Elbil, förbränningsbil - vad skiljer motorerna avs verkningsgrad etc
ICE vs EV
Det jag kommer att skriva känner förstås en massa människor till, mer eller mindre på djupet.
Men jag tror nog också att det finns de som inte alls har en aning om detta, så jag drar igång denna tråd nu.
Passar väl bra just nu, då det försiggår en anings förvirrad diskussion i en annan tråd, där denna tråd kanske kan hjälpa till att reda ut något i alla fall.
Jag tänker här diskutera lite skillnaden mellan en förbränningsmotor och elmotor i bil, och det som de flesta elbilsägare har lagt märke till, att högre hastighet straffar sig mer än när man hade sin ICE-bil tidigare.
Jag kommer använda begreppet ”arbete” ibland, och då menar jag fysikaliskt arbete, dvs inom fysisk mekaniks mening. En bil som kör rakt fram på en väg uträttar inget arbete, förutom det som behövs för att övervinna luftmotstånd och olika slags friktion, men om den accelererar eller kör i uppförsbacke så utförs ett arbete.
Det jag kommer att skriva känner förstås en massa människor till, mer eller mindre på djupet.
Men jag tror nog också att det finns de som inte alls har en aning om detta, så jag drar igång denna tråd nu.
Passar väl bra just nu, då det försiggår en anings förvirrad diskussion i en annan tråd, där denna tråd kanske kan hjälpa till att reda ut något i alla fall.
Jag tänker här diskutera lite skillnaden mellan en förbränningsmotor och elmotor i bil, och det som de flesta elbilsägare har lagt märke till, att högre hastighet straffar sig mer än när man hade sin ICE-bil tidigare.
Jag kommer använda begreppet ”arbete” ibland, och då menar jag fysikaliskt arbete, dvs inom fysisk mekaniks mening. En bil som kör rakt fram på en väg uträttar inget arbete, förutom det som behövs för att övervinna luftmotstånd och olika slags friktion, men om den accelererar eller kör i uppförsbacke så utförs ett arbete.
Om jag börjar med förbränningsmotorn (även ICE = Internal Combustion Engine) så finns det gott om diagram (maps) som visar motorns verkningsgrad.
För det mesta är inte verkningsgrad angiven, utan det brukar vara angivet bränsleförbrukning i någon kombinerad enhet, t.ex. gram/kWh, eller liter/timme osv.
Här har vi ett ganska bra.
En 1.9 liters motor från GM
Här är det angivet bränsleförbrukning i gr/kWh, och lite förbryllande så är det röda området alltså det mest energieffektiva.
Vidare så har vi vridmoment på y-axeln, varvtal på x-axel, kurvor som visar max effekt, och tydligen har motorn en maxeffekt på 124 hk.
Sedan är det 4 st kurvor inplottade som visar vridmomentet vid 100%, last och 75, 50 och 25% dellast (tror jag, det kanske kan vara procent av öppet spjäll eller något annat liknande)
Även om man tittar på andra, så är de liknande:
Ungefär samma med diesel, här VW 1,9 TDI
För det mesta är inte verkningsgrad angiven, utan det brukar vara angivet bränsleförbrukning i någon kombinerad enhet, t.ex. gram/kWh, eller liter/timme osv.
Här har vi ett ganska bra.
En 1.9 liters motor från GM
Här är det angivet bränsleförbrukning i gr/kWh, och lite förbryllande så är det röda området alltså det mest energieffektiva.
Vidare så har vi vridmoment på y-axeln, varvtal på x-axel, kurvor som visar max effekt, och tydligen har motorn en maxeffekt på 124 hk.
Sedan är det 4 st kurvor inplottade som visar vridmomentet vid 100%, last och 75, 50 och 25% dellast (tror jag, det kanske kan vara procent av öppet spjäll eller något annat liknande)
Även om man tittar på andra, så är de liknande:
Ungefär samma med diesel, här VW 1,9 TDI
Vad innebär detta då.
Då vi vill få motorn att skapa så mycket arbete som möjligt av det bränsle som vi stoppar in, så får vi alltså mest bang for the buck om vi håller ett varvtal på runt 2-3000 rpm (diesel lite lägre än bensin) och samtidigt tar ut ett högt vridmoment.
Därför ser råden vid eco-driving ut som de gör, accelerera hårt, men inte med full gas, håll dig mellan 1500 och 3500 rpm.
Det syftar helt enkelt på att ligga vid punkten för störst verkningsgrad.
Sen när accelerationen är klar, då kan man inte göra så mycket mer smart, utan bara i med en hög växel så rpm är lågt, men inte under 1000-1500 typ.
Men om man höjer hastigheten, då ökar arbetet i form av luftmotstånd kraftigt, och i rullmotstånd och annan friktion måttligt (luftmotståndet ökar i kvadrat på hastigheten) och då kommer bilen förstås dra mer, men samtidigt ökar verkningsgraden för bränslets omvandling till arbete, så bränsletörsten ökar faktiskt inte linjärt med arbetet som motorn levererar.
Så med högre hastighet så får man en fördel som delvis balanserar nackdelen med att behöva utföra mer arbete. Det är samma med att dra tungt släp osv, saker som kräver högre vridmoment från motorn, och samtidigt förbättrar verkningsgraden (eg bättre område med högre verkningsgrad)
Det är ju såklart detta som gör att bilar med små motorer är mer bränslesnåla, den motorn jobbar mer i området med högre bränsleverkningsgrad, än en stor stark motor som mer håller sig längst ner i dessa mappar.
Då vi vill få motorn att skapa så mycket arbete som möjligt av det bränsle som vi stoppar in, så får vi alltså mest bang for the buck om vi håller ett varvtal på runt 2-3000 rpm (diesel lite lägre än bensin) och samtidigt tar ut ett högt vridmoment.
Därför ser råden vid eco-driving ut som de gör, accelerera hårt, men inte med full gas, håll dig mellan 1500 och 3500 rpm.
Det syftar helt enkelt på att ligga vid punkten för störst verkningsgrad.
Sen när accelerationen är klar, då kan man inte göra så mycket mer smart, utan bara i med en hög växel så rpm är lågt, men inte under 1000-1500 typ.
Men om man höjer hastigheten, då ökar arbetet i form av luftmotstånd kraftigt, och i rullmotstånd och annan friktion måttligt (luftmotståndet ökar i kvadrat på hastigheten) och då kommer bilen förstås dra mer, men samtidigt ökar verkningsgraden för bränslets omvandling till arbete, så bränsletörsten ökar faktiskt inte linjärt med arbetet som motorn levererar.
Så med högre hastighet så får man en fördel som delvis balanserar nackdelen med att behöva utföra mer arbete. Det är samma med att dra tungt släp osv, saker som kräver högre vridmoment från motorn, och samtidigt förbättrar verkningsgraden (eg bättre område med högre verkningsgrad)
Det är ju såklart detta som gör att bilar med små motorer är mer bränslesnåla, den motorn jobbar mer i området med högre bränsleverkningsgrad, än en stor stark motor som mer håller sig längst ner i dessa mappar.
Om vi istället kikar på EV, elbilsmotorn, så har de mer en map som ser ut såhär.
Då ser vi att verkningsgraden är ”i stort sett” samma inom hela området som vi använder.
Och det finns ingen vinst med att öka mängden arbete för att öka vridmomentet för att därigenom få bättre verkningsgrad.
Så när man kör elbil så slår det ökande arbetet för att öka hastigheten direkt och rakt linjärt på elförbrukningen, vilket det alltså inte gör med en ICE.
Varför mappen för elmotorn ser ut såhär, denna skidbacke på högra sidan, är för att vid ökande varvtal så avtar fältmagnetiseringen i motorn, motorn har (ungefär) samma effekt hela vägen, men det betyder då alltså att vridmomentet sjunker (effekt = vridmoment * varvtal).
Då ser vi att verkningsgraden är ”i stort sett” samma inom hela området som vi använder.
Och det finns ingen vinst med att öka mängden arbete för att öka vridmomentet för att därigenom få bättre verkningsgrad.
Så när man kör elbil så slår det ökande arbetet för att öka hastigheten direkt och rakt linjärt på elförbrukningen, vilket det alltså inte gör med en ICE.
Varför mappen för elmotorn ser ut såhär, denna skidbacke på högra sidan, är för att vid ökande varvtal så avtar fältmagnetiseringen i motorn, motorn har (ungefär) samma effekt hela vägen, men det betyder då alltså att vridmomentet sjunker (effekt = vridmoment * varvtal).
Redigerat:
Slagvolym ger betydligt mer påverkan vid låglast på en Ottomotor än i en Diesel.Mikael_L skrev:
Så det är inte storleken generellt som avgör (utom för vissa friktionsförluster då men de stora skillnaderna är termodynamiska och beroende på andra saker.
Bra att du startar denna tråden, att reda ut ett o annat här är bra.
Vill egentligen bara tillägga här att de förluster som är störst kommer på en Ottomotor av pumpförluster. Det är främst de som blir när insugningsluften tvingas förbi ett delvis stängt gasspjäll.
Man kan rätt lätt lista ut att om man öppnar spjället mer så minskar Ottomotorns största förbrukningsnackdel, dellastförbrukningen.
Vi har i decennier försökt komma runt detta genom att dels krympa motorer (mindre motor måste köras oftare med mer öppet spjäll), dels andra sätt att göra motorn svagare än just att strypa den med ett spjäll. Det man kan göra att att blanda ut insugsblandningen med avgaser, EGR. Det sänker samtidigt NOx-bildning. Tyvärr orkar inte motorerna med för mkt EGR utan att börja gå ojämnt o misstända så man kan inte nå speciellt långt, kanske max 10-20% EGR på en vanlig Otto.
Sedan kan man köra motorn magert. Det är tyvärr rätt svårt med ett bränsle som bensin, som har usel magertålighet.
Det finns många motorer idag som har direktinspruting och det beror på försöken att få till en iaf vid vissa driftsfall, mager blandning. (En antändningsbar blandning nära stiftet och magrare utanför.
Med andra bränslen som Metan, Metanol och Etanol går det betydligt bättre.
En motor som helt ut drar nytta av magertåligheten i bränslet kan bli snålare än en diesel.
Tyvärr har ingen tillverkare så vitt jag vet gått in på den vägen, frågan om bränslebyte är ju komplicerad och hotar ju tydligt oljeekonomin med alla dess intressen.
(Det vi fick en tid i Sverige var snabbkonverterade bensinmotorer som kunde ställa upp bränslemngden till lambda 1 även med Etanol i tanken) (Det kan egentligen alla bilar med lambdasond men det ligger mjukvarumässiga begränsningar i de flesta för att man ska kunna göra diagnos bättre och indikera vissa fel)
Diesel då? Den uppfanns en gång för att få ut mer effekt.
När miljökonsekvenser som främst sot blev kända infördes dock snabbt rökgasgränser så att man inte kan mata på hur mkt man vill (som en del turbo-dieslar vi ser i vissa "klintel" har kringått).
Resultatet blev att Dieslar utan turbo måste få större slagvolym för att ge samma vridmoment som en Ottomotor.
Det är inget större problem för effektiviteten att öka slagvolymen på en Diesel för den går nämligen magert när den går på låglast. Något strypande gasspjäll behövs inte för att reglera den.
Däremot har Dieseln mer friktion pga högre tryck då man måste ha högt kompressionsförhållande (iofs bra för effektiviteten rent termodynamiskt), och mer turbulens innan och under förbränningen.
Detta med turbulens gör att en Diesel är mkt känsligare och har ett smalare fönster den kan fungera effektivt o någorlunda rent inom.
Det är alltså inte bara mekaniska masskrafter som begränsar maxvarv i en Diesel, den hade gått speciellt bra på 6000 rpm ändå.
Fördelen med Diesel är alltså istället att den är mkt bra på att gå med lätt last i krypkörning. Och eftersom trafiken mer liknar det, än ett F1-lopp, så blir Dieseln den effektivare motorn om man jämför med en Ottomotor som går på BENSIN.
Alltså inte på andra bränslen.
Dieselns nackdelar är att den fungerar i ett smalare varvtalsområde och därmed kräver fler växlar i lådan, eller en begränsad toppfart. Effektiviteten i en diesel på höga varv är rätt usel, det är mkt turbulens som jag förklarat och det fungerar illa på höga varv.
Samt emissionerna, främst NOx pga högre tryck o temp under själva förbränningen, samt på senare tid PM2.5 partiklar som är så små att de tar sig långt in i tex blodet på människor. Det är dessutom farliga partiklar, kolväten som PAH o liknande.
Sedan är Dieseln tyngre o dyrare att bygga pga de högre trycken.
(Jag går inte ens in på alla moderna problem med dieselavgasreningssystem som går sönder och sedan programmeras bort...)
Slutsatsen är att Otto har minst nackdelar, är obegränsad närmast varvtalsmässigt, och med rätt bränsle som man magerkör, faktiskt är snålast. Samt billigare att bygga och avgasrena.
Men ungefär här så tog elektrifieringen fart, se det kommer vi nog aldrig att få uppleva annat än i hemmabyggen.
Redigerat:
Jag kan ju även ta skillnaden mellan motorerna när arbetet är negativt, dvs motorbroms.
När det gäller ICE så kan man som mest strypa bränsletillförseln. Och det är ju bra, att åtminstone inte använda bränsle då.
Med elbilen så återvinner man däremot bränsle, omvandlar det negativa arbetet till nytt bränsle, genom att använda motorn som generator och ladda batteriet.
Fördelen är mest tydlig i stadskörning då det är ryckig körning.
OK, detta inlägg var ingen kioskvältare - jag vet.
När det gäller ICE så kan man som mest strypa bränsletillförseln. Och det är ju bra, att åtminstone inte använda bränsle då.
Med elbilen så återvinner man däremot bränsle, omvandlar det negativa arbetet till nytt bränsle, genom att använda motorn som generator och ladda batteriet.
Fördelen är mest tydlig i stadskörning då det är ryckig körning.
OK, detta inlägg var ingen kioskvältare - jag vet.
Att bilarna drar mer på vintern ...
Är det endast p.g.a högre densitet på luften?
https://cms.almedalsgolv.se/wp-content/uploads/2020/09/hx-diagram_2016-sv.pdf
Är det endast p.g.a högre densitet på luften?
https://cms.almedalsgolv.se/wp-content/uploads/2020/09/hx-diagram_2016-sv.pdf
Jag är väldigt nyfiken på att testa en elbil i mitt körmönster i jobbet.
Dieseln är ju väldigt konsekvent, jag tankar 60 liter och kommer 70 mil, det slår på nån mil +/- på det blandande körandet jag har, nån långresa på bara motorväg kan slå på några liter till.
En liten fundering jag har är det här med % som används för att berätta hur mycket batteri det finns kvar, känns som lite diffust när man vet hur ett vanligt batteri fungerar, 100-50 är ju mer än 50-0, i diesel/bensintanken är det ju precis lika mycket, 50 liter är 50 liter, halv tank är halv tank. Nu kör man varken el eller bränslebil till 0, men vi ponerar att elbilen har 100% jag kör till 90% och kom 10 mil.
Kommer jag 10 mil på 15-5% ??
Dieseln är ju väldigt konsekvent, jag tankar 60 liter och kommer 70 mil, det slår på nån mil +/- på det blandande körandet jag har, nån långresa på bara motorväg kan slå på några liter till.
En liten fundering jag har är det här med % som används för att berätta hur mycket batteri det finns kvar, känns som lite diffust när man vet hur ett vanligt batteri fungerar, 100-50 är ju mer än 50-0, i diesel/bensintanken är det ju precis lika mycket, 50 liter är 50 liter, halv tank är halv tank. Nu kör man varken el eller bränslebil till 0, men vi ponerar att elbilen har 100% jag kör till 90% och kom 10 mil.
Kommer jag 10 mil på 15-5% ??
Jag har bara haft 2 elbilar, men båda var rätt OK linjära på batterimätaren.
Med 25% så var det 25% kvar, med 50% stämde det med 50% osv.
Helt enkelt stämde det rätt bra, med den jag kör nu räknar jag alltid kallt med 5% = 1 mil (förutom när jag vet att det inte riktigt stämmer, dvs på vintern, med värme på, kanske snöslask på vägen som ger lite mer rullmotstånd) på sommaren är det lite bättre, men 5% = 1 mil är ändå bra att räkna med.
Den jag kör nu tycker jag är lite olinjär vid 100%, dvs det går ner lite fortare till 95% än sen mellan 95% och 90%.
Det som däremot suger (troligen på alla elbilar) är gissometern, dvs siffran som gissar fram hur långt man kan köra tills det är slut.
Den påverkas så väldigt mycket av hur man nyss har kört, och kan visa rätt så galet.
Nä, jag kollar helt enkelt batteriprocenten, sen kör jag med 1mil=5% och lägger till eller drar bort lite ifall jag vet att det är sådan körning jag har framför mig, vet jag att det är stadskörning och liknande, max 70km/h osv, så kan jag lägga på extra körsträcka, är det vinter osv, så drar jag av lite.
Med 25% så var det 25% kvar, med 50% stämde det med 50% osv.
Helt enkelt stämde det rätt bra, med den jag kör nu räknar jag alltid kallt med 5% = 1 mil (förutom när jag vet att det inte riktigt stämmer, dvs på vintern, med värme på, kanske snöslask på vägen som ger lite mer rullmotstånd) på sommaren är det lite bättre, men 5% = 1 mil är ändå bra att räkna med.
Den jag kör nu tycker jag är lite olinjär vid 100%, dvs det går ner lite fortare till 95% än sen mellan 95% och 90%.
Det som däremot suger (troligen på alla elbilar) är gissometern, dvs siffran som gissar fram hur långt man kan köra tills det är slut.
Den påverkas så väldigt mycket av hur man nyss har kört, och kan visa rätt så galet.
Nä, jag kollar helt enkelt batteriprocenten, sen kör jag med 1mil=5% och lägger till eller drar bort lite ifall jag vet att det är sådan körning jag har framför mig, vet jag att det är stadskörning och liknande, max 70km/h osv, så kan jag lägga på extra körsträcka, är det vinter osv, så drar jag av lite.
Vad gäller Eco-driving så tyckte jag att man kunde trixa en hel del med ICE-bilen.
Jag körde sällan med farthållaren då jag kunde köra mer oekonomiskt utan.
T.ex. drar farthållaren på i motlut och oftare än man tror går det över i motorbroms i nedlutet på andra sidan krönet. Här är det bättre att sacka lite på väg upp och öka hastigheten något på vägen ner (inte mycket, bara så man slipper gå in i motorbroms).
Sen det där med att gasa upp till önskad hastighet, och sen när man är stabilt i den önskade hastigheten släppa ytterst lite till på gasen, hastigheten behålls, men förbrukningen minskar, jag har alltid antagit att jag lyckas få motorn att gå lite magrare.
Ja diverse saker som man kan påverka, förutom det där med att gasa ordentligt, men inte fullt, vid acc.
Men sen när jag har hamnat i elbil, så ärligt talat, jag tycker inget alls funkar, inget annat än att helt enkelt sänka hastigheten.
Det är klart, en liten vinst lär det ju vara att inte i nerförsbackar låta bilen motorbromsa, utan hellre öka hastigheten lite. Visst, elbilen laddar ju då, men det lär ju ändå finnas en verkningsgrad på både laddningen och sen uttaget av energin igen, så lite bättre att försöka undvika.
Nä, ecodriving i elbilen funkar så dåligt för mig att jag numera väldigt ofta bara kör på farthållaren, det finns alltför lite att vinna på att försöka med något annat.
Jag körde sällan med farthållaren då jag kunde köra mer oekonomiskt utan.
T.ex. drar farthållaren på i motlut och oftare än man tror går det över i motorbroms i nedlutet på andra sidan krönet. Här är det bättre att sacka lite på väg upp och öka hastigheten något på vägen ner (inte mycket, bara så man slipper gå in i motorbroms).
Sen det där med att gasa upp till önskad hastighet, och sen när man är stabilt i den önskade hastigheten släppa ytterst lite till på gasen, hastigheten behålls, men förbrukningen minskar, jag har alltid antagit att jag lyckas få motorn att gå lite magrare.
Ja diverse saker som man kan påverka, förutom det där med att gasa ordentligt, men inte fullt, vid acc.
Men sen när jag har hamnat i elbil, så ärligt talat, jag tycker inget alls funkar, inget annat än att helt enkelt sänka hastigheten.
Det är klart, en liten vinst lär det ju vara att inte i nerförsbackar låta bilen motorbromsa, utan hellre öka hastigheten lite. Visst, elbilen laddar ju då, men det lär ju ändå finnas en verkningsgrad på både laddningen och sen uttaget av energin igen, så lite bättre att försöka undvika.
Nä, ecodriving i elbilen funkar så dåligt för mig att jag numera väldigt ofta bara kör på farthållaren, det finns alltför lite att vinna på att försöka med något annat.
Intygar på den, framförallt när man kört något halvår, bilen gör även skillnad på släp och utan släp och gissar ganska bra även med släp (förutsatt att man kör samma släp ungefär lika lastat). Här ligger Tesla ännu före konkurenterna, navigation/laddningplanering är i en klass för sig och gör det väldigt enkelt att köra elbil.A ajn82 skrev:
Cruise är dåligt i backig terräng om den inte utnyttjar svackor utan drar ner farten så fort det blir minsta nedförsbacke.
De bästa moderna låter farten variera lite mer.
Min gamla Volvo V70 med automat har motsvarande idiotprogammering, så snart minsta uppförslut så inbillade sig människan att 170 hk inte skulle orka hålla farten utan att växla ned. Just i det läget där motorn kunde få jobba lite mer effektivt med mer öppet gasspjäll, då ska det växlas ner för att återställa den relativt dåliga effektiviteten...
Inte ens om jag gasar själv så lyckas jag sällan undvika en nedväxling, o än värre blir det ju med släp.
Inte undra på att Volvos automater dricker soppa 10% extra jfrt med en normal förare i en manuell bli som givetvis inte sitter och växlar ner för minsta motlut.
Hmm, var kom o'et ifrån?
Skulle ju stått ekonomiskt ...