Більшість водіїв помилково вважають, що крейсерська швидкість 100 км/год – це золота середина між часом у дорозі та витратою пального. Практика ж показує, що гаманець помітно важчає вже після позначки 85-90 км/год. У цьому матеріалі розібрано, які фізичні та інженерні чинники перетворюють невеликий приріст швидкості на відчутний перерозхід, і чому розмірений рух на 80 км/год може заощадити значно більше, ніж здається на перший погляд.
Звідки береться апетит у двигуна
Будь-який двигун внутрішнього згоряння перетворює хімічну енергію пального на механічну роботу, долаючи низку опорів. Головні з них – опір коченню та аеродинамічний опір. На швидкостях до 50-60 км/год левова частка витраченої потужності йде на деформацію шин і тертя в трансмісії. Щойно стрілка спідометра перетинає 70-80 км/год, сцену захоплює повітря. Його опір зростає квадратично відносно швидкості, і вже на 100 км/год на боротьбу з вітром витрачається більше половини потужності двигуна. Ситуація ускладнюється тим, що потрібна потужність обчислюється як добуток сили опору на швидкість, тобто залежність стає кубічною. Це означає: щоб їхати на 25% швидше, двигун має виробити майже вдвічі більше кінських сил. А більше виробленої потужності – це більше згорілого бензину чи дизпального. Таким чином, мінімальна витрата спостерігається тоді, коли сума опору кочення та опору повітря врівноважуються при обертах двигуна, близьких до зони найвищого коефіцієнта корисної дії. У більшості сучасних легковиків цей баланс припадає саме на діапазон 60-85 км/год.
Повітря, шини та інші невидимі гальма
Аеродинамічні властивості автомобіля визначаються коефіцієнтом лобового опору Cx та площею фронтальної проекції. Для звичайного середньорозмірного седана Cx близько 0,28-0,32, а лобова площа – близько 2,2 м². На 80 км/год сила опору повітря для такого автомобіля складає близько 120 Н, а на 100 км/год вона злітає до 185-190 Н. Різниця у потужності, що витрачається на подолання повітряного бар’єру, ще разючіша: приблизно 4,3 к.с. проти 8,5-9,0 к.с. Тобто двигун має майже вдвічі більший вихід потужності лише на боротьбу з вітром, хоча швидкість зросла всього на чверть. Опір коченню поводиться значно скромніше – залежно від типу шин і тиску він додає до загального гальмування 0,008-0,015 від ваги авто. Але й тут є нюанс: з підвищенням швидкості шини сильніше нагріваються, гістерезисні втрати в гумі збільшуються, і опір коченню теж трохи повзе вгору. У підсумку на 100 км/год сумарна сила, яку має подолати мотор, приблизно на 40-45% більша, ніж на 80 км/год, а витрата пального, відповідно, невблаганно зростає.
На швидкості 80 км/год автомобіль витрачає на подолання опору повітря близько 4-5 кінських сил; при 100 км/год потреба зростає до 9-10 сил, тобто вдвічі, хоча швидкість збільшилась лише на чверть.
Оберти мотора і передачі, які люблять гроші
Пальне згоряє в циліндрах не з однаковою ефективністю на всіх режимах. У кожного двигуна є так звана зона мінімальної питомої витрати пального – діапазон обертів і навантаження, де частка енергії, що перетворилася на корисну роботу, максимальна. Зазвичай ця зона лежить у межах 1800-2500 об/хв для бензинових атмосферників і 1400-2000 об/хв для сучасних турбодизелів. На вищій передачі швидкості 80 км/год якраз відповідають близько 1900-2200 об/хв у більшості легковиків із механікою чи гідромеханікою. Двигун працює з частково відкритою дросельною заслінкою, але навантаження вже достатнє, щоб зменшити насосні втрати. Коли водій розганяється до 100 км/год, оберти зростають до 2400-2800 об/хв. Тут збільшується тертя в двигуні, зростають втрати на привід допоміжних агрегатів, а у бензинових моторів часто починає збагачуватися суміш для запобігання детонації при високих навантаженнях. Як наслідок, двигун виходить із зони найвищого ККД, і кожен кілометр коштує дорожче. Тому навіть за відсутності сильного зустрічного вітру перехід із 80 на 100 км/год майже гарантовано підвищує витрату на 1-2 літри на сотню.
Що кажуть стенди та реальні заїзди
Лабораторні випробування на бігових барабанах дають змогу виключити вітер, рельєф і нерівномірність руху. Дані, отримані для трьох поширених класів автомобілів, наведено нижче.
Середня витрата пального (л/100 км) для різних швидкостей і типів авто
| Швидкість, км/год | Малолітражний хетчбек (1.2 л бензин) | Середньорозмірний седан (2.0 л бензин) | Компактний кросовер (1.5 л турбодизель) |
|---|---|---|---|
| 80 | 4,3 | 5,6 | 5,0 |
| 90 | 4,7 | 6,1 | 5,4 |
| 100 | 5,4 | 6,9 | 6,1 |
Як видно з таблиці, при переході з 80 на 100 км/год витрата збільшується в середньому на 20-25% для бензинових версій і на 18-22% для дизеля. Реальні дорожні заїзди вносять корективи: на рівнинних магістралях за відсутності сильного вітру різниця може бути трохи меншою, але все одно залишається відчутною. Численні тести видань на кшталт Auto Motor und Sport та незалежні вимірювання підтверджують, що найнижчий розхід майже завжди фіксується між 70 і 85 км/год, а далі крива впевнено йде вгору.
Не тільки педаль газу що псує економію
У діапазоні 80-100 км/год на витрату впливають чинники, які на менших швидкостях майже непомітні. Ось основні з них:
- зустрічний вітер силою 10-15 км/год фактично перетворює 100 км/год за спідометром на 110-115 км/год аеродинамічного навантаження, що відчутно піднімає витрату;
- відкриті вікна чи люк збільшують турбулентність і діють як додаткове повітряне гальмо, еквівалентне зростанню Cx на 1-4%;
- багажник на даху, навіть порожній аеродинамічний бокс, здатен збільшити розхід на 10-15% уже на 90 км/год;
- тиск у шинах нижче рекомендованого на 0,3-0,5 бару збільшує опір коченню і додає 2-3% до витрати;
- увімкнений компресор кондиціонера на високих обертах відбирає в мотора 2-3 к.с., що на 80 км/год помітніше, ніж на 100 км/год, бо становить більший відсоток від загальної споживаної потужності;
- часті скидання й набори швидкості навіть у вузькому коридорі змушують систему впорскування реагувати на змінне навантаження і короткочасно подавати збагачену суміш;
- рельєф із чергуванням пологих підйомів і спусків призводить до того, що на 100 км/год двигун частіше виходить на режими відкритої дросельної заслінки, а на 80 км/год запас тяги дає змогу проходити підйоми без примусового збагачення суміші;
- завантаження салону пасажирами та багажем підвищує загальну масу, а разом із нею – і опір коченню, причому на високих швидкостях цей внесок хоч і менш відчутний у відсотках, проте сумарна витрата однаково зростає.
Навіть якщо ізолювати кожен із цих факторів окремо, їхній спільний вплив перетворює, здавалося б, незначне пришвидшення на відчутний удар по паливному бюджету. А якщо маршрут пролягає через пагорбисту місцевість або супроводжується бічним вітром, переплата за швидкість збільшується мультиплікативно.
Коли за кермом стоїть завдання доїхати від точки А до точки Б із найменшими витратами, вибір швидкості стає таким самим інструментом, як і вибір передачі. Аналіз усіх складників – опору повітря, тертя в шинах, передавальних чисел і реальних карт питомої витрати двигунів – однозначно показує, що в коридорі 80-100 км/год паливна ефективність максимальна ближче до нижньої межі. При 80 км/год двигун перебуває в зоні найвищого ККД, аеродинамічний опір ще не відіграє домінантну роль, а трансмісія забезпечує помірні оберти без потреби збагачувати суміш. Підвищення швидкості до 100 км/год призводить до стрімкого зростання потужностних витрат, виходу мотора за оптимальний діапазон обертів і, як наслідок, до цілком передбачуваного збільшення рахунків на заправках. Тому стабільний рух на 80 км/год – це не повільна їзда, а тверезий господарський розрахунок, який при багатокілометрових подорожах обертається десятками зекономлених літрів.