การปรับปรุงสมรรถนะของรถยนต์ที่ใช้ก๊าซธรรมชาติอัดเป็นเชื้อเพลิงทางเลือกโดย
การปรับจังหวะการจุดระเบิด
The Performance Improvements of Retrofit CNG as Alternative Fuel
In light Vehicle with Variable Ignition Timing
รักษิ
ต
ฐิติพัฒนพงศ์* สุรเดช
ดวงภุมเมศ
ปณิ
ธิศิรอักษร
มนตรีชาติพจน
์
งานวิจัยระบบอิเล็กทรอนิกส์ยานยนต
์หน่วยปฎิบัติการวิจัยพัฒนาเทคโนโลยีสมองกลฝังตั
ว
ศูนย์เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์แห่งชาติ
112 อุทยานวิทยาศาสตร์ประเทศไทย
ถนนพหลโยธิ
น
คลองหนึ่
ง
คลองหลวง
จังหวั
ด
ปทุมธานี 12120
โทร 0-2564-6900 E-mail: raksit.thitipatanapong@nectec.or.th
ชญานนท
์แสงมณีกุลเชษฐ
์เพียรทอง
ภาควิชาวิศวกรรมเครื่อกล
คณะวิศวกรรมศาสตร
์มหาวิทยาลับอุบลราชธานี
85 ถ.สถลมาร์ค. อ. วารินชำราบ
จ. อุบลราชธานี 34190
Raksit Thitipatanapong* Suradech Doungpummet Panithi Sira-uksorn Montri Chatpoj Patin Pongkacha
Automotive Electronics Research Section, Embedded System Technology Lab, National Electronic & Computer Technology Center
112 Thailand Science Park , Paholyothin Rd., Klong 1, Klong Luang, PATHUMTHANI 12120 THAILAND
Tel: 0-2564-6900 E-mail: raksit.thitipatanapong@nectec.or.th
Chayarnon Saengmanee, Kulachate Pianthong
Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, Ubon Ratchathani University
Ubon Ratchathani 34190 THAILAND
บทคัดย่
อ
ก๊าซธรรมชาติอัดสามารถนำมาใช้เป็นพลังงานทางเลือกในรถยนต
์
นั่งส่วนบุคคลและได้รับความนิยมอย่างแพร่หลายอย่างไรก็ตามด้วย
คุณลักษณะทางการเผาไหม้ของก๊าซธรรมชาติที่มีความแตกต่างจาก
นํ้ามันเบนซินอย่างมากส่งผลต่อสมรรถนะของเครื่องยนต์ที่ลดลง
ใน
การศึกษานี้จะนำเสนอการแก้ไขปัญหาสมรรถนะที่ลดลงโดยการติดตั้
ง
สมองกลปรับตั้งการจุดระเบิดล่วงหน้า (Timing Advance Processer:
TAP) เข้ากับรถยนต์ทดสอบที่ใช้ก๊าซธรรมชาติอั
ด
จากผลการทดสอบ
ระบบเครื่องยนต์ก๊าซธรรมชาติที่ไม่มี TAP สูญเสียกำลังร้อยละ 20 เมื่
อ
เปรียบเทียบกับนํ้ามันในขณะที่เครื่องยนต์ที่ติดตั้ง TAP สูญเสียกำลั
ง
เพียงร้อยละ 15 สามารถปรับปรุงสมรรถนะของรถยนต์ทดสอบได้ดีขึ้
น
กว่าร้อยละ 10
Abstract
Compressed natural gas (CNG) can be used as an
alternative fuel for automotive application by minor modification
on the automotive with additional equipments. This method is
widely used in passenger car and light truck. Normally, the
engine that consumes CNG has less power than gasoline
because the physical properties of CNG are totally difference. In
this study, the improvements by installing timing advance
processor (TAP) have been investigated on Toyota Engine (3ZZFE).
The results show that the CNG fuel with out TAP loss 20%
of power compare to Gasoline fuel while application of TAP on
CNG fuel, the engine loss only 15% of power.
1. บทนำ
ในปัจจุบันที่ราคานํ้ามันในตลาดโลกมีการปรับตัวสูงขึ้
น
ประเทศไทยเองก็ประสบปัญหาต้นทุนในภาคขนส่งที่สูงขึ้นเนื่องการ
พึ่งพาการนำเข้านํ้ามันจากต่างประเทศซึ่งคิดเป็นร้อยละ 75 [1] ของ
ปริมาณการจัดหาทั้งหมด
โดยเฉพาะในส่วนของนํ้ามันเบนซินที่
มี
อัตราส่วนการบริโภคมากถึงร้อยละ 17 ซึ่งสามารถทำการทดแทนด้วย
พลังงานจากก๊าซธรรมชาติที่มีมากเพียงพอกับความต้องการและ
สามารถนำมาประยุกต์ใช้ทดแทนในยานยนต์ได้โดยการดัดแปลงและ
ติดตั้งอุปกรณ์เสริมในการควบคุมการจ่ายเชื้อเพลิงเข้าสู่เครื่องยนต
์อั
น
เป็นอีกทางเลือกหนึ่งที่ได้รับความนิยมอย่างแพร่หลายในกลุ่มรถยนต
์
นั่งและรถกระบะขนาดเล็กที่ใช้เครื่องยนต์แบบจุดระเบิดด้วยประกาย
ไฟฟ้
า
ในการดัดแปลงระบบการจ่ายเชื้อเพลิงให้สามารถใช้ก๊าซ
ธรรมชาติเป็นเชื้อเพลิงทางเลือกนั้นทำได้โดยการติดตั้
ง
ถังบรรจุก๊าซ,
ชุดวาล์วอัตโนมัติ, อุปกรณ์ลดความดัน, เครื่องผสมก๊าซ
และ
สมองกล
ควบคุมการจ่ายก๊าซ
ตามรูปที่ 1 หลักการทำงานของชุดดัดแปลงนี้คื
อ
ก๊าซจากถังกักเก็บที่อยู่ท้ายรถจะถูกนำออกมาโดยท่อนำก๊าซแรงดันสู
ง
มายังห้องเครื่องยนต์ผ่านลิ้นอัตโนมัติซึ่งได้รับสัญญาณจากสมองกล
ควบคุมให้ทำงานเมื่อเครื่องยนต์ทำงาน
แล้วจึงเข้าสู่อุปกรณ์ลดแรงดั
น
ซึ่งจะทำการปรับแรงดันให้ตํ่าลง(ประมาณ 1.1 ถึง 2.2 บาร์) และรักษา
ENETT2550-033
1/5
ระดับแรงดันให้คงที่ก๊าซแรงดันตํ่าจะไหลผ่านไส้กรองก๊าซเพื่อที่จะรอ
การจ่ายที่เครื่องผสมก๊าซแบบไฟฟ้าซึ่งจะทำการฉีดก๊าซเข้าสู่ท่อร่วมไอ
ดีของเครื่องยนต์ในบริเวณที่ใกล้กับการฉีดนํ้ามันเชื้อเพลิ
ง
ซึ่งเครื่อง
ผสมก๊าซแบบไฟฟ้าจะได้รับสัญญาณการสั่งจ่ายก๊าซมาจากกล่องสมอง
กลซึ่งทำการประมวลสัญญาณการจ่ายนํ้ามันเชื้อเพลิงจากกล่องสมอง
กลเดิมของรถยนต์ร่วมกับหัววัดสัญญาณอื่นๆ
กว่าได
้โดยการติดตั้งอุปกรณ์ปรับตั้งจังหวะการจุดระเบิด (Timing
Advance Processor, TAP) เพิ่มเติมในระบบชุดจุดระเบิดเดิมของ
เครื่องยนต์ที่เป็นระบบอิเล็กทรอนิกส์ในการสร้างสัญญาณการจุดระเบิ
ด
ให้อยู่ในมุมที่สูงกว่าค่าที่ถูกกำหนดมาจากโรงงานผู้ผลิตรถยนต์ที่แสดง
ในรูปที่ 2
รูปที่ 1 การดัดแปลงเครื่องยนต์เพื่อใช้ก๊าซเป็นเชื้อเพลิงทางเลือก
จากการศึกษาโดยงานวิจัยระบบอิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์, หน่วย
ปฏิบัติการวิจัยเทคโนโลยีสมองกลฝั่งตัว, ศูนย์เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส
์
และคอมพิวเตอร์แห่งชาติได้ทำการทดสอบภาคสนามกับระบบ
อิเล็กทรอนิกส์ควบคุมการจ่ายเชื้อเพลิงก๊าซในรถยนต์นั่งส่วนบุคคล
ซึ่
ง
ผลการติดตั้งได้อย่างสมบูรณ์และระบบอิเล็กทรอนิกส์สามารถควบคุ
ม
การจ่ายเชื้อเพลิงก๊าซรวมถึงส่วนผสมการเผาไหม้ได้อย่างอย่างมี
ประสิทธิภาพ [2] อย่างไรก็ตามผลการทดสอบพบการสูญเสียสมรรถนะ
ของเครื่องยนต์เมื่อใช้ก๊าซธรรมชาติอัดเป็นเชื้อเพลิงทางเลือกใน
อัตราส่วนที่แตกต่างกันตามระบบควบคุมการจุดระเบิ
ด
ซึ่งเครื่องยนต์
ที่
สูญเสียสมรรถนะน้อยที่สุดเป็นเครื่องที่ระบบควบคุมการจุดระเบิ
ด
สามารถปรับองศาการจุดประกายไฟได้ที่มุมสูงกว่าเครื่องยนต์ที่ระบบ
ควบคุมไม่สามารถปรับตำแหน่งได
.
รูปที่ 2 การติดตั้งอุปกรณ์ปรับตั้งจังหวะการจุดระเบิดในรถยนต์ที่ใช
้
ก๊าซธรรมชาติอัดเป็นเชื้อเพลิงทางเลือก
อุปกรณ์ปรับตั้งจังหวะการจุดระเบิดทำงานโดนการอ่านสัญญาณ
การจุดระเบิดจากการสมองกลควบคุมเครื่องยนต์ (Engine Control
Unit, ECU) เพื่อใช้เป็นสัญญาณอ้างอิง [รูปที่ 3(B)] แล้วจึงสร้าง
สัญญาณใหม่โดยการเพิ่มมุมจุดระเบิดของหัวเทียนให้เร็วขึ้น [ในรูปที่
3(C)] จากค่าที่ถูกกำหนดโดยผู้ทำการติดตั้
ง
ในการศึกษานี้จะทำการทดสอบเชิงสมรรถนะบนสภาวะที่ควบคุ
ม
ของรถยนต์ทดสอบเปรียบเทียบระหว่างเครื่องยนต์ก๊าซธรรมชาติอัดที่
มี
การติดตั้งระบบอิเล็กทรอนิกส์ควบคุมปรับตั้งองศาการจุดระเบิดและ
ไม่ได้ติดตั้งโดยใช้การทดสอบแบบภาระสูงสุดและทำการเปรียบเทียบ
กับตัวแปรเชิงสมรรถนะต่างๆ
2. Timing Advance Processor: TAP
เนื่องจากก๊าซธรรมชาติอัดประกอบด้วยก๊าซมีเทนเป็นส่วนผสม
หลักซึ่งมีคุณลักษณะแตกต่างจากเชื้อเพลิงประเภทนํ้ามันเบนซินเป็
น
อย่างมาก
โดยเฉพาะอย่างยิ่งความหนาแน่นที่ตํ่ามากเมื่อเทียบกับไอ
นํ้ามันเบนซินซึ่งเป็นคุณลักษณะด้อยส่งผลให้เครื่องยนต์ดูดอากาศเข้าส
ู่
ห้องเผาไหม้ได้ลดลงและสูญเสียสมรรถนะเมื่อใช้เป็นเชื้อเพลิงทางเลือก
ในเครื่องยนต์เบนซิ
น
อย่างไรก็ตามคุณลักษณะเด่นของก๊าซมีเทนคื
อ
ค่าออกเทนที่มีมากกว่า 120 ซึ่งสามารถต้านทานการชิงจุดระเบิดได
้
ตัวเองได้ดีและทำให้เครื่องยนต์สามารถทำงานในจังหวะที่มีกำลังอัดสู
ง
รูปที่ 3 การทำงานของอุปกรณ์ปรับตั้งจังหวะการจุดระเบิ
ด
การปรับแต่งองศาการจุดระเบิดที่เหมาะสมสามารถลดการสูญเสี
ย
กำลังของเครื่องยนต์เบนซินที่ดัดแปลงมาใช้ก๊าซธรรมชาติอัดเป็
น
เชื้อเพลิงและทำให้สมรรถนะของรถยนต์โดยรวมดีขึ้
น
3. ระเบียบวิธีการวิจั
ย
3.1 เครื่องมือและอุปกรณ์ทดสอบ
รถยนต์ตัวอย่างจะถูกยึดเข้ากับแท่นทดสอบกำลังโดยตัวแท่นจะ
สร้างภาระจำลองและวัดแรงบิดที่เครื่องยนต์ผลิตออกมาที่สภาวะการ
ทำงานนั้นๆซึ่งสามารถประเมินเป็นกำลังเครื่องยนต์ (Pout) (รูปที่ 4) ใน
ส่วนของค่าต่างๆ (เช่
น
รอบการทำงานของเครื่องยนต์, มุมคันเร่ง,
องศาการจุดระเบิด, อุณหภูมิ, ฯลฯ)ที่จำเป็นต่อการวิเคราะห์จะถู
ก
จัดเก็บด้วยระบบ OBDII ซึ่งเป็นช่องสัญญาณมาตรฐานของรถยนต
.
ENETT2550-033
2/5
(ISO9141) [3] โดยรายละเอียดของเครื่องมือที่ใช้ทั้งหมดอยู่ในตารางที่
รูปที่ 4 การทำงานของอุปกรณ์ทดสอบ
ตารางที่ 1 รายการเครื่องมือที่ใช้ในการทดสอบ
Item Manufacturer Data Logging
Dynamometer MUSTANG MD100 NECTEC Dyno Conrol
Vehicle Parameters Scantools OBDII/ProScan 5.0
3.2 การจัดการข้อมู
ล
แท่นทดสอบจะให้ค่าแรงบิด (T) และความเร็วรอบของตัวลูกกลิ้
ง
(n) โดยสามารถหาค่ากำลัง ( P
•
) ของเครื่องยนต์ในหน่วยกิโลวัตต์ (kW)
ได้จากสมการที่ 1
•
2.n
P
=
T
.
(1)
60
•
ค่าเฉลี่ยกำลังเครื่องยนต์ที่ลดลง () สามารถคำณวนได้จาก
%Ploss
สมการที่ 2 เพื่อที่ใช้แสดงอัตราส่วนกำลังที่สูญเสียไปจากการเปลี่ยนมา
•
ใช้เชื้อเพลิงทางเลือก
โดยที่
P
คื
อ
กำลังเครื่องยนต์เมื่อใช้นํ้ามั
น
Pr i, Fuels
•
และ
คื
อ
กำลังเครื่องยนต์เมื่อใช้ก๊าซเป็นพลังงานทางเลือก
PSec, Fuels
•
PPri, Fuel .
PSec, Fuel
%Ploss
=•
.100% (2)
PPri, Fuel
ค่าความดันประสิทธิผลเฉลี่
ย
(Mean Effective Pressure, mep)
สมการที่ 3 โดยที่n = 2 (เนื่องจากเป็นเครื่องยนต์ชนิด 4 จังหวะ) และ
Vd คื
อ
ปริมาตรความจุกระบอกสูบของเครื่องยนต์ในหน่วยลิตร
2.nT
mep
=
(3)
Vd
4. ผลการทดสอบ
ในการศึกษานี้ทำการทดสอบกับรถยนต์นั่งส่วนบุคคล (Toyota
Limo) เครื่องยนต์ 1.6 ลิตร(3ZZ-FE) ที่ได้รับการดัดแปลงติดตั้งระบบ
จ่ายเชื้อเพลิงก๊าซธรรมชาติอัดโดยใช้สมองกลอิเล็กทรอนิกส์ควบคุมที่
ผลิตโดย NECTEC รุ่น M163-4EFI ร่วมกับชุดคำสั่งสมองกลฝังตั
ว
NECTEC ECU-NNx ควบคุมเครื่องผสมก๊าซแบบหัวฉีดของ Matrix
XJ544.19 และอุปกรณ์ลดแรงดันของ Lovato รุ่น FAST อีกทั้งยังได
้
ติดตั้งอุปกรณ์ปรับตั้งจังหวะการจุดระเบิด (Timing Advance
Processor, TAP) ของ A.E.B. รุ่น 510N โดยที่การทดสอบ
เปรียบเทียบกำลังเครื่องยนต์สูงสุดที่มุมคันเร่งสูงสุด (WOT: wide open
throttle)
จากรูปที่ 5 และรูปที่ 6 แสดงถึงการเปรียบเทียบค่าแรงบิดสูงสุ
ด
และกำลังสูงสุดตามลำดั
บ
ที่ได้จากการทดสอบระหว่างกรณีที่ใช้ CNG
โดยไม่ได้ติดตั้ง TAP, กรณีที่ใช้ CNG โดยติดตั้ง TAP และ
กรณีที่ใช
้
นํ้ามันเบนซิน 95 จะเห็นได้ว่าเครื่องยนต์ก๊าซธรรมชาติอัดที่ติดตั้ง TAP
ช่วยมีแรงบิดที่สูงกว่ากรณีที่ไม่ได้ติดตั้ง TAP ประมาณ
โดยที่ระบบที่
ติดตั้ง TAP จะมีกำลังน้อยกว่านํ้ามันเบนซินประมาณร้อยละ 15
ในขณะที่ระบบที่ไม่ได้ติดตั้ง TAP จะสูญเสียกำลังประมาณร้อยละ 20
เมื่อเปรียบเทียบกับการใช้นํ้ามันเบนซินเป็นเชื้อเพลิ
ง
สมรรถนะของเครื่องยนต์(ในรูปของแรงบิดและกำลัง)ที่สูญเสียไป
จากการใช้ก๊าซธรรมชาติอัดเป็นเชื้อเพลิงทางเลือกนั้นเกิดขึ้นจากปัจจั
ย
หลักสองประการ
คือ (1) ปริมาตรของก๊าซธรรมชาติที่มีมากกว่าไอของ
นํ้ามันเบนซินในจำนวนพลังงานที่เท่ากั
น
และ (2) อัตราการเผาไหม
้
ของส่วนผสมเชื้อเพลิงก๊าซที่ช้ากว่าส่วนผสมของเชื้อเพลิงนํ้ามั
น
1)
ปัญหาที่เกิดจากปัจจัยแรกนั้นได้แสดงอย่างชัดเจนในรูปที่ 7
ชี้ให้เห็นถึงอัตราการไหลของอากาศที่เข้าสู่ห้องเผาไหม้
ที่
ลดลงในกรณีที่ใช้ก๊าซธรรมชาติอัดเป็นเชื้อเพลิงทางเลือก
และเมื่อทำการเปรียบเทียบกับกรณีที่ใช้นํ้ามันเบนซินเป็
น
เชื้อเพลิงอัตราการไหลลดลงร้อยละ 5 ถึง 10 อนึ่งอัตราการ
ไหลของอากาศที่ลดลงนี้ส่งผลโดยตรงต่อแรงบิดและกำลั
ง
ของเครื่องยนต์ฉะนั้นในการดัดแปลงใช้ก๊าซธรรมชาติอัดเป็
น
เชื้อเพลิงทางเลือกแม้ว่าจะเหมาะสมที่สุดเครื่องยนต์จะ
สูญเสียกำลังอย่างน้อยตามจำนวนเท่ากับอัตราการไหลของ
อากาศที่ลดลง
2)
ปัจจัยหลังเป็นคุณลักษณะเด่นของก๊าซธรรมชาติอัดที่มีค่
า
ออกเทนสูงมากกว่า 120 ซึ่งสามารถทนต่อการชิงจุดระเบิ
ด
ได้ดีกว่านํ้ามันเบนซินที่มีค่าออกเทนอยู่ที่ 95 อย่างไรก็ตาม
ค่าออกเทนที่สูงก็ทำให้อัตราการเผาไหม้ของก๊าซธรรมชาติ
ในกระบอกสูบตํ่ากว่านํ้ามันเบนซินตามที่แสดงในรูปที่ 8 จะ
เห็นได้ว่าเมื่อปรับมาใช้ก๊าซธรรมชาติอัดเป็นเชื้อเพลิงสมอง
กลจุดระเบิดของเครื่องยนต์ (3ZZ-FE) ได้ปรับตัวเองขึ้นมา
จุดที่มุมมากกว่าเมื่อใช้นํ้ามันถึง 4.
และเมื่อติดตั้ง TAP เข้
า
ไปช่วยปรับแก้จังหวะการจุดระเบิดเมื่อใช้ก๊าซธรรมชาติอั
ด
เป็นเชื้อเพลิงส่งผลให้มีมุมจุดระเบิดที่สูงกว่าเมื่อใช้นํ้ามั
น
เป็นเชื้พเพลิงถึง 16.
รูปที่ 9 แสดงการเปรียบเทียบการ
สูญเสียกำลังระหว่างเชื้อเพลิงทางเลือกและเชื้อเพลิงหลั
ก
และเผยให้เห็นว่าการใช้ TAP สามารถลดการสูญเสียกำลั
ง
ในกรณีที่ใช้ก๊าซธรรมชาติอัดได้บางส่วน
อย่างไรก็ตามการใช้ TAP ช่วยในเครื่องยนต์ที่ใช้ก๊าซธรรมชาติอั
ด
เป็นเชื้อเพลิงทางเลือกนั้นยังไม่สามารถชดเชยการสูญเสียกำลังได
้
ทั้งหมด
จะเห็นได้ว่าค่า mep (Mean Effective Pressure) ที่แสดงในรู
ป
ที่ 10 ค่า mep เมื่อใช้นํ้ามันเบนซินเป็นเชื้อเพลิงอยู่ระหว่าง 900 –
1000 kPa ซึ่งอยู่ในช่วงปกติของเครื่องยนต์เบนซิน [4] และเครื่องยนต
์
ที่ใช้ก๊าซธรรมชาติอัดจะมีค่า mep น้อยกว่าเครื่องที่ใช้นํ้ามันร้อยละ 15
และ 19 ตามลำดับสำหรับเครื่องที่ติดตั้ง TAP และ
ไม่ได้ใช้ TAP
ENETT2550-033
3/5
0204060801001201403000350040004500500055006000RPM
Brake Torque (Nm)
รูปที่ 5 แรงบิดสูงสุด
010203040506070803000350040004500500055006000RPM
Brake Power (kW)
รูปที่ 6 กำลังเครื่องยนต์สูงสุด
010203040506070803000350040004500500055006000RPM
Air Flow Rate (g/s)
05101520253035403000350040004500500055006000RPM
Ignition Advance Timing (.BTDC)
รูปที่ 8 องศาการจุดระเบิดของเครื่องยนต์
0%
5%
10%
15%
20%
25%
30%
35%
40%
45%
50%
3000350040004500500055006000RPM
% Power Loss
รูปที่ 9 กำลังเครื่องยนต์ที่สูญเสียเปรียบเทียบกับเชื้อเพลิงหลัก
0200400600800100012003000350040004500500055006000RPM
Brake Mean Effective Pressure (kPa)
0204060801001201403000350040004500500055006000RPM
Brake Torque (Nm)
รูปที่ 5 แรงบิดสูงสุด
010203040506070803000350040004500500055006000RPM
Brake Power (kW)
รูปที่ 6 กำลังเครื่องยนต์สูงสุด
010203040506070803000350040004500500055006000RPM
Air Flow Rate (g/s)
05101520253035403000350040004500500055006000RPM
Ignition Advance Timing (.BTDC)
รูปที่ 8 องศาการจุดระเบิดของเครื่องยนต์
0%
5%
10%
15%
20%
25%
30%
35%
40%
45%
50%
3000350040004500500055006000RPM
% Power Loss
รูปที่ 9 กำลังเครื่องยนต์ที่สูญเสียเปรียบเทียบกับเชื้อเพลิงหลัก
0200400600800100012003000350040004500500055006000RPM
Brake Mean Effective Pressure (kPa)
รูปที่ 7 อัตราการไหลของอากาศเข้าสู่ห้องเผาไหม
้รูปที่ 10 ค่าความดันประสิทธิผลเฉลี่
ย
ENETT2550-033
4/5
4. สรุ
ป
ก๊าซธรรมชาติเป็นเชื้อเพลิงที่ราคาถูกและมีอุปทานมากเพียงพอต่
อ
ความต้องการใช้เป็นพลังงานในภาคขนส่งแต่การนำมาประยุกต์ใช้เพื่
อ
เป็นทางเลือกในรถยนต์นั่งส่วนบุคคลที่ใช้เครื่องยนต์ที่เผาไหม้นํ้ามั
น
เบนซินนั้นจะประสบปัญหาในด้านกำลังเครื่องยนต์ที่สูญเสียส่งผล
ต่อเนื่องถึงสมรรถนะของรถยนต
์เนื่องจากคุณสมบติทางกายภาพของ
ก๊าซธรรมชาติที่แตกต่างจากนํ้ามันเบนซินเป็นอย่างมากโดยเฉพาะ
ความหนาแน่นของเชื้อเพลิงซึ่งเป็นสาเหตุของการสูญเสียกำลั
ง
อย่างไร
ก็ดีคุณสมิบัติของก๊าซธรรมชาติอีกด้านหนึ่งคือค่าออกเทนที่สูงมากกว่
า
120 ซึ่งส่วนผสมสามารถทนการชิงจุดระเบิดด้วยตัวเองที่ดีกว่าแต่
ก
็
ต้องการการปรับแต่งจังหวะจุดระเบิดเพื่อให้เหมาะสมในการทดสอบนี้
แสดงให้เห็นความสำคัญของการปรับมุมองศาการจุดระเบิด (Ignition
Timing Advance) ต่อการใช้ก๊าซธรรมชาติเป็นเชื้อเพลิงทางเลือกโดยมี
รายละเอียดดังนี้
1)
เครื่องยนต์ที่ใช้ในการทดสอบ (Toyota, 3ZZ-FE)
ความสามารถในการปรับจังหวะจุดระเบิดให้เหมาะสมกั
บ
เชื้อเพลิงในระดับหนึ่งและมีกำลังสูญเสียและปัญหาหลังการ
ดัดแปลงน้อยกว่าเครื่องยนต์ชนิดอื่นๆเมื่อมิได้ติดตั้งระบบ
TAP [2]
2)
การติดตั้
ง
Timing Advance Processor (TAP) สามารถ
ปรับปรุงอัตราการสูญเสียสมรรถนะให้ดียิ่งขึ้นสำหรั
บ
เครื่องยนต์ที่ใช้ในการทดสอบนี้นอกเหนือจากนี้สำหรั
บ
เครื่องยนต์ที่ไม่สามารถปรับตั้งจังหวะจุดระเบิดได้ด้วย
ตัวเองการติดตั้ง TAP จะช่วยลดการสูญเสียกำลังและปัญหา
ลดได้อย่างมาก
3)
ค่าความดันประสิทธิผลเฉลี่ย (Mean Effective Pressure,
mep) สามารถนำมาใช้วิเคราะห์และคาดการณ์ปัญหาก่อน
และหลักการติดตั้งได้โดย
รถยนต์ที่จะทำการดัดแปลงควรมี
ค่า mep ไม่น้อยกว่า 850 kPa เมื่อใช้นํ้ามันและเมื่
อ
ดัดแปลงใช้ก๊าซธรรมชาติอัดเป็นเชื้อเพลิงทางเลือกควรจะมี
ค่าสูงกว่า 700 kPa เพื่อที่จะลดปัญหาหลังการติดตั้
ง
5. กิตติกรรมประกาศ
งานวิจัยชิ้นนี้ได้รับทุนสนับสนุนการวิจัยจาก
สำนักงานพัฒนา
วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช.) ภายใต้โครงการวิจั
ย
พัฒนาเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์ (E54701)
เอกสารอ้างอิ
ง
1.
“ข้อมูลพลังงาน” สำนักงานนโยบายและแผนพลังงาน
http://www.eppo.go.th/info/2petroleum_stat.htm 2550
2.
รักษิ
ต
ฐิติพัฒนพงศ์, ถนั
ด
เหลืองนฤทัย, ชญานนท
์แสงมณี,
“สมรรถนะยานยนต์ที่เข้าร่วมทดสอบภาคสนามโดยใช้กล่องควบคุ
ม
จ่ายเชื้อเพลิงก๊าชด้วยอิเล็กทรอนิกส์” การประชุมสมันาวิชาการ
สมาคมวิศวกรรมยานยนต
์ครั้งที่ 3, สมาคมวิศวกรรมยานยนต์แห่
ง
ประเทศไทย (TSAE), 2550
3.
ปณิ
ธิศิรอักษร, “Car Diagnostic”
http://automotive.nectec.or.th/index.php?f1=project/OBD2007
.php, 2550
4.
Heywood, J. B. 1988 Internal Combustion Engine
Fundamentals, McGraw-Hill, New York.
ภาคผนวก
รายละเอียดทางเทคนิคของ NECTEC ECU M163-4EFI
•
CPU แบบ 16 บิตความเร็ว 60 MHz
•
สามารถทำงานได้ในช่วง -40 ถึง 85 องศา
•
โปรแกรมสามารถเก็บได้ในหน่วยความจำแบบแฟรช
•
อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ได้รับการป้องกันสนามไฟฟ้าและ
สภาวะแวดล้อม
•
รอบเครื่องยนต์ไม่เกิน 15,000 RPM
•
ฉีดได้สี่กลุ่มในแยกอิสระจากกั
น
•
สามารถควบคุมกระแสได้จาก 0.5 ถึง 12 Amp
•
ใช้แบตเตอรี่เป็นตัวกันการกระชากกระแส
รูปที่
ก
ระบบอิเล็กทรอนิกส์ควบคุม M163-4EFI
ในการศึกษานี้รถยนต์ได้ใช้ชุดคำสั่งสมองกลฝั่งตัวแบบ ECU-NNx
ซึ่งเป็นชุดคำสั่งแบบการควบคุมชนิดทุติภู
มิต้องอาศัยสัญญาณการสั่
ง
จ่ายเชื้อเพลิงจาก ECU เดิมของรถยนต์และทำการปรับแก้ค่าการจ่าย
เชื้อเพลิงทางเลือกตามที่แสดงในรู
ป
ข
โดยสามารถนำไปประยุกต์ใช้กั
บ
การดัดแปลงเครื่องยนต์เบนซินเพื่อใช้ก๊าซธรรมชาติอัดหรือก๊าซ
ปิโตรเลียมเหลวเป็นพลังงานทางเลือก
รูปขการปรับแต่งสัญญาณการจ่ายเชื้อเพลิง
ENETT2550-033
5/5
