การตรวจสอบสเปรย์เชื้อเพลิง...

1บทความวจย วารสารวชาการ วศวกรรมศาสตร ม.อบ. ปท 8 ฉบบท 1 มกราคม - มถนายน 2558

การตรวจสอบสเปรยเชอเพลงและสมรรถนะของเครองยนตทใชน ามนดเซลผสมเอทานอล Investigation of Fuel Spray and Engine Performance Using Diesel-Ethanol Fuel Blends

เอกชย สธรศกด * เพชรพงษ สกใส สราวธ ฤทธอราม ศรณย โพสาวง อตวชญ สรวชยกล

คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยบรพา อ.เมอง จ.ชลบร 20131

Ekkachai Sutheerasak* Pechpong Suksai Saravut Rittiarram Saran Phosawung Ativit Sirivichaikul

Faculty of Engineering, Burapha University, Muang, Chonburi, 20131, Thailand Tel : 082-4533848 E-mail: [email protected]

บทคดยอ งานวจยนมวตถประสงคเพอตรวจสอบการสเปรยเชอเพลง และสมรรถนะเครองยนตทเกยรสงสดและต าสด โดยใชน ามนดเซล และน ามนดเซลผสมแอนไฮดรสเอทานอล (99.9%) ในอตราสวนรอยละ 10-40 โดยปรมาตร ขณะทการสเปรยเชอเพลงทดสอบจากเครองจ าลองการฉดเชอเพลงทควบคมโดยมอเตอรและอนเวอรเตอร สวนสมรรถนะของ เคร อ งยนต ไดม าจากการทดสอบเครองยนตดเซลแบบฉดตรง 4 สบ 4 จงหวะทใชส าหรบรถยนตขบเคลอนลอหลง และใชกระปกเกยรกลไกแบบ 5 เกยร ความเรวรอบของเครองยนตทใชทดสอบอยระหวาง 1000-2500 รอบตอนาท และภาระงานสงสด ผลการทดสอบพบวา น ามนดเซลผสมเอทานอลไมสามารถผสานกนและมการแยกชนหลงจาก 2 5 18 และ 34 ชวโมง เมอใชเอทานอลในสดสวนรอยละ 40 30 20 และ10 ตามล าดบ ขณะทการใชน ามนดเซลผสมเอทานอล ท าใหความดนของการฉดลดลงรอยละ 13.25-34.94 และมมสเปรยเพมขน 2.74-10.27 องศาเมอเทยบกบน ามนดเซล สวนผลการทดสอบสมรรถนะของเครองยนตทต าแหนงเกยร 5 พบวา การใชน ามนดเซลผสมเอทานอล ท าใหก าลงงานของเครองยนตลดลงรอยละ 2.50-20.73 และประสทธภาพทางความรอนลดลงรอยละ 0.09-13.16 ขณะทความสนเปลองเชอเพลงเพมขนรอยละ 3.31-30.05 และความสนเปลองพลงงานเพมขนรอยละ 0.24-15.33 เมอเทยบกบน ามนดเซล ค าหลก ดเซลผสมเอทานอล เครองยนตดเซล การฉดเชอเพลง สมรรถนะของเครองยนต

Abstract This research aims to investigate the fuel spray and engine performance at maximum and minimum gear by using diesel fuel and diesel mixed anhydrous ethanol (99.9%) at ratio of ethanol oil from 10 to 40%. Fuel spray tests from a fuel injector controlled by motor and invertor. Engine performance testing uses a four-stroke, four-cylinder and direct-injection diesel engine for an automobile, rear-wheel drive system and 5 gears of manual gearbox by running the engine speed from 1000 to 2500 rpm and full load. The experimental results of the phase stability reveal that diesel-ethanol fuel blends (DE blends) are not stable and separated after 2, 5, 18 and 34 hours, for 40%, 30%, 20% and 10% ethanol concentration, respectively. Results from fuel spray show that fuel-injection pressure from using DE blends decreases 13.25-34.94%, and spray angle increases 2.74-10.27 degree comparing with diesel fuel. As results of engine performance at gear 5, engine power from using DE blends decreases 2.50-20.73% and thermal efficiency decreases 0.09-13.16%, as fuel consumption increases 3.31-30.05% and energy consumption increases 0.24-15.33% comparing with diesel fuel. Keywords: Diesel-ethanol, diesel engine, fuel injection, engine performance

2 บทความวจย วารสารวชาการ วศวกรรมศาสตร ม.อบ. ปท 8 ฉบบท 1 มกราคม - มถนายน 2558

1. บทน า เครองยนตดเซลในปจจบนถกใชเปนอปกรณตนก าลงในรถยนตประเภทตางๆ ไดแก รถยนตโดยสาร รถกะบะ และรถบรรทกหนก เพอการคมนาคมและขนสง เนองจากมก าลงงานสง ประหยดน ามนเชอเพลง และคาบ ารงรกษาต า และในชวงสองทศวรรษทผานมาพบวา ปรมาณของรถยนตเหลานมเพมขนอยางตอเนอง [1] ขณะททว โลกประสบปญหาสภาวะการขาดแคลนน ามนดบ เพอผลตน ามนดเซล ประกอบกบตนทนในการผลตน ามนดเซลเพมขน ท าใหราคาของน ามนดเซลสงขน ในขณะเดยวกนเครองยนตดเซลมการปลอยสารมลพษ เชน ออกไซดของไนโตรเจน (NOx) ควนด า และสารอนตรายอนๆ เมอมการใชรถยนตเหลานเพมขน ท าใหสภาวะแวดลอมทเปนพษเพมมากขนดวย จากปญหาเหลาน จงมความจ าเปนอยางยงทจะตองคนหาแหลงพลงงานทดแทน [1-3] เอทานอลเปนแหลงพลงงานทางเลอกหน ง ทสามารถใชเปนเชอเพลงทดแทนได โดยเอทานอลเตรยมไดจากออย มนส าปะหลง ขาวโพด และขาวสาล เปนตน ซงมาจากพชเกษตรกรรมภายในประเทศ ท าใหไดรบความสนใจจากหลากหลายสถาบนในการพฒนาเปนเชอเพลงทดแทนส าหรบเครองยนตดเซล [2-3] โดยการใชเอทานอลนนมหลายวธดงน

1) การผสมโดยตรง หรอทเรยกวา E-Diesel โดยใชแอนไฮดรสเอทานอล (Anhydrous Ethanol) ซงเปนแอลกอฮอลทผานเขาระบบการท าใหแหง โดยเอาน าออกไปจากแอลกอฮอลใหหมด และน ามาผสมกบน ามนดเซลโดยตรง ซงวธนเปนวธทงายทสด แตมปญหาในเรองการแยกชนของน ามน [2-4]

2) การฉดเชอเพลงรวม (dual fuel injection) เปนการฉดเอทานอลเขาไปในหองเผาไหมโดยตรง และจดระเบดดวยน ามนดเซลทถกฉดมากอนหนา โดยวธน สามารถแกปญหาการแยกชนของน ามนได แตมความยงยากอยางมาก เนองจากตองมการออกแบบระบบหวฉด เพอใหฉดน ามนแรงดนสง และตองมการเพมพนทดานในของฝาสบใหมากขน [2, 5]

3) การใชวธ Emulsion เปนการใชสารอมลซไฟเออร (Emulsifier) ในการผสาน โดยวธการน น าน ามนดเซลผสมกบแอนไฮดรสเอทานอล หรอไฮดรสเอทานอล

(Hydrous Ethanol) ซงเปนเอทลแอลกอฮอลทมน าผสมอยประมาณรอยละ 5 และมสารอมลซไฟเออรเปนสารผสาน ซงน ามนทผลตไดเรยกว า น ามนดโซฮอล (Diesohol) โดยวธการน สามารถยดเวลาในการผสานของน ามนดเซลกบเอทานอล และเพมเลขซเทนดวย แตสารอมลซไฟเออรบางชนดเปนสารเคมทเปนอนตราย และมราคาสง นอกจากน การผสานเปนเนอเดยวกนของน ามนดเซลกบเอทานอล ขนอยกบปรมาณของสารอมลซไฟเออร อณหภม และปรมาณของน าในเอทานอล ท าใหมกระบวนการผสานเชอเพลงทซบซอน [2-5]

4) การใชวธ Fumigation เปนวธในการน าเอทานอลเขาไปในเครองยนตโดยการใชคารบเรเตอร หรอการระเหยเอทานอลเขาไปทางทอไอด ในขณะทน ามนดเซลยงคงถกฉดจากหวฉดเขาในหองเผาไหม ซงวธการน มความยงยากในการตดตงอปกรณ โดยมการดดแปลงทอไอดเพอระเหยเอทานอล และมตนทนสง [2, 5] จากทกลาวมาการใช E-Diesel จงเปนทางเลอกทงายทสด แตตองยดเวลาของการผสานระหวางน ามนดเซลกบเอทานอล [2, 4] ดงนน มบางงานวจยทศกษาการใช E-Diesel ส าหรบเครองยนตดเซลดงน Labeckas และคณะ [1] ศกษาการเผาไหม และสมรรถนะของเครองยนตดเซลแบบฉดตรง 4 สบ 4 จงหวะ โดยใชแอนไฮดรสเอทานอล (99.81%) รอยละ 5-15 ผสมกบน ามนดเซล ทดสอบทความเรวรอบ 2200 rpm และภาระงานสงสดเทยบกบน ามนดเซลพบวา จงหวะการฉดลาชารอยละ 28.9 ชวงความลาชาการจดระเบดเพมขนรอยละ10.7 อตราการปลอยความรอนสงสดเพมขน รอยละ 33.5 ขณะทความสนเปลองเชอเพลงจ าเพาะเบรก (Brake Specific Fuel Consumption, BSFC) เพมขนรอยละ 10.4 และประสทธภาพทางความรอน (Brake Thermal Efficiency, BTE) ลดลงรอยละ 3.8 Al-Hassan และคณะ [6] ตรวจสอบการแยกชนของน ามนดเซลผสมแอนไฮดรสเอทานอล (99%) รอยละ 5-20 พบวา การใชแอนไฮดรสเอทานอลรอยละ 5 ผสมน ามนดเซลมการแยกชนหลงจากเวลา 80 ชวโมง แตการใชแอนไฮดรสเอทานอลรอยละ 20 ผสมน ามนดเซลมการแยกชนอยางรวดเรวในเวลา 2 ชวโมง และตอมาทดสอบสมรรถนะของเครองยนตดเซลแบบฉดตรง 1 สบ 4 จงหวะ ทความเรวรอบ 1500 rpm


1. บทน า เครองยนตดเซลในปจจบนถกใชเปนอปกรณตนก าลงในรถยนตประเภทตางๆ ไดแก รถยนตโดยสาร รถกะบะ และรถบรรทกหนก เพอการคมนาคมและขนสง เนองจากมก าลงงานสง ประหยดน ามนเชอเพลง และคาบ ารงรกษาต า และในชวงสองทศวรรษทผานมาพบวา ปรมาณของรถยนตเหลานมเพมขนอยางตอเนอง [1] ขณะททว โลกประสบปญหาสภาวะการขาดแคลนน ามนดบ เพอผลตน ามนดเซล ประกอบกบตนทนในการผลตน ามนดเซลเพมขน ท าใหราคาของน ามนดเซลสงขน ในขณะเดยวกนเครองยนตดเซลมการปลอยสารมลพษ เชน ออกไซดของไนโตรเจน (NOx) ควนด า และสารอนตรายอนๆ เมอมการใชรถยนตเหลานเพมขน ท าใหสภาวะแวดลอมทเปนพษเพมมากขนดวย จากปญหาเหลาน จงมความจ าเปนอยางยงทจะตองคนหาแหลงพลงงานทดแทน [1-3] เอทานอลเปนแหลงพลงงานทางเลอกหน ง ทสามารถใชเปนเชอเพลงทดแทนได โดยเอทานอลเตรยมไดจากออย มนส าปะหลง ขาวโพด และขาวสาล เปนตน ซงมาจากพชเกษตรกรรมภายในประเทศ ท าใหไดรบความสนใจจากหลากหลายสถาบนในการพฒนาเปนเชอเพลงทดแทนส าหรบเครองยนตดเซล [2-3] โดยการใชเอทานอลนนมหลายวธดงน

1) การผสมโดยตรง หรอทเรยกวา E-Diesel โดยใชแอนไฮดรสเอทานอล (Anhydrous Ethanol) ซงเปนแอลกอฮอลทผานเขาระบบการท าใหแหง โดยเอาน าออกไปจากแอลกอฮอลใหหมด และน ามาผสมกบน ามนดเซลโดยตรง ซงวธนเปนวธทงายทสด แตมปญหาในเรองการแยกชนของน ามน [2-4]

2) การฉดเชอเพลงรวม (dual fuel injection) เปนการฉดเอทานอลเขาไปในหองเผาไหมโดยตรง และจดระเบดดวยน ามนดเซลทถกฉดมากอนหนา โดยวธน สามารถแกปญหาการแยกชนของน ามนได แตมความยงยากอยางมาก เนองจากตองมการออกแบบระบบหวฉด เพอใหฉดน ามนแรงดนสง และตองมการเพมพนทดานในของฝาสบใหมากขน [2, 5]

3) การใชวธ Emulsion เปนการใชสารอมลซไฟเออร (Emulsifier) ในการผสาน โดยวธการน น าน ามนดเซลผสมกบแอนไฮดรสเอทานอล หรอไฮดรสเอทานอล

(Hydrous Ethanol) ซงเปนเอทลแอลกอฮอลทมน าผสมอยประมาณรอยละ 5 และมสารอมลซไฟเออรเปนสารผสาน ซงน ามนทผลตไดเรยกว า น ามนดโซฮอล (Diesohol) โดยวธการน สามารถยดเวลาในการผสานของน ามนดเซลกบเอทานอล และเพมเลขซเทนดวย แตสารอมลซไฟเออรบางชนดเปนสารเคมทเปนอนตราย และมราคาสง นอกจากน การผสานเปนเนอเดยวกนของน ามนดเซลกบเอทานอล ขนอยกบปรมาณของสารอมลซไฟเออร อณหภม และปรมาณของน าในเอทานอล ท าใหมกระบวนการผสานเชอเพลงทซบซอน [2-5]

4) การใชวธ Fumigation เปนวธในการน าเอทานอลเขาไปในเครองยนตโดยการใชคารบเรเตอร หรอการระเหยเอทานอลเขาไปทางทอไอด ในขณะทน ามนดเซลยงคงถกฉดจากหวฉดเขาในหองเผาไหม ซงวธการน มความยงยากในการตดตงอปกรณ โดยมการดดแปลงทอไอดเพอระเหยเอทานอล และมตนทนสง [2, 5] จากทกลาวมาการใช E-Diesel จงเปนทางเลอกทงายทสด แตตองยดเวลาของการผสานระหวางน ามนดเซลกบเอทานอล [2, 4] ดงนน มบางงานวจยทศกษาการใช E-Diesel ส าหรบเครองยนตดเซลดงน Labeckas และคณะ [1] ศกษาการเผาไหม และสมรรถนะของเครองยนตดเซลแบบฉดตรง 4 สบ 4 จงหวะ โดยใชแอนไฮดรสเอทานอล (99.81%) รอยละ 5-15 ผสมกบน ามนดเซล ทดสอบทความเรวรอบ 2200 rpm และภาระงานสงสดเทยบกบน ามนดเซลพบวา จงหวะการฉดลาชารอยละ 28.9 ชวงความลาชาการจดระเบดเพมขนรอยละ10.7 อตราการปลอยความรอนสงสดเพมขน รอยละ 33.5 ขณะทความสนเปลองเชอเพลงจ าเพาะเบรก (Brake Specific Fuel Consumption, BSFC) เพมขนรอยละ 10.4 และประสทธภาพทางความรอน (Brake Thermal Efficiency, BTE) ลดลงรอยละ 3.8 Al-Hassan และคณะ [6] ตรวจสอบการแยกชนของน ามนดเซลผสมแอนไฮดรสเอทานอล (99%) รอยละ 5-20 พบวา การใชแอนไฮดรสเอทานอลรอยละ 5 ผสมน ามนดเซลมการแยกชนหลงจากเวลา 80 ชวโมง แตการใชแอนไฮดรสเอทานอลรอยละ 20 ผสมน ามนดเซลมการแยกชนอยางรวดเรวในเวลา 2 ชวโมง และตอมาทดสอบสมรรถนะของเครองยนตดเซลแบบฉดตรง 1 สบ 4 จงหวะ ทความเรวรอบ 1500 rpm

ภาระงานสงสดเทยบกบน ามนดเซลพบวา BSFC เพมขน และ BTE ลดลงเมอมการเพมปรมาณของเอทานอลมากขน และตอมา Daheriya และคณะ [7] ใชแอนไฮดรสเอทานอล (99.9%) รอยละ 10-30 ผสมกบน ามนดเซล และGomasta และ Mahla [8] ใชแอนไฮดรสเอทานอล (99.8%) รอยละ 5-20 ผสมกบน ามนดเซล ทดสอบกบเครองยนตดเซลแบบฉดตรง 1 สบ 4 จงหวะ ทความเรวรอบ 1500 rpm และ Arapatsakos [9] ใชแอนไฮดรสเอทานอล (99.8%) รอยละ 20-30 ทดสอบกบเครองยนตดเซลแบบฉดตรง 4 สบ 4 จงหวะ ทความเรวรอบ 1000-2300 rpm โดยเปรยบเทยบกบน ามนดเซลพบวาก าลงงานของเครองยนต (engine power, Pe) ลดลง BSFC เพมขน BTE ลดลง และความสนเปลองพลงงานจ าเพาะเบรก (Brake Specific Energy Consumption, BSEC) เพมขนเมอเพมปรมาณของแอนไฮดรสเอทานอลมากขน นอกจากน Labeckas และคณะ [1] Lei และคณะ [10] และ Cole และคณะ [11] ศกษาการปลอยสารมลพษ NOx และควนด า (SN) จากเครองยนตดเซลระบบอดอากาศแบบฉดตรง 4 สบ 4 จงหวะ โดยใชน ามนดเซลผสมแอนไฮดรสเอทานอลรอยละ 5-30 และทดสอบทความเรวรอบ 2200 rpm ภาระงานสงสด Gomasta และ Mahla [8] และ Ajav และคณะ [12] ศกษาการปลอยสารมลพษทงสองจากเครองยนตดเซลแบบฉดตรง 1 สบ 4 จงหวะ โดยใชแอนไฮดรสเอทานอลรอยละ 5-20 ผสมกบน ามนดเซล และทดสอบทความเรวรอบ 1500 rpm ภาระงานสงสดเทยบกบน ามนดเซลพบวา ปรมาณของ NOx และควนด าลดลง ขณะทอณหภมไอเสย (Texh) และ BSFC เพมขน Huang และคณะ [13] ตรวจสอบเวลาของการแยกชนของน ามน E-diesel พบวาการใชแอนไฮดรสเอทานอล (99.7%) รอยละ 10 ผสมกบน ามนดเซลมการแยกชนหลงจากเวลา 72 ชวโมง แตการใชแอนไฮดรสเอทานอลรอยละ 30 ผสมกบน ามนดเซลมการแยกชนอยางรวดเรวในเวลา 5 นาท ในขณะทการตรวจสอบสมรรถนะและการปลอยสารมลพษของเครองยนตจากการใชน ามนดงกลาวเทยบกบน ามนดเซลพบวา BSFC เพมขน และBTE ลดลง ขณะทปรมาณของ NOx และควนด าลดลงเมอมการเพมปรมาณของแอนไฮดรสเอทานอลมากขน และสดทาย He และคณะ [14] ตรวจสอบการปลอยสารมลพษของเครองยนตทใชแอนไฮดรสเอทานอล (99.7%)

รอยละ 10 และ 30 ผสมกบน ามนดเซลเทยบกบน ามนดเซล ผลลพธทไดพบวา ปรมาณของ NOx และควนด าลดลง และอณหภมไอเสยเพมขนเมอเพมปรมาณของแอนไฮดรสเอทานอลมากขน จากการศกษางานวจยทผานมาพบวา มการตรวจสอบเวลาในการแยกชนของน ามน การเผาไหม และสมรรถนะของเครองยนตจากการใชน ามนดเซลผสมแอนไฮดรสเอทานอลรอยละ 5-30 แตไมมการน าเสนอผลกระทบจากการใชน ามนดเซลผสมแอนไฮดรสเอทานอลมากกวารอยละ 30 วามการเปลยนแปลงเวลาในการแยกชนของน ามน การสเปรยเชอเพลง และสมรรถนะของเครองยนตอยางไร ดงนน วตถประสงคของงานวจยน เพอน าเสนอผลการตรวจสอบการแยกชนของน ามน การสเปรยเชอเพลง และสมรรถนะของเครองยนตดเซลภายในรถยนตแบบกระบะขณะทมการขบเคลอนต าแหนงเกยรต าสดและสงสดโดยใชน ามนดเซลผสมแอนไฮดรสเอทานอลรอยละ 10-40 โดยปรมาตร

2. อปกรณและวธการวจย การวจยน แบ งออกเปนสามสวน ไดแก การตรวจสอบการแยกชนของเอทานอลในน ามนดเซล การทดสอบสเปรยของเชอเพลง และการทดสอบสมรรถนะของเครองยนตดเซลทตดตงภายในรถยนต โดยมรายละเอยดดงน 2.1 การตรวจสอบการละลายของเอทานอลในน ามนดเซล น ามนดเซล (D100) และเอทานอล (E) ทน ามาเปนวตถดบเพอการผสมนน มคณสมบตดงแสดงในตารางท 1 โดยเอทานอลทใชเปนแอนไฮดรสเอทานอลทมความบรสทธรอยละ 99.9 ขณะทล าดบของการผสมนน เรมตนจากน ามนดเซลผสมเอทานอลรอยละ 10, 20, 30 และ 40 (DE10, DE20, DE30 และ DE40) โดยผลลพธทไดดงแสดงในรปท 1 (ก) ซงแสดงการผสมหรอการละลายเปนเนอเดยวของน ามนดเซลผสมเอทานอลในอตราสวนตางๆ และตอมาท าการตรวจสอบเวลาในการละลายของเอทานอลในน ามนดเซล โดยการบรรจน ามนดเซลผสมเอทานอลในขวดทมการปดฝาอยางสนท และวางไวภายในหองทดสอบ ผลลพธทไดดงแสดงในรปท 1 (ข) พบวา การเพมอตราสวนของเอทานอล ท าใหเวลาในการละลาย


เปนเนอเดยวกนลดลงอยางรวดเรว โดยทน ามน DE40 เกดการแยกชนอยางรวดเรวในเวลา 2 นาท และตอมาน ามน DE30 มการแยกชนในเวลา 5 นาท ในขณะทน ามน DE 20 สามารถผสานกนได 18 ชวโมง และสดทายน ามน DE 10 สามารถผสานกนได 34 ชวโมง ซงมเวลาในการผสานกนนานทสด ซงสอดคลองกบงานวจยของ Huang และคณะ [13] ตารางท 1 คณสมบตความเปนเชอเพลงของน ามนทใชทดสอบ

คณสมบต D

100 E DE

10 DE 20

DE 30

DE 40

คาความหนาแนน ณ 32 oC,

kg/m3

844

789

833

829

826

823

คาความหนด ณ 40 oC, mm2/s

2.90

1.26

2.74

2.39

2.07

1.82

คาความรอนของเชอเพลง,

MJ/kg

44.51

26.65

43.19

41.87

40.58

39.47

DE10 DE20 DE30 DE40

(ก) การผสมเปนเนอเดยวกน

DE10 DE20 DE30 DE40

(ข) การแยกชนของน ามนดเซลผสมเอทานอล

รปท 1 การตรวจสอบการแยกชนของน ามนผสม

หลงจากน น น าน ามนดเซลผสมเอทานอลในอตราสวนตางๆ ไปตรวจสอบคณสมบตความเปนเชอเพลงทหองปฏบตการภาควชาวศวกรรมเครองกล และภาควชาวศวกรรมเคม คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยบรพา โดยคาความหนาแนนของเชอเพลงหาจากอตราสวนของน าหนกน ามนทใหออกมาตอปรมาตรของน ามนทบรรจภายในบกเกอรขนาด 1000 ml ขณะทการทดสอบคาความหนดของน ามนอางองตามมาตรฐาน ASTM D445 และการทดสอบคาความรอนของเชอเพลงอางองตามมาตรฐาน ASTM D240 โดยคาความรอนทไดจากการทดสอบเปนคาความรอนต า (Lower Heating Value, LHV) และผลลพธทไดดงแสดงในตารางท 1 พบวา การผสมเอทานนอลในน ามนดเซลในอตราสวนทเพมขน ท าใหคาความหนาแนนลดลงรอยละ 1.30-2.49 คาความความหนดลดลงรอยละ 5.52-37.24 และคา LHV ลดลงรอยละ 2.97-11.32 เมอเทยบกบน ามนดเซล 2.2 การทดสอบการสเปรยของเชอเพลง ในการทดสอบการสเปรยของเชอเพลงนน มการจดท าชดทดสอบการสเปรยเชอเพลงโดยใชระบบฉดเชอเพลงแบบรางรวม (common-rail injection system)ดงแสดงในรปท 2 ซงแสดงแผนภาพของชดทดสอบการสเปรยเชอเพลง โดยท าการดดแปลงกลองควบคมการฉดเชอเพลงของเครองยนตบรษท TOYOTA รน VIGO ใหเปนเครองปรบและควบคมความดนและจงหวะการฉดเชอเพลง (หมายเลข 1) เพอควบคมและตรวจสอบความดนภายในรางรวม (common-rail pressure, Pcr) ซงเปนความดนของน ามนทอยภายในรางรวม (หมายเลข 2) โดยบนทกจากคาแรงเคลอนไฟฟาทอานไดจากเครองหมายเลข 1 และน ามาสอบเทยบเปนคา Pcr

โดยความดนภายในรางรวม หรอ คา Pcr น เกดจากป มเชอเพลงแรงดนสง (หมายเลข 3) ผลกดนน ามนใหเขาไปอยในทอรางรวม เมอคา Pcr เหมาะสม น ามนจะถกสงไปยงทอน ามนเลกๆ บนหวฉด (หมายเลข 4) โดยมเซนเซอรตรวจจบความดนการฉดเชอเพลง (fuel injection pressure, Pinj) อยดานบนของหวฉด ซงท าหนาทตรวจสอบความดนของน ามนทเอาชนะแรงกดของสปรงบนเขมหวฉด โดยบนทกจากคาแรงเคลอนไฟฟาทอานไดจากออสซลโลสโคป (หมายเลข 5) รน Hantek

DSO5062BMT digital storage oscilloscope ขนาด bandwidth 60MHz แบบ real time sample 1Gs/s และ

record length up to 2M และน าคาแรงเคลอนไฟฟาทอานไดมาสอบเทยบเปนคา Pinj

รปท 2 ชดทดสอบการสเปรยเชอเพลงระบบการฉดเชอเพลงแบบรางรวม

ขณะทการควบคมการท างานของระบบการฉดเชอเพลงแบบรางรวมน ใชมอเตอรไฟฟา (หมายเลข 6) ซงมความเรวรอบสงสด 1400 rpm ขนาด 10 h.p. ตอกบอนเวอรเตอร (หมายเลข 7) ทปรบความถสงสด 50 Hz เปนอปกรณตนก าลงในการขบป มเชอเพลงแรงดนสง(หมายเลข 3) เพอสงเชอเพลงเขาไปในรางรวม (หมายเลข 2) และสงเชอเพลงไปทหวฉด (หมายเลข 4) ซงหวฉดทใชเปนแบบ 6 ร ขนาดเสนผานศนยกลาง 0.02 mm ตอเขากบหองจ าลองการฉดเชอเพลง (หมายเลข 8) ทมขนาดเสนผานศนยกลาง 30 cm ความยาว 30 cm และความหนา 2.5 cm และสามารถเพมความดนของอากาศภายในหองจ าลองไดสงสด 10 bar ขณะทการควบคมและตรวจสอบอตราการไหลของเชอเพลงใชบกเกอรขนาด 1000 ml (หมายเลข 9) ตอทางเขาป มเชอเพลงแรงดนสง (หมายเลข 3) ในการทดสอบการสเปรยเชอเพลงนน เรมตนจากการอดอากาศเขาไปในหองจ าลอง 10 bar โดยใชป มอด

อากาศ (หมายเลข 11) และตรวจสอบความดนของอากาศจากเกจวดความดน (หมายเลข 12) และอณหภมภายในหองจ าลอง ตอมาปรบความถของอนเวอรเตอรคงท 10 Hz เพอใหมอเตอรขบป มเชอเพลง เพอผลกดนน ามนเขาไปอยในทอรางรวม และตรวจสอบคา Pcr จากเครองหมายเลข 1 เมอคา Pcr เหมาะสม ปรบปม a ทเครองหมายเลข 1 เพอใหน ามนสงไปยงหวฉด หลงจากนนท าการบนทกคาแรงเคลอนไฟฟาของคา Pcr และบนทกคา Pinj จากออสซลโลสโคป (หมายเลข 5) สวนการวดอตราการไหลของน ามนนน ใชปรมาณน ามนคงท 20 ml และบนทกเวลาทใชไปโดยจบเวลาผานนาฬกาจบเวลา ซงแสดงความละเอยด 0.01 sec ในขณะทการบนทกภาพการสเปรยเชอเพลงนน ใชการถายวดโอจากกลองถายรปดจตอลแบบ DSLR รน Cannon 650D (หมายเลข 13) ทใชเซนเซอรรบภาพแบบ CMOS APS-C และมความละเอยดของภาพ 18 ลานพกเซล ตอกบเลนส Tamron 70-300 do di marco (หมายเลข 14) และ


การจดแสงใชหลอดไฟแบบสปอรตไลน (หมายเลข 15) ขนาด 150 W แบบปรบแสงไดจ านวน 2 ชด โดยมการปรบมมการฉายแสงของหลอดไฟเขาไปจดศนยกลางของหวฉดภายในหองจ าลองการฉดเชอเพลง (หมายเลข 8) หลง จ ากน น น า ไฟลวด โ อไป เขา โปรแกรม photoshop เพอตดภาพ และปรบแตงรปภาพ และน าภาพถายการสเปรยเชอเพลงทกภาพมายอขนาดใหเทากนทอตราสวน 1:2 จากนนลากเสนแกนสเปรยทความยาว 50 mm เสนความยาวดานบนและลางของสเปรย และเสนตดกบเสนทงสาม และบนทกคาระยะความกวางของสเปรยจากโปรแกรม เพอน าไปค านวณมมของการสเปรย (spray angle, ) โดยค านวณจากสมการท 1 [15] ดงน

t2x

w12tanθ (1)

โดยท w = ความกวางของสเปรยทขยายออกไป ทระยะ xt = 50 mm

xt = ความยาวของสเปรยทฉดพงออกจากหวฉด โดยก าหนดใหความยาวของสเปรยคงท 50 mm และเรมนบจากสเปรยถกฉดพงออกจากรของหวฉด 2.3 การทดสอบสมรรถนะของเครองยนตดเซล

การทดสอบสมรรถนะของเครองยนตดเซลนน มการจดท าชดทดสอบสมรรถนะของเครองยนตทตดตงภายในรถยนตแบบกระบะของบรษทฟอรด รน Ranger ดงแสดงในรปท 3 โดยใชเครองยนตดเซลแบบฉดตรง 4 สบ 4 จงหวะขนาดความจ 2500 cc ตอกบระบบขบเคลอนลอหลงทใชกระปกเกยรแบบกลไก 5 เกยร ซงมรายละเอยดดงแสดงในตารางท 2 โดยสวนหนาของรถยนตนน เครองยนตตอกบหมอน าของรถยนต และมการตดตงเทอรโมคปเปล (ชนดของไสแบบ K ขนาดของไส 0.65 mm และมอณหภมใชงานสงสด 1300 oC) ตอกบ เ ค ร อ ง ค ว บ ค ม อ ณหภ ม LT400-101000 เ พ อตรวจสอบอณหภมตางๆ ไดแก อณหภมของอากาศเขาทอ ไอด (หมาย เลข 4) อณหภมของแก สไอ เสย (หมายเลข 5) และอณหภมทางเขาและออกของระบบหลอเยน (หมายเลข 6)

รปท 3 ชดทดสอบสมรรถนะของรถยนตแบบกระบะระบบขบเคลอนลอหลง

ตารางท 2 ขอมลของรถยนตทใชในการวจย เครองยนต

รน FORD Ranger 2009 Single cab ระบบฉดเชอเพลง Direct injection จ านวนกระบอกสบ (Cyl) 4 กระบอกสบ x ชวงชก (mm) 96 x 102 ปรมาตรกระบอกสบ (cc) 2,497 cc อตราการสวนอด 18:1 ก าลงงานสงสด (hp) /ความเรวรอบ (rpm)

115 / 3200

แรงบดสงสด (N-m) /ความเรว รอบ (rpm)

380 / 1800

ระบบสงก าลง ระบบขบเคลอน ลอหลง ระบบเกยร กระปกเกยรแบบกลไก 5 เกยร อตราทดเกยร เกยร 1 : 3.72:1

เกยร 2 : 2.20:1 เกยร 3 : 1.50:1 เกยร 4 : 1.00:1 เกยร 5 : 0.79:1

อตราทดเฟองทาย/รปแบบ 4.56 : 1 / Open diff case

ขณะทการตรวจสอบความเรวรอบของเครองยนต เพลากลาง และเพลาทายใชเครองแสดงผลแบบดจตอล รน PM digital indicator RPM meter ทมความเทยงตรงในการวด 0.05% (หมายเลข 1) ซงตอกบ proximity switch รน SC40P-AE-35 NC ของบรษท AECO ทมระยะตรวจจบ 0-35 mm ความไวในการท างาน 10 Hz และ ระยะท าซ า <10 % SN นอกจากน มการตดตงอปกรณวดอตราการใช เชอ เพลง โดยใชบก เกอร (หมายเลข 2) ขนาด 500 ml ซงตดตงบนชดแผงควบคม และสดทายมการตรวจสอบปรมาณควนด า โดยใชอปกรณวดปรมาณควนด า ชวงการวด 0.0-9.9 smoke number (SN) ขณะทการเพมภาระงาน เพอตรวจสอบสมรรถนะของเครองยนตนน มการดดแปลงชดระบบเบรกของรถยนต โดยใชแมป มเบรกของรถยนต (หมายเลข 14) ตอเขากบชดดรมเบรก (หมายเลข 8) ของลอหลง เพอท าเปนไดนาโมมเตอรแบบความเสยดทาน โดยอานคาแรงดนเบรกจากเกจวดความดน (หมายเลข 13) และอานคาแรงบดหรอทอรกจากเครองอานน าหนกทมความละเอยด 0.001 kg ซงตอกบโหลดเซลลรน ZEGA KBQS-A แบบ shear beam compression ขนาด 5 ตน (หมายเลข 10) ทตดตงกบแกนกดเบรก (หมายเลข 9)

และชดดรมเบรกลอหลงของรถยนตฟอรดดงแสดงในรปท 3 ขณะทการทดสอบสมรรถนะของเครองยนตนน เรมตนจากการอนเครองยนตเปนเวลา 15 นาท โดยไมมการเขาเกยร และใหภาระงาน เพอใหเครองยนตมสภาวะการท างานคงท โดยสงเกตจากอณหภมของระบบหลอเยนคงท 80 oC และตอมาท าการทดสอบตามสภาวะการทดสอบทแสดงในตารางท 3 โดยเรมตนจากการทดสอบการใชน ามน D100 เปนเชอเพลง และท าการบนทกขอมลตางๆ เพอน าไปใชในการศกษาสมรรถนะของเครองยนตในแตละเกยร ไดแก ขอมลความเรวรอบของเครองยนต เพลากลาง และเพลาทาย ทอรกทลอของรถยนต อตราการไหลของน ามน และอณหภมตางๆ ไดแก อณหภมอากาศเขาทอรวมไอด อณหภมน าหลอเยน อณหภมแกสไอเสย และปรมาณควนด า ตารางท 3 สภาวะการทดสอบสมรรถนะของเครองยนต

รายการ สภาวะทก าหนด ความเรวรอบของเครองยนต เชอเพลงททดสอบ อณหภมน าหลอเยน ภาระงาน ปรมาณเชอเพลง เกยรททดสอบ

1000-250050 rpm D/ DE10/ DE20/ DE30/ DE40

805 oC แรงดนเบรกสงสด

20 ml 1 และ 5

หลงจากนน เปลยนน ามนเชอเพลง โดยใชน ามน DE10 จนถงน ามน DE40 และใชเงอนไขในการทดสอบแบบเดยวกบการใชน ามน D100 ตอมา น าขอมลตางๆ ทไดจากการทดสอบมาค านวณตวแปรตางๆ ทมผลตอสมรรถนะของเครองยนต ไดแก ก าลงงานของเครองยนต (engine power, Pe) ความสนเปลองเชอเพลงจ าเพาะเบรก (Bake Specific Fuel Consumption, BSFC) ความสนเปลองพลงงานจ าเพาะเบรก (Brake Specific Energy Consumption, BSEC) และประสทธภาพทางความรอน (Thermal Efficiency, BTE) โดยค านวณจากสมการท 2-6 [15-16] ดงน

100τiiη

τ efgtw (2)

eee N2πP (3)

e

f

.

PmBSFC (4)


BSFCLHVBSEC . (5)

LHVm

PBTEf

.e (6)

โดยท w = ทอรกทลอของรถยนต (N.m) e = ทอรกของเครองยนตยนต (N.m) t = ประสทธภาพการสงก าลง (%) ig = อตราทดของเกยรท if = อตราทดของเฟองทาย Ne = ความเรวรอบของเครองยนต (rpm) f

.m = อตราการไหลของน ามน (kg/sec)

LHV = คาความรอนต าของเชอเพลง (MJ/kg) ขณะทการทดสอบไดมการบนทกขอมล 5 ครงและน ามาเฉลยเปน 1 ครงของการทดสอบ โดยท าการเกบขอมลซ าๆ กนในระยะเวลา 2 เดอน เพอศกษาและวเคราะหแนวโนมของขอมลทไดรบ นอกจากน ไดมการหาคาของปรมาณทว ดหาไดจากการทดลอง เพอหาคาเฉลยของขอมลทท าการวดทงหมด และคาความคลาดเคลอนทไดจาก standard error โดยใชสมการท 7 และ 8 ดงน

n

i iXn

X1

1= (7)

โดยท X = คาเฉลย n = จ านวนครงทวดขอมล

Standard error = n

SD (8)

โดยท SD = คาสวนเบยงเบนมาตราฐานซงหาไดจาก

n

XiXSD

n

i

2)(1

ดงนน คาทบนทกของปรมาณ X น คอ n

SDX

3. ผลการวจยและวจารณผล 3.1 ผลการวจยการสเปรยของเชอเพลง

ในรปท 4 แสดงภาพถายการสเปรยน ามนดเซลและน ามนดเซลผสมเอทานอลรอยละ 10-40 จรงทมการ

ยออตราสวนของภาพเปน 1:10 โดยสเปรยพงออกจากหวฉดเขาไปในหองจ าลอง ณ ความดน 10 bar และอณหภม 29 oC ทความเรวของอนเวอรเตอรคงท 10 Hz และความเรวรอบของมอเตอร 225 rpm ผลลพธทไดพบวา การใชน ามนดเซลผสมเอทานอลรอยละ 10-40 ท าใหความยาวของสเปรยทฉดพงออกจากหวฉด (xt) สนกวาน ามนดเซล

รปท 4 ภาพการสเปรยของน ามนทฉดพงเขาไปในหองจ าลองท

ความดนภายในหองจ าลองคงท 10 bar ในทางตรงกนขาม น ามนดเซลผสมเอทานอลรอยละ 10-40 มรปกรวยสเปรยทกวางกวาน ามนดเซล เนองจากน ามนดเซลผสมเอทานอล มการแตกกระจายของหยดเชอเพลงจากแกนของเหลว หรอแกนของสเปรยทออกจากรหวฉดงายกวา และระเหยกลายเปนไอเชอเพลงรวดเรวกวาน ามนดเซล ท าใหมม ของน ามนดเซลผสมเอทานอลรอยละ 10-40 มากกวาน ามนดเซล ซงสอดคลองกบงานวจยของ Park และคณะ [17] เนองจากการใชน ามนดเซลผสมเอทานอลในอตราสวนทเพมขน กระตนการแตกตวของน ามน เมอน ามนถกฉดออกจากรของหวฉดปะทะกบอากาศภายในหองจ าลอง ท าใหการแตกเปนละอองน ามนงายขน มละอองน ามนขนาดเลกเพมขน อตราการระเหยกลายเปนไอรวดเรวขน และความหนาแนนของไอระเหยเชอเพลงเพมขน [17-18] เมอตรวจสอบมม ของน ามนดเซลและน ามนดเซลผสมเอทานอลดงแสดงในรปท 5 ซงแสดงผลลพธของมม จากการค านวณทระยะ xt 50 mm โดยใชอตราสวนของภาพ 1:2 พบวา การใชน ามนดเซลผสมเอทานอลรอยละ 10-40 ท าใหมม เพมขน 2.74-10.27 องศาเมอเทยบกบน ามนดเซล


BSFCLHVBSEC . (5)

LHVm

PBTEf

.e (6)

โดยท w = ทอรกทลอของรถยนต (N.m) e = ทอรกของเครองยนตยนต (N.m) t = ประสทธภาพการสงก าลง (%) ig = อตราทดของเกยรท if = อตราทดของเฟองทาย Ne = ความเรวรอบของเครองยนต (rpm) f

.m = อตราการไหลของน ามน (kg/sec)

LHV = คาความรอนต าของเชอเพลง (MJ/kg) ขณะทการทดสอบไดมการบนทกขอมล 5 ครงและน ามาเฉลยเปน 1 ครงของการทดสอบ โดยท าการเกบขอมลซ าๆ กนในระยะเวลา 2 เดอน เพอศกษาและวเคราะหแนวโนมของขอมลทไดรบ นอกจากน ไดมการหาคาของปรมาณทว ดหาไดจากการทดลอง เพอหาคาเฉลยของขอมลทท าการวดทงหมด และคาความคลาดเคลอนทไดจาก standard error โดยใชสมการท 7 และ 8 ดงน

n

i iXn

X1

1= (7)

โดยท X = คาเฉลย n = จ านวนครงทวดขอมล

Standard error = n

SD (8)

โดยท SD = คาสวนเบยงเบนมาตราฐานซงหาไดจาก

n

XiXSD

n

i

2)(1

ดงนน คาทบนทกของปรมาณ X น คอ n

SDX

3. ผลการวจยและวจารณผล 3.1 ผลการวจยการสเปรยของเชอเพลง

ในรปท 4 แสดงภาพถายการสเปรยน ามนดเซลและน ามนดเซลผสมเอทานอลรอยละ 10-40 จรงทมการ

ยออตราสวนของภาพเปน 1:10 โดยสเปรยพงออกจากหวฉดเขาไปในหองจ าลอง ณ ความดน 10 bar และอณหภม 29 oC ทความเรวของอนเวอรเตอรคงท 10 Hz และความเรวรอบของมอเตอร 225 rpm ผลลพธทไดพบวา การใชน ามนดเซลผสมเอทานอลรอยละ 10-40 ท าใหความยาวของสเปรยทฉดพงออกจากหวฉด (xt) สนกวาน ามนดเซล

รปท 4 ภาพการสเปรยของน ามนทฉดพงเขาไปในหองจ าลองท

ความดนภายในหองจ าลองคงท 10 bar ในทางตรงกนขาม น ามนดเซลผสมเอทานอลรอยละ 10-40 มรปกรวยสเปรยทกวางกวาน ามนดเซล เนองจากน ามนดเซลผสมเอทานอล มการแตกกระจายของหยดเชอเพลงจากแกนของเหลว หรอแกนของสเปรยทออกจากรหวฉดงายกวา และระเหยกลายเปนไอเชอเพลงรวดเรวกวาน ามนดเซล ท าใหมม ของน ามนดเซลผสมเอทานอลรอยละ 10-40 มากกวาน ามนดเซล ซงสอดคลองกบงานวจยของ Park และคณะ [17] เนองจากการใชน ามนดเซลผสมเอทานอลในอตราสวนทเพมขน กระตนการแตกตวของน ามน เมอน ามนถกฉดออกจากรของหวฉดปะทะกบอากาศภายในหองจ าลอง ท าใหการแตกเปนละอองน ามนงายขน มละอองน ามนขนาดเลกเพมขน อตราการระเหยกลายเปนไอรวดเรวขน และความหนาแนนของไอระเหยเชอเพลงเพมขน [17-18] เมอตรวจสอบมม ของน ามนดเซลและน ามนดเซลผสมเอทานอลดงแสดงในรปท 5 ซงแสดงผลลพธของมม จากการค านวณทระยะ xt 50 mm โดยใชอตราสวนของภาพ 1:2 พบวา การใชน ามนดเซลผสมเอทานอลรอยละ 10-40 ท าใหมม เพมขน 2.74-10.27 องศาเมอเทยบกบน ามนดเซล

รปท 5 ความดนของการฉดน ามน และมมของการสเปรยน ามน ขณะทตรวจสอบคา Pcr พบวา การใชน ามนดเซลและน ามนดเซลผสมเอทานอลรอยละ 10-40 มคา Pcr

เทากน 83 MPa เนองจากเซนเซอรของความดนภายในรางรวมถกตงคาไว ถาความดนภายในรางรวมมคาไมถงตามทก าหนด จะไมมการสงน ามนไปยงหวฉด อยางไรกตาม เมอตรวจสอบคา Pinj พบวา การใชน ามนดเซลผสมเอทานอลรอยละ 10-40 ท าใหคา Pinj ลดลงรอยละ 13.25-34.94 เมอเทยบกบน ามนดเซล ซงสอดคลองกบงานวจยของ Labeckas และคณะ [1] และ Park และคณะ [18] เนองจากการผสมเอทานอลในอตราสวนทเพมขน ท าใหความหนดของน ามนลดลง แตไมสงผลกระทบตอความดนภายในรางรวม เพราะวาความดนภายในรางรวมมคาไมถงตามทก าหนด จะไมมการสงน ามนไปยงหวฉด แ ตความดนของการฉดลดลง เนองจากความดนในการอดน ามนเพอยกเขมน ามนในหวฉดลดลง เพราะวาความสามารถในการอดตวไดเพมขน สงผลใหความดนของน ามนลงลง และเกดความลาชาในการเอาชนะแรงกดของสปรงบนเขมหวฉด ท าใหการเรมตนของการฉดน ามนชาลง [1, 17-18] ขณะทตรวจสอบคาความคลาดเคลอนจากการทดสอบภายหลงการค านวณโดยใชสมการท 6 และ 7 พบวา การทดสอบการสเปรยของเชอเพลงน มคา standard error ของการวดความดนของการฉดเชอเพลงเทากบ 0.17 ขณะทการวดมมของการสเปรยมคา standard error จากคาทบนทกของขอมลจรงโดยเฉลย0.47 โดยสาเหตทท าใหคาความคลาดเคลอนของการวดมมของการสเปรยสง เนองจากขอจ ากดความเรวของกลองในการบนทกภาพและมจดทเปนหมอก เนองจาก

การปรบมมของหลอดไฟ และการเพม ISO ของกลองใหสงขน 3.2 ผลการวจยสมรรถนะของเครองยนต ในรปท 6 แสดงผลของการทดสอบสมรรถนะของเครองยนตดเซล ขณะทมการขบเคลอนต าแหนงเกยร 1 และเกยร 5 เมอใชน ามนดเซลและน ามนดเซลผสมเอทานอลรอยละ 10-40 โดยปรมาตรเปนเชอเพลง โดยทดสอบทความเรวรอบ 1000-250050 rpm ต าแหนงภาระงานสงสดทกดจากโหลดเซลลของชดดรมเบรก ผลลพธทไดพบวา การใชน ามนดเซลผสมเอทานอลรอยละ 10-40 เปนเชอเพลง ทต าแหนงเกยร 1 และเกยร 5 ท าให Pe และ BTE ลดลง ขณะท BSFC และ BSEC

เพมขนเมอเทยบกบน ามนดเซล ซงสอดคลองกบงานวจยของ Labeckas และคณะ [1] เนองจากการเพมเอทานอลในน ามนดเซล ท าใหอตราสวนของคารบอนตอไฮโดรเจน (carbon-to-hydrogen ratio (C/H) อตราสวนอากาศตอเชอเพลงทางทฤษฎ (stoichiometric air-to-fuel ratio) คาความรอนของเชอเพลง และเลขซเทนลดลง ท าให Pe

และ BTE ลดลง ขณะท BSFC และ BSEC เพมขน อยางไรกตาม การเปลยนต าแหนงเกยรของรถยนต ไมมผลตอการเปลยนแปลงผลลพธของสมรรถนะเครองยนตทใหออกมา เพราะวาการใชต าแหนงเกยร 1 เปนการเพมทอรกของเครองยนตใหสงขน เพอเรมตนการขบเคลอนของรถยนต และเอาชนะความเสยดทานจากชนสวนตางๆ ของรถยนต และสภาพของถนน ขณะทต าแหนงเกยร 5 เปนการเพมก าลงงานของเครองยนตเมอรถยนตมการขบเคลอนปกต แตรปท 6 (ข) ซงแสดงกราฟสมรรถนะของเครองยนตทต าแหนงเกยร 5 พบวา คา BTE สงกวารอยละ 40 ซงมคาสงกวาปกต โดยทคา BTH ของเครองยนตดเซลโดยทวไปไมควรเกนรอยละ 32-35 [15] ทงนมสาเหตมาจากการทดสอบน เปนการทดสอบสมรรถนะของรถยนต และอตราทดทต าแหนงเกยร 5 เทากบ 0.79:1 สงผลใหความเรวรอบทอานจากเพลาลอของรถยนตเพมขน เมอน าไปค านวณหาก าลงงานทใหออกมาจงมคาเพมขน สงผลใหคา BTH เพมขน [19]


(ก) สมรรถนะของเครองยนตทเกยร 1 (ข) สมรรถนะของเครองยนตทเกยร 5

รปท 6 สมรรถนะของเครองยนตทใชน ามนดเซลผสมเอทานอลรอยละ 10-40

รปท 7 สมรรถนะของเครองยนตทความเรวรอบของเครองยนต

1500 rpm ณ ต าแหนงเกยร 1 เมอตรวจสอบการเปลยนแปลงสมรรถนะของเครองยนตทความเรวรอบของเครองยนต 1500 rpm ณ ต าแหนงเกยร 1 ซงเปนต าแหนงทใหทอรกสงสดพบวา การใชน ามนดเซลผสมเอทานอลรอยละ 10-30 เปนเชอเพลง ท าใหคา Pe ลดลงรอยละ 9.88-12.52 และBTEลดลงรอยละ 9.75-25.48 ขณะทคา BSFC เพมขนรอยละ 14.20-47.22 และ BSEC เพมขนรอยละ 10.81-34.20 เมอเทยบกบน ามนดเซลดงแสดงในรปท 7 ซงสอดคลองกบงานวจย [1, 6-9]

ตอมาท าการตรวจสอบการเปลยนแปลงสมรรถนะของเครองยนตทความเรวรอบ 2500 rpm ณ ต าแหนงเกยร 5 ซงเปนต าแหนงความเรวรอบสงสดทสามารถทดสอบได เนองจากการเพมความเรวรอบเกนกวา 2500 rpm ท าใหเกดความรอนสะสมในชดดรมเบรกเพมขน และลดแรงเสยดทานของผาเบรกทจบกบจานดรมเบรก ท าใหคาแรงกดของโหลดเซลล และความความเรวรอบของลอไมแนนอน สงผลใหคา Pe ทใหออกมามการเปลยนแปลงตลอดเวลา


2500 rpm ณ ต าแหนงเกยร 5


(ก) สมรรถนะของเครองยนตทเกยร 1 (ข) สมรรถนะของเครองยนตทเกยร 5

รปท 6 สมรรถนะของเครองยนตทใชน ามนดเซลผสมเอทานอลรอยละ 10-40


1500 rpm ณ ต าแหนงเกยร 1 เมอตรวจสอบการเปลยนแปลงสมรรถนะของเครองยนตทความเรวรอบของเครองยนต 1500 rpm ณ ต าแหนงเกยร 1 ซงเปนต าแหนงทใหทอรกสงสดพบวา การใชน ามนดเซลผสมเอทานอลรอยละ 10-30 เปนเชอเพลง ท าใหคา Pe ลดลงรอยละ 9.88-12.52 และBTEลดลงรอยละ 9.75-25.48 ขณะทคา BSFC เพมขนรอยละ 14.20-47.22 และ BSEC เพมขนรอยละ 10.81-34.20 เมอเทยบกบน ามนดเซลดงแสดงในรปท 7 ซงสอดคลองกบงานวจย [1, 6-9]

ตอมาท าการตรวจสอบการเปลยนแปลงสมรรถนะของเครองยนตทความเรวรอบ 2500 rpm ณ ต าแหนงเกยร 5 ซงเปนต าแหนงความเรวรอบสงสดทสามารถทดสอบได เนองจากการเพมความเรวรอบเกนกวา 2500 rpm ท าใหเกดความรอนสะสมในชดดรมเบรกเพมขน และลดแรงเสยดทานของผาเบรกทจบกบจานดรมเบรก ท าใหคาแรงกดของโหลดเซลล และความความเรวรอบของลอไมแนนอน สงผลใหคา Pe ทใหออกมามการเปลยนแปลงตลอดเวลา


2500 rpm ณ ต าแหนงเกยร 5

ดงนน ผลลพธของการทดสอบทความเรวรอบ 2500 rpm ณ ต าแหนงเกยร 5 พบวา การใชน ามนดเซลผสมเอทานอลรอยละ 10-30 เปนเชอเพลง ท าใหคา Pe ลดลงรอยละ 2.50-15.99 และ BTE ลดลงรอยละ 0.09-7.39 ขณะทคา BSFC เพมขนรอยละ 3.31-18.62 และ BSEC เพมขนรอยละ 0.24-8.13 เมอเทยบกบน ามนดเซลดงแสดงในรปท 8 ซงสอดคลองกบงานวจย [1, 6-9] เนองจากการเพมเอทานอลในน ามนดเซล ท าใหคาความรอนของเชอเพลงและเลขซเทนลดลง ยงไปกวานน ถาใชน ามนดเซลผสมเอทานอลรอยละ 40 เปนเชอเพลง ทต าแหนงเกยร 1 พบวา คา Pe ลดลงรอยละ 17.30 และ BTE ลดลงรอยละ 31.08 ขณะทคา BSFC เพมขนรอยละ 63.63 และ BSEC เพมขนรอยละ 45.10 เมอเทยบกบน ามนดเซล และทต าแหนงเกยร 5 พบวา คา Pe ลดลงรอยละ 20.73 และ BTE ลดลงรอยละ 13.16 ขณะทคา BSFC เพมขนรอยละ 30.05 และ BSEC เพมขนรอยละ 15.33 เมอเทยบกบน ามนดเซล ดงนน ถาผสมปรมาณของเอทานอลมากกวารอยละ 30 ในน ามนดเซล ท าใหก าลงงานของเครองยนต (Pe) และประสทธภาพทางความรอน (BTE) ลดลงมากขน และมความสนเปลองเชอเพลงและพลงงานเพมขนมากดวย โดยสาเหตทคา Pe ลดลงนน เนองจากเอทานอลมคาความรอนของเชอเพลงต ากวาน ามนดเซลถงรอยละ 40.13 ดงนน เมอน าเอทานอลผสมน ามนดเซลในอตราสวนทเพมขน ท าใหน ามนดเซลผสมเอทานอลมคาความรอนของเชอเพลงลดลงเมอเทยบกบน ามนดเซลดงแสดงในตารางท 1 สงผลใหก าลงงานของเครองยนตทใหออกมาลดลงดวย [1-2, 6-9] ส าหรบคา BTE ลดลงนน มสาเหตมาจากการเพมเอทานอลในน ามนดเซลมากขน ท าใหคาความรอนของเชอเพลง และเลขซเทนลดลง และมการสญเสยก าลงงานกบระบบหลอเยนเพมขน เพราะวากระบวนการเผาไหมยาวนานขนในชวงจงหวะก าลงงาน [1] ท าใหก าลงงานทใหออกมานอยกวาพลงงานของเชอเพลงทใหส าหรบเครองยนต ท าใหคา BTE ลดลง ขณะท BSFC และ BSEC เพมขน มสาเหตมาจากน ามนดเซลผสมเอทานอลมความหนดและความหนาแนนนอยกวาน ามนดเซล ท าใหความดนในการฉดน ามนลดลง สงผลใหน ามนถกฉดออกจากรหวฉดลาชาและลดลง [1, 17-18] และน ามนดเซลผสมเอทานอล ม

เลขซเทนและคาความรอนของเชอเพลงต ากวาน ามนดเซล [1-9] ดงนน ถาพจารณาทการใหก าลงงานทเทากน สงผลใหมการใชปรมาณเชอเพลงทเพมขน ท าให BSFC และ BSEC เพมขน ขณะทตรวจสอบคาความคลาดเคลอนจากการทดสอบภายหลงการค านวณโดยใชสมการท 6 และ 7 พบวา คา standard error จากการทดสอบสมรรถนะของเครองยนตทต าแหนงเกยร 1 มคาเฉลยเทากบ 0.46 และคา standard error จากการทดสอบสมรรถนะของเครองยนตทต าแหนงเกยร 5 มคาเฉลยเทากบ 0.35 ในรปท 9 แสดงผลของปรมาณ SN และ Texh ทใชสภาวะการทดสอบเดยวกบการทดสอบของสมรรถนะของเครองยนต ผลลพธทไดพบวา การใชน ามนดเซลผสมเอทานอลรอยละ 10-40 เปนเชอเพลง ทต าแหนงเกยร 1 และเกยร 5 ท าใหปรมาณของ SN ลดลง และคา Texh เพมขนซงสอดคลองกบงานวจย [10-14] โดยทความเรวรอบของเครองยนต 1500 rpm ณ ต าแหนงเกยร 1 ซงเปนต าแหนงทใหทอรกสงสดพบวา การใชน ามนดเซลผสมเอทานอลรอยละ 10-30 เปนเชอเพลง ท าใหปรมาณของ SN ลดลงรอยละ 8.70-17.40 และคา Texh เพมขน 1-27 oC เมอเทยบกบน ามนดเซลดงแสดงในรปท 10 ขณะทการใชน ามนดเซลผสมเอทานอลรอยละ 40 (DE40) ใหผลลพธตรงกนขาม โดยทการใชน ามน DE40 ท าใหปรมาณของ SN เพมขน และคา Texh ลดลง เมอเทยบกบน ามนดเซลผสมเอทานอลในอตราสวนตางๆ ขณะทเปรยบเทยบกบน ามนดเซลพบวา ปรมาณของ SN ลดลงรอยละ 8.70 และคา Texh เพมขน 2 oC สวนการทดสอบทความเรวรอบของเครองยนต 2500 rpm ณ ต าแหนงเกยร 5 พบวา การใชน ามนดเซลผสมเอทานอลรอยละ 10-30 เปนเชอเพลง ท าใหปรมาณของ SN ลดลงรอยละ 5.89-17.65 และคา Texh เพมขน 21-34 oC เมอเทยบกบน ามนดเซลดงแสดงในรปท 10 ขณะทการใชน ามนดเซลผสมเอทานอลรอยละ 40 (DE40) ใหผลลพธตรงกนขาม โดยทการใชน ามน DE40 ท าใหปรมาณของ SN เพมขน และคา Texh ลดลง เมอเทยบกบน ามนดเซลผสมเอทานอลในอตราสวนตางๆ ขณะทเปรยบเทยบกบน ามนดเซลพบวา ปรมาณของ SN ลดลงรอยละ 2.94 และคา Texh เพมขน 26 oC


(ก) คา SN และ Texh ทเกยร 1 (ข) คา SN และ Texh ทเกยร 5

รปท 9 ปรมาณควนด า (SN) และอณหภมแกสไอเสย (Texh) ทใชน ามนดเซลผสมเอทานอลรอยละ 10-40

รปท 10 คา SN และ Texh ทเกยร 1 (Ne = 1500 rpm) และ

ทเกยร 5 (Ne = 2500 rpm)

ดงนน ถาผสมปรมาณของเอทานอลมากกวารอยละ 30 ในน ามนดเซล ท าใหปรมาณควนด าเพมขน และอณหภมแกสไอเสยของเครองยนตลดลง ทงนสาเหตทปรมาณของ SN ลดลง และคา Texh เพมขนจากการใชน ามนดเซลผสมเอทานอลรอยละ 10-30 นน เนองจากโครงสรางของเอทานอลนน มสวนประกอบของออกซเจน (O2) รวมกบไฮโดรคารบอน เมอน ามาผสมกบน ามนดเซลในอตราสวนของเอทานอลทเพมขน และมการท าปฏกรยากบอากาศ ท าใหมปรมาณของ O2 จ านวนมากในการท าปฏกรยากบไฮโดรคารบอนในปฏกรยาของการ

เผาไหม สงผลใหชวงเวลาของการเผาไหม และการปลดปลอยพลงงานสวนใหญตกอยในชวงการเผาไหมแบบเกดขนอยางรวดเรว (premixed combustion) ท าใหอณหภมการเผาไหมเพมขน สงผลใหคา Texh เพมขน และตอมาเมอเปลวไฟลกลามถงทบรเวณแกนกลางของสเปรยพบวา มปรมาณ O2 ทเพยงพอตอการเผาไหมในบรเวณนน ท าใหการเผาไหม และการปลดปลอยพลงงานในชวงการเผาไหมแบบควบคมการผสม (mixing-controlled combustion) ซงในชวงนเปนชวงทมการเผาไหมบรเวณแกนกลาง หรอแกนของเหลวของสเปรยลดลง ท าใหปรมาณ SN ลดลง [1, 10-14, 17-18] 4. สรปผลการวจย จากการทดสอบคณสมบตความเปนเชอเพลง การสเปรยเชอเพลง และสมรรถนะของเครองยนตทต าแหนงเกยรสงสดและต าสดสามารถสรปไดดงน

1) การเพมอตราสวนของเอทานอลในน ามนดเซล ท าใหเกดการแยกชนอยางรวดเรว โดยอตราสวนของเอทานอลทสามารถน ามาผสมกบน ามนดเซลไมควรเกนรอยละ 10-20 เนองจากมเวลาการละลายเปนเนอเดยวกนนานทสด ขณะทการผสมน ามนดเซลกบเอทานอลรอยละ 10-40 ท าใหคาความหนาแนนลดลงรอยละ1.43-2.50 คาความหนดลดลงรอยละ 5.52-37.24 และคา


(ก) คา SN และ Texh ทเกยร 1 (ข) คา SN และ Texh ทเกยร 5

รปท 9 ปรมาณควนด า (SN) และอณหภมแกสไอเสย (Texh) ทใชน ามนดเซลผสมเอทานอลรอยละ 10-40

รปท 10 คา SN และ Texh ทเกยร 1 (Ne = 1500 rpm) และ

ทเกยร 5 (Ne = 2500 rpm)

ดงนน ถาผสมปรมาณของเอทานอลมากกวารอยละ 30 ในน ามนดเซล ท าใหปรมาณควนด าเพมขน และอณหภมแกสไอเสยของเครองยนตลดลง ทงนสาเหตทปรมาณของ SN ลดลง และคา Texh เพมขนจากการใชน ามนดเซลผสมเอทานอลรอยละ 10-30 นน เนองจากโครงสรางของเอทานอลนน มสวนประกอบของออกซเจน (O2) รวมกบไฮโดรคารบอน เมอน ามาผสมกบน ามนดเซลในอตราสวนของเอทานอลทเพมขน และมการท าปฏกรยากบอากาศ ท าใหมปรมาณของ O2 จ านวนมากในการท าปฏกรยากบไฮโดรคารบอนในปฏกรยาของการ

เผาไหม สงผลใหชวงเวลาของการเผาไหม และการปลดปลอยพลงงานสวนใหญตกอยในชวงการเผาไหมแบบเกดขนอยางรวดเรว (premixed combustion) ท าใหอณหภมการเผาไหมเพมขน สงผลใหคา Texh เพมขน และตอมาเมอเปลวไฟลกลามถงทบรเวณแกนกลางของสเปรยพบวา มปรมาณ O2 ทเพยงพอตอการเผาไหมในบรเวณนน ท าใหการเผาไหม และการปลดปลอยพลงงานในชวงการเผาไหมแบบควบคมการผสม (mixing-controlled combustion) ซงในชวงนเปนชวงทมการเผาไหมบรเวณแกนกลาง หรอแกนของเหลวของสเปรยลดลง ท าใหปรมาณ SN ลดลง [1, 10-14, 17-18] 4. สรปผลการวจย จากการทดสอบคณสมบตความเปนเชอเพลง การสเปรยเชอเพลง และสมรรถนะของเครองยนตทต าแหนงเกยรสงสดและต าสดสามารถสรปไดดงน

1) การเพมอตราสวนของเอทานอลในน ามนดเซล ท าใหเกดการแยกชนอยางรวดเรว โดยอตราสวนของเอทานอลทสามารถน ามาผสมกบน ามนดเซลไมควรเกนรอยละ 10-20 เนองจากมเวลาการละลายเปนเนอเดยวกนนานทสด ขณะทการผสมน ามนดเซลกบเอทานอลรอยละ 10-40 ท าใหคาความหนาแนนลดลงรอยละ1.43-2.50 คาความหนดลดลงรอยละ 5.52-37.24 และคา

ความรอนของเชอเพลงลดลงรอยละ 2.97-11.32 เมอเทยบกบน ามนดเซล

2) ผลจากการทดสอบการสเปรยของเชอเพลงพบวา การเพมอตราสวนของเอทานอลในน ามนดเซลรอยละ 10-40 ท าใหมมสเปรยเพมขน 2.74-10.27 องศา เนองจากมกระบวนการแตกเปนละลองฝอยและระเหยกลายเปนไอรวดเรวขน ขณะทความดนของการฉดเชอเพลงลดลงรอยละ 13.25-34.94 เมอเทยบกบน ามนดเซล เนองจากน ามนดเซลผสมเอทานอลมความหนดและความหนาแ นน นอยกว าน ามนด เซล ท า ใหความสามารถในการอดตวไดเพมขน

3) สมรรถนะของเครองยนตทใชต าแหนงเกยร 1 และเกยร 5 ไมมผลตอการเปลยนแปลงผลลพธของสมรรถนะเครองยนตทใหออกมา โดยทการใชน ามนดเซลผสมเอทานอลรอยละ 10-40 ใหก าลงงานและประสทธภาพทางความรอนของเครองยนตลดลง ขณะทความสนเปลองเชอเพลงและพลงงานจ าเพาะเบรกเพมขนเมอเทยบกบน ามนดเซล

4) ปรมาณควนด าของเครองยนตทใชน ามนดเซลผสมเอทานอลรอยละ 10-30 ต ากวา ขณะทอณหภมแกสไอเสยของเครองยนตทใชน ามนดเซลผสมเอทานอลรอยละ 10-30 สงกวาน ามนดเซล แตการใชน ามนดเซลผสมเอทานอลรอยละ 40 ท าใหปรมาณควนด าเพมขน และอณหภมแกสไอเสยของเครองยนตลดลง กตตกรรมประกาศ คณะผจดไดรบทนอดหนนการวจยจากกองทนเพอสงเสรมการอนรกษพลงงาน ส านกงานนโยบายและแผนพลงงาน (สนพ.) ดงนน คณะผจดขอกราบขอบพระคณกองทนเพอสงเสรมการอนรกษพลงงาน ส านกงานนโยบายและแผนพลงงาน ทใหทนอดหนนการวจยน เอกสารอางอง [1] Labeckas, G., Slavinskas, S., Lus, T., Klyus, O.

and Mažeika, M. 2013. Combustion and performance parameters of a diesel engine operating on ethanol-diesel fuel blends. Scientific Journals, Maritime University of Szczecin, 36(108): 102-109.

[2] Kumar, S., Cho, J.H., Park, J. and Moon, I. 2013. Advances in diesel-alcohol blends and their effects on the performance and emissions of diesel engines. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 22: 46-72.

[3] Corkwell, K.C., Jackson, M.M. and Daly, D.T. 2003. Review of exhaust emissions of compression ignition engines operating on E-diesel fuel blends. SAE technical, series no. 2003-01-3283.

[4] Hansen, A.C., Zhang, Q. and Lyne, P.W.L. 2005. Ethanol-diesel fuel blends-a review. Bioresource Technology, 96: 277-285.

[5] อบ นลผาย, ภวดล แกวค าจนทร, อนกล บญพค า, สรชย บวรเศรษฐนนท, พงศพนธ แกวตาทพย และยศพงษ ลออนวล. 2555. ผลการประเมนเบองตนของอตราความสนเปลองเชอเพลงของรถโดยสารขนาดใหญทใชเอทานอล ED95 เปนเชอเพลงคนแรกในประเทศไทย . การประชมวชาการเครอขายวศวกรรมเครองกลแหงประเทศไทย ครงท 26, เชยงราย, ประเทศไทย, 24-27 ตลาคม 2555.

[6] Al-Hassan, M., Mujafet, H. and Al-Shannag, M. 2012. An experimental study on the solubility of a diesel-ethanol blend and on the performance of a diesel engine fueled with diesel-biodiesel-ethanol blends. Jordan Journal of Mechanical and Industrial Engineering, 6(2): 147-153.

[7] Daheriya, L.K., Shrivastava, N. and Shrivastava, V. 2012. Experiment investigation of engine performance of a diesel engine operating on diesel ethanol blend. International Journal of Emerging trends in Engineering and Development, 2(6): 364-370.

[8] Gomasta, S and Mahla, S.K. 2012. An experimental investigation of ethanol blended diesel fuel on engine performance and emission of a diesel engine. International Journal on Emerging Technologies, 3(1): 74-79.


[9] Arapatsakos, C. 2009. Application of diesel–ethanol mixtures in tractor engine. International Journal of Energy and Environment, 3(2): 77-84.

[10] Lei, J., Bi, Y. and Shen, L. 2011. Performance and emission characteristics of diesel engine fueled with ethanol-diesel blends in different altitude regions. Journal of Biomedicine and Biotechnology, Volume 2011: Article ID 417421, 10 pages.

[11] Cole, R.L., Schaus, J.E., Mcpartlin, P., Poola, R.B. and Sekar, R.R. 2001. Effects of ethanol additives on diesel particulate and NOx emissions. SAE paper, no. 2001-01-1937.

[12] Ajav, E.A., Singh, B. and Bhattacharya, T.K. 1999. Experimental study of some performance parameters of a constant speed stationary diesel engine using ethanol diesel blends as fuel. Biomass and Bioenergy, 17: 357-65.

[13] Huang, J., Wanga, Y., Li, S., Roskilly, A.P., Yu, H. and Li, H. 2009. Experimental investigation on the performance and emissions of a diesel engine fuelled with ethanol-diesel blends. Applied Thermal Engineering, 29: 2484-2490.

[14] He, B.Q., Shuai, S.J., Wang, J. X. and He, H. 2003. The effect of ethanol blended diesel fuels on emissions from a diesel engine. Atmospheric Environment, 37: 4965-4971.

[15] Heywood, J.B. 1988. Internal Combustion Engine Fundamental. McGraw -Hill, New York, 491-558.

[16] Giri, N.K. 1979. Automobile Mechanics, Khanna Publishers.

[17] Han, P.S., Junepyo, C., Hyung J.K. and Chang, S.L. 2011. Influence of ethanol blends on the combustion performance and exhaust emission characteristics of a four-cylinder diesel engine at various engine loads and injection timings. Fuel, 90: 748-755.

[18] Han, P.S., Junepyo, C., Hyung, J.K. and Chang, S.L. 2012. Effect of early injection strategy on spray atomization and emission reduction characteristics in bioethanol blended diesel fueled engine. Energy, 39: 375-387.

[19] Lechner, G., Naunheimer, H. and Ryborz, J. 1999, Automotive Transmissions: Fundamental Selection, Design and Application. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, Germany.

การตรวจสอบสเปรย์เชื้อเพลิง...

Documents

Transcript of การตรวจสอบสเปรย์เชื้อเพลิง...