ยางประหยัดเชื้อเพลิง

ผมเชื่อว่าทุกคนที่ขับรถเป็น หรือแม้แต่ผู้ที่ยังขับไม่เป็น ล้วนต้องเคยออกแรงเข็นรถคนเดียวมาแล้ว ซึ่งคงต้องเป็นรถเก๋ง เพราะถ้าใหญ่กว่านี้ อาจจะเข็นคนเดียวไม่ไหว เคยสงสัยไหมครับว่ามัน “ฝืด” ตรงส่วนไหนจึงต้องออกแรงขนาดนั้น มีอยู่ 3 อย่างครับ ที่เป็นส่วนสำคัญที่สร้างแรงต้านขณะที่เราเข็น คือ หน้ายาง และแก้มยาง ซึ่งเป็นส่วนใหญ่ของแรงต้าน ที่เหลือ คือ แรงเสียดทานที่หน้าฟันเฟือง ในเฟืองท้าย (ถ้ามี) และในห้องเกียร์กับส่วนสุดท้าย คือ ความฝืดจากการเสียดสีเบาๆ ระหว่าง หน้าผ้าเบรคแผ่นนอกกับผิวจานเบรค เฉพาะที่เป็นจานเบรค หรือเบรคจานเท่านั้นนะครับ ถ้าเป็นเบรคดุมสปริง จะดึงผ้าเบรคถอยกลับจนไม่มีการเสียดสีใดๆ ทั้งสิ้น ถ้าแป้นเบรคไม่ถูกเหยียบ

สำหรับ เบรคจาน ลูกสูบก็ถอยหลังกลับเหมือนกันครับ เมื่อแป้นเบรคไม่ถูกเหยียบ แต่ผ้าเบรคไม่ได้ถูกยึดติดกับหัวลูกสูบ เบรคจึงไม่ได้ถอยตามไป แต่จะอยู่กับผิวจานเบรค สร้างแรงเสียดทานเล็กน้อย เท่านั้น รถเบรคจานที่ก้ามเบรคแต่ละก้าม มีลูกสูบอยู่ทั้ง 2 ฝั่ง จึง แทบไม่มีแรงเสียดสีระหว่างหน้าผ้าเบรคกับจานเบรคเลย ต่างจากก้ามเบรคแบบที่มีลูกสูบอยู่ด้านเดียว ส่วนอีกด้านใช้เหล็กงอเป็นมุมฉาก ดึงผ้าเบรคแผ่นนอกอัดกับหน้าจานเบรคด้านนอก กรอบเหล็กส่วนที่รั้งผ้าเบรคแผ่นนอก ด้วยแรงของลูกสูบด้านในนี้ ถูกยึดอยู่กับรางเลื่อนที่ถูกหล่อลื่นด้วยจาระบี แต่เมื่อใช้งานไประยะหนึ่ง จาระบีแห้ง หรือเสื่อมก็จะถอยกลับได้ยาก เพราะความฝืด แม้เรายกเท้าจากแป้นเบรคแล้วก็ยังเหลือแรงจากความฝืดของรางเลื่อนนี้ กดผ้าเบรคแนบกับจานเบรคอยู่ตลอดเวลา แม้จะเป็นแรงไม่มากนัก แต่ก็สร้างความฝืดได้พอสมควร เพราะฉะนั้นทุกครั้งที่เปลี่ยนผ้าเบรค ควรเจาะจงให้ช่างหล่อลื่นรางเลื่อนนี้เสมอครับ

ก้ามเบรคแบบใช้ลูกสูบด้านเดียวนี้เป็นที่นิยมแพร่หลายมาก เพราะมีข้อดีที่สำคัญมากอยู่ข้อหนึ่ง คือ ต้นทุนต่ำจึงเป็นข้อดีสำหรับผู้ผลิตรถแต่ก็พอจะอ้างได้ว่า ข้อดีด้านเทคนิคก็พอมีเหมือนกัน เช่น น้ำหนักน้อยเพราะมีลูกสูบด้านเดียว ช่วยให้มวลใต้สปริง หรือน้ำหนักที่ต้อง “เต้น” ขึ้นลงไปพร้อมกับล้อมีค่าต่ำ พูดง่ายๆ ก็คือ มีน้ำหนักเบานั่นเองครับ ผมหมายถึงก้ามเบรคสำหรับรถเก๋งนะครับ ถ้าเป็นรถสปอร์ทความเร็วสูงที่ต้องใช้จานเบรคใหญ่ ผ้าเบรคต้องมีพื้นที่มาก จึงต้องยาวเป็นพิเศษ ลูกสูบเบรคฝั่งละลูกไม่เพียงพอ ต้องเป็นฝั่งละ 2 ลูก เป็นอย่างน้อย เนื้อของก้ามที่เพิ่มขึ้น ทำให้ต้องเปลี่ยนมาใช้โลหะเบาอย่าง อลูมิเนียมแทน แม้ต้นทุนจะสูงขึ้น แต่ลูกค้ารถระดับนี้ไม่เกี่ยงครับ ก้ามเบรคแบบมีลูกสูบอยู่ทั้ง 2 ด้านนี้ ไม่ว่าจะมีด้านละกี่ลูกก็ตาม ผ้าเบรคจะไม่เสียดสีกับจานเบรค ถ้าแป้นเบรคไม่ถูกเหยียบ สำหรับผู้ที่สนใจในรายละเอียด ถ้ารางเลื่อนของก้ามเบรค ฝืดเกินไปตอนเปลี่ยนผ้าเบรคจะเห็นได้ชัดเจนครับว่าความหนาของผ้าเบรคต่างกัน ผ้าเบรคด้านนอกจะบางกว่า เพราะถูกรั้งให้ถูกับจานเบรค แม้จะเป็นตอนที่ผู้ขับไม่ได้เหยียบแป้น

ขอกลับมาเรื่องยางประหยัดเชื้อเพลิงต่อครับ แรงเสียดทานของฟันเฟืองกับแรงเสียดทานของเบรคจาน เป็นส่วนน้อยเพราะฉะนั้นแรงที่เหลือ หรือแรงส่วนใหญ่ที่ต้านกับแรงที่เราเข็นรถ จึงเป็นแรงที่เกิดขณะล้อยางกลิ้งไปบนผิวถนน แรงนี้มาจากการต้านการงอของแก้มยางกับการยุบตัวของเนื้อยางบริเวณหน้ายางที่ถูกอัดกับผิวถนนด้วยน้ำหนักของรถ การที่เนื้อยางเป็น “สปริง” ยืดหยุ่นได้ กระเด้งได้ ถูกบีบ หรืองอด้วยแรงเท่าใดตอนคลายตัว ก็น่าจะด้วยแรงที่เท่ากันเมื่อถูกงอ และกดตรงส่วนที่เริ่มสัมผัสถนนขณะกำลังกลิ้ง สร้างแรงต้านไว้เท่าใด ตอนคลายตัวทางด้านหลัง ที่กำลังพ้นผิวถนน ก็น่าจะดีดตัวด้วยแรงเท่ากัน สาเหตุอยู่ที่ธรรมชาติของยางครับ

คือ ไม่เป็นสปริงแบบสมบูรณ์เหมือนสปริงเหล็ก ยางจะพองตัว หลังถูกอัด หรือยืดตัวหลังถูกงอ ด้วยแรงที่น้อยกว่าเสมอ ส่วนต่างนี้หายไปเพราะการเสียดสีในเนื้อยาง และกลายเป็นความร้อน แรงต้านในการกลิ้งของล้อยางที่รถของเรานี้ มีชื่อเป็นทางการว่า แรงเสียดทานกลิ้ง หรือแรงต้านทานกลิ้ง (ROLLING RESISTANCE) ขณะที่เราขับรถ จะต้องใช้พลังงานส่วนหนึ่งของเครื่องยนต์ไป “สู้” กับแรงต้านทานกลิ้งนี้ ซึ่งก็คือ การใช้เชื้อเพลิงส่วนหนึ่งนั่นเอง นอกนั้นเกือบทั้งหมดใช้สู้กับการต้านลม หรือแรงต้านอากาศ สัดส่วนของแรงต้านทั้ง 2 นี้ ขึ้นอยู่กับความเร็วของรถครับ ตั้งแต่ออกรถ ไปจนถึงความเร็วปานกลางค่อนไปทางด้านต่ำ เช่น 40 กม./ชม. แรงเสียดทานกลิ้งมีสัดส่วน สูง และเมื่อเพิ่มความเร็วขึ้นไปเรื่อยๆ สัดส่วนของแรงเสียดทานกลิ้งของล้อยางก็จะลดลงไป เมื่อเทียบกับแรงต้านอากาศ พูดง่ายๆ ก็คือในการใช้งานในเมือง แรงเสียดทานกลิ้งของล้อยาง มีผลค่อนข้างมากต่อความสิ้นเปลือง เชื้อเพลิง ถ้าลดแรงนี้ลงได้ ความสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงย่อมลดลงตามไปด้วย นี่คือ ที่มาของการพัฒนายางแรงเสียดทานกลิ้งต่ำ หรือยางประหยัดพลังงาน (ENERGY SAVING TYRE) นั่นเองครับ

สัดส่วนของเชื้อเพลิงที่ใช้สู้กับแรงเสียดทานกลิ้งประมาณ 5-15 % มาก หรือน้อยขึ้นอยู่กับความเร็ว และสภาพการจราจรครับ ถ้าเราสามารถลดแรงเสียดทานกลิ้งได้สัก 10 % ก็จะประหยัดเชื้อเพลิง ได้ประมาณ 1.5 % โดย เฉลี่ย ถ้าใช้ตัวเลขแบบคร่าวๆ ในสภาพใช้งานทั่วไป ก็พอจะพูดได้ว่ายางแรงเสียดทานกลิ้งต่ำ หรือยางประหยัดพลังงาน ช่วยประหยัดเชื้อเพลิงได้ประมาณ 1.5-4 % ขึ้นอยู่กับยางเอง และสภาพใช้งานด้วยตัวเลขที่ใช้บ่งชี้ ว่ายางมีแรงเสียดทานกลิ้งสูงเพียงใด ได้มาจากการให้ยางรับน้ำหนัก แล้ววัดแรงต้านการกลิ้งของยางแล้วเอาค่าหลังตั้ง หาร ด้วยค่าแรก เช่น ให้ยางรับน้ำหนัก 500 กก. วัดแรงต้านการกลิ้งได้เทียบเท่ากับน้ำหนัก 4.5 กก. เอา 4.5 ตั้ง หารด้วย 500 ได้ 0.009 ค่านี้ คือ สัมประสิทธิ์แรงต้านการกลิ้งหรือ ROLLING RESISTANCE COEFFICIENT โดยทั่วไปค่านี้ของยางประหยัดพลังงานอยู่ที่ 0.005-0.008 ครับ แล้วแต่ “ฝีมือ” ของผู้ผลิต

หลักสำคัญในการลดแรงต้านการกลิ้ง ของยาง คือ การทำให้แก้มยางงอ และยืดตัวกลับได้ง่าย ซึ่งก็คือ ทำแก้มยางให้บางลง กับการทำให้หน้ายาง หรือดอกยางยุบตัวยากขึ้น เมื่อยุบน้อยก็สูญเสียพลังงานน้อยตอนคืนตัว โรงงานใช้วิธีใส่เขม่า และสารอื่น (เรียกรวมกันว่า FILLERS) ในสัดส่วนที่มากกว่ายางทั่วไปครับ ดังที่ผมเล่ามาตอนต้นแล้วว่า แรงต้านการกลิ้งที่ความเร็วต่ำ มีค่ามากกว่าส่วนที่เป็นแรงต้านอากาศ เพราะฉะนั้น เราสามารถทดสอบเปรียบเทียบได้โดยง่าย ว่ายางรุ่นใด มีแรงเสียดทานกลิ้งมาก หรือน้อยกว่ายางอีกรุ่น โดยการเติมลมให้เท่ากัน แล้วขับที่ความเร็วต่ำ เช่น 30 กม./ชม. คงที่ แล้วตัดแรงขับเคลื่อนออก เช่น ใส่เกียร์ว่าง แล้วปล่อยรถไหลต่อไปจนหยุดสนิท วัดระยะทางตั้งแต่เริ่มปล่อยไหล ยางที่แรงต้านการกลิ้งต่ำกว่าจะไหลไปได้ไกลกว่าครับ ใช้เปรียบเทียบว่ารุ่นใดมีค่านี้ ต่ำกว่ารุ่นใด หรือจะหาลำดับกี่รุ่นก็ได้ แต่ไม่สามารถบอกได้ว่า ยางมีสัมประสิทธิ์แรงต้านการกลิ้ง หรือ RRC เท่าใด ต่ำ หรือสูง ถ้าผมมียางประหยัดพลังงาน ที่มีค่า RRC ไม่ต่ำจริง แต่ต้องการเปรียบเทียบให้รู้สึกว่ามีค่าต่ำ ผมอาจหายางค่า RRC สูงมากมาเป็นคู่เปรียบเทียบก็ได้ หากต้องการทราบค่า RRC ของยางแต่ละรุ่น หรือแต่ละเส้นต้องวัดบนลูกกลิ้ง ระดับในห้องปฏิบัติการ หรือ ไม่ก็ใช้รถลากที่ดัดแปลงพิเศษมีมาตรวัดแรงกดแนวดิ่ง และแรงต้านแนวนอนด้วย

มีผู้เข้าใจผิดกันมากว่าการที่ยางประหยัดพลังงาน สามารถช่วยให้รถไหลไปได้ไกลกว่า เมื่อทดสอบเปรียบเทียบ หมายความว่ายางนี้จะลื่นไถลได้ง่ายกว่า เมื่อเบรคฉุกเฉิน ไม่จริงนะครับ และไม่มีความเกี่ยวข้องกันเลย อย่างหนึ่งเป็นการต้านการกลิ้งส่วนอีกอย่างเป็นเรื่องการเกาะยึด ของหน้ายางกับผิวถนนเมื่อต้องรับแรงเบรค ถ้าจะมีความเกี่ยวข้องกัน ระหว่างยางแรงเสียดทานกลิ้งต่ำหรือยางประหยัดพลังงานกับระยะทางเบรค ก็ค่อนข้างเป็นอดีตที่ผ่านมาหลายปีแล้ว ในยุคนั้น ยางประหยัดพลังงาน มีหน้ายางที่แข็งกระด้างกว่ายาง “ธรรมดา” จึงลื่นไถลง่ายกว่า โดยเฉพาะบนถนนเปียก แต่ยางประหยัดพลังงานรุ่นปัจจุบัน ถูกปรับปรุงส่วนผสมของหน้ายางจนหมดจุดอ่อนนี้ไปแล้ว อย่างไรก็ดี เพื่อเพิ่มความมั่นใจให้แก่ผู้บริโภค ผู้ทดสอบเปรียบเทียบแรงต้านการกลิ้ง ควรทดสอบ ระยะเบรคฉุกเฉินบนถนนเปียกเปรียบเทียบกับยาง “ธรรมดา” ด้วย ซึ่งสามารถให้ผลลัพธ์ที่น่าเชื่อถือได้เลย ถ้าใช้รถที่มีระบบเบรคป้องกันล้อลอค หรือ “เอบีเอส” ครับ