3.1.2 พารามิเตอร์การทำงาน
3.1.2.1 ค่าการประเมินของเครื่องยนต์
ตัวแปร หรือค่าพารามิเตอร์ที่พบมากที่สุดในสมรรถนะของเครื่องยนต์ ก็คือ
อัตราส่วนกำลังงานสูงสุด (Maximum rated power) กำลังงานที่สูงสุดที่เครื่องยนต์สามารถทำได้จากการทำงานในช่วงเวลาสั้น ๆ
อัตรากำลังงานปกติ (Normal rated power) กำลังงานสูงที่สุดที่เครื่องยนต์สามารถทำได้จากการที่เครื่องยนต์ทำงานอย่างต่อเนื่อง
อัตราความเร็วรอบ (Rated speed) ความเร็วรอบของเพลาข้อเหวี่ยง ที่ซึ่งทำให้อัตรากำลังงานเพิ่มขึ้น
สำหรับการใช้งานยานยนต์, สมรรถนะเครื่องยนต์ ที่ได้ จะกำหนดได้อย่างแม่นยำมากขึ้นโดย
1) กำลังงานสูงสุด (แรงบิดสูงสุด) ที่มีอยู่ในแต่ละความเร็วรอบในช่วงการทำงานของเครื่องยนต์
2) ช่วงของความเร็ว และกำลังงานเหนือการทำงานเครื่องยนต์เป็นที่น่าพอใจ
3.1.2.2 งานบ่งชี้ต่อรอบ และความดันประสิทธิผลเฉลี่ย
ประสิทธิภาพแรงบิดของเครื่องยนต์แก๊สโซลีนจะคำนวณได้โดยความดันภายในกระบอกสูบ ดูที่รูปด้านล่าง
รูปผังไดอะแกรมความดัน กับปริมาตร
แนะนำเพื่อให้อ่านได้ต่อเนื่องให้ คลิกขวาเลือก Open link in new window
รูปผังไดอะแกรมความดัน ปริมาตร เทียบกับการทำงานของลูกสูบ
ในจังหวะดูด (Intake stroke) ความดันในกระบอกสูบ จะต่ำกว่าความดันบรรยากาศข้างนอก เพราะว่าเกิดสุญญากาศภายในกระบอกสูบเพื่อที่จะดึงอากาศให้ไหลลงกระบอกสูบ
ในจังหวะอัด (Compression stroke) ความดันเพิ่มขึ้นเนื่องจากการเลื่อนขึ้นอัดของลูกสูบ เมื่อลูกสูบเลื่อนขึ้นไปถึง ศูนย์ตายบน (Top Dead Center: TDC) หัวเทียนจะทำการจุดระเบิดให้กับส่วนผสมที่ถูกอัดตัวในกระบอกสูบ และความดันเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว
ในจังหวะกำลัง หรือระเบิด (Power (Expansion) stroke) ก๊าซความดันสูงในกระบอกสูบในกระบอกสูบจะถีบให้ลูกสูบเลื่อนลง สร้างแรงบิดบนเพลาข้อเหวี่ยง
ในจังหวะคาย (Exhaust stroke) ก๊าซในกระบอกสูบจะถูกดันขึ้นด้วยลูกสูบเพื่อปล่อยไปสู่ภายนอก แล้วพร้อมที่จะเริ่มจังหวะดูดอีกครั้ง
สมรรถนะของแรงบิด มักจะได้รับการประเมินจากการทำงานสุทธิต่อหนึ่งรอบ มักจะเรียกว่า งานบ่งชี้ต่อรอบ (Gross indicated work: Wc,in) ซึ่งจะเขียนเป็นสมการได้ดังนี้
รูปสมการที่ 3.1
กำหนดให้ p = ความดันในกระบอกสูบ
V = ปริมาตรในกระบอกสูบ
งานในพื้นที่บี (ดูผังไดอะแกรมด้านบนประกอบ) มีค่าติดลบ ก็เพราะว่า ความดันในจังหวะดูดจะต่ำกว่าความดันในจังหวะคาย จากวัฏจักรการทำงานหนึ่งรอบ
พื้นที่เอ ควรที่จะทำให้มีขนาดใหญ่ที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้โดยการเพิ่มความดันในจังหวะระเบิด และพื้นที่บี ก็ควรที่จะทำให้มีขนาดเล็กที่สุดเท่าที่เป็นไปได้โดยการเพิ่มความดันในจังหวะดูด และลดความดันในจังหวะคาย
เมื่อความดันในจังหวะดูดมากกว่าความดันในจังหวะคาย งานในพื้นที่นี้จะกลายเป็นบวก นี้จะเป็นในกรณีของเครื่องยนต์ที่มีซูเปอร์ชาร์จ (Supercharged engine)
รูปรถยนต์ติดตั้งซูเปอร์ชาร์จ
รูปความหมายของศูนย์ตายบน และศูนย์ตายล่าง
แรงบิดของเครื่องยนต์จะขึ้นอยู่กับ ขนาดของเครื่องยนต์ (เครื่องยนต์ ซึ่งกำหนดโดยปริมาตรจากการเคลื่อนที่ของลูกสูบจากศูนย์ตายบน ไปจนถึงศูนย์ตายล่าง (Bottom Dead Center: BDC)) จะมีประโยชน์มากขึ้นถ้าวัดประสิทธิภาพการทำงานเป็น ความดันเฉลี่ยประสิทธิผล หรือเอ็มอีพี (Mean effective pressure: mep) ซึ่งถูกกำหนดให้เป็นงานต่อรอบต่อการเคลื่อนที่
mep = งานต่อรอบ (Work per cycle)/ปริมาตรความจุกระบอกสูบ (displacement of cylinder) (3.2)
ความดันเฉลี่ยประสิทธิผลสามารถอธิบายในรูปแบบของแรงบิดได้ดังนี้
mep = 2p nR T(Nm)/Vd (dm3) (3.3)
กำหนดให้ nR = จำนวนรอบการหมุนของเพลาข้อเหวี่ยงในแต่ละจังหวะระเบิดต่อกระบอกสูบ (nR = 2 เมื่อเป็นเครื่องยนต์ 4 จังหวะ (หมุน 2 รอบได้ 1 งาน) และ nR = 1 สำหรับเครื่องยนต์ 2 จังหวะ (หมุน 1 รอบได้ 1 งาน))
T = แรงบิดเครื่องยนต์ (Nm)
Vd= ปริมาตรความจุกระบอกสูบ (dm3)
แรงบิดของเครื่องยนต์ขึ้นอยู่กับความดันเฉลี่ยประสิทธิผลในกระบอกสูบ และความจุของเครื่องยนต์ Vd สำหรับเครื่องยนต์กำหนดขนาด การเพิ่มขึ้นของความดันเฉลี่ยประสิทธิผลเป็นเพียงวิธีการของการเพิ่มแรงบิดเครื่องยนต์ มันควรตั้งข้อสังเกตว่าเมื่อจัดการกับความดันเฉลี่ยประสิทธิผล
หนึ่งอย่างที่ชัดเจนต้องบอกว่ามันคือค่า ความดันเฉลี่ยประสิทธิผลบ่งชี้ (Indicated mep: imep) ซึ่งเป็นการวัดภายในกระบอกสูบ หรือความดันเฉลี่ยประสิทธิผลการเบรก (Brake mep: bmep) ซึ่งวัดบนเพลาข้อเหวี่ยง
ความแตกต่างระหว่างพวกมันก็คือ ไอเอ็มอีพีจะรวมไปถึงการสูญเสียทางกล (Mechanical loss) ในเครื่องยนต์ (มันคือการบ่งชี้) และบีเอ็มอีพี จะไม่คิดรวมกับการสูญเสียทางกลในเครื่องยนต์ (มันเป็นสุทธิ) ส่วนคำว่า การสูญเสียทางกล จะได้อธิบายในหัวข้อต่อไป
ข้อคิดดี ๆ ที่นำมาฝาก
“การไม่กล้ายืดอก ทำสิ่งที่ถูก คือ
ความขี้ขลาด ขั้นสูงสุด
To know what is right and
not do it is the worst cowardice”
ขงจื้อ
