อัตราการสิ้นเปลืองน้ำมันเชื้อเพลิง

ICE vehicle หมายถึง รถยนต์เครื่องยนต์สันดาปภายใน คือรถยนต์ที่ขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์สันดาปภายใน (ICE) เครื่องยนต์สันดาปภายในเป็นหน่วยกำลังที่แปลงพลังงานความร้อนเป็นพลังงานกลโดยตรงผ่านการเผาไหม้เชื้อเพลิงภายในเครื่อง ประเภทที่พบได้ทั่วไป ได้แก่ เครื่องยนต์ลูกสูบแบบเคลื่อนที่ขึ้นลง และเครื่องยนต์ลูกสูบแบบหมุน โดยเครื่องยนต์ลูกสูบแบบเคลื่อนที่ขึ้นลงเป็นประเภทที่กล่าวถึงบ่อยที่สุด รถยนต์เหล่านี้ใช้น้ำมันเบนซินหรือดีเซลเป็นเชื้อเพลิง เทคโนโลยีของพวกมันนั้นพัฒนาแล้วและกำลังขับก็คงที่ พวกมันครองตลาดรถยนต์มาอย่างยาวนานและใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับการเดินทางส่วนบุคคลและการขนส่งสินค้า นอกจากนี้ ในบางรุ่น ICE อาจหมายถึงโหมดการขับขี่บนน้ำแข็ง/หิมะ ซึ่งช่วยป้องกันล้อลื่นไถลบนถนนเปียก แต่ความหมายนี้ไม่เกี่ยวข้องกับรถยนต์ ICE ในทางตรงกันข้ามกับรถยนต์ ICE คือรถยนต์พลังงานใหม่ (NEV) ซึ่งใช้แหล่งพลังงานที่ไม่ใช่แบบดั้งเดิม เช่น ไฟฟ้าและเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน ซึ่งแสดงถึงทิศทางใหม่ที่กำลังเกิดขึ้นในด้านพลังงานยานยนต์ รถยนต์ทั้งสองประเภทนี้ขับเคลื่อนการพัฒนาของอุตสาหกรรมยานยนต์

กระบอกสูบรถยนต์เป็นชิ้นส่วนโลหะทรงกระบอกที่นำทางลูกสูบให้เคลื่อนที่แบบไปกลับภายในกระบอกสูบ เป็นหนึ่งในส่วนประกอบหลักของเครื่องยนต์รถยนต์ที่ช่วยในการแปลงพลังงาน เมื่อเครื่องยนต์ทำงาน อากาศที่ดูดเข้าไปจะผสมกับเชื้อเพลิงในกระบอกสูบ และหลังจากถูกจุดประกายด้วยประกายไฟ การเผาไหม้และการขยายตัวจะสร้างแรงดันสูง ผลักดันให้ลูกสูบเคลื่อนที่ และแปลงพลังงานเคมีของเชื้อเพลิงเป็นพลังงานกลเพื่อขับเคลื่อนรถยนต์ โดยหลักแล้วประกอบด้วยกระบอกสูบ ฝาสูบ ลูกสูบ ก้านลูกสูบ และซีล ในเชิงโครงสร้าง สามารถแบ่งออกเป็นแบบรวมและแบบมีปลอกกระบอกสูบ (แบบมีปลอกกระบอกสูบยังแบ่งออกเป็นแบบเปียก ซึ่งสัมผัสโดยตรงกับน้ำหล่อเย็น และแบบแห้ง ซึ่งไม่สัมผัสโดยตรง) ตามการจัดเรียง มีแบบเรียงแถว แบบตัววี และแบบตรงข้าม โครงสร้างแบบเรียงแถวนั้นเรียบง่ายและเหมาะสำหรับเครื่องยนต์ที่มีหกกระบอกสูบหรือน้อยกว่า แบบตัววีสามารถลดขนาดบล็อกเครื่องยนต์และเหมาะสำหรับเครื่องยนต์ที่มีแปดกระบอกสูบหรือมากกว่า เครื่องยนต์แบบลูกสูบตรงข้ามมีความสูงน้อยแต่ไม่ค่อยได้ใช้กันทั่วไป เครื่องยนต์รถยนต์ที่ใช้กันทั่วไปมี 3, 4, 5, 6, 8, 10 และ 12 สูบ โดยที่เส้นผ่านศูนย์กลางกระบอกสูบเท่ากัน จำนวนกระบอกสูบที่มากขึ้นจะทำให้ปริมาตรกระบอกสูบมากขึ้นและกำลังสูงขึ้น ในทางกลับกัน หากปริมาตรกระบอกสูบเท่ากัน จำนวนกระบอกสูบที่มากขึ้นจะทำให้เส้นผ่านศูนย์กลางกระบอกสูบเล็ลง ทำให้สามารถเร่งรอบเครื่องยนต์ได้สูงขึ้นและกำลังเพิ่มขึ้น ปริมาตรของกระบอกสูบคำนวณได้จากการคูณพื้นที่หน้าตัดด้วยระยะชัก ปริมาตรทั้งหมดของกระบอกสูบคือปริมาตรกระบอกสูบของเครื่องยนต์ เนื่องจากเป็นโครงสร้างที่บรรจุส่วนประกอบหลักของเครื่องยนต์ บล็อกกระบอกสูบจึงต้องมีความแข็งแรงสูงเพื่อให้การทำงานมีเสถียรภาพ

เครื่องยนต์ดีเซลมีเสียงรบกวนมากกว่าเครื่องยนต์เบนซิน ซึ่งเกิดจากความแตกต่างในวิธีการเผาไหม้และลักษณะโครงสร้างของทั้งสองประเภท เครื่องยนต์ดีเซลใช้ระบบจุดระเบิดโดยการอัดอากาศ (compression ignition) ไม่มีหัวเทียน โดยการอัดอากาศเพื่อให้อุณหภูมิภายในกระบอกสูบสูงขึ้นถึงจุดที่น้ำมันดีเซลลุกไหม้ได้เอง อัตราส่วนการอัดของเครื่องยนต์ดีเซลมักสูงกว่าเครื่องยนต์เบนซินมาก เมื่อเกิดการเผาไหม้ ความดันภายในกระบอกสูบจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วและมีค่าสูงสุดที่สูงกว่า การเปลี่ยนแปลงความดันที่รุนแรงนี้จะส่งผ่านโดยตรงไปยังชิ้นส่วนต่างๆ ของเครื่องยนต์ เช่น ผนังกระบอกสูบ ลูกสูบ และก้านสูบ ทำให้เกิดการสั่นสะเทือนและเสียงรบกวนที่ชัดเจน นอกจากนี้ แรงระเบิดในกระบวนการเผาไหม้ของเครื่องยนต์ดีเซลยังมีมากกว่า เสียงจากการกระแทกของชิ้นส่วนกลไก (เช่น เสียงจากวาล์ว เสียงเสียดสีระหว่างแหวนลูกสูบและผนังกระบอกสูบ) ก็ยังดังชัดเจนยิ่งขึ้น เมื่อรวมกับเสียงจากระบบไอเสียที่เกิดจากการปล่อยก๊าซความดันสูง ทำให้ระดับเสียงรบกวนโดยรวมสูงกว่าเครื่องยนต์เบนซิน ในการใช้งานประจำวัน หากพบว่าเสียงของเครื่องยนต์ดีเซลเพิ่มขึ้นอย่างผิดปกติอย่างฉับพลัน อาจเกิดจากปัญหาต่างๆ เช่น การสะสมคาร์บอน ชิ้นส่วนสึกหรอ หรือความผิดปกติของระบบเชื้อเพลิง จึงจำเป็นต้องตรวจสอบและบำรุงรักษาทันที เพื่อให้เครื่องยนต์ทำงานได้อย่างมีเสถียรภาพ

ห้องเผาไหม้ของเครื่องยนต์ดีเซลคือพื้นที่ที่เกิดขึ้นระหว่างพื้นผิวด้านบนของลูกสูบและพื้นผิวด้านล่างของฝาสูบเมื่อลูกสูบอยู่ที่จุดศูนย์ตายบน เป็นบริเวณหลักสำหรับการผสมเชื้อเพลิงและอากาศและการเผาไหม้ และโครงสร้างของมันแบ่งออกเป็นสองประเภทหลัก ได้แก่ แบบฉีดตรงและแบบแบ่งส่วน ห้องเผาไหม้แบบฉีดตรงมีพื้นที่เพียงแห่งเดียว และเชื้อเพลิงจะถูกฉีดเข้าไปในส่วนผสมโดยตรงเพื่อการเผาไหม้ ประกอบด้วยแบบทรงกลม (หลุมตื้น ผสมโดยการทำให้เชื้อเพลิงเป็นละอองด้วยแรงดันสูง โครงสร้างเรียบง่ายและกะทัดรัด ประหยัดพลังงานดี แต่ต้องการระบบฉีดเชื้อเพลิงที่สูง) และแบบทรงกลมลึก (หลุมทรงกลมลึก ผสมโดยการหมุนวนแรงเพื่อสร้างฟิล์มเชื้อเพลิงระเหย การทำงานราบรื่น ต้องการระบบฉีดเชื้อเพลิงต่ำ แต่ประสิทธิภาพการสตาร์ทในอุณหภูมิต่ำค่อนข้างต่ำ) ส่วนห้องเผาไหม้แบบแบ่งส่วนนั้นแบ่งออกเป็นห้องเผาไหม้หลัก (ระหว่างด้านบนของลูกสูบและฝาสูบ) และห้องเผาไหม้เสริม (ภายในฝาสูบ) ซึ่งเชื่อมต่อกันด้วยช่องทาง เครื่องยนต์สันดาปภายในมีสองประเภท ได้แก่ ห้องเผาไหม้เสริมและห้องเผาไหม้แบบหมุนวน ในแบบห้องเผาไหม้เสริมนั้น ห้องเผาไหม้เสริมจะกินพื้นที่ 25%-40% ของปริมาตรการอัด หลังจากฉีดเชื้อเพลิงเข้าไปแล้ว เชื้อเพลิงจะถูกเผาไหม้บางส่วน และส่วนผสมที่ยังไม่เผาไหม้จะถูกฉีดเข้าไปในห้องเผาไหม้หลักด้วยความเร็วสูงเพื่อผสมเพิ่มเติม ส่วนในแบบห้องเผาไหม้แบบหมุนวนนั้น ห้องเผาไหม้เสริมจะมีรูปร่างทรงกลมหรือทรงระฆัง และกินพื้นที่ 50%-80% ของปริมาตร ในระหว่างการอัด อากาศจะเกิดการหมุนวนอย่างรุนแรง หลังจากฉีดเชื้อเพลิงเข้าไป ผสม และจุดติดไฟแล้ว เชื้อเพลิงจะไหลเข้าไปในห้องเผาไหม้หลักเพื่อผสมและเผาไหม้เพิ่มเติม ภายในห้องเผาไหม้เสริมจะมีวัสดุกันความร้อน และด้านบนของลูกสูบจะมีร่องนำทางเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการไหลของอากาศและปรับปรุงประสิทธิภาพการเผาไหม้

วัฏจักรการทำงานของเครื่องยนต์สี่จังหวะประกอบด้วยจังหวะที่ประสานกันอย่างแม่นยำสี่จังหวะ ได้แก่ จังหวะดูด จังหวะอัด จังหวะกำลัง และจังหวะไอเสีย หนึ่งวัฏจักรใช้การหมุนของเพลาข้อเหวี่ยงสองรอบ ในจังหวะดูด ลูกสูบจะเคลื่อนลง เปิดวาล์วไอดีเพื่อดูดอากาศหรือส่วนผสม (ส่วนผสมอากาศ-เชื้อเพลิงในเครื่องยนต์เบนซิน อากาศบริสุทธิ์ในเครื่องยนต์ดีเซล) ในจังหวะอัด ลูกสูบจะเคลื่อนขึ้น อัดก๊าซ ในเครื่องยนต์เบนซิน อุณหภูมิของส่วนผสมจะสูงขึ้นถึง 330-430°C ในขณะที่ในเครื่องยนต์ดีเซล ความดันสูงทำให้อุณหภูมิของอากาศสูงเกินจุดติดไฟเองของดีเซล ในจังหวะกำลัง เครื่องยนต์เบนซินจะจุดระเบิดส่วนผสมผ่านหัวเทียน ในขณะที่เครื่องยนต์ดีเซลใช้การฉีดเชื้อเพลิงโดยตรงและการจุดระเบิดด้วยการอัด ก๊าซความดันสูงที่เกิดจากการเผาไหม้จะดันลูกสูบลงเพื่อสร้างกำลัง ในจังหวะไอเสีย ลูกสูบจะเคลื่อนขึ้นเพื่อขับก๊าซไอเสียออก โดยมีความดันตกค้างประมาณ 0.105-0.115 MPa เทคโนโลยีเทอร์โบชาร์จเจอร์สามารถเพิ่มกำลังขับได้โดยการอัดอากาศเข้า ในขณะที่เครื่องยนต์ดีเซลมีประสิทธิภาพเชิงความร้อนที่ดีกว่าเนื่องจากอัตราส่วนการอัดที่สูงกว่า (โดยทั่วไป 16:1 หรือสูงกว่า) ที่สำคัญคือ เครื่องยนต์สี่จังหวะจะสร้างกำลังเฉพาะในช่วงจังหวะกำลังเท่านั้น ส่วนจังหวะที่เหลือจะอาศัยแรงเฉื่อยของล้อช่วยแรงในการรักษาการทำงาน การออกแบบนี้พบได้ทั่วไปในเครื่องยนต์ขนาด 1.5-2.0 ลิตรในตลาดไทย ซึ่งเป็นการสร้างสมดุลระหว่างความประหยัดน้ำมันและความต้องการกำลัง