ประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิง (หรือความประหยัดเชื้อเพลิง ) เป็นรูปแบบหนึ่งของประสิทธิภาพเชิงความร้อนหมายถึงอัตราส่วนของความพยายามต่อผลลัพธ์ของกระบวนการที่แปลงพลังงานศักย์ทางเคมี ที่มีอยู่ในตัวกลาง ( เชื้อเพลิง ) ให้เป็นพลังงานจลน์หรืองานประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงโดยรวมอาจแตกต่างกันไปตามอุปกรณ์ ซึ่งอาจแตกต่างกันไปตามการใช้งาน และช่วงความแปรปรวนนี้มักแสดงเป็นกราฟพลังงาน ต่อเนื่อง การใช้งานที่ไม่เกี่ยวข้องกับการขนส่ง เช่นอุตสาหกรรมจะได้รับประโยชน์จากประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงที่เพิ่มขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งโรงไฟฟ้าพลังงานฟอสซิลหรืออุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้องกับการเผาไหม้เช่น การผลิต แอมโมเนียใน กระบวนการ ฮา เบอร์

ในบริบทของการขนส่งประหยัดน้ำมันเชื้อเพลิง หมายถึงประสิทธิภาพการใช้พลังงานของยานพาหนะแต่ละคัน โดยแสดงเป็นอัตราส่วนของระยะทางที่เดินทางต่อหน่วยน้ำมันเชื้อเพลิงที่ใช้ไป ขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย รวมถึงประสิทธิภาพของเครื่องยนต์การ ออกแบบระบบ ส่งกำลังและ การออกแบบ ยางในประเทศส่วนใหญ่ที่ใช้ระบบเมตริกการประหยัดน้ำมันเชื้อเพลิงจะระบุเป็น "ปริมาณการใช้น้ำมันเชื้อเพลิง" ในหน่วยลิตรต่อ 100 กิโลเมตร (L/100 km) หรือกิโลเมตรต่อลิตร (km/L หรือ kmpl) ในหลายประเทศที่ยังคงใช้ระบบอื่น การประหยัดน้ำมันเชื้อเพลิงจะแสดงเป็นไมล์ต่อแกลลอน (mpg) เช่น ในสหรัฐอเมริกา และโดยทั่วไปในสหราชอาณาจักร ( แกลลอน อิมพีเรียล ) บางครั้งอาจเกิดความสับสนเนื่องจากแกลลอนอิมพีเรียลมีขนาดใหญ่กว่าแกลลอนของสหรัฐอเมริกา 20% ดังนั้นค่า mpg จึงไม่สามารถเปรียบเทียบกันได้โดยตรง ตามธรรมเนียมแล้ว ลิตรต่อไมล์ถูกใช้ในนอร์เวย์และสวีเดนแต่ทั้งสองประเทศได้ปรับให้สอดคล้องกับมาตรฐานของสหภาพยุโรปที่ L/100 km แล้ว^{[ 1 ]}

การสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงเป็นการวัดประสิทธิภาพของยานพาหนะที่แม่นยำกว่า เนื่องจากมีความสัมพันธ์เชิงเส้น ในขณะที่การประหยัดเชื้อเพลิงทำให้เกิดความบิดเบือนในการปรับปรุงประสิทธิภาพ^{[ 2 ]}ประสิทธิภาพเฉพาะน้ำหนัก (ประสิทธิภาพต่อหน่วยน้ำหนัก) อาจระบุได้สำหรับการขนส่งสินค้าและประสิทธิภาพเฉพาะผู้โดยสาร (ประสิทธิภาพของยานพาหนะต่อผู้โดยสาร) สำหรับยานพาหนะโดยสาร

ประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์หลายอย่างของยานพาหนะ รวมถึงพารามิเตอร์ ของ เครื่องยนต์แรงต้านอากาศ น้ำหนัก การใช้งานเครื่องปรับอากาศ เชื้อเพลิง และแรงต้านการหมุนมีความก้าวหน้าในทุกด้านของการออกแบบยานยนต์ในช่วงไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมา ประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงของยานพาหนะยังสามารถปรับปรุงได้ด้วยการบำรุงรักษาอย่างระมัดระวังและพฤติกรรมการขับขี่^{[ 3 ]}

รถยนต์ไฮบริดใช้แหล่งพลังงานสองแหล่งขึ้นไปในการขับเคลื่อน ในการออกแบบหลายๆ แบบ เครื่องยนต์สันดาปขนาดเล็กจะถูกรวมเข้ากับมอเตอร์ไฟฟ้า พลังงานจลน์ซึ่งจะสูญเสียไปเป็นความร้อนระหว่างการเบรกจะถูกนำกลับมาใช้เป็นพลังงานไฟฟ้าเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิง แบตเตอรี่ขนาดใหญ่ในรถยนต์เหล่านี้จะจ่ายพลังงานให้กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ของรถทำให้เครื่องยนต์สามารถดับลงและหลีกเลี่ยงการเดินเครื่องเปล่าเป็น เวลานาน ^{[ 4 ]}

ประสิทธิภาพของกองยานพาหนะหมายถึงประสิทธิภาพโดยเฉลี่ยของกลุ่มยานพาหนะ ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีด้านประสิทธิภาพอาจถูกหักล้างด้วยการเปลี่ยนแปลงพฤติกรรมการซื้อ โดยมีแนวโน้มที่จะซื้อยานพาหนะที่มีน้ำหนักมากและสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงมากกว่า^{[ 5 ]}

ประสิทธิภาพการใช้พลังงานคล้ายคลึงกับประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิง แต่โดยทั่วไปหน่วยที่ใช้จะเป็นพลังงาน เช่นเมกะจูล (MJ), กิโลวัตต์-ชั่วโมง (kW·h), กิโลแคลอรี (kcal) หรือหน่วยความร้อนบริติช (BTU) ส่วนตรงข้ามของ "ประสิทธิภาพการใช้พลังงาน" คือ " ความเข้มข้นของพลังงาน " หรือปริมาณพลังงานที่ใช้เพื่อให้ได้ผลลัพธ์หนึ่งหน่วย เช่น MJ/ผู้โดยสาร-กิโลเมตร (สำหรับการขนส่งผู้โดยสาร), BTU/ตัน-ไมล์ หรือ kJ/ตัน-กิโลเมตร (สำหรับการขนส่งสินค้า), GJ/ตัน (สำหรับการผลิตเหล็กและวัสดุอื่นๆ), BTU/(kW·h) (สำหรับการผลิตไฟฟ้า) หรือลิตร/100 กิโลเมตร (สำหรับการเดินทางของยานพาหนะ) ลิตรต่อ 100 กิโลเมตรก็เป็นหน่วยวัด "ความเข้มข้นของพลังงาน" เช่นกัน โดยวัดจากปริมาณเชื้อเพลิงที่ใช้และระยะทางที่เดินทางตัวอย่างเช่น: อัตราการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงในรถยนต์

เมื่อทราบค่าความร้อนของเชื้อเพลิงแล้ว การแปลงหน่วยเชื้อเพลิง (เช่น ลิตรของน้ำมันเบนซิน) ไปเป็นหน่วยพลังงาน (เช่น เมกะจูล) และในทางกลับกันนั้นทำได้ง่าย แต่การเปรียบเทียบโดยใช้หน่วยพลังงานนั้นมีปัญหาอยู่สองประการ:

• เชื้อเพลิงที่มีไฮโดรเจนเป็นส่วนประกอบจะมีค่าความร้อนสองค่าที่แตกต่างกัน โดยอาจแตกต่างกันได้หลายเปอร์เซ็นต์ (ดูรายละเอียดด้านล่าง)
• เมื่อเปรียบเทียบต้นทุนพลังงานในการขนส่ง พลังงานไฟฟ้า 1 กิโลวัตต์ชั่วโมงอาจต้องใช้เชื้อเพลิงที่มีค่าความร้อน 2 หรือ 3 กิโลวัตต์ชั่วโมงในการผลิต

ค่าพลังงานจำเพาะของเชื้อเพลิง คือ พลังงานความร้อนที่ได้เมื่อเผาไหม้เชื้อเพลิงในปริมาณที่กำหนด (เช่น แกลลอน ลิตร กิโลกรัม) บางครั้งเรียกว่าความร้อนจากการเผาไหม้ เชื้อเพลิงชุดเดียวกัน อาจมีค่า พลังงาน ความร้อนจำเพาะ สองค่าที่แตกต่าง กัน คือ ค่าความร้อนจากการเผาไหม้สูง (หรือค่าความร้อนรวม) และค่าความร้อนจากการเผาไหม้ต่ำ (หรือค่าความร้อนสุทธิ) ค่าความร้อนสูงจะได้เมื่อหลังการเผาไหม้ น้ำในไอเสียอยู่ในรูปของเหลว ส่วนค่าความร้อนต่ำนั้น ไอเสียจะมีน้ำอยู่ในรูปของไอน้ำ เนื่องจากไอน้ำจะปล่อยพลังงานความร้อนเมื่อเปลี่ยนจากไอน้ำเป็นของเหลว ค่าความร้อนของน้ำในสถานะของเหลวจึงมีค่ามากกว่า เพราะรวมถึงความร้อนแฝงของการระเหยของน้ำด้วย ความแตกต่างระหว่างค่าสูงและค่าต่ำนั้นมีนัยสำคัญ ประมาณ 8 หรือ 9% ซึ่งเป็นสาเหตุหลักของความคลาดเคลื่อนที่เห็นได้ชัดในค่าความร้อนของน้ำมันเบนซิน ในสหรัฐอเมริกา (และในตาราง) มักใช้ค่าความร้อนสูง แต่ในหลายประเทศมักใช้ค่าความร้อนต่ำ

^{[ 8 ]}

ทั้งความร้อนจากการเผาไหม้รวมและความร้อนจากการเผาไหม้สุทธิ ไม่ได้ให้ค่าพลังงานกล (งาน) ตามทฤษฎีที่สามารถได้จากปฏิกิริยา (ซึ่งคำนวณได้จากการเปลี่ยนแปลงของพลังงานอิสระของกิบส์และอยู่ที่ประมาณ 45.7 MJ/kg สำหรับน้ำมันเบนซิน) ปริมาณงานกลที่ได้จากเชื้อเพลิงจริง (ส่วนกลับของอัตราการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงจำเพาะ ) ขึ้นอยู่กับเครื่องยนต์ โดยเครื่องยนต์เบนซินอาจได้ค่า 17.6 MJ/kg และเครื่องยนต์ดีเซลอาจได้ 19.1 MJ/kg ดูข้อมูลเพิ่มเติมได้ที่ อัตรา การสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงจำเพาะต่อกำลังเบรก

ประสิทธิภาพ การใช้ เชื้อเพลิงของรถยนต์มีความสัมพันธ์กับ ระยะทาง ที่รถวิ่ง และปริมาณ เชื้อเพลิงที่ใช้ สามารถแสดงได้ในรูปของปริมาณเชื้อเพลิงที่ใช้ในการเดินทางในระยะทางที่กำหนด เช่น ลิตรต่อ 100 กิโลเมตร (ลิตร/100  กม.) หรือในรูปผกผัน คือ ระยะทางที่วิ่งได้ต่อปริมาณเชื้อเพลิงที่ใช้ เช่น กิโลเมตรต่อลิตร (กม./ลิตร) หรือไมล์ต่อแกลลอน (ไมล์ต่อแกลลอน) เนื่องจากประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงของรถยนต์เป็นปัจจัยสำคัญต่อมลพิษทางอากาศการนำเข้าเชื้อเพลิงสำหรับยานยนต์ จึงเป็นส่วนสำคัญของ การค้าต่างประเทศของประเทศและผู้บริโภคมักประเมินค่าประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงต่ำเกินไป หลายประเทศจึงกำหนดข้อกำหนดเกี่ยวกับประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิง

มีการใช้หลายวิธีในการประมาณประสิทธิภาพการทำงานจริงของยานพาหนะ พลังงานในเชื้อเพลิงจำเป็นต้องใช้เพื่อเอาชนะการสูญเสียต่างๆ (เช่นแรงต้านลมหรือแรงเสียดทานของยาง ) ที่เกิดขึ้นขณะขับเคลื่อนยานพาหนะ และเพื่อจ่ายพลังงานให้กับระบบต่างๆ ของยานพาหนะ เช่น ระบบจุดระเบิดหรือระบบปรับอากาศ สามารถใช้กลยุทธ์ต่างๆ เพื่อลดการสูญเสียในแต่ละขั้นตอนของการแปลงพลังงานเคมีในเชื้อเพลิงเป็นพลังงานจลน์ของยานพาหนะ พฤติกรรมของผู้ขับขี่สามารถส่งผลต่อการประหยัดเชื้อเพลิงได้ การขับขี่ที่ผิดวิธี เช่น การเร่งความเร็วอย่างกะทันหันและการเบรก อย่างรุนแรงจะทำให้สิ้น เปลือง พลังงาน

รถยนต์ไฟฟ้าใช้ ไฟฟ้า กี่กิโลวัตต์-ชั่วโมงต่อ 100 กิโลเมตร (kWh/100km) ในสหรัฐอเมริกา มีการสร้างหน่วยวัดเทียบเท่า เช่นไมล์ต่อแกลลอนเทียบเท่ากับน้ำมันเบนซิน (แกลลอนสหรัฐ) เพื่อพยายามเปรียบเทียบรถยนต์ไฟฟ้ากับ รถยนต์ไฟฟ้า

เครื่องจักรที่มีประสิทธิภาพที่สุดในการแปลงพลังงานเป็นการเคลื่อนที่แบบหมุนคือมอเตอร์ไฟฟ้า ดังที่ใช้ในรถยนต์ไฟฟ้าอย่างไรก็ตาม ไฟฟ้าไม่ใช่แหล่งพลังงานหลัก ดังนั้นจึงต้องคำนึงถึงประสิทธิภาพของการผลิตไฟฟ้าด้วย รถไฟสามารถขับเคลื่อนได้ด้วยไฟฟ้า โดยส่งผ่านรางวิ่งเสริม ระบบ สายส่ง ไฟฟ้าเหนือศีรษะ หรือเครื่องกำเนิดไฟฟ้าบนรถไฟที่ใช้ในหัว รถจักร ดีเซลไฟฟ้าซึ่งพบได้ทั่วไปในเครือข่ายรถไฟของสหรัฐอเมริกาและสหราชอาณาจักร มลพิษที่เกิดจากการผลิตไฟฟ้าแบบรวมศูนย์จะถูกปล่อยออกมาจากโรงไฟฟ้าที่อยู่ห่างไกล แทนที่จะ "ในพื้นที่" มลพิษสามารถลดลงได้โดยการใช้ระบบไฟฟ้าในรถไฟมากขึ้นและใช้พลังงานคาร์บอนต่ำในการผลิตไฟฟ้า รถไฟบางสาย เช่น SNCF ของฝรั่งเศสและรถไฟของรัฐบาลกลางสวิตเซอร์แลนด์ ได้รับพลังงานส่วนใหญ่ หรือ 100% จากโรงไฟฟ้าพลังน้ำหรือโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ดังนั้นมลพิษทางอากาศจากเครือข่ายรถไฟของพวกเขาจึงต่ำมาก สิ่งนี้สะท้อนให้เห็นในการศึกษาของ AEA Technology ระหว่างการ เดินทางด้วยรถไฟ ยูโรสตาร์และการเดินทางโดยเครื่องบินระหว่างลอนดอนและปารีส ซึ่งแสดงให้เห็นว่าโดยเฉลี่ยแล้วรถไฟปล่อย CO2 น้อยกว่าเครื่องบินถึง 10 เท่า_ต่อผู้โดยสาร ซึ่งส่วนหนึ่งเป็นผลมาจากการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานนิวเคลียร์ของฝรั่งเศส^{[ 15 ]}

ในอนาคตรถยนต์ไฮโดรเจนอาจวางจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ได้ โตโยต้ากำลังทดลองทำการตลาดรถยนต์ที่ขับเคลื่อนด้วยเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนในแคลิฟอร์เนียตอนใต้ ซึ่งมีการจัดตั้งสถานีเติมเชื้อเพลิงไฮโดรเจนหลายแห่ง รถยนต์เหล่านี้ขับเคลื่อนด้วยปฏิกิริยาเคมีในเซลล์เชื้อเพลิงที่สร้างกระแสไฟฟ้าเพื่อขับเคลื่อนมอเตอร์ไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพสูง หรือโดยการเผาไหม้ไฮโดรเจนโดยตรงในเครื่องยนต์สันดาป (เกือบจะเหมือนกับรถยนต์ที่ใช้ก๊าซธรรมชาติและเข้ากันได้กับทั้งก๊าซธรรมชาติและน้ำมันเบนซิน) รถยนต์เหล่านี้มีแนวโน้มที่จะปล่อยมลพิษจากท่อไอเสียเกือบเป็นศูนย์ มลพิษทางอากาศอาจอยู่ในระดับต่ำมาก หากไฮโดรเจนผลิตโดยกระบวนการอิเล็กโทรไลซิสโดยใช้ไฟฟ้าจากแหล่งที่ไม่ก่อให้เกิดมลพิษ เช่น พลังงานแสงอาทิตย์ พลังงานลม พลังงานน้ำ หรือ พลังงาน นิวเคลียร์ การผลิตไฮโดรเจนเชิงพาณิชย์ใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลและปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์มากกว่าไฮโดรเจน

เนื่องจากมีสารมลพิษเกิดขึ้นในกระบวนการผลิตและการทำลายรถยนต์ รวมถึงการผลิต การส่ง และการจัดเก็บไฟฟ้าและไฮโดรเจน ดังนั้นคำว่า "ปลอดมลพิษ" จึงใช้ได้เฉพาะกับการแปลงพลังงานที่เก็บไว้ให้เป็นการเคลื่อนที่ของรถยนต์เท่านั้น

ในปี พ.ศ. 2547 กลุ่มผู้ผลิตรถยนต์รายใหญ่ ได้แก่BMW , General Motors , Honda , ToyotaและVolkswagen / Audiได้ร่วมกันกำหนด"มาตรฐานน้ำมันเบนซินคุณภาพสูง"สำหรับ แบรนด์ น้ำมันเบนซินในสหรัฐอเมริกาและแคนาดาที่ตรงตามมาตรฐานขั้นต่ำสำหรับปริมาณสารชะล้าง^{[ 16 ]}และไม่มีสารเติมแต่งโลหะ น้ำมันเบนซินคุณภาพสูงจะมีสารชะล้างในระดับที่สูงกว่าเพื่อป้องกันการสะสมของคราบ (โดยทั่วไปจะเกิดขึ้นที่หัวฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงและวาล์วไอดี ) ซึ่งเป็นที่ทราบกันดีว่าทำให้ประสิทธิภาพการประหยัดน้ำมันและสมรรถนะของเครื่องยนต์ลดลง^{[ 17 ]}

ลักษณะการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงส่งผลต่อปริมาณพลังงานที่ผลิตได้องค์การบริหารการบินและอวกาศแห่งชาติ (NASA) ได้ทำการวิจัยเกี่ยวกับการใช้เชื้อเพลิงในสภาวะไร้แรงโน้มถ่วง

การกระจายตัวของเปลวไฟโดยทั่วไปภายใต้สภาวะแรงโน้มถ่วงปกติขึ้นอยู่กับการพาความร้อนเนื่องจากเขม่ามีแนวโน้มที่จะลอยขึ้นไปด้านบนของเปลวไฟ เช่นเดียวกับในเทียน ทำให้เปลวไฟมีสีเหลือง ในสภาวะไมโครกราวิตี้หรือสภาวะไร้แรงโน้มถ่วงเช่น สภาพแวดล้อมในอวกาศการพาความร้อนจะไม่เกิดขึ้นอีกต่อไป และเปลวไฟจะกลายเป็นทรงกลมมีแนวโน้มที่จะมีสีน้ำเงินมากขึ้นและมีประสิทธิภาพมากขึ้น มีคำอธิบายที่เป็นไปได้หลายประการสำหรับความแตกต่างนี้ ซึ่งคำอธิบายที่น่าจะเป็นไปได้มากที่สุดคือสมมติฐานที่ว่าอุณหภูมิมีการกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอเพียงพอที่จะไม่เกิดเขม่าและเกิดการเผาไหม้ที่สมบูรณ์ (องค์การบริหารการบินและอวกาศแห่งชาติ เมษายน 2548) การทดลองของ NASA ในสภาวะไมโครกราวิตี้เผยให้เห็นว่าเปลวไฟแบบแพร่กระจายในสภาวะไมโครกราวิตี้ช่วยให้เขม่าถูกออกซิไดซ์อย่างสมบูรณ์ได้มากกว่าเปลวไฟแบบแพร่กระจายบนโลก เนื่องจากกลไกหลายอย่างที่ทำงานแตกต่างกันในสภาวะไมโครกราวิตี้เมื่อเทียบกับสภาวะแรงโน้มถ่วงปกติผลการทดลอง LSP-1องค์การบริหารการบินและอวกาศแห่งชาติ เมษายน 2548 เปลวไฟที่ผสมล่วงหน้าในสภาวะไมโครกราวิตี้จะเผาไหม้ในอัตราที่ช้ากว่าและมีประสิทธิภาพมากกว่าแม้แต่เทียนบนโลก และคงอยู่ได้นานกว่ามาก^{[ 18 ]}

• เว็บไซต์ของรัฐบาลสหรัฐฯ เกี่ยวกับประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิง