110 还是 90?为什么车速越快油耗越高?

由于空气阻力随速度的平方增长,以110的速度行驶比以90行驶要昂贵得多;燃油的真正敌人正是速度本身.
由于空气阻力随速度的平方增长,以110的速度行驶比以90行驶要昂贵得多;燃油的真正敌人正是速度本身.

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大多数汽油车在大约 90 km/h 左右达到最佳燃油效率;低于此速度时发动机和变速箱效率低下,高于此速度时呈平方增长的风阻则会推高油耗.也就是说,随着速度增加,油耗并非线性上升,而是沿一条陡峭的曲线飙升.正确的问题不是110还是90,而是您的车辆这一平衡点在哪里.

重点摘要

  • 风阻随速度的平方增长,而克服风阻所需的功率则随速度的 立方 增长
  • 中型汽油车在大约 55 mph(约88 km/h) 时达到最佳效率
  • 在65 mph时约损失8%, 在80 mph时约损失28% 的效率
  • 以100 km/h巡航时,总阻力的约 80% 为空气动力学阻力
  • 适度的经济驾驶平均可带来 约15% 的燃油节省

为什么速度与油耗之间的关系不是线性的?

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

推动汽车前进的主要有两种阻力:滚动阻力和风阻.滚动阻力源于轮胎与路面之间持续的变形,大致与速度无关.而风阻则有着截然不同的特性:它随速度的平方增长.速度翻倍,阻力不是翻倍,而是变为四倍.

这里的平方增长只是故事的一半.克服阻力所需的功率是阻力与速度的乘积,也就是说与速度的立方成正比.将速度提高25%,可能使燃油泵的需求几乎翻倍.发动机产生更多功率,意味着每分钟燃烧更多燃油——这正是油耗曲线陡峭上升的数学基础.

让我们用数字具体化.研究表明,以90 km/h巡航的汽车,其空气动力学阻力已超过滚动阻力的两倍.在大约100 km/h时,中型汽车总阻力的80%已经来自空气.燃油能量的30-50%仅用于克服空气动力学损失.在城市工况中,空气动力学占油耗的约20%,而在高速公路工况中则升至约50%——悖论在于,在城市中降低速度比在高速公路上节省更多.减少10%的阻力可将高速公路燃油经济性提升约5%,而城市燃油经济性仅提升约2%.

110还是90?高效巡航速度的平衡点在哪里?

两种力量的博弈在速度-效率曲线上创造了一个峰值点.在极低速度下,问题不在于空气动力学,而在于机械效率低下:由于处于低挡位,每公里需要更高转速,附件负载和内部摩擦占比更大.而在高速时,平方增长的风阻压倒一切.高效巡航速度就是这两种损失相交的区间.

根据美国能源部的数据资料,中型汽油车在大约 55 mph(约88 km/h) 区域内达到峰值;柴油车则从45 mph起效率开始逐渐下降.升至65 mph时效率损失约8%,升至80 mph时约损失28%.与保持相同车速的车辆相比,以65 mph而非55 mph行驶的车辆油耗可多出高达15%.110 km/h与90 km/h之间的差距恰好落在这条陡峭曲线上:以110 km/h行驶的发动机不仅转速更快,而且风阻增加带来的功率需求使其每小时明显消耗更多能量.

现代车辆在轻载、100 km/h巡航状态下,若最高挡位处于 1300–1800 rpm 区间内,从物理上讲就已处于高效区域.问题不在于从90提速到110时转速保持不变,而在于相同转速下,为了克服随车速平方增长的阻力,每次气缸点火都需喷射更多燃油.

为什么每辆车的最高效车速并不相同?

决定高效巡航车速的因素并非只有空气阻力.车辆的特性——变速箱齿比、差速器速比和发动机效率图谱——都会使这一最佳点发生偏移.因此,"对所有人来说90就是理想车速"这类一刀切的规则并不完全符合实际数据.

挡位数量与齿比跨度的宽泛程度

变速箱的任务是让发动机尽可能长时间地保持在高效工作区域内.挡位越多、齿比跨度越宽,发动机即使在高速行驶时也能保持低转速、处于高效图谱区间内.一台七挡或八挡的自动变速箱,可以在比六挡变速箱最高挡更低的转速下实现110 km/h巡航.CVT变速箱则不进行换挡,而是针对所需功率持续寻找最佳传动比,从而提供类似的优势.在1:1传动比的挡位上,只要发动机保持在扭矩区间内,也能获得最佳效率——也就是说,效率并非单纯取决于低转速,而是取决于转速与车速以及扭矩区间之间的关系.

发动机特性与效率图谱

每台发动机都有自己的BSFC——制动比油耗——图谱;这是一张等值线图,显示发动机在哪些转速-负荷组合下能以最少的燃油输出最多的功.提高车速既可能将发动机带入这张图谱中更高效的区域,也可能带入效率更低的区域.因此,"恒定发动机效率"这一假设通常不成立.柴油发动机凭借低转速高扭矩的特性,在效率-车速曲线上呈现出与汽油车不同的轮廓:下降开始得更早,但更为平缓.换挡时机建议也因同样的原因而有所不同——柴油车大约在 1500–2000 rpm,汽油车在 2000–2500 rpm 区间升挡比较合理.

风阻面积:从轮毂到车身的每一处细节

即使是相同的空气动力学改进,在不同车辆上也会产生截然不同的效果.对于风阻系数较高的车辆(例如从0.50降至0.40),其百分比收益要大于本来就流线型的车身(从0.25降至0.20)的类似改进.同样的改进在80英里/小时时可节省5%,在60英里/小时时降至3%,在50英里/小时时降至1%.一辆挡位短、重量大、箱式车身的车辆,其最佳速度不可能与挡位长、车身低矮的轿车相同.

如何找到您自己车辆的高效巡航速度?

重要的不是厂家的数据,而是您车辆的真实特性.要找到它并不需要实验室;几个满箱油和系统的观察就足够了.

  • 观察最高挡位下车辆在什么速度巡航: 在自动变速箱上,以恒定速度观察橙色指示器(挡位显示);在手动挡上,找出能挂入最高挡位的最低恒定速度.发动机 1500–2000 rpm 区间内顺畅巡航而不吃力,就说明您处于正确的区间.
  • 按速度分档测量平均油耗: 在封闭、平坦且无风的路线,用定速巡航依次以90、100和110公里/小时巡航;每个速度档至少行驶20-30分钟,并记录行车电脑的平均值.
  • 把时间因素也纳入计算: 从90提高到110可能使油耗增加20-30%,但并不会显著缩短您的到达时间.要计算每小时的续航损失成本.
  • 不要过度降低转速: 如果转速异常过低,发动机会抖动,您需要更深的油门,最终得不偿失."最低转速并不总是最省油”这句话并不正确.

长途行驶中降低油耗的驾驶技巧

以最佳速度巡航只是完成了一半;速度剖面与速度本身同样具有决定性.高速公路上持续的速度波动和急加速可将燃油消耗 提高至多达30% .定速巡航是在平坦路线上消除这种波动的最廉价方法.此外,在长途行驶中仅比平均速度慢5英里/小时,也能带来可察觉的节省.

轮胎是一个悄无声息却影响巨大的变量.比推荐值 低50 kPa的 胎压会造成市区约6%、高速约4%的效率损失;另一方面,过度充气虽然能在一定程度上降低油耗,但会延长制动距离并缩短轮胎寿命——均衡的建议是使用厂家规定的数值.低滚阻轮胎在50公里/小时时可降低2.5%、90公里/小时时可降低6%的油耗;随着速度增加,这一差距会扩大,因为尽管滚阻在总阻力中的占比下降,但在每个压力水平下所节省的绝对能量都在增加.还要拆除不使用的车顶架和行李箱:车顶负载会直接增大迎风面积.

至于油门踏板技巧:不要踩到底,而是踩到约三分之二处,并呈线性施力,且不要不必要地拖长加速过程,这样才能获得最佳效果.学会提前观察路况,通过提前松油门而不是刹车来接近目标,同样能管理车速而不浪费能量.平均而言,自律的经济驾驶可保持约15%的节省;运用得当的话,这一比例还可以更高.

为什么目录中的数值与泵上的数值不一致?

官方油耗值已从 NEDC 过渡到 WLTP;WLTP 的平均测试速度从 33,6 km/h 提升到 46,5 km/h,也就是说测试循环的动态性提高了 38%.这是一个更贴近现实的改进——但并不能消除差距.分析预测,即使在 WLTP 之后,官方数值与真实世界数值之间仍会存在约 10-15% 的偏差.在 NEDC 时代,这一差距曾高达惊人的 39%;汽油车为 37%,柴油车为 38%.混合动力汽车是这一优化中受益最大的群体;再生制动可回收城市交通中的损耗,而在高速循环中,空气动力学在损耗中的占比可高达 44%.

实际结论是:目录中的数值并不能代表你在高速公路上以 110 km/h 行驶、车顶行李架满载、空调开启、与逆风搏斗时的真实工况.请通过上述系统性测试而不是自己的估算来确定你的长途油耗.

结论:账要按平衡算,而不是按速度算

"110 还是 90"这个问题没有放之四海而皆准的答案;答案因车而异.共同的物理规律是:大多数汽油车的高效巡航区间落在 88-100 km/h 区域,柴油车的平缓下降从更低的速度开始,而每辆车的确切峰值由变速箱齿比和发动机工况图决定.无论什么品牌,只要车辆以最高挡的舒适转速巡航、保持稳定车速、胎压设置正确、摆脱了峰值负荷,它就处于曲线的正确一侧.请明知地选择你在 110 km/h 下行驶的每小时要为油耗曲线的立方所付出的代价.

参考资料