNOLLINEN nopeuteen, jos auton hyötysuhde sisäisesti pysyy vakiona (moottorin kierrosluku liki samana jne)
..ja ihmettelin mittauksieni tuplaeroa tuohon "teoreettiseen" odotukseeni.

Nytköhän se syy selvis, olen ajatellut pitkään harhaisesti tuossa kohden ?
Vauhdin kaksinkertaistuessa tie kyllä liikkuu tuplanopeaan alla mutta jos
tehontarve 8-kertaistuu niin bensantarve kiihtyykin liki 8/2=nelinkertaiseksi eli se bensankulutus per 100 km onkin VERRANNOLLINEN liki nopeuden toiseen potenssiin (?) (jos ilmanvastus on ylivoimainen päävastus).
Tämä aiempi mokani ei kuitenkaan muuta itse laskuja vaan näitä peräpään johtopäätöksiäni.

Huh. Nyt on tuplapotenssiin syytä välttää suuria nopeuksia.. säästää huimasti bensaa..

Homeopatia-skandaali A-talkissa: https://www.youtube.com/watch?v=qXLTz5LhHMU

MrKAT
Seuraa 
Viestejä2278
Liittynyt16.3.2005
MrKAT

Huh. Nyt on tuplapotenssiin syytä välttää suuria nopeuksia.. säästää huimasti bensaa..

Ja tästä jatkona.. jos kansa pakotetaan pudottamaan tienopeutensa 110km/h-->70km/h, niin autoliikenteen polttonesteiden kulutus putoaa 40%-50%:iin nykyisestä (ehkä enemmänkin kun junat ym. muuttuvat houkuttelevammiksi) ja koko valtiomme CO2-kokonaispäästöihin tulee 8-10% vähennys. Sen rinnalla joku hehkulamppujen kieltopelleily on hyttysenininää..

Homeopatia-skandaali A-talkissa: https://www.youtube.com/watch?v=qXLTz5LhHMU

Vierailija

Veikko
Ajattelin kyllä noita asioita ja haluamatta mutkistaa asiaa, jätin mainitsematta.
Suoralla tiellä köysi voi olla pitempikin. Paikaksi sopii lentokenttä hyvin.
Köysi joustaa paljonkin joten nykimistä ei juuri tule, jos tehonmuutokset ovat hitaita. Köysikin (köysinippu) voi olla ohut juuri lisätäkseen joustoa. Veneisiin tehtyjä jousiakin saa köyden väliin.
Viisarivaaka se pitäisi olla että vaikka se värähtelisi, niin videokuvasta näkisi keskiarvon. Fillareista saa nopeusmittareita ja välineistöön, jonka voi sijoittaa vetokoukkuun kiinnitettäväksi, voisi olla mittapyörä.

Vetolaitteen voisi optimoida siten että se olisi miehittämätön ja muodoltaan virtaviivainen ja ohut, jolloin se ei aiheuttaisi pyörrevanaa. Toisaalta mitattava auto voisi olla sen päälläkin...

Vierailija
tietää
Veikko
Ajattelin kyllä noita asioita ja haluamatta mutkistaa asiaa, jätin mainitsematta.
Suoralla tiellä köysi voi olla pitempikin. Paikaksi sopii lentokenttä hyvin.
Köysi joustaa paljonkin joten nykimistä ei juuri tule, jos tehonmuutokset ovat hitaita. Köysikin (köysinippu) voi olla ohut juuri lisätäkseen joustoa. Veneisiin tehtyjä jousiakin saa köyden väliin.
Viisarivaaka se pitäisi olla että vaikka se värähtelisi, niin videokuvasta näkisi keskiarvon. Fillareista saa nopeusmittareita ja välineistöön, jonka voi sijoittaa vetokoukkuun kiinnitettäväksi, voisi olla mittapyörä.

Fillarinmittareissa on toimintona usein nopeusvertailu, joka ilmaisee onko nopeus kiihtyvää vai hidastuvaa. Asian voi ilmaista myös massaan ja jouseen perustuvalla ilmaisimellakin. Asiaa helpottaa se että mittausjärjestely on tietoa keräävä, jolloin eri tilanteiden vertailu onnistuu.

Vetolaitteen voisi optimoida siten että se olisi miehittämätön ja muodoltaan virtaviivainen ja ohut, jolloin se ei aiheuttaisi pyörrevanaa. Toisaalta mitattava auto voisi olla sen päälläkin...

Edit

MrKAT
Seuraa 
Viestejä2278
Liittynyt16.3.2005
tietää
Veikko..
Fillarinmittareissa on toimintona usein nopeusvertailu, joka ilmaisee onko nopeus kiihtyvää vai hidastuvaa. Asian voi ilmaista myös massaan ja jouseen perustuvalla ilmaisimellakin. Asiaa helpottaa se että mittausjärjestely on tietoa keräävä, jolloin eri tilanteiden vertailu onnistuu.

Tuli mieleeni yksi idea..
Kun mulla on ääninauhankäsittelyohjelmia Neron Sountrax, Soundwave ja maailmaltakin saa ilmaisen Audacityn jne joilla pystynee 1/10 000 sekunnin tarkkoihin mittauksiin, niin jos tielle asettaa äänekkäitä maitopurkkeja, pusseja, putkia tms, tai itse mikrofoneja 3-4 kpl niissä, niin niillä pystyisi tietokoneella äänittäen anturoimaan hyvin tarkasti todellisen nopeuden kun auto kulkee niiden yli..
[code:3n3k6h2c]
_______
|_auto__| --> : : : :
a b c d
[/code:3n3k6h2c]
Tai ehkä riittää myös jos kohtisuoraan suht kaukana on tietokone mikrofonin kanssa, mittaa vaan etäisyyserot paukkupusseista a,b,c,d ko. yhteen ainoaan mikrofoniin.. (mulla on niin herkkä äänikorttisysteemi että nappasi puron solinan satojen metrien päästä ja koiran haukun metsän takaa ts. tarkemmin kuin ihmiskorva, niin että herkkyydestä ei varmasti tule uupa).

Homeopatia-skandaali A-talkissa: https://www.youtube.com/watch?v=qXLTz5LhHMU

Sivut

Uusimmat

Suosituimmat