โตโยต้า CAMRY V6 กับ ฮอนด้า ACCORD 2.0T: เครื่องยนต์ใหญ่ ใช้พลังงานน้อยลง เมื่อใช้ความเร็วสูง บนถนน?

คุณขับรถด้วยความเร็ว 140 กม./ชม. บนทางหลวง และสงสัยว่าทำไมเครื่องยนต์เทอร์โบของรถซีดานสมัยใหม่ของคุณถึงกินน้ำมันเหมือนเครื่อง V8 รุ่นเก่า? คำตอบอาจทำให้คุณประหลาดใจ: ที่ความเร็วสูง เครื่องยนต์แบบดูดอากาศเข้าไปโดยตรง (naturally aspirated) อย่างเช่น TOYOTA CAMRY V6 มักจะมีประสิทธิภาพเหนือกว่าเครื่องยนต์ 4 สูบเทอร์โบชาร์จขนาดเล็กอย่าง HONDA ACCORD 2.0T บนทางหลวง

ทำไม Downsizing ถึงทำได้ดีในเมือง แต่ล้มเหลวบนทางหลวง?

ยุคของการทำเครื่องยนต์ให้มีขนาดเล็กลง (downsizing) ครองอุตสาหกรรมยานยนต์เพื่อปฏิบัติตามกฎระเบียบ เช่น Euro 6, CAFE และ Proconve L7 ในบราซิล เครื่องยนต์ขนาดเล็ก เช่น 2.0 เทอร์โบของ Accord ช่วยลดแรงเสียดทานภายในและการสูญเสียจากการปั๊มอากาศในสภาพการจราจรในเมือง ซึ่งเป็นสภาวะการขับขี่ประมาณ 80% ของเวลาทั้งหมด แต่บนทางหลวงที่เปิดโล่ง ด้วยความเร็วที่เกิน 120 กม./ชม. กฎทางฟิสิกส์ได้เปลี่ยนแปลงไปอย่างมาก

แรงต้านอากาศพลศาสตร์เพิ่มขึ้นตาม กำลังสามของความเร็ว เพื่อรักษาระดับความเร็ว 145 กม./ชม. ในรถซีดานขนาดกลาง (ค่าสัมประสิทธิ์แรงต้าน Cd 0.28 และพื้นที่หน้าตัด 2.2 ตร.ม.) คุณต้องการกำลังต่อเนื่องเพียง 60-80 แรงม้าเพื่อเอาชนะแรงต้านอากาศและแรงเสียดทานของล้อ เครื่องยนต์ V6 ขนาด 3.5 ลิตร ให้กำลังนี้ได้อย่างสบาย ๆ โดยหมุนที่ 1,700 รอบต่อนาที (RPM) ในบริเวณแผนที่ BSFC (อัตราการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงจำเพาะ) ที่มีประสิทธิภาพสูงสุด (ประมาณ 230 กรัม/กิโลวัตต์ชั่วโมง)

แต่เทอร์โบชาร์จเจอร์ขนาดเล็กจะต้องเพิ่มแรงดันเพื่อชดเชยความจุน้อยลง ซึ่งส่งผลให้อุณหภูมิไอเสีย (EGT) สูงเกิน 950°C ทำให้เกิด การฉีดเชื้อเพลิงเกินความจำเป็น (Lambda 0.8) ซึ่งเชื้อเพลิงส่วนเกินนี้จะถูกใช้เพื่อระบายความร้อนเทอร์โบ แต่เป็นการสูญเสียพลังงานไปกับไอเสีย ผลลัพธ์คือ? BSFC พุ่งสูงขึ้นเป็น 300+ กรัม/กิโลวัตต์ชั่วโมง ซึ่งกินน้ำมันมากกว่า V6 ที่ทำงานที่สมดุล (Lambda 1)

“ในการทดสอบจริง เครื่องยนต์เทอร์โบที่ทำ downsizing สูญเสียประสิทธิภาพสูงสุดถึง 20% ในขณะเดินทางด้วยความเร็วสูง ในขณะที่เครื่องยนต์แบบดูดอากาศเข้าไปโดยตรงยังคงรักษา Lambda 1 ไว้ได้”

เทคโนโลยีอย่าง EGR ที่ถูกทำให้เย็นลงสามารถช่วยได้ แต่ไม่สามารถขจัดขีดจำกัดด้านความร้อนได้ ในรถ SUV หรือรถกระบะ สถานการณ์จะแย่ลง: ตำนานเทอร์โบที่แพร่หลาย พังทลายลงภายใต้ภาระหนัก

วิทยาศาสตร์ของแผนที่ BSFC และความต้องการพลังงาน

ลองจินตนาการถึงแผนที่ BSFC: เกาะตรงกลางที่มีการใช้พลังงานต่ำที่สุด ใน Accord 2.0T (K20C1, 250 แรงม้า) พื้นที่นี้อยู่ที่ 1,800-2,500 RPM และแรงดัน BMEP 10-15 บาร์ ซึ่งเหมาะสมกับรอบการทดสอบ WLTP แต่เมื่อความเร็วอยู่ที่ 90 ไมล์ต่อชั่วโมง (145 กม./ชม.) ซึ่งต้องการแรงบิดสูง หรือเมื่อต้องเปลี่ยนเกียร์ เครื่องยนต์จะหลุดออกจากเกาะประสิทธิภาพและเข้าสู่โซนที่ใช้เชื้อเพลิงสูงถึง 280 กรัม/กิโลวัตต์ชั่วโมง

ใน Camry V6 (2GR-FKS, 301 แรงม้า) เกาะประสิทธิภาพนี้กว้างกว่า สามารถเข้าถึงโหลดสูงได้โดยไม่ต้องพึ่งพาเทอร์โบ ด้วยเกียร์อัตโนมัติ 8 สปีด (อัตราทดสุดท้าย 2.56:1) ทำให้เครื่องยนต์หมุนที่ 1,700 RPM ที่ความเร็ว 130 กม./ชม. พร้อมแรงบิดตามธรรมชาติที่อุดมสมบูรณ์ สูตรสำคัญ: พลังงานอากาศ = ½ ρ Cd A v³ (ρ=1.225 กก./ม.³) จาก 105 กม./ชม. (35 แรงม้า) ไปยัง 145 กม./ชม. (70 แรงม้า) เทอร์โบต้องทำงานหนัก ในขณะที่ V6 ยังคงผ่อนคลาย

ตารางนี้สรุปได้ว่า: V6 ทำงานในโหมด “หวาน” โดยหลีกเลี่ยงการสูญเสียความร้อน

กรณีศึกษา: Toyota Camry V6 กับ Honda Accord 2.0T บนทางหลวง

ในการแข่งขันระหว่างรถซีดานขนาดกลาง TOYOTA CAMRY XSE V6 เทียบกับ HONDA ACCORD Touring 2.0T ทั้งสองมีคุณสมบัติด้านอากาศพลศาสตร์ที่คล้ายกัน (Cd ~0.28) น้ำหนักใกล้เคียงกัน (1,600 กก.) จากการทดสอบของ Car and Driver ที่ความเร็ว 120 กม./ชม.: Accord ทำได้ 35 ไมล์ต่อแกลลอน (6.7 ลิตร/100 กม.) Camry ทำได้ 32 ไมล์ต่อแกลลอน (7.3 ลิตร/100 กม.) แต่ที่ 145 กม./ชม.? Accord ลดลงเหลือ 28-30 ไมล์ต่อแกลลอน เนื่องจากต้องใช้บูสต์และเชื้อเพลิงส่วนเกิน; Camry ยังคงอยู่ที่ 30-33 ไมล์ต่อแกลลอน

ผู้ใช้งานในบราซิล (BR-116) และสหรัฐอเมริกา (I-95) รายงานว่า: “Camry V6 ทำได้ 11 กม./ลิตร ที่ความเร็วคงที่ 140 กม./ชม.; Accord ต้องการน้ำมันมากกว่าเมื่อต้องเร่งขึ้น” แม้ว่าเกียร์ 10 สปีดของ Accord จะมีอัตราทดที่ยาว (อัตราทดเกียร์ 10 คือ 0.517:1) แต่แรงบิดเทอร์โบจะลดลงในรอบต่ำหากยังไม่มีการบูสต์เต็มที่ ทำให้ต้องเปลี่ยนเกียร์ลงต่ำหรือใช้บูสต์เพิ่ม

ความก้าวหน้า เช่น ระบบฉีดเชื้อเพลิง D-4S ของ Camry (ซึ่งจำลองวัฏจักรแอตกินสัน) ช่วยขยายช่วงประสิทธิภาพที่สมดุล ในขณะที่เทอร์โบของ Accord ที่พัฒนามาจาก Type R นั้นโดดเด่นในการออกตัว แต่กลับกินเชื้อเพลิงที่ความเร็วสูง ข้อมูล EPA ในโลกแห่งความเป็นจริง: Toyota V6 มีประสิทธิภาพเหนือความคาดหมายบนทางหลวง ในขณะที่ Honda เทอร์โบยังคงอ่อนไหวต่อภาระ

สำหรับผู้ที่เดินทางประมาณ 70% บนทางหลวง (ซึ่งเป็นเรื่องปกติในบราซิล) V6 จะชนะด้วยความสม่ำเสมอ หากคุณต้องการ V6 รุ่นใหม่ในรถ SUV ลองดู HONDA PASSPORT TRAILSPORT 2026 ซึ่งมีกำลัง 285 แรงม้าแบบดั้งเดิมสำหรับการขับขี่ทั้งบนถนนและออฟโรด

รถกระบะและ SUV: จุดอ่อนของเทอร์โบขนาดเล็ก

ในรถยนต์ที่มีน้ำหนักมาก ความแตกต่างจะทวีคูณ Ford F-150: V6 EcoBoost 2.7L (325 แรงม้า) เทียบกับ V8 Coyote 5.0L (400 แรงม้า) ที่ความเร็ว 130 กม./ชม. รถกระบะขนาดเต็ม (CdA สูง, น้ำหนัก 3 ตัน) ต้องการกำลังมากกว่า 100 แรงม้า เทอร์โบจะต้องใช้แรงดันอย่างต่อเนื่อง ทำให้ต้องฉีดเชื้อเพลิงอย่างหนัก ในขณะที่ V8 สามารถแล่นฉิวได้อย่างผ่อนคลายที่ 2,000 RPM ด้วยระบบ Active Fuel Management (โหมด V4) ทำอัตราสิ้นเปลืองได้ประมาณ 20 ไมล์ต่อแกลลอน เทียบกับ 18 ไมล์ต่อแกลลอนของเทอร์โบในการทดสอบของ Car and Driver

Chevrolet Silverado: 2.7L I4 เทอร์โบ (310 แรงม้า) เทียบกับ V8 5.3L ตามอัตราส่วน EPA ทางหลวง: เทอร์โบ 18 ไมล์ต่อแกลลอน, V8 21 ไมล์ต่อแกลลอน เหตุผล? เทอร์โบต้องทำงานเกินขีดจำกัด ทำให้ต้องมีการป้องกันความร้อน ในขณะที่ V8 แบบดูดอากาศเข้าไปโดยตรงสามารถสูดอากาศได้อย่างเต็มที่ ในยุโรป BMW 540i (B58 3.0L อินไลน์-6 เทอร์โบ) ทำได้ประมาณ 7 ลิตร/100 กม. ที่ความเร็ว 160 กม./ชม. บน Autobahn; 530i (2.0L B48) ทำได้ยากกว่ามาก

รถกระบะในบราซิล เช่น F-150 และ RAM 1500 ก็แสดงผลเช่นเดียวกัน: เครื่องยนต์ V8 แบบดูดอากาศเข้าไปโดยตรง หรือเทอร์โบขนาดใหญ่ (ไม่ใช่แบบ downsizing สุดโต่ง) ประหยัดกว่าในระยะทางไกล NISSAN FRONTIER PRO-4X เป็นตัวอย่างของการใช้งานออฟโรดที่มีสมรรถนะจริง

• รถซีดาน: V6 มีประสิทธิภาพเท่ากันหรือเหนือกว่าเมื่อความเร็วเกิน 130 กม./ชม.
• รถกระบะ: V8 มีข้อได้เปรียบด้านการประหยัดน้ำมันเชื้อเพลิงประมาณ 15-20% ภายใต้ภาระหนัก
• SUV: รูปทรงอากาศพลศาสตร์ที่ไม่ดี + น้ำหนัก = เทอร์โบเสียเปรียบ

เกียร์อัตโนมัติ (8-10 สปีด) ช่วยได้ทั้งสองแบบ แต่แรงบิดตามธรรมชาติของเครื่องยนต์ที่ใหญ่กว่าช่วยหลีกเลี่ยงการลดเกียร์เมื่อเจอลมปะทะหรือทางลาดชัน ในโลกแห่งความเป็นจริง ความล่าช้าของเทอร์โบและความผันผวนของการใช้พลังงานทำให้ค่าเฉลี่ยต่ำลง การทดสอบ EcoTest ของ ADAC ในเยอรมนี ยืนยันว่าเครื่องยนต์ downsizing มีความแตกต่างจากค่า WLTP มากขึ้นเมื่อใช้ความเร็วสูง

ข้อสรุปในทางปฏิบัติ: สำหรับการเดินทางในเมือง เครื่องยนต์เทอร์โบขนาดเล็กลงยังคงครองตำแหน่ง แต่สำหรับทางหลวง (เช่น ในบราซิล, I-95, หรือ Autobahn) เครื่องยนต์ V6/V8 แบบดูดอากาศเข้าไปโดยตรง หรือเทอร์โบขนาดใหญ่ (เช่น BMW B58) ให้ทั้งประสิทธิภาพการประหยัดน้ำมันที่แท้จริงและความทนทานทางวิศวกรรม การปฏิบัติตามกฎระเบียบปรับปรุงได้ดีในห้องปฏิบัติการ แต่ฟิสิกส์อยู่บนถนน เลือกตามโปรไฟล์การใช้งานของคุณ – แล้วทดสอบด้วยตัวคุณเอง!

Facebook X Threads VK WhatsApp LINE WeChat

×

微信分享

打开微信，扫描下方二维码。