การศึกษาผลกระทบเชิงทฤษฎีของตัวแปรในการออกแบบต่อการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงของยานยนต์

Abstract

ศึกษาผลกระทบเชิงทฤษฎีของตัวแปรการออกแบบในส่วนต่างๆ ของเครื่องยนต์และยานยนต์ ที่มีผลต่อกำลังงานสูญเสีย เพื่อหาแนวทางในการปรับปรุงตัวแปรการออกแบบเพื่อลดการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงของยานยนต์ ในการลดกำลังงานสูญเสียนั้นสามารถทำได้จากการปรับปรุงประสิทธิภาพทางเทอร์โมไดนามิกส์ การลดกำลังงานสูญเสียในส่วนของเครื่องยนต์และยานยนต์ จากการศึกษาผลกระทบเชิงทฤษฎี ซึ่งไม่รวมผลกระทบทางด้าน dynamic load ของตัวแปรการออกแบบต่อกำลังงานสูญเสียทั้งในส่วนของเครื่องยนต์และยานยนต์โดยกำหนดขอบเขตของตัวแปรต่างๆ ในช่วงตัวแปรที่พิจารณาเพิ่มลดค่าของข้อมูล baseline engine data ในช่วงร้อยละ 10 นั้นพบว่า การปรับปรุงประสิทธิภาพทางเทอร์โมไดนามิกส์สามารถกระทำได้โดยการลดค่าของ combustion duration การปรับองศาจุดระเบิดล่วงหน้าให้มีค่ามากขึ้น และการเพิ่มค่าอัตราส่วนกำลังอัด ซึ่งจากผลการประเมินเมื่อไม่คิดผลของ heat losses พบว่าการปรับปรุงค่าของตัวแปรต่างๆ ที่ได้จากการคำนวณเชิงทฤษฎีสามารถปรับปรุง Net indicated power ให้เพิ่มขึ้นได้ราวร้อยละ 44 จากการวิเคราะห์ผลเชิงทฤษฎีของการลดกำลังงานสูญเสียในส่วนของเครื่องยนต์พบว่าการปรับปรุงสามารถกระทำได้ โดยการลดแรงเสียดทานทางกล อาทิ การลดค่าความหนืดของน้ำมันหล่อลื่น การลดขนาดของ Crank arm และการลดขนาดรัศมีของ connecting rod bearing ฯลฯ เป็นต้น ซึ่งจากการพิจารณาเปรียบเทียบผลของการปรับปรุงตัวแปรต่างๆ เทียบกับข้อมูล baseline engine data ในแต่ละองค์ประกอบกำลังงานสูญเสียเมื่อเครื่องยนต์ทำงานที่ความเร็วรอบ 2600 รอบต่อนาที พบว่าการปรับปรุงตัวแปรในส่วนของ Crankshaft bearing, Piston ring, Connecting rod bearing, Piston skirt, Air conditioning compressor, Cam system, Pumping losses และ Alternator สัดส่วนร้อยละของการลดกำลังงานสูญเสียเนื่องจากองค์ประกอบต่างๆ เป็น 26.65, 23.08, 15.28, 9.63, 7.52, 7.14, 5.73 และ 4.97 ตามลำดับ จากการประเมินผลเชิงทฤษฎีของการปรับปรุงตัวแปรต่างๆ ที่มีผลต่อกำลังงานสูญเสียในส่วนของเครี่องยนต์สามารถลดกำลังสูญเสียในส่วนของเครื่องยนต์สามารถลดกำลังสูญเสียรวมลงได้ราวร้อยละ 19.7 ส่วนการลดกำลังงานสูญเสียในส่วนของยานยนต์ที่ความเร็วรอบเครื่องยนต์ 2600 รอบต่อนาที ซึ่งเทียบเท่าการทำงานเมื่อเครื่องยนต์ขับยานยนต์ ที่ความเร็วของยานยนต์ 83.3 กิโลเมตรต่อชั่วโมง สามารถทำได้โดยการลดค่า Drag coefficient และ Frontal area ซึ่งกำลังงานสูญเสียในองค์ประกอบจาก Air resistance และ Rolling resistance สามารถลดลงได้ร้อยละ 17.99 และ 14.95 ตามลำดับ จากการคำนวณเชิงทฤษฎีพบว่าเมื่อปรับปรุงตัวแปรต่างๆ ที่มีต่อกำลังงานสูญเสียในส่วนของยานยนต์สามารถลดกำลังงานสูญเสียลงราวร้อยละ 16.6 อาจคาดได้ว่าผลรวมที่ได้จากการปรับปรุงปัจจัยต่างๆของเครื่องยนต์และยานยนต์จะลดการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิง