前幾天有網友提出了這樣一個問題：他的車是6速手動變速箱，想知道在時速50公里/小時的情況下應該掛哪個擋最省油。我覺得這個問題很有必要討論一下，因為日常行車中時速50公里/小時是很常用的速度，這時候如果能選擇合適的檔位確實能降低汽車的油耗。所以我們今天就來深入討論一下這個問題。
先把結論放出來：對於絕大多數家用車來說，只要不超載、道路平整且沒有上坡，那麼在時速50-60這段區間內都是能讓發動機正常運行的最高檔位最省油。也就是說只要不拖擋，檔位越高越省油。所以那位網友的問題答案也很明顯：掛6擋低轉速行駛最省油。
下面我們就來一步步說明這個問題
上面就是一張BSFC圖，BSFC圖是什麼意思呢？我們可以這樣簡單理解：工程師把發動機放在臺架上，讓發動機在不同的轉速、油門開度下運行，同時測量每種情況下發動機輸出扭矩和燃油消耗率。把這些數據用一個表格表示出來，這個表就是BSFC圖。發動機的每種工作狀態都可以在這張圖中找到。
圖看起來很複雜，但是這並不影響我們去學習它。只要弄明白等功率線和等油耗線就夠了。下面咱們就先來看看這個圖是什麼意思。
圖中左側縱向代表發動機輸出扭矩（這個圖中並沒有直接顯示為扭矩，而是用氣缸壓力來表示，但都是用來表示活塞對外推力的數值），橫向代表發動機轉速，右側縱向代表發動機輸出功率。圖中還有很多曲線，主要有等油耗線和等功率線。等油耗線指的是這一條線上各個點處所代表的發動機工況下燃油消耗率相同。比如上圖中三個紅點表示發動機在1500轉，中低扭矩輸出；2000轉，中低扭矩輸出以及3000轉大扭矩輸出狀態下做同樣的功所消耗的燃油是相同的。都是260g/kwh。
而等功率線代表這條線上各個點所對應的工況下發動機都能輸出相同的功率。比如上圖橫貫表格左右的那些斜線就是等功率線。其中最下面那條紫色等功率線上三個紅點位置分別代表發動機1000轉中扭矩、2000轉中低扭矩和3000轉低扭矩工況，而這三種工況下發動機輸出的功率是相同的。我們都知道汽車勻速行駛時發動機輸出功率可以看做是恆定的。而且根據公式P=FV（P表示功率，F表示受力，V表示速度）可知，汽車勻速行駛的狀態下車速相同那麼發動機輸出功率也相同。所以我們可以想象成這種狀態，左邊第一個紅點處代表高擋低轉速行駛，比如5擋1500轉。第二個紅點代表中擋中轉速行駛，比如4擋2000轉。而第三個紅點代表低擋位高轉速行駛，比如3擋3000轉。
熟悉了BSFC圖以後我們就可以來分析一下時速50公里/小時的狀態下到底哪個擋位更省油了。首先根據查到的數據，普通家用轎車以50公里/小時的速度勻速行駛時大概需要5KW的功率。也就是說發動機輸出5KW的功率就能維持車輛以50公里/小時的速度勻速行駛了。然後我們在BSFC圖中試著找一下5kw的等功率線。
上圖中我已經把5kw的等功率線給標出來了，就是圖中那條紅線。其中各點對應的發動機工況和燃油消耗率如下所示：
A點：1000轉、55牛米、燃油消耗率275g/kwh
B點：1500轉、39牛米、燃油消耗率300g/kwh
C點：2000轉、22牛米、燃油消耗率400g/kwh
D點：3000轉、18牛米、燃油消耗率650g/kwh
對比之下肯定是A工況更省油，因為其燃油消耗率最低了。同時你有沒有發現這樣一個問題，這各個工況點是否像極了同樣車速下不同擋位運行的狀態呢？
沒錯，就是這個意思。A點相當於汽車以6擋運行，B點相當於5擋運行、C點相當於4擋運行、D點相當於3擋運行。而這幾種狀態下很明顯是A點燃油消耗率最低，也就是高擋位低轉速狀態下油耗最低。而且對於大多數家用車來說時速50公里/小時的速度下基本上都是最高擋位最省油。因為時速50公里/小時運行時所需要的功率非常小，而發動機小功率輸出狀態下轉速越低燃油消耗率越低。
比如上圖，5kw等功率線在高轉速區間幾乎是水平的，而且此處的等油耗線也是幾乎水平的，只有在C 點開始等功率線才開始向上走，同時燃油消耗率也隨之下降了。其實原因很簡單，因為小功率輸出時節氣門開度特別小，發動機吸氣的阻力很大，轉速低一些可以減少泵氣損失，提高熱效率。而轉速太高的話泵氣損失太嚴重。這時候大家可以做個很簡單的小測試：先用手把鼻子用力捂住，能讓你呼吸困難的那種程度。然後開始做不同的工況，低轉速大扭矩輸出相當於你緩慢的深呼吸，怎麼樣？是不是沒覺得憋氣？雖然鼻子被捂住了但是慢慢深呼吸還是可以吸入大量空氣的，並不覺得缺氧。然後我們再進行低扭矩高轉速：手還用力捂著鼻子，然後你快速用力短促呼吸，呼吸、呼吸、、、、感覺如何？是不是有種窒息感？這就模擬了小功率輸出狀態下發動機的泵氣損失。
然後我們再來看這張圖，此時發動機輸出功率在20kw左右，一輛A級車以100公里/小時的速度運行時大概需要20kw的功率。我們來看看此時哪個檔位省油。同樣先找出等功率線，然後找出不同檔位的工況點。這裡我們以6擋2000轉、5擋2500轉、4擋3000轉、3擋4500轉為例。可以看出仍然是6擋油耗最低，為什麼呢？因為圖中這臺發動機最大輸出功率為130kw，而此時只用到了20kw，相對於發動機來說還是小功率輸出狀態，所以仍然是低轉速油耗有優勢。但是我們也可以看到，圖中綠色的兩個工況點燃油消耗率更低，所以這個發動機如果能匹配個CVT變速箱或者多一個高速擋，剛好匹配該工況那麼油耗就能再低一些了。
那有沒有高轉速區間運行省油的工況呢？肯定有。比如這張圖我又給改了一下。我們把車速提高到160公里/小時，這時候假設需要發動機輸出50kw功率。然後我們看圖，情況已經發生變化了，此時6擋對應的工況點燃油消耗率是240g/kwh，而5擋對應的燃油消耗率反而變低了，為230g/kwh。很明顯此時用5擋拉高轉速跑更省油。
所以我認為對於普通家用車來說平時大多數時間都是運行在低轉速小功率的輸出狀態下，這時候還是低轉速高擋位省油。當然了前提是發動機不能拖擋，否則省下的油錢還不夠修車。
