Effects of compression ratio on performance and exhaust emission of EFI gasoline engine fueled with E85-gasohol
โดย ประพนธ์ ชูประเสริฐ
ปี 2557
บทคัดย่อ (Abstract)
วิทยานิพนธ์นี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาผลกระทบของค่าอัตราส่วนการอัด (CR) ที่มีต่อสมรรถนะและมลพิษในไอเสียของเครื่องยนต์แก๊สโซลีนที่ใช้ระบบหัวฉีดแบบอิเล็คทรอนิกส์และใช้แก๊สโซฮอล์ E85 เป็นเชื้อเพลิง ในงานวิจัยนี้เลือกใช้เครื่องยนต์ขนาด 1,500 cc เนื่องจากเป็นขนาดที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน โดยการปรับเปลี่ยนค่า CR ทำโดยวิธีการปาดฝาสูบของเครื่องยนต์แล้วปรับเพิ่มและลดค่า CR โดยการลดและเพิ่มจานวนปะเก็นฝาสูบ จึงได้ค่า CR เท่ากับ 9.9 (ค่ามาตรฐานจากผู้ผลิต), 13.5 และ 16 (เป็นค่าสูงสุดที่ไม่ทำให้ให้เกิดการชนกันระหว่างวาล์วและหัวลูกสูบ)
ผลการศึกษาถึงผลกระทบของค่า CR ต่อสมรรถนะของเครื่องยนต์โดยใช้เชื้อเพลิง E85 พบว่า CR=16 ให้กำลังเบรกเพิ่มขึ้น (เมื่อเปรียบเทียบกับ CR เท่ากับ 9.9 และ 13.5 เพิ่มขึ้นคิดเป็น 28.6% และ 7.4% ตามลำดับ) ให้ค่าอัตราการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงจำ เพาะเบรก (bsfc) ลดลง (เมื่อเปรียบเทียบกับ CR เท่ากับ 9.9 และ 13.5 ลดลงคิดเป็น 1.3% และ 30.2% ตามลาดับ) จึงส่งผลให้มีค่าประสิทธิภาพเชิงความร้อนเพิ่มขึ้นเป็น 54% ผลการตรวจวิเคราะห์แก๊สไอเสียของเครื่องยนต์พบว่า การเพิ่มค่า CR ส่งผลให้ปริมาณไฮโดรคาร์บอน (HC) มีค่าเพิ่มขึ้นอยู่ในช่วง 181-239 ppm ค่า CR เท่ากับ 16 มีปริมาณ HC สูงสุดเท่ากับ 239 ppm สำหรับมลพิษอื่นทั้งปริมาณคาร์บอนมอนน๊อกไซด์ (CO) และไนโตรเจนออกไซด์ (NO[subscript x]) ผลการศึกษาพบว่าการเพิ่มค่า CR ส่งผลให้มลพิษเหล่านี้ลดลงแต่มีการเปลี่ยนแปลงในปริมาณไม่มากนัก
จากผลการศึกษาจะเห็นได้ว่า การเพิ่มค่า CR ส่งผลให้เครื่องยนต์ทดสอบที่ใช้แก๊สโซฮอล์ E85 เป็นเชื้อเพลิง มีสมรรถนะสูงขึ้น โดยเมื่อเปรียบเทียบกับ ค่า CR เดิม (CR=9.9) จะเห็นว่าเมื่อเพิ่มค่า CR เป็น 16 เครื่องยนต์จะให้ค่าแรงบิดสูงที่สุด กำลังเบรกสูงสุด อัดตราการสิ้นเปลืองจำ เพาะเบรกและประสิทธิภาพเชิงความร้อนเบรกเพิ่มขึ้นคิดเป็นร้อยละประมาณ 29, 7, 30 และ 23 ตามลำดับ นอกจากนี้การเพิ่มค่า CR ส่งผลให้มลพิษในไอเสียลดลงทั้ง CO และ NO[subscript x] แม้ว่า HC จะมีปริมาณเพิ่มขึ้น แต่ในปริมาณไม่มากนัก จึงสรุปได้ว่าการเพิ่มค่า CR ของเครื่องยนต์ที่ใช้เชื้อเพลิงที่มีค่าออกเทนนัมเบอร์สูงเหมือนเชื้อเพลิง E85 จะสามารถทำให้สมรรถนะของเครื่องยนต์เพิ่มขึ้นได้
The objective of this thesis is to study on the influences of compression ratio (CR) variation on the performance and exhaust gas emission of the EFI gasoline engine fueled with gasoline E85. A 1,500 cc engine is selected for this thesis due to it is vastly used nowadays. The cylinder head of engine was grinded to increase the compression ratio and the CR can be varied by inserting few of cylinder head gaskets. Three compression ratios: 9.9 (standard from manufacturer), 13.5 and 16, were studied.
The study results show that, when the CR of engine was increased to be 16, its performance was increased. The brake power was increased, compared to CR=9.9 and CR=13.5 at 28.6% and 7.4%, respectively. The brake specific fuel consumption (bsfc) was decreased, compared to CR=9.9 and CR=13.5 at 1.3% and 30.2%, respectively. Then the thermal efficiency of the tested engine was increased to be 54%. The emission gases were measured via exhaust gas analyzer. The results show that the hydrocarbon (HC) exhaust gases of the engine increases to the range 181-239 ppm. In addition when the compression ratio is 16 the HC exhaust gases can reach the maximum point at 239 ppm. While the other emission: carbon monoxide (CO) and nitrogen oxide (NO[subscript x]), increasing of CR can be moderately reduced these emissions.
The study results demonstrated that, when this engine was fueled with E85-gasohol, the compression ratio of 16 outperforms the others. Compared to the standard value (CR=9.9), the obtained maximum torque, maximum brake power, brake specific fuel consumption and thermal brake efficiency were decreased at about 29%, 7%, 30% and 23%, respectively. In addition, increasing of CR can reduce the emission, CO and NO[subscript x]. However, the HC emission was slightly increased. It can be concluded that increment of compression ratio, together with higher octane number fuel like E85-gasohol, all of important performance parameters can be improved.