การศึกษาสมรรถนะ การปล่อยสารมลพิษ และการสึกหรอของเครื่องยนต์ดีเซลขนาดเล็กที่ใช้น้ำมันดีเซลผสมแอนไฮดรัสเอทานอล และสารอีมัลซิไฟเออร์ต่าง ๆ

Abstract

สารมลพิษต่าง ๆ จากแก๊สไอเสียของเครื่องยนต์ดีเซล โดยเฉพาะอย่างยิ่ง คาร์บอนมอนอกไซด์ ไฮโดรคาร์บอนและควันดำ ทำให้เกิดสภาวะแวดล้อมที่เป็นพิษ และนำไปสู่อันตรายของระบบทางเดินหายใจของมนุษย์ เพื่อลดการปลดปล่อยสารมลพิษเหล่านี้ การพัฒนาคุณภาพของน้ำมันดีเซล โดยการเพิ่มสารเติมออกซิเจนกลายเป็นทางเลือกหนึ่ง ซึ่งกำลังได้รับความสนใจในปัจจุบัน ขณะที่แอนไฮดรัสเอทานอล มีองค์ประกอบของออกซิเจนและถูกผลิตจากพืชเกษตรต่าง ๆ ในประเทศไทยแต่มีช่วงเวลาสั่นสำหรับการผสมเป็นเนื้อเดียวกันกับน้ำมันดีเซล เพื่อเพิ่มความเป็นเนื้อเดียวกันระหว่างน้ำมันดีเซลและเอทานอล การใช้สารอีมัลซิไฟเออร์ต่าง ๆ เพื่อลดแรงตึงผิวของน้ำมันดีเซลและเอทานอลโดยวิธีอิมัลชั่น กลายเป็นกุญแจสำคัญซึ่งนำไปสู่การปรับปรุงคุณภาพของน้ำมันดีเซล ดังนั้น วัตถุประสงค์หลักของการวิจัยนี้ เป็นการนำเสนอเกี่ยวกับการศึกษาคุณสมบัติทางกายภาพต่าง ๆ ของน้ำมันดีเซลผสมกับแอนไฮดรัสเอทานอลและสารอิมัลซิไฟเออร์ต่าง ๆ ได้แก่ เอทิลอะซิเตท เอ็น-บิวทานอล และไบโอดีเซล เทียบกับน้ ามันดีเซล การตรวจสอบการฉีดและการสเปรย์น้ ามันเชื้อเพลิง และการวิเคราะห์สมรรถนะ การปล่อยสารมลพิษต่าง ๆ และการสึกหรอของเครื่องยนต์ดีเซลขนาดเล็กแบบฉีดตรง หนึ่งสูบ สี่จังหวะ ซึ่งถูกเชื่อมต่อกับเจนเนอร์เรเตอร์ขนาด 5 กิโลวัตต์เพื่อการทดสอบที่ความเร็วรอบและภาระงานทางไฟฟ้าต่าง ๆ ในระยะเวลาทั้งหมด 500 ชั่วโมง ผลการตรวจสอบคุณสมบัติทางกายภาพของน้ำมันดีเซลผสมกับแอนไฮดรัสเอทานอลและสารอิมัลซิไฟเออร์ต่าง ๆ ได้แก่ เอทิลอะซิเตท เอ็น-บิวทานอล และไบโอดีเซล แสดงให้เห็นว่า น้ำมันดีเซลผสมกับแอนไฮดรัสเอทานอลและเอทิลอะซิเตท (DEE) และน้ำมันดีเซลผสมกับแอนไฮดรัสเอทานอลและเอ็น-บิวทานอล (DEB) ไม่มีการแยกชั้นของน้ำมันดีเซลผสมกับแอนไฮดรัสเอทานอลนานถึง 6 เดือน ในทางตรงกันข้าม น้ำมันดีเซลผสมกับแอนไฮดรัสเอทานอลและไบโอดีเซล (DEBi) มีความไม่เป็นเนื้อเดียวกันหลัง 2 เดือน นอกจากนี้ น้ำมัน DEE, DEB และ DEBi มีค่าความหนาแน่น ค่าความหนืด ค่าจุดวาปไฟ และค่าความร้อนต่ำกว่าน้ำมันดีเซลโดยเฉพาะอย่างยิ่ง น้ำมัน DEE มีคุณสมบัติทางกายภาพต่ำกว่าน้ำมัน DEB และ DEBi อย่างไรก็ตาม คุณสมบัติทางกายภาพของน้ำมันเหล่านี้ อยู่ในขอบเขตของมาตรฐานน้ำมันดีเซลตามประกาศกรมธุรกิจพลังงาน และสามารถถูกประยุกต์ใช้สำหรับเครื่องยนต์ดีเซลต่าง ๆ สำหรับการวิเคราะห์คุณลักษณะต่าง ๆ ของการฉีดและการสเปรย์น้ำมัน DEE, DEB และ DEBi ภายในชุดทดสอบระบบการฉีดเชื้อเพลิงแบบรางร่วม ซึ่งติดตั้งกับห้องจำลองการฉีดและการสเปรย์น้ำมันเชื้อเพลิงนั้นการใช้น้ำมัน DEE, DEB และ DEBi ส่งผลให้ความดันต่าง ๆ ของระบบการฉีดเชื้อเพลิง (ได้แก่ ความดันของน้ำมันเชื้อเพลิงก่อนเข้าท่อรางร่วม ความดันท่อรางร่วม ความดันท่อน้ำมันแรงดันสูง และความดันของการฉีดน้ำมันเชื้อเพลิง) ต่ำกว่าการใช้น้ำมันดีเซล เนื่องจากน้ำมันเหล่านี้ มีค่าความหนาแน่น และความหนืดต่ำกว่าน้ำมันดีเซล โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การใช้น้ำมัน DEE นำไปสู่การลดลงอย่างมากของความดันต่าง ๆ ของระบบการฉีดเชื้อเพลิง และอาจก่อให้เกิดความเสียหายกับระบบการฉีดเชื้อเพลิงนี้ขณะที่ผลลัพธ์ต่าง ๆ ของการทดสอบการสเปรย์น้ำมัน DEE, DEB และ DEBi แสดงให้เห็นว่า มีการแตกกระจายของละอองน้ำมันเชื้อเพลิงมากกว่าและการระเหยกลายเป็นไอรวดเร็วกว่าการสเปรย์น้ำมันดีเซล ผลลัพธ์ที่ตามมา การสเปรย์น้ำมัน DEE, DEB และ DEBi มีมุมสเปรย์มากกว่า และความยาวจริงของการสเปรย์สั้นกว่าการสเปรย์น้ำมันดีเซล ในกรณีของการตรวจสอบการทำงานของเครื่องยนต์ และสมรรถนะและการปล่อยสารมลพิษต่าง ๆ ของเครื่องยนต์ ที่ความเร็วรอบและภาระงานทางไฟฟ้าต่างๆ ในระยะเวลา 200 ชั่วโมง พบว่า อุณหภูมิการทำงานของเครื่องยนต์ดีเซล เมื่อใช้น้ ามัน DEE, DEB และ DEBi มีค่าใกล้เคียงกับการใช้น้ำมันดีเซล แต่อุณหภูมิแก๊ส ไอเสียจากการใช้น้ำมันเหล่านี้ถูกเปลี่ยนแปลงไป ขณะที่งานวิจัยนี้ ค้นพบว่า การใช้น้ำมัน DEB มีประสิทธิภาพทางความร้อนสูงกว่าการใช้น้ำมัน DEE, DEBi และดีเซล นอกจากนี้ การใช้น้ำมัน DEBi และ DEE มีสมรรถนะของเครื่องยนต์ต่ำกว่า และมีความสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงสูงกว่าการใช้น้ำมันดีเซล ในทุกความเร็วรอบและทุกภาระงาน ยิ่งไปกว่านั้น การใช้น้ำมัน DEE มีความสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงสูงสุด เมื่อเปรียบเทียบกับการใช้น้ำมัน DEB และ DEBi สำหรับการวัดการปล่อยสารมลพิษต่าง ๆ จากแก๊สไอเสียของเครื่องยนต์นี้ การใช้น้ำมัน DEE, DEB และ DEBi ลดการปล่อยปริมาณคาร์บอนมอนอกไซด์และควันดำอย่างมาก แต่มีปริมาณของไฮโดรคาร์บอนสูงกว่าการใช้น้ำมันดีเซล เนื่องจากแอนไฮดรัสเอทานอลมีความร้อนของการกลายเป็นไอรวดเร็วกว่า ซึ่งนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของไฮโดรคาร์บอนจากการใช้น้ำมันเหล่านี้สำหรับการวัดการสึกหรอของชิ้นส่วนต่าง ๆ ภายในเครื่องยนต์นี้ ในระยะเวลาทั้งหมด 500 hr การใช้น้ำมัน DEE, DEB และDEBi มีคราบเขม่ามากกว่า แต่การสึกหรอของชิ้นส่วนต่าง ๆ ภายในเครื่องยนต์นี้ ใกล้เคียงกับการใช้น้ำมันดีเซล อย่างไรก็ตาม การใช้น้ำมันเหล่านี้ มีค่าการสึกหรอของชิ้นส่วนต่าง ๆ อยู่ในขอบเขตที่ยอมรับได้ซึ่งถูกกำหนดไว้ในคู่มือของเครื่องยนต์นี้ดังนั้น การใช้น้ำมันเหล่านี้ ไม่ส่งผลต่อการสึกหรอของชิ้นส่วนต่าง ๆ ภายในเครื่องยนต์ดีเซลในการทดสอบทั้งหมด 500 hr สุดท้าย การวิจัยนี้สรุปได้ว่า น้ำมัน DEB เหมาะสมสำหรับการประยุกต์ใช้เป็นเชื้อเพลิงทดแทนมากกว่าน้ำมัน DEBi และ DEE เพราะว่าน้ำมันนี้ให้สมรรถนะของเครื่องยนต์สูงกว่าและ การปล่อยไฮโดรคาร์บอน และควันดำต่ำกว่าการใช้น้ำมัน DEE และน้ำน้ำมัน DEBi อย่างไร ก็ตาม การใช้น้ำมัน DEE ควรระมัดระวังความเสียหายภายในระบบฉีดเชื้อเพลิง เนื่องจากมีความดันของการฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงต่ำสุด ซึ่งนำไปสู่การสึกหรอของระบบฉีดเชื้อเพลิงอย่างรวดเร็ว