อ่านกันเล่นๆเผื่อใช้ประโยชน์ได้
ภาควิชาวิศวกรรมยานยนต์ มหาวิทยาลัยสยาม
แรงบิดและแรงม้า
บทความนี้ ผมจะกล่าวถึง แรงบิด (Torque) และแรงม้า (Horse Power) ซึ่งเมื่อท่านได้อ่านบทความนี้แล้ว ท่านจะได้เข้าใจ ถึงความหมายของศัพท์ดังกล่าวและสามารถนำไปใช้ ในการวิเคราะห์เปรียบเทียบเครื่องยนต์แต่ละรุ่นได้ ซึ่งจะเป็นประโยชน์อย่างมากในการพิจารณาเลือกรถ ที่เหมาะสมกับการใช้งานของท่านครับ
แรงบิด (Torque) คือ แรงหมุนของเพลาเครื่องยนต์ เป็นแรงที่ใช้เพื่อส่งกำลังของเครื่องยนต์ไปหมุนเกียร์ เพลา และ ล้อรถ เพื่อให้รถเคลื่อนที่ไปได้ แรงบิดจะมีค่า แตกต่างกันไปที่ความเร็วรอบเครื่องยนตต่างๆ ซึ่ง ขึ้นอยู่กับการออกแบบของผู้ผลิตว่าต้องการให้มีแรงบิด สูงสุดอยู่ที่ความเร็วรอบเครื่องยนต์ต่ำ ปานกลาง หรือ สูง รถที่ใช้เครื่องยนต์ที่มีแรงบิดสูงก็จะมีอัตราเร่ง ดีกว่ารถที่ใช้เครื่องยนต์ที่มีแรงบิดต่ำกว่าพูดง่ายๆก็คือ แรงบิดจะเป็นตัวบ่งชี้ว่ารถคันใดวิ่งเร็วกว่าอีกคันครับ ยกตัวอย่าง รถคันแรกมี 115 แรงม้าที่6500รอบ แรงบิด 14 ก.ก./เมตรที่4500รอบ คันที่สองมี100แรงม้า แรงบิด 14 ก.ก./เมตรที่ 2750 รอบ ถามว่ารถคันแรกหรือคันที่สองวิ่งกว่ากันคำตอบก็คือ รถคันที่สองจะวิ่งเร็วกว่าคันแรกครับ เพราะแรงบิดสูงสุดมาที่รอบต่ำกว่า 2750 รอบแม้ว่าจะ14กก/เมตรเท่ากันทั้งสองคันก็ตาม แรงม้าเกินกันอีก15แรงก็ตาม รถคันแรกไม่มีทางไล่รถคันที่สองทันทุกกรณี อัตตราเร่ง0-100 คันที่สองก็ใช้เวลาน้อยกว่า จับมาอัดกัน0-400เมตร คันที่สองก็อยู่หน้าคันแรกอยู่ดี ทำไมรถแข่งในสนามจึงเอามาวิ่งใช้งานปรกติไม่ได้ ก็เพราะเหตุนี้ล่ะครับแรงบิดสูงสุดมันมาที่เป็นหมื่นๆรอบ แค่ออกตัวก็ต้องออกที่รอบ4000-6000รอบ ไม่มีทางทุกกรณีที่จะเอามาวิ่งในถนนปรกติได้เลย วิธีสังเกตุหรือดูง่ายๆก็คือว่ารถคันไหนแรงบิดมันมาที่รอบต่ำกว่าคันนั้นล่ะวิ่งกว่าครับ
รถที่ใช้เครื่องยนต์ที่มีแรงบิดสูงสุดในรอบเครื่องต่ำ หรือปานกลาง จะออกตัวได้ดีกว่าและให้อัตราเร่งที่ดีกว่า ในช่วงความเร็วต่ำหรือความเร็วปานกลาง ในขณะที่ รถที่ใช้เครื่องยนต์ที่มีแรงบิดสูงสุดในรอบเครื่องสูง จะให้อัตราเร่งที่ดีกว่าในช่วงความเร็วสูง และมีแนวโน้ม ที่จะให้ความเร็วสูงสุดที่สูงกว่า (ดูในเรื่องแรงม้า) แต่ในการออกตัวหรือในช่วงที่ใช้ความเร็วต่ำสมรรถนะ จะด้อยกว่า หรือ ที่มักเรียกกันว่า "ต้องรอรอบ" เครื่องยนต์ที่มีแรงบิดสูงสุดที่รอบเครื่องต่ำมักเหมาะกับรถเก๋งที่ใช้งานในเมือง รถบรรทุก รถขับเคลื่อน 4 ล้อ ที่ใช้งานในป่าหรือที่ทุรกันดาร ส่วนเครื่องยนต์ที่มีแรงบิด สูงสุดที่ความเร็วรอบสูงจะเหมาะกับรถที่ใช้เดินทางไกล บ่อยๆ ต้องการอัตราเร่งที่ดีที่ความเร็วสูง หน่วยของแรงบิดที่นิยมใช้กัน คือ Kg-m, Nm และ Ft-lbs แรงม้า (Horse Power) คือ หน่วยอันหนึ่งสำหรับ ใช้วัดกำลังของเครื่องยนต์ หน่วยวัดกำลังที่นิยมใช้กัน คือ แรงม้า (HP),แรงม้า (PS) และ กิโลวัตต์ (KW)นอกจากนี้ ในบางครั้งเราจะเห็นตัวย่อ BHP ซึ่งย่อมาจาก Brake Horse Power หมายถึง กำลังของเครื่องยนต์ที่ได้รับจากเพลาเครื่อง ซึ่งเท่ากับกำลังที่เครื่องยนต์ผลิตได้หักออก ด้วยแรงเสียดทานภายเครื่องยนต์ ดัง สูตร BHP = IHP - FHP โดยที่ IHP คือ Indicated Horse Power หมายถึงกำลัง ที่เครื่องยนต์ผลิตได้ และ FHP คือ Friction Horse Power ซึ่งหมายถึงแรงเสียดทานภายในเครื่องยนต์ กำลังของเครื่องยนต์สามารถคำนวณได้จากสูตร HP = K x Torque x RPM โดยที่ K คือ ค่าคงที่ T คือแรงบิด และ RPM คือความเร็วรอบของเครื่องยนต์ แรงม้าสูงสุดของเครื่องยนต์แต่ละรุ่นแต่ละแบบจะอยู่ที่ ความเร็วรอบเครื่องยนต์แตกต่างกันไปแล้วแต่การ ออกแบบของผู้ผลิต แล้วแรงม้าเห็นกันในหนังสือ หรือใน specification ต่างๆ นั้นเป็น BHP หรือ IHP คำตอบน่าจะเป็นBHP เพราะเป็นแรงม้าที่ได้มาจากการทดสอบสมรรถนะของเครื่องยนต์ แรงม้าสูงสุดจะอยู่ที่ความเร็วรอบสูงกว่าความเร็วรอบที่มี แรงบิดสูงสุดเสมอจากที่แรงบิดของเครื่องยนต์จะแสดงถึงอัตราเร่ง แรงม้าของเครื่องยนต์ก็จะแสดงถึงความเร็วสูงสุดของรถ ซึ่งหมายถึงความสามารถในการเอาชนะแรงเสียดทาน และ แรงต้านของอากาศ ที่จะมีมากขึ้นเป็นทวีคูณ (อัตราความเร็วยกกำลังสอง)เมื่อความเร็วสูงขึ้น จากสูตรคำนวณแรงม้าจะเห็นได้ว่า สำหรับเครื่องยนต์ที่มี ขนาดเท่าๆ กัน เครื่องยนต์ที่มีแรงบิดสูงสุดที่รอบต่ำจะมี
แนวโน้มที่จะมีแรงม้าสูงสุด ต่ำกว่า เครื่องยนต์ที่มีแรงบิดสูงสุดที่รอบสูงกว่า แต่ถ้าต้องการให้มีทั้งแรงบิดและ แรงม้ามากขึ้น ก็จะต้องเป็นเครื่องยนต์ที่มีเทคโนโลยีสูงกว่า
หรือ เป็นเครื่องยนต์ที่มีขนาดใหญ่กว่า หรือ มีการติดตั้ง อุปกรณ์อื่นเพิ่ม เช่น turbocharger supercharger ฯลฯ ซึ่งแน่นอนว่าราคาของเครื่องยนต์จะสูงขึ้น ค่าใช้จ่าย ในการซ่อมบำรุงก็จะสูงขึ้น และ มักจะต้องจ่ายค่าน้ำมัน เชื้อเพลิงมากขึ้นอีกด้วย
อันความรู้เรื่องแรงบิดและแรงม้านั้น ไม่ใช่รู้เพื่อความเท่ห์เฉยๆ แต่มันมีประโยชน์ต่อการใช้งานรถด้วย อย่างเช่น เรารู้แรงบิดสูงสุดว่าอยู่ที่กี่รอบ ก็ควรเปลี่ยนเกียร์(ให้สูงขึ้น)ที่ความเร็วรอบไม่เกินนั้น(อย่างเช่นอยู่ที่ 3000 รอบ เราก็ควรเปลี่ยนเกียร์ที่ 2500-3000 รอบ เพราะไปเปลี่ยนเกียร์ที่รอบสูงกว่านี้ก็ไม่เกิดประโยชน์อะไร ทำร้ายเครื่องเราปล่าวๆ) เรารู้แรงม้าสูงสุดว่าอยู่ที่กี่รอบ ก็ควรใช้ความเร็วสูงสุดไม่เกินที่เขากำหนดรอบมา (มาตรวัดรอบเขาก็ทำมาให้ดูแล้ว - คงไม่ใช่เพื่อความเท่ห์อย่างเดียว) รถจะได้อยู่คู่เราไปตราบนานเท่านานครับ
