การศึกษาคุณลักษณะการเผาไหม้และสมรรถนะของเครื่องยนต์ก๊าซชีวมวลขนาดเล็ก

งานวิจัยนี้ได้ศึกษาคุณลักษณะการเผาไหม้และสมรรถนะของเครื่องยนต์สันดาปภายในที่ใช้ก๊าซชีวมวลเป็นเชื้อเพลิง ทั้งในรูปแบบเชื้อเพลิงเดี่ยว (Gas engine) ในเครื่องยนต์แก๊สโซลีน และในรูปแบบเชื้อเพลิงร่วม (Dual fuel engine) ในเครื่องยนต์ดีเซล
การทดสอบในรูปแบบเชื้อเพลิงร่วม ให้ก๊าซชีวมวลร่วมกับน้ำมันดีเซลเป็นเชื้อเพลิง ได้ทดสอบกับเครื่องยนต์ดีเซลสูบเดียว แบบฉีดเชื้อเพลิงโดยตรง ที่ได้รับการติดตั้งชุดอุปกรณ์วัดความดันในกระบอกสูบ และใช้เตาผลิตก๊าซชีวมวลแบบก๊าซไหลลงชนิดสองคอคอดขนาด 50กิโลวัตต์ความร้อย ใช้ถ่านไม้เป็นเชื้อเพลิง ทดสอบที่ความเร็วรอบเครื่องยนต์คงที่ 1500รอบต่อนาที ที่ภาระความดันยังผลเฉลี่ยเบรก 0-715.8 kPa โดยปรับสัดส่วนก๊าซชีวมวลให้ทดแทนน้ำมันดีเซลให้ได้สูงสุด ที่แต่ละภาระ การศึกษาพบว่าก๊าซชีวมวลสามารถทดแทนน้ำมันดีเซลได้สูงสุดร้อยละ 71.15 ที่ภาระความดันยังผลเฉลี่ยเบรก 501 kPa เมื่อพิจารณาก๊าซไอเสียพบว่า การใช้เชื้อเพลิงร่วม ทำให้ก๊าซคาร์บอนมอนนอกไซด์สูงขึ้นทุกช่วงภาระ ในขณะที่ออกไซด์ของไนโตรเจนลดลง 30-350 ส่วนในล้านส่วน การวิเคราะห์คุณลักษณะการเผาไหม้ในกระบอกสูบพบว่า เมื่ออัตราการทดแทนน้ำมันดีเซลเพิ่มขึ้น จะทำให้ช่วงล่าช้าในการจุดระเบิดมากขึ้น และที่อัตราการทดแทนน้ำมันดีเซลสูงสุด มีช่วงล่าช้าในการจุดระเบิดเพิ่มขึ้นประมาณ 2-5 องศาเพลงข้อเหวี่ยง และความดันสูงสุดในกระบอกสูลลดลง 10-15 บาร์ เมื่อพิจารณาค่า COVpmax และ COVimep พบว่า มีค่าอยู่ในระดับที่เครื่องยนต์สามารถทำงานได้อย่างมีเสถียรภาพ ทั้งในการใช้ดีเซลอย่างเดียวและรูปแบบเชื้อเพลิงร่วม
ส่วนการทดสอบในรูปแบบเชื้อเพลิงเดี่ยวในเครื่องยนต์จุดระเบิดด้วยประกายไฟ แบ่งการทดลองออก 2 ส่วน คือ ส่วนแรก ศึกษาคุณลักษณะการการเผาไหม้ โดยได้ทดสอบกับเครื่องยนต์แก๊สโซลีนสูบเดียว ที่ได้รับการติดตั้งชุดอุปกรณ์วัดแรงดันในกระบอกสูบ เชื่อมต่อกับระบบผลิตก๊าซชีวมวล ทดสอบที่ความเร็วรอบ1500-4000 รอบต่อนาที โดยไม่ใส่ภาระ ผลการทดสอบ พบว่า การใช้ก๊าซชีวมวลเป็นเชื้อเพลิง มีการปล่อยความร้อนในช่วงเริ่มต้นเร็วกว่าการใช้น้ำมันแก๊สโซลีน 1-3 องศาเพลาข้อเหวี่ยง แต่มีแนวโน้มช้าลงในช่วงกลางและช่วงท้ายของการเผาไหม้ ทำให้ระยะเวลาการเผาไหม้นานกว่าการใช้แก๊สโซลีนเป็นเชื้อเพลิง 20-40องศาเพลาข้อเหวี่ยง ส่วนที่สองเป็นการศึกษาสมรรถนะและมลพิษของเครื่องยนต์แก๊สโซลีนที่ใช้ก๊าซชีวมวลเป็นเชื้อเพลิงที่อัตราส่วนการอัด 8.5:1 11:1 และ 15.1 ที่องศาจุดระเบิด 10-30 องศาก่อนศูนย์ตายบน ทดสอบที่ภาระต่าง ๆ ที่ตำแหน่งปีกผีเสื้อเปิดเต็มที่ ผลการทดสอบพบว่า เครื่องยนต์แก๊สโซลีนที่ใช้ก๊าซชีวมวลเป็นเชื้อเพลิง โดยไม้ได้ปรับแต่งเครื่องยนต์ ให้กำลังสูงสุดคิดเป็นร้อยละ 40 ของกำลังสูงสุดที่ได้จากการใช้น้ำมันแก๊สโซลีนเป็นเชื้อเพลิง เมื่อปรับอัตราส่วนการอัดเพิ่มจาก 8.5:1 เป็น 15:1 ทำให้กำลังของเครื่องยนต์เพิ่มขึ้น จาก 0.73 kW ไปเป็น 1 kW และทำให้ประสิทธิภาพเชิงความร้อนเบรกสูงสุดเพิ่มขึ้นจากร้อยละ 20.67 เป็น 26.1 นอกจากนี้ยังพบว่า เมื่อปรับอัตราส่วนการอัดเพิ่มขึ้นจะทำให้ตำแหน่งองศาจุดระเบิดที่เหมาะสมขยับเข้าใกล้ศูนย์ตายบนมากขึ้น โดยค่าองศาจุดระเบิดที่เหมาะสมสำหรับอัตราส่วนการอัด 8.5:1 11:1 และ 15:1 คือ 25 20 และ 15 องศาก่อนศูนย์ตายบนตามลำดับ ส่วนการศึกษามลพิษนั้น พบว่า ก๊าซคาร์บอนมอนนอกไซด์และออกไซด์ของไนโตรเจน จากการใช้ก๊าซชีวมวลต่ำกว่าการใช้น้ำมันแก๊สโซลีนเป็นเชื้อเพลิงทุกช่วงภาระ