Oli tuossa juttua vaihteista, pitääkö niitä olla viisi tai kuusi tai useampiakin. Kuitenkin, aloin siitä ihmettelemään yhtä asiaa. Periaatteessa, fysiikan lakien mukaan, massan liikuttaminen paikasta A paikkaan B kuluttaa aina saman määrän energiaa jos olosuhteet ovat samat koko ajan. Näinollen herää kysymys; jos ajan autollani vaikkapa kilometrin tasaista 80km/h, kulutanko silloin vähemmän bensaa jos ajan viidennellä vaihteella kierrokset 2500rpm (tai mitä lie) kun mitä kuluttaisin jos ajaisin samaa nopeutta toisella vaihteella 4500rpm? Tehty työ on sama. Ainut ero mikä mieleeni tulee, on moottorissa tapahtuva liike ja siitä syntyvä lämpöhukka, mikä luonnollisesti on hieman suurempi kakkosella. Onko ero vain tämä? Ja jos on, paljonko asialla mahtaa talodellisessa mielessä olla merkitystä? Säästyykö siis tuosta käytännössä tippaakaan bensaa ja jos, miksi? Käsittääksen moottorin hyötysuhde on jotakuinkin sama, vaihteesta riippumatta? En sitten tiedä toimiiko modernit moottorin niikin, että polttoaineensyöttökin säätyy tilanteen mukaan. Sehän tarkottaisi käytössä että esim. kun kierrokset ovat 3000rpm, moottorin tuottama teho ei ole vakio? Valottakaapa joku asiasta oikeasti tietävä vähän tätä asiaa.
Vaihteista
Pepper
12565
0Äänestä
Muut lukivat myös
Odottaa vastausta
Näihin keskusteluihin ei ole vielä vastattu. Ole ensimmäinen.
Vastaukset 12
Vanhimmat
Useimmissa bensiinimoottoreissa alkaa olla jo melko tasainen vääntökäyrä, mutta taloudellisuuden kannalta parhaat kierrokset ovat siinä 2000 - 3000 välissä. Teho kyllä kasvaa väännön suhteen kertaantuen lähes maksimikierroksiin saakka, mutta hyötysuhde huononee huomattavasti.
Eli joka moottorista on löydettävissä yleensä taloudellisin alue (yleensä vääntökumpareen alkupuolelta, paras vääntö loppupäässä) ja sitten paras tehoalue, joka usein alkaa vääntöhuipusta ja päättyy hieman ennen kierrostenrajoitinta.
Kannattaa etsiä netistä vääntökäyriä tai käydä www.howstuffworks.com saitilla ihmettelemässä moottorien toimintaa...
Dieseleissä em. asiat korostuvat. Niillä tyypillisesti vääntö piikittää heti kierrosalueen alussa ja romahtaa kierrosten noustessa. Välityksien valinnasta tulee näin hyvinkin tarkkaa.
Bensa moottoreissa pitää paikkansa, mutta dieseleiden suhteen ei. Vääntö ei romahda! Minulla on vääntöä yli 300nm vielä 4000rmin esimerkiksi. Hyötysuhde taas ei ole missään suhteessa kierroksiin vaan moottorin ominaisuuksiin. Mutta olet oikeassa siinä että yleisesti ottaen moottori on taloudellisin mitä alempana se kiertää. Tätä hyväksi käyttäen pääsee yleensä parhaimpiin tuloksiin. Tietenkin jokainen ajaja kuulee milloin mennään liian alhaisilla kierroksilla.
Vaihteisto on vääntömomentin muunnin, jonka tehtävänä on mahdollistaa kaikilla ajonopeuksilla moottorin maksimitehon hyödyksi saaminen, näin joskus koulussa opetettiin. Uppoutumatta syvällisemmin fysiikan kaavoihin yritän vääntää helpon mallin:
Moottorin ottama polttoaineen ja ilman seoksen määrä on suoraan verrannollinen pyörintänopeuteen ja näin ollen moottori imee 4500 kierroksella 1,8 kertaisen määrän seosta ja siten myös polttoainetta.
Hyötysuhde taas on parhaimmillaan suurimman väännön kierrosluvulla, nykyautoissa vääntöhuippu on usein laakea ja vaakasuora viiva, dieselissä melko lyhyt. Taloudellisinta kyyti on sen viivan alkupäässä ja tehokkainta viivan matkalla. Tämä selittää myös vaihdemäärän kasvun, kun auton pitää sekä kiihtyä 7 pintaan että kulkea lähes 250 parin tuhannen kierroksen alueella.. alueella, mikä bensaturboissa on tupla, mutta joissa maistuu sitten kakkukin. Oliko riittävän yksinkertaisesti selvitetty?
Edelleen jää alkuperäinen kysymykseni vaille vastausta. Jos väite että moottori 4500 kierroksilla imee 1,8 kertaisen määrän polttoainetta suhteessa 2000 kirrokseen aina, mihin silloin "ylimääräinen" polttoaine kuluu jos siis ajatellaan mainitsemaani tilannetta, jossa yhdellä ja samalla autolla ajetaan kilometri 80km/h mutta eri vaihteilla? Tuntuu uskomattomalta että moinen ero häviäisi vain "harakoille", eli lämpönä ilmaan.
Tee autollasi koe:
aamulla koneen ollessa kylmä lähdet ajamaan 50 km/h suurimmalla
vaihteella, katsot, monenko km päähän ehdit, ennenkö
lämpömittari näyttää koneen lämmenneen normaalilämpöiseksi.
Seuraavana aamuna lähdetkin ajamaan 50 km/h, mutta nyt ykkösvaihteella
(tai kakkosella jos ei ilkeä huudattaa konetta ylikierroksilla).
Kuinka ollakkaan, kone on lämmennyt normaalilämpöön
puolet lyhyemmällä matkalla (tai puolessa ajassa)
Saman olisi nähnyt ajotietokoneen näytöstä,
suurimmalla vaihteella kulutus n. 4 l / 100 km,
ykköstä huudattamalla 8 l / 100km.
Niin että mihin energia katoaa: LÄMMÖKSI.
Hyötysuhde on kaksinkertainen pienillä kierroksilla.
Molemmissa tapauksissahan kone toimii OSAKUORMALLA
eikä tayskuormalla, joka saavutettaisiin KAASU POHJASSA
kivirekeä vetäen.
Sopivilla kierroksilla energia käytetään parhaiten hyväksi, eli energia kuluu parhaalla hyötysuhteella työhön, ei lämmönkehitykseen tai kitkaan. Nopeuden kasvaessa ilmanvastus taas lisää kulutusta, mutta kysehän oli kyllä vakionopeudesta. Eli optimitilanteessa seos on niin laiha, että palaa paljon ilmaa ja vähän pensaa. Taitaa olla minullekkin liian vaikea asia, mutta tuon voisi joku viisas selittää paremmin.
..asia tullut tuossa jo Ekin toimesta melko kansantajuisesti selvitetyksi?
Esimekin tapauksessa tehty työ, mikä vaatii energiaa ei suinkaan ole se yhtäläinen matka samalla nopeudella. Lopputulos toki on sama, mutta momentin muuntimen vuoksi on energian kulutuksen perusteela on tarkasteltava mootorin tekemää työtä ja sehän teki sitä pienellä vaihteella 1,8 kertaisesti. Aivan sama ilmiö, nostatko tynnyrin suoraan lastauslaiturille vai vierittääkö luiskaa pitkin. Sama lopputulos, mutta tehty työ on aivan eri.
Laihaseostekniikkaa tähän sotkematta bensiinimoottorilla optimi seossuhde, stokiometrinen seos, on n. 14:1 eli yhden polttoainekilon polttamiseen käytetään 14 kg ilmaa. Ei se niin vaikeaa ole, eihän?
"..asia tullut tuossa jo Ekin toimesta melko kansantajuisesti selvitetyksi? -- mootorin tekemää työtä ja sehän teki sitä pienellä vaihteella 1,8 kertaisesti."
Ja tämä perustuu ajatukseen, että kulutettu ilma ja kulutettu gaso ovat suoraan sidonnaisia käytettyyn polttoaineeseen? Sanoisin, että tämä pitääkin paikkansa noin likimääräisesti, kun moottoria ei kuristeta. Kun sen tehoja rajoitetaan kaasuläpällä, on selvää, että vastus kaasuläpän kohdalla kasvaa suuremman ilmamäärän pyrkiessä saman aukon läpi. Syntyy alipainetta imusarjaan ja sylinterin täytös heikkenee. Palamisreaktioiden määrä on ehkä 1,8 kertainen, mutta yhdessä palotapahtumassa poltetaan vähemmän polttoaine-ilmaseosta.
Tämän LISÄKSI osakaasulla ajettaessa on mahdollista, että ruiskutuksen ohjaus tai kaasutin 'viisaana' laitteena ymmärtää laihentaa seosta, koska moottorilta ei odoteta vajaakaasulla ajettaessa suurta. Tämä vähentää polttoaineen kulutusta entisestään. Laihentaminen on kuitenkin vähäistä, jos sitä tapahtuu ollenkaan. (Katalysaattori vaikeuttaa tämmöisiä säätötoimenpiteitä.)
Täytöksen huononeminen sylinterissä aiheuttaa enemmän imuvastusta ja vähemmän palavaa ainetta sylinteriin => moottori ei toimi enää yhtä suurella hyötysuhteella.
Mutta täyskaasulla ajettaessa täytös pysyy aina suurena (olettaen, että ilmansuodatin virtaa hyvin). Tällöin voimme olettaa, että 1,8- kertaisilla kierroksilla käytetään 1,8-kertainen määrä ilmaa. Tosin tällöinkin tulee vastaan ruiskutukset/kaasuttimen seoksensäätökäyrät kierrosluvun funktiona, joten polttoainenkulutus ei pysy samalla suoralla. Edellä olevaa oletusta EMME voi käyttää, koska voimmeko ajaa TÄYSKAASULLA kahdeksaakymppiä ja tasanopeudella? Ei ei ei. Ei onnistu kuin Trabantilla.
"Aivan sama ilmiö, nostatko tynnyrin suoraan lastauslaiturille vai vierittääkö luiskaa pitkin. Sama lopputulos, mutta tehty työ on aivan eri."
Käsittääkseni "työ" gravitaatiovoimaa vastaan on tasan sama. Sitten, kun otetaan huomioon lihasten hyötysuhde eri kuormituksilla ja vierimiskitka tynnyriä pyöritettäessä, niin voidaan päätellä kumpi tapa kuluttaa enemmän energiaa. Energiankulutus kuitenkin tuskin tulee ratkaisevaksi asiaksi, koska ihminen ei välttämättä jaksaisi tuottaa riittävää voimaa tynnyrin nostamiseksi tai kokisi sen vähintään rasittavaksi ja epämielyttäväksi.
"Laihaseostekniikkaa tähän sotkematta bensiinimoottorilla optimi seossuhde, stokiometrinen seos, on n. 14:1 eli yhden polttoainekilon polttamiseen käytetään 14 kg ilmaa. Ei se niin vaikeaa ole, eihän?"
Stoikio/stökiömetrinen seossuhde on perin teoreettinen, eikä läheskään optimi, jos tarkastellaan nopeaa palamisreaktiota auton sylinterissä. Bensiinikone mm. antaa eniten tehoa rikkaalla seoksella (lambda noin 0,8) ja taloudellisimmillan se on laihalla (noin 1,2). Mikä on optimi? Se riippuu täysin minkä suhteen me optimoidaan. (Katalysaattori rajoittaa tosin huomattavasti mahdollisuuksia säädellä seossuhdetta kauas arvosta 1,0. Ja lambda 1 tarkoittaa nimenomaan sitä stokiometrista suhdetta.)
Jos stokiometrinen suhde olisi 'optimi', niin mitenkän diesel käy lähes aina lambdoilla >2? Aivan, se johtuu siitä, että polttoaine ruiskutetaan puristamalla kuumennettuun ilmaan, eikä ongelmaksi synny se, että laiha seos palaisi liian hitaasti. Stökiömetristä suhdetta lähestyttäessä diesel alkaa jo savuttaan, vaikkei ole kutsumaasi 'optimia' vielä saavuttanutkaan. Mielestäni optimi on täysin jotakin muuta kuin se suhde mikä on ideaali poltettaessa polttoainetta esim. masuunissa.
Laihaseostekniikan (bensiinimoottorit) idea on, että sylinterissä poltetaan laihaa seosta, mutta sytytystulpan ympärille tuotetaan rikkaampaa seosta eli polttoaineen jakautuminen sylinteriin on epähomogeenista. Tästä seuraa se, että syttymisaika kipinästä palamisreaktion kunnolliseen alkamiseen on huomattavasti lyhyempi kuin kauttaaltaan laihassa seoksessa.
Kas, kun joku jaksaa olla oikein perusteellinen. Kivaa.
Noin kansantajuisesti vielä: Ottomoottorin toiminta on
kutakuinkin parhaan hyötysuhteen antava, kun kaasupetaali
on painettuna noin kaksi kolmasosaa, eli ei aivan lattiaan,
mutta ei mikään pintakaasuasentokaan. Nyt sitten
pitäisi vaan olla portaaton vaihteisto, josta
asetettaisiin sellainen välityssuhde, että kun kaasupoljin on
tuossa asennossa, niin auto kulkisi haluttua nopeutta.
Sepä tarkoittaa vaikkapa 50 km/h nopeudella hirveän harvaa välitystä,
siis moottorin pyörimisnopeutena noin 400 r / min, joka
tavallisella henkilöautomoottorilla ei tule kysymykseen
liian pienen vauhtipyörän takia. Jos vauhtipyörän
hitausmomentti vain olisi riittävä, niin tällä pyörimisnopeudella
ja kaasupolkimen asennolla pa-kulutus olisi minimissä.
Jos siitä sitten vaihteiston välitystä tiuhennetaan, jolloin kone
pyörii nopeammin, samalla tietysti kaasua löysätään, jottei vauhti lisäänny,
niin pa-kulutuspa kasvaa, koska kone ei enää toimi
parhaan hyötysuhteen olosuhteissa.
Mutta ydin jäi epäselväksi, mitä oikein halusit sanoa?
Mikään ei kumonnut Ekin esitystä. Yksinkertaistettuihin selityksiin voi toki joku perjantaipäivän ratoksi kirjoitella mitä tahansa, edes välttämättä ymmärtämättä mitä kirjoittaa. Ihan noihin sinun sepityksiisi: Imusarjan alipaineen aiheuttamat häviöt olivat sangen mielenkiintoinen tekijä. Yleensä puhutaan kansanomaisesti virtausvastuksista ja syvemmin tutkiskellaan virtauslajeja, usein täytöksen parantamiseksi teoreettisesti ihanteellinen laminaarivirtaus muutetaan turbulentiksi. Entäpä ahdettu bensiinimoottori, kierrosten myöstä ahtopaine senkun kasvaa...
Snobbailusi ei mielestäni kumonnut vastausta kysymykseen, miksi auto kuluttaa enemmän polttoainetta pienellä vaihteella ja isoilla kierroksilla.
Ottomoottori muuten antavat suurimman tehon ilmaalimäärällä 0-10% eli lambda-arvolla 1.. 0,9. Taloudellisimmillaan ne ovat lambda-arvolla 1,1 eli 10% ilmaylimäärällä.
Dieselmoottoreista ei kysymyksessä puhuttu, nehän toimivat AINA ilmaylimäärällä ja asia erikseen. Yhteistä kuitenkin on, että kuormitettuna taloudellisin kierrosluku on suurimman väännön kierrosluku; käyrän ollessa tasaiseksi rajattu se on suurimman väännön kierrosalueen alapää.
Todella huvittava oli vastauksesi kohta:
""kulutettu ilma ja kulutettu gaso ovat suoraan sidonnaisia käytettyyn polttoaineeseen? Sanoisin, että tämä pitääkin paikkansa noin likimääräisesti, kun moottoria ei kuristeta.""
Kyllä, mikäli oikein tulkitsin sanan "gaso".
Kappas vaan, löytyikin joku joka oikeasti ymmärtää mistä asiat johtuvat. Lienee asialla diplomi-insinööri tai muu akateeminen tausta? Moni muu vastaajista täällä lulevat tietävänsä miten asia on, mutta eivät oikasti ymmärrä miksi. Siitäpä tuollaiset kommentit tynnyrin-nostamisesta lastauslaiturille, jossa perusteluna pidetään käytännön tuoma kokemus; "onhan se nyt perhana helpompi rullata luiskaa pitkin!".
No, itselläni kun ei ole teknistä taustaa tulkitsen vastauksesi perusteella seuraavan:
80km/h ajettaessa kahdella eri vaihteella, kulutus on pienellä vaihteella suurempi, koska moottori tuottaa enemmän lämpöä -> lämpöhävikkiä, moottorin sisäisen liikkeen lisääntymisen takia. Pyöriin lopullulta siirtyvä teho ei vastauksesi perusteella siis ainoastaan riipu moottorin pyörimisnopeudesta, vaan sylinterissä tapahtuva palamisreoktiokin säätyy? Toisinsanoen moottorin tuottama teho voi vaihdella tilanteen mukaan, vaikka pyörimisnopeus on sama. Sitä kun en tienny...
Kiitos tyhjentävästä vastauksesta.
"Aivan sama ilmiö, nostatko tynnyrin suoraan lastauslaiturille vai vierittääkö luiskaa pitkin. Sama lopputulos, mutta tehty työ on aivan eri." Minä ainakin nostan, jos jaksan, voi siihen vieritykseen mennä enemmän energiaa kun matka on pitempi, samoin aika, ihminenhän kuluttaa enefgiaa myös lepotilassa, samoin auto tyhjäkäynnillä.