110 หรือ 90? ทำไมการขับเร็วขึ้นถึงทำให้สิ้นเปลืองน้ำมันมากขึ้น?

เนื่องจากแรงต้านอากาศเพิ่มขึ้นตามกำลังสองของความเร็ว การขับด้วยความเร็ว 110 จึงแพงกว่าการขับด้วยความเร็ว 90 อย่างมาก ศัตรูตัวจริงของเชื้อเพลิงก็คือความเร็วนั่นเอง
เนื่องจากแรงต้านอากาศเพิ่มขึ้นตามกำลังสองของความเร็ว การขับด้วยความเร็ว 110 จึงแพงกว่าการขับด้วยความเร็ว 90 อย่างมาก ศัตรูตัวจริงของเชื้อเพลิงก็คือความเร็วนั่นเอง

แชร์หน้านี้

รถยนต์เบนซินส่วนใหญ่จะได้สมรรถนะเชื้อเพลิงที่ดีที่สุดเมื่อวิ่งที่ประมาณ 90 กม./ชม. ต่ำกว่าความเร็วนี้ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์และเกียร์จะต่ำ ส่วนสูงกว่านี้แรงต้านอากาศที่เพิ่มขึ้นแบบกำลังสองจะทำให้การใช้เชื้อเพลิงเพิ่มขึ้น นั่นคือเมื่อความเร็วเพิ่มขึ้น การใช้เชื้อเพลิงจะพุ่งขึ้นตามเส้นโค้งที่ชัน ไม่ใช่แบบเส้นตรง คำถามที่ถูกต้องไม่ใช่ว่า 110 หรือ 90 ดีกว่ากัน แต่คือจุดสมดุลนี้ของรถคุณอยู่ตรงไหน

ประเด็นเด่น

  • แรงต้านอากาศเพิ่มขึ้นตามกำลังสองของความเร็ว ส่วนกำลังที่ต้องใช้เพื่อเอาชนะมันเพิ่มขึ้นตาม กำลังสามของความเร็ว
  • รถเบนซินระดับกลางจะได้ประสิทธิภาพสูงสุดที่ประมาณ 55 mph (ประมาณ 88 กม./ชม.)
  • สูญเสียประสิทธิภาพประมาณ 8% ที่ 65 mph และประมาณ 28% ที่ 80 mph
  • ที่ความเร็ว 100 กม./ชม. แรงต้านทั้งหมดประมาณ 80% มาจากอากาศพลศาสตร์
  • การขับขี่แบบประหยัดในระดับปานกลางช่วยประหยัดเชื้อเพลิงได้เฉลี่ย ประมาณ 15%

ทำไมความสัมพันธ์ระหว่างความเร็วกับการใช้เชื้อเพลิงจึงไม่เป็นเส้นตรง?

Hızı ikiye katladığınızda hava direnci iki kat değil dört kat artar; yakıt faturası da bu karesel sırrı asla affetmez.

แรงต้านหลักที่ต้านการเคลื่อนที่ของรถมีสองอย่าง: แรงต้านการกลิ้ง และแรงต้านอากาศ แรงต้านการกลิ้งเกิดจากการเสียรูปอย่างต่อเนื่องระหว่างยางกับผิวถนน และค่อนข้างคงที่ไม่ค่อยขึ้นกับความเร็ว แต่แรงต้านอากาศมีลักษณะแตกต่างออกไปอย่างสิ้นเชิง: มันเพิ่มขึ้นตามกำลังสองของความเร็ว เมื่อความเร็วเพิ่มเป็นสองเท่า แรงต้านไม่ใช่สองเท่า แต่เป็นสี่เท่า

แต่การเพิ่มขึ้นแบบกำลังสองนี้เป็นเพียงครึ่งหนึ่งของเรื่องราวทั้งหมด กำลังที่จำเป็นเพื่อเอาชนะแรงต้านคือผลคูณของแรงต้านกับความเร็ว กล่าวคือมันแปรผันตามกำลังสามของความเร็ว การเพิ่มความเร็วขึ้น 25% อาจเพิ่มความต้องการเชื้อเพลิงจากปั๊มเกือบสองเท่าได้ เมื่อเครื่องยนต์ต้องผลิตกำลังมากขึ้น ก็หมายถึงการเผาไหม้เชื้อเพลิงมากขึ้นต่อนาที นี่คือรากฐานทางคณิตศาสตร์ของการไต่ขึ้นอย่างชันของเส้นโค้งการใช้เชื้อเพลิง

ลองทำให้เห็นภาพด้วยตัวเลข งานวิจัยพบว่ารถยนต์ที่วิ่งที่ 90 กม./ชม. มีแรงต้านอากาศมากกว่าแรงต้านการกลิ้งกว่าสองเท่า ที่ความเร็วประมาณ 100 กม./ชม. แรงต้านทั้งหมดของรถขนาดกลางมาจากอากาศถึง 80% พลังงานจากเชื้อเพลิง 30-50% สูญเสียไปกับการต้านทานอากาศเพียงอย่างเดียว ในวงจรขับขี่ในเมือง ส่วนแบ่งของอากาศพลศาสตร์ในการใช้เชื้อเพลิงอยู่ที่ประมาณ 20% แต่ในวงจรทางหลวงจะเพิ่มขึ้นเป็นประมาณ 50% - ความขัดแย้งก็คือ การลดความเร็วบนทางหลวงช่วยประหยัดได้มากกว่าในเมืองมาก การลดแรงต้านลง 10% ช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพบนทางหลวงได้ประมาณ 5% แต่ในเมืองเพียงประมาณ 2%

110 หรือ 90 ดีกว่ากัน? ความเร็วที่ประหยัดที่สุดคือจุดสมดุลแบบไหน?

การต่อสู้ของแรงสองฝ่ายนี้สร้างจุดสูงสุดบนเส้นโค้งความเร็ว-ประสิทธิภาพ ที่ความเร็วต่ำมาก ปัญหาไม่ใช่อากาศพลศาสตร์ แต่เป็นประสิทธิภาพเชิงกลที่ต่ำ: เพราะต้องใช้เกียร์ต่ำ คุณจึงต้องใช้รอบเครื่องยนต์สูงต่อกิโลเมตร ภาระของอุปกรณ์เสริมและแรงเสียดทานภายในจึงมีน้ำหนักมากขึ้นตามสัดส่วน ที่ความเร็วสูง แรงต้านอากาศแบบกำลังสองจะกลบทุกอย่าง ความเร็วที่ประหยัดที่สุดคือช่วงที่การสูญเสียทั้งสองอย่างนี้ตัดกัน

ตามข้อมูลของกระทรวงพลังงานสหรัฐฯ รถเบนซินระดับกลางจะได้ประสิทธิภาพสูงสุดในช่วง 55 mph (ประมาณ 88 กม./ชม.) ส่วนรถดีเซลประสิทธิภาพจะเริ่มลดลงอย่างต่อเนื่องตั้งแต่ 45 mph เป็นต้นไป เมื่อเพิ่มเป็น 65 mph ประสิทธิภาพจะลดลงประมาณ 8% และเมื่อเพิ่มเป็น 80 mph จะลดลงประมาณ 28% เมื่อเทียบกับรถที่วิ่งด้วยความเร็วเท่าเดิม รถที่วิ่ง 65 แทนที่จะเป็น 55 mph จะสิ้นเปลืองน้ำมันมากขึ้นถึง 15% ความต่างระหว่าง 110 กม./ชม. กับ 90 กม./ชม. ตรงกับจุดชันของเส้นโค้งนี้พอดี: เครื่องยนต์ที่วิ่งที่ 110 ไม่เพียงแค่เร็วขึ้นเท่านั้น แต่ยังใช้พลังงานต่อชั่วโมงมากขึ้นอย่างเห็นได้ชัดจากความต้องการกำลังที่เพิ่มขึ้นตามอัตราส่วนลูกบาศก์

รถยุคใหม่ที่วิ่งเครื่องเบา ๆ ที่ 100 กม./ชม. บนเกียร์สูงสุดในช่วง 1300-1800 รอบ/นาที ถือว่าอยู่ในช่วงที่มีประสิทธิภาพตามหลักฟิสิกส์ ปัญหาไม่ใช่ว่ารอบเครื่องยังคงเท่าเดิมเมื่อเพิ่มจาก 90 เป็น 110 แต่คือที่รอบเดิมนั้นต้องฉีดน้ำมันมากขึ้นในการจุดระเบิดแต่ละครั้งของทุกกระบอกสูบ เพื่อเอาชนะแรงต้านที่เพิ่มขึ้นตามอัตราส่วนลูกบาศก์

ทำไมความเร็วที่ประหยัดที่สุดของรถแต่ละคันจึงไม่เท่ากัน?

ปัจจัยเดียวที่กำหนดความเร็วเดินทางที่ประหยัดที่สุดไม่ใช่แค่การต้านอากาศ ลักษณะของตัวรถ ไม่ว่าจะเป็นอัตราทดเกียร์ อัตราทดเฟืองท้าย และแผนที่ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ ล้วนเลื่อนจุดนี้ไปมาได้ ด้วยเหตุนี้ กฎทั่วไปอย่าง "ความเร็วที่เหมาะสมสำหรับทุกคนคือ 90" จึงไม่สอดคล้องกับข้อมูลจริงนัก

จำนวนเกียร์และความกว้างของช่วงอัตราทด

หน้าที่ของเกียร์คือการรักษาให้เครื่องยนต์ทำงานอยู่ในช่วงที่มีประสิทธิภาพนานที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ยิ่งมีจำนวนเกียร์มากขึ้นและช่วงอัตราทดยิ่งกว้างขึ้น เครื่องยนต์ก็ยิ่งเดินอยู่ที่รอบต่ำและแผนที่ที่มีประสิทธิภาพได้แม้ในความเร็วสูง เกียร์อัตโนมัติ 7-8 สปีดสามารถวิ่งที่ 110 กม./ชม. ด้วยรอบต่ำกว่าที่รถ 6 สปีดทำได้ในเกียร์สูงสุด ส่วนเกียร์ CVT ให้ข้อได้เปรียบที่คล้ายกันโดยไม่ต้องเปลี่ยนเกียร์ แต่ค้นหาอัตราทดที่เหมาะสมที่สุดอย่างต่อเนื่องตามกำลังที่ต้องการจากเครื่องยนต์ ในเกียร์ที่มีอัตราทด 1:1 จะได้ประสิทธิภาพดีที่สุดเมื่อรอบเครื่องอยู่ภายในช่วงแรงบิด นั่นคือประสิทธิภาพไม่ใช่แค่เรื่องรอบต่ำ แต่เป็นความสัมพันธ์ระหว่างรอบเครื่อง ความเร็ว และช่วงแรงบิด

ลักษณะเครื่องยนต์และแผนที่ประสิทธิภาพ

เครื่องยนต์แต่ละตัวมีแผนที่ BSFC หรืออัตราการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงจำเพาะเชิงเบรก เป็นของตัวเอง ซึ่งเป็นแผนที่เส้นชั้นความสูงที่แสดงว่าเครื่องยนต์ทำงานได้มากที่สุดด้วยเชื้อเพลิงน้อยที่สุดที่รอบ-ภาระใด การเพิ่มความเร็วอาจพาเครื่องยนต์ไปสู่พื้นที่ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นในแผนที่นี้ หรือไปสู่พื้นที่ที่มีประสิทธิภาพน้อยลงก็ได้ ด้วยเหตุนี้ การสมมติว่า "ประสิทธิภาพเครื่องยนต์คงที่" จึงมักไม่ถูกต้อง เครื่องยนต์ดีเซลด้วยลักษณะที่ผลิตแรงบิดสูงที่รอบต่ำ จึงวาดโปรไฟล์ที่ต่างจากเครื่องยนต์เบนซินในเส้นโค้งประสิทธิภาพ-ความเร็ว: การลดลงเริ่มต้นเร็วกว่าแต่นุ่มนวลกว่า คำแนะนำในการเปลี่ยนเกียร์ก็แตกต่างกันด้วยเหตุผลเดียวกัน โดยการเปลี่ยนที่ประมาณ 1500-2000 รอบ/นาที สำหรับดีเซล และ 2000-2500 รอบ/นาที สำหรับเบนซิน ถือว่าสมเหตุสมผล

พื้นที่แรงต้าน: ทุกรายละเอียดจากแรงม้าสู่ตัวถัง

การปรับปรุงทางอากาศพลศาสตร์แบบเดียวกันก็ให้ผลลัพธ์ที่แตกต่างกันมากในรถแต่ละคัน ในรถที่มีสัมประสิทธิ์แรงต้านสูง (เช่น ลดจาก 0.50 เป็น 0.40) ผลกำไรเชิงเปอร์เซ็นต์จะมากกว่าการปรับปรุงที่คล้ายกันของรถที่ตัวถังเพรียวอยู่แล้ว (จาก 0.25 เป็น 0.20) การปรับปรุงเดียวกันอาจให้การประหยัด 5% ที่ 80 mph แต่ลดเหลือ 3% ที่ 60 mph และ 1% ที่ 50 mph ความเร็วที่เหมาะสมที่สุดของรถเกียร์สั้น หนัก และตัวถังกล่อง ย่อมไม่เท่ากับรถซีดานที่ต่ำและใช้เกียร์ยาว

คุณจะหาความเร็วเดินทางที่ประหยัดที่สุดของรถคุณเองได้อย่างไร?

สิ่งสำคัญไม่ใช่ตัวเลขจากโรงงาน แต่คือคาแรกเตอร์จริงของรถคุณ ไม่จำเป็นต้องไปห้องแล็บเพื่อค้นหาสิ่งนี้ ถังเต็มไม่กี่ครั้งและการสังเกตอย่างเป็นระบบก็เพียงพอแล้ว

  • ดูว่ารถวิ่งเรื่อย ๆ ได้ที่ความเร็วเท่าไรในเกียร์สูงสุด: ในเกียร์อัตโนมัติ ให้สังเกตไฟสีส้ม (ตำแหน่งเกียร์) ที่ความเร็วคงที่ ส่วนเกียร์ธรรมดา ให้หาความเร็วคงที่ต่ำสุดที่คุณเข้าเกียร์สูงสุดได้ หากเครื่องยนต์วิ่งได้อย่างสบายในช่วง 1500-2000 rpm แสดงว่าคุณอยู่ในช่วงที่ถูกต้อง
  • วัดการใช้เชื้อเพลิงเฉลี่ยตามระดับความเร็ว: ขับแบบ cruise control ที่ 90, 100 และ 110 กม./ชม. ตามลำดับบนเส้นทางที่ปิดการจราจร ราบเรียบและไร้ลม ขับอย่างน้อย 20-30 นาทีในแต่ละระดับ แล้วจดค่าเฉลี่ยจากคอมพิวเตอร์
  • คำนึงถึงเวลาในการคำนวณด้วย: การเร่งจาก 90 เป็น 110 อาจเพิ่มการใช้เชื้อเพลิง 20-30% แต่แทบไม่ช่วยลดเวลาเดินทางของคุณเลย ให้คำนึงถึงต้นทุนต่อชั่วโมงของระยะทางที่สูญเสียไปด้วย
  • อย่าพยายามลดรอบเครื่องยนต์ต่ำเกินไป: หากรอบต่ำผิดปกติ เครื่องยนต์จะสั่น คุณต้องเหยียบคันเร่งมากขึ้น และสิ่งที่ประหยัดได้ก็หายไป "รอบต่ำสุดไม่ได้แปลว่าใช้เชื้อเพลิงน้อยที่สุดเสมอไป" นี่ไม่ใช่ความจริง

เทคนิคการขับขี่ที่ช่วยลดการใช้เชื้อเพลิงบนทางไกล

การวิ่งที่ความเร็วเหมาะสมเป็นเพียงครึ่งทาง โปรไฟล์ความเร็วก็มีความสำคัญพอ ๆ กับความเร็ว การที่ความเร็วแกว่งไปมาและเร่งซ้ำ ๆ บนทางด่วนอาจเพิ่มการใช้เชื้อเพลิงได้ถึง 30% Cruise control เป็นวิธีที่ประหยัดที่สุดในการกำจัดความแกว่งนี้บนเส้นทางตรง ๆ นอกจากนี้ การขับช้าลงเพียง 5 ไมล์/ชม. จากค่าเฉลี่ยบนทางไกลก็ให้การประหยัดที่สังเกตได้แล้ว

ยางเป็นตัวแปรที่เงียบ แต่ทรงพลัง แรงดันลมยาง ต่ำกว่าค่าแนะนำ 50 kPa ทำให้ประสิทธิภาพลดลงในเมืองประมาณ 6% และบนทางด่วนประมาณ 4% ในทางกลับกัน การเติมลมมากเกินไปแม้จะลดการใช้เชื้อเพลิงได้บ้าง แต่ทำให้ระยะเบรกยาวขึ้นและอายุยางสั้นลง - คำแนะนำที่สมดุลคือใช้ค่าที่ผู้ผลิตกำหนด ยางที่มีแรงต้านการกลิ้งต่ำสามารถลดการใช้เชื้อเพลิงได้ 2.5% ที่ 50 กม./ชม. และ 6% ที่ 90 กม./ชม. ความต่างนี้เพิ่มขึ้นเมื่อความเร็วสูงขึ้น เพราะแม้สัดส่วนของแรงต้านการกลิ้งในภาพรวมจะลดลง แต่พลังงานสัมบูรณ์ที่ประหยัดได้ในแต่ละแรงดันกลับเพิ่มขึ้น ถอดชั้นวางบนหลังคาและกล่องที่ไม่ได้ใช้ออกด้วย: น้ำหนักบนหลังคาเพิ่มพื้นที่ที่เกิดแรงต้านอากาศโดยตรง

ส่วนเทคนิคการเหยียบคันเร่ง: การเหยียบแป้นประมาณสองในสามแทนที่จะเต็มสุด อย่างเป็นเส้นตรง และไม่ยืดการเร่งความเร็วออกไปโดยไม่จำเป็น ให้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุด การมองไปข้างหน้าและลิฟท์คันเร่งแต่เนิ่น ๆ แทนการเบรก ช่วยให้คุณควบคุมความเร็วได้โดยไม่ต้องใช้พลังงานเพิ่ม โดยเฉลี่ย การขับขี่แบบประหยัดอย่างมีวินัยช่วยประหยัดได้ประมาณ 15% และเมื่อทำอย่างถูกต้อง ตัวเลขนี้สามารถสูงกว่านั้นได้อีกมาก

ทำไมค่าในแคตตาล็อกจึงไม่ตรงกับค่าที่ปั๊ม?

ค่าการใช้เชื้อเพลิงทางการเปลี่ยนจาก NEDC มาเป็น WLTP ความเร็วทดสอบเฉลี่ยของ WLTP เพิ่มจาก 33.6 กม./ชม. เป็น 46.5 กม./ชม. หมายความว่าวงจรทดสอบมีความไดนามิกมากขึ้น 38% นี่คือการปรับปรุงที่สมจริง - แต่ไม่ได้ช่วยปิดช่องว่าง การวิเคราะห์คาดการณ์ว่าแม้หลัง WLTP ยังคงมีความคลาดเคลื่อนประมาณ 10-15% ระหว่างค่าทางการกับค่าในโลกจริง ในยุค NEDC ความต่างนี้อยู่ในระดับที่น่าตกใจถึง 39%; รถเบนซิน 37% และดีเซล 38% รถยนต์ไฮบริดคือกลุ่มที่ได้ประโยชน์จากการปรับแต่งนี้มากที่สุด; เมื่อระบบเบรกสร้างพลังงานย้อนกลับช่วยกู้คืนความสูญเสียในการจราจรในเมือง ในรอบความเร็วสูง สัดส่วนของแอโรไดนามิกในความสูญเสียอาจสูงถึง 44%

ผลลัพธ์ในทางปฏิบัติคือ: ค่าที่ระบุในแคตตาล็อกไม่ได้แทนโปรไฟล์การขับขี่บนทางด่วนของคุณที่ 110 กม./ชม. ทั้งที่ชั้นวางของเต็ม เปิดแอร์ และต้องสู้กับลม กำหนดการใช้เชื้อเพลิงในการเดินทางระยะไกลของคุณด้วยการวัดของคุณเอง ไม่ใช่การทดสอบเชิงระบบข้างต้น

บทสรุป: คิดค่าใช้จ่ายจากความสมดุล ไม่ใช่จากความเร็ว

คำถามว่า 110 หรือ 90 ไม่มีคำตอบสากล; แต่มีคำตอบที่แตกต่างกันตามยานพาหนะแต่ละคัน ฟิสิกส์ที่เหมือนกันคือ: แถบความเร็วที่ประหยัดในรถเบนซินส่วนใหญ่จะอยู่ในช่วง 88-100 กม./ชม. ในรถดีเซลจะเริ่มลดลงอย่างนุ่มนวลจากความเร็วต่ำกว่า และจุดสูงสุดที่แท้จริงของแต่ละคันถูกกำหนดโดยอัตราทดเกียร์และแผนที่ของเครื่องยนต์ รถที่วิ่งด้วยรอบเครื่องยนต์สบาย ๆ ในเกียร์สูงสุด รักษาความเร็วคงที่ ตั้งแรงดันลมยางถูกต้อง และปราศจากภาระหนัก - ไม่ว่าจะยี่ห้อใด - อยู่บนด้านที่ถูกต้องของกราฟ เลือกอย่างรู้เท่าทันถึงราคาที่คุณจ่ายจากลูกบาศก์ของกราฟการใช้เชื้อเพลิงในทุก ๆ ชั่วโมงการเดินทางที่ 110

แหล่งอ้างอิง