ทำไมเครื่องยนต์ดีเซลจึงมีอัตราการอัดที่สูงกว่าของเบนซิน

คุณเคยคิดไหมว่าทำไมเครื่องยนต์ดีเซลดูเหมือนไม่เคยพังและใช้น้ำมันเชื้อเพลิงน้อยลงในระยะทางไกล? คำตอบอยู่ที่ อัตราการอัด สูงมากของพวกมัน ซึ่งอาจถึง 20:1 หรือมากกว่า ขณะที่เครื่องยนต์เบนซินจะอยู่ในระดับประมาณ 10:1 ความแตกต่างนี้ไม่ได้เป็นเรื่องบังเอิญ: มันคือวิศวกรรมเคมีแบบบริสุทธิ์!

อะไรคืออัตราการอัด และทำไมมันถึงปฏิวัติเครื่องยนต์

อัตราการอัด เป็นหัวใจสำคัญของเครื่องยนต์สันดาปภายใน สมมติว่าห้องสูบเป็นเข็มฉีดยาขนาดใหญ่: มันวัดว่าปริมาณอากาศ (และเชื้อเพลิงในกรณีของเบนซิน) ถูกบีบอัดเข้าไปมากแค่ไหนเมื่อกลไกขึ้นจากจุดตายต่ำสุด (PMI) ไปจุดตายสูงสุด (PMS) ตัวอย่างเช่น อัตรา 15:1 หมายความว่าปริมาณอากาศ 15 ส่วน ถูกบีบเข้าในปริมาณเดียว การอัดนี้สร้างความร้อนสุดขีด – สูงถึง 600°C หรือมากกว่า – ซึ่งจำเป็นสำหรับการเผาไหม้อย่างสมบูรณ์

ในเครื่องยนต์เบนซิน อัตราส่วนจะอยู่ที่ 8:1 ถึง 12:1 ในรุ่นธรรมดา เช่น Toyota Camry V6 หรือ Honda Accord แต่ทำไม? ทั้งหมดเริ่มจากเชื้อเพลิง เบนซินเป็น ไวไฟสูง: ระเหยเร็ว มีจุดติดไฟต่ำ (ประมาณ -40°C) และจุดจุดระเบิดเองที่ประมาณ 280°C (536°F) บีบอากาศมากเกินไปและปุ้บ! การเคาะก่อนเวลา หรือ “เสียงเคาะของลูกสูบ” ซึ่งทำให้ลูกสูบและลูกฟืนเสียหาย นั่นคือเหตุผลที่รถสปอร์ตที่ใช้เครื่องอัดอากาศสูง เช่น Mazda Miata ที่ปรับแต่ง, ต้องใช้น้ำมันเบนซินเกรดพรีเมียม 98 อ็อกเทน

<!-ละเนื้อหาเดียวกันภายในเซคชั่นนี้ถูกปรับให้เหมาะสมและละเอียดขึ้น–>

สำหรับดีเซล ตรงกันข้าม: มีความหนาแน่นกว่า ไม่ไวไฟเท่า ไกล้ระเหยช้ากว่า และมีจุดจุดระเบิดเองที่ประมาณ 210°C (410°F) มัน จำเป็น ต้องบีบอัดให้ร้อนมากเพื่อให้ของเหลวในอากาศเพียงพอและจุดไฟเองโดยไม่มีหัวเทียน ผลลัพธ์? อัตรา 14:1 ถึง 25:1 เช่นใน Ram Cummins ดีเซล ซึ่งให้แรงบิดมหาศาลสำหรับการดันทุรังในเส้นทางออฟโรด

ลักษณะ	เครื่องยนต์ดีเซล	เครื่องยนต์เบนซิน
อัตราการอัดโดยทั่วไป	14:1 ถึง 25:1	8:1 ถึง 12:1
ประเภทการจุดไฟ	โดยการอัด	ด้วยประกายในหัวเทียน
จุดจุดระเบิดเอง (°C)	ประมาณ 210°C	ประมาณ 280°C
ประสิทธิภาพความร้อน	35-45%	25-35%

ตารางนี้สรุปความแตกต่าง: ดีเซลชนะในด้านประสิทธิภาพเพราะดึงพลังงานจากเชื้อเพลิงได้มากกว่า เครื่องยนต์ดีเซลสมัยใหม่สามารถเปลี่ยนพลังงานเคมีเป็นพลังงานกลได้สูงสุดถึง 45% เทียบกับ 35% ของเบนซิน ซึ่งเป็นหลักฐานทางวิทยาศาสตร์ของเทอร์โมไดนามิก – ยิ่งคุณอัดมากเท่าไหร่ ก็ยิ่งร้อนมากขึ้น การเผาไหม้ก็ยิ่งระเบิดมากขึ้นเรื่อย ๆ

เคมีของเชื้อเพลิง: ทำไมดีเซลถึงรองรับอัตราการอัดสูงสุด

เบนซินคือส่วนผสมของไฮโดรคาร์บอน C4 ถึง C12 ออกแบบให้ระเหยกลายเป็นไอได้ทันทีในระบบดูดอากาศ มันจะก่อตัวเป็นละอองฝอยที่หัวเทียนจุดไฟอย่างแม่นยำ แต่ภายใต้แรงอัดสูง โมเลกุลจะวุ่นวายและสามารถจุดไฟเองได้—นั่นคือเหตุผลของการใช้ค่าอ็อกเทน ที่ช่วยชะลอปฏิกิริยานี้

<!-ละเนื้อหาเดียวกันภายในเซคชั่นนี้ถูกปรับให้เหมาะสมและละเอียดขึ้น–>

ดีเซล, ซึ่งมี C10 ถึง C20 ถูกฉีดเข้าไปในห้องสูบที่อัดแล้วแล้ว อากร้อน (ประมาณ 500-700°C) จะระเหยฉีดดีเซลที่เป็นละอองละเอียดซึ่งเผาอย่างต่อเนื่อง ไม่มีหัวเทียนก็ไม่มีปัญหา! นี่คือหลักการของวงจรดีเซล ที่คิดค้นโดย Rudolf Diesel ในปี 1892 ซึ่งเน้นประสิทธิภาพเหนือความเร็วในการจุดไฟ

“การอัดอากาศไม่ใช่แค่แรงบิดเท่านั้น: มันคือเทคนิคให้เผาไหม้ดีเซลได้สมบูรณ์มากขึ้น ลดการปล่อยไอเสีย และประหยัดน้ำมันใน การเดินทางระยะไกล.” – วิศวกรจาก Bosch.

ข้อยกเว้นที่น่าสนใจไหม? Mazda Skyactiv-G ทำได้ 14:1 ในเบนซินธรรมดา (87 อ็อกเทน) โดยใช้ลูกสูบเว้าสองชั้นและการฉีดน้ำมันแบบคู่เพื่อหลีกเลี่ยงการเคาะก่อนเวลา แต่ลองใช้ในดีเซลธรรมดาแล้วคุณจะได้ระยะทางเพิ่มขึ้น 20% ตัวอย่างอีกอย่างหนึ่ง: เครื่องยนต์ที่มีการจุดไฟแบบคู่ ซึ่งเผาเบนซินได้สะอาดขึ้นและใกล้เคียงกับประสิทธิภาพของดีเซล

แล้วความเสี่ยงล่ะ? การใส่ดีเซลเข้าเครื่องยนต์เบนซินทำให้เครื่องอุดตันและเกิดปัญหา หรือในทางกลับกัน การใช้งานผิดจะทำให้เผาไหม้ไม่เต็มประสิทธิภาพ