ประสิทธิภาพเชิงความร้อนของเครื่องยนต์เป็นหนึ่งในตัวบ่งชี้ที่สำคัญในการประเมินประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ ยิ่งประสิทธิภาพเชิงความร้อนของเครื่องยนต์สูงเท่าไร เทคโนโลยีก็ยิ่งก้าวหน้ามากขึ้นเท่านั้น ประสิทธิภาพเชิงความร้อนของเครื่องยนต์หมายถึงอะไร? ให้ทุกท่านโดยเฉพาะเพื่อนๆที่กำลังจะซื้อรถลองดูครับ
รูปภาพ
ประสิทธิภาพเชิงความร้อนของเครื่องยนต์หมายถึงอัตราส่วนของความร้อนของกำลังเครื่องยนต์ที่มีประสิทธิภาพต่อความร้อนของเชื้อเพลิงที่ใช้ต่อหน่วยเวลา พูดง่ายๆ ก็คือ ปริมาณพลังงานที่สร้างขึ้นหลังจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงถูกแปลงเป็นพลังขับเคลื่อนของรถยนต์
ประสิทธิภาพเชิงความร้อนคำนวณโดยการหารค่าความร้อนจริงที่ใช้ด้วยค่าความร้อนที่มีอยู่ในน้ำมันเชื้อเพลิง ตัวอย่างเช่น: น้ำมันเบนซินหนึ่งลิตรจะปล่อยความร้อน 33,580KJ หลังจากการเผาไหม้เสร็จสมบูรณ์ ซึ่ง 11,000KJ จะถูกแปลงเป็นผลงานโดยเครื่องยนต์ ประสิทธิภาพเชิงความร้อนของเครื่องยนต์นี้ในเวลานี้คือ:
(11000÷33580)×100%=32.8%
โดยทั่วไปแล้ว ประสิทธิภาพเชิงความร้อนของเครื่องยนต์บางตัวจะคงที่โดยพื้นฐานตั้งแต่เวลาที่ออกแบบไปจนถึงเวลาที่ออกจากโรงงาน ประสิทธิภาพเชิงความร้อนสูงสุดของเครื่องยนต์เบนซินโดยทั่วไปจะอยู่ระหว่าง 30% ถึง 40% และประสิทธิภาพเชิงความร้อนของเครื่องยนต์ดีเซลจะสูงกว่าเล็กน้อย คือระหว่าง 35% ถึง 45% พูดถึงเรื่องนี้เพื่อน ๆ บางคนอาจถามว่าเหตุใดประสิทธิภาพเชิงความร้อนจึงไม่ 100%? ความจริงมันโหดร้ายมาก เป็นเรื่องยากมากสำหรับวิศวกรเครื่องยนต์ที่จะเพิ่มประสิทธิภาพเชิงความร้อน 1% บนพื้นฐานของ 30% ถึง 40% แล้วพลังงานที่เหลืออีก 50~60% จะไปอยู่ที่ไหน?
รูปภาพ
เครื่องยนต์คือเครื่องจักรที่แปลงพลังงานความร้อนเป็นพลังงานกล ตามกฎของอุณหพลศาสตร์ พลังงานความร้อนไม่สามารถแปลงเป็นพลังงานรูปแบบอื่นได้ 100% ในเครื่องจักรทั้งหมด ความเสียดทานเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ และความร้อนที่ใช้โดยความต้านทานการเสียดสีก็ไม่สามารถกำจัดออกไปได้ นอกจากนี้ เครื่องยนต์จะต้องรักษาอุณหภูมิและปริมาตรให้คงที่และไม่สามารถเพิ่มหรือลดได้อย่างไม่มีกำหนด ดังนั้น การสูญเสียความเย็นจึงหลีกเลี่ยงไม่ได้ เมื่อรวมกับปัจจัยอื่น ๆ เช่น ความเป็นไปไม่ได้ที่จะเผาไหม้เชื้อเพลิงโดยสมบูรณ์ การสูญเสียก๊าซในปั๊ม ฯลฯ ประสิทธิภาพเชิงความร้อนของเครื่องยนต์ไม่สามารถเป็น 100% ได้
เมื่อเครื่องยนต์เกิดครั้งแรก ประสิทธิภาพเชิงความร้อนสูงสุดคือน้อยกว่า 20% หลังจากผ่านไปหนึ่งร้อยปี ด้วยความพยายามอย่างต่อเนื่องของวิศวกรยานยนต์รุ่นต่อรุ่น ประสิทธิภาพเชิงความร้อนสูงสุดของเครื่องยนต์รถยนต์จึงเพิ่มขึ้นเป็นมากกว่า 40% เท่านั้น นี่เป็นความสำเร็จที่น่าทึ่งอยู่แล้ว ด้วยเทคโนโลยีปัจจุบัน ประสิทธิภาพเชิงความร้อนของเครื่องยนต์ใกล้จะถึงขีดจำกัดแล้ว การเพิ่มขึ้นของทุกเปอร์เซ็นต์ถือเป็นความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีครั้งใหญ่
วิธีการปรับปรุงประสิทธิภาพเชิงความร้อนของเครื่องยนต์มีอะไรบ้าง?
1. สำหรับเครื่องยนต์เบนซิน วิธีที่ตรงที่สุดคือการเพิ่มอัตราส่วนกำลังอัดของเครื่องยนต์ นี่เป็นหนึ่งในสาเหตุหลักที่ทำให้ประสิทธิภาพเชิงความร้อนของเครื่องยนต์ดีเซลสูงกว่าเครื่องยนต์เบนซิน
2. ลดความต้านทานแรงเสียดทานทางกลโดยใช้ลูกสูบที่มีแรงเสียดทานต่ำ แหวนลูกสูบที่มีความยืดหยุ่นต่ำ และสารหล่อลื่นที่มีประสิทธิภาพดีกว่า
3. ปรับระบบจ่ายน้ำมันเชื้อเพลิงให้เหมาะสม และใช้การฉีดโดยตรงในกระบอกสูบที่มีแรงดันสูงกว่า ฯลฯ
4. ปรับการออกแบบช่องไอดีและไอเสียของวาล์วเทรนให้เหมาะสมที่สุด และใช้เทคโนโลยีไทม์มิ่งวาล์วแปรผันและการยก
5. เพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบห้องเผาไหม้เพื่อให้การเผาไหม้เชื้อเพลิงสมบูรณ์ยิ่งขึ้น
6. ปรับการออกแบบกระบอกสูบให้เหมาะสมและมีอัตราส่วนกระบอกสูบต่อช่วงชักที่เหมาะสม
7. สำหรับเครื่องยนต์ดีเซล สามารถใช้เทคโนโลยีต่างๆ เช่น การเพิ่มอัตราการฉีด การฉีดหลายครั้ง และแรงดันไอดีสูงได้
รูปภาพ
ประสิทธิภาพเชิงความร้อนของเครื่องยนต์ไม่คงที่
ประสิทธิภาพเชิงความร้อนของเครื่องยนต์เปลี่ยนแปลงไปตามสภาพการทำงานที่เปลี่ยนแปลง ภายใต้สภาวะการทำงานส่วนใหญ่ ประสิทธิภาพเชิงความร้อนของเครื่องยนต์จะต่ำมาก ตัวอย่างเช่น ในสภาพการจราจรติดขัดในเมืองทั่วไป ประสิทธิภาพเชิงความร้อนของเครื่องยนต์จะอยู่ที่ประมาณ 20% เท่านั้น เมื่อขับรถบนทางหลวงประสิทธิภาพเชิงความร้อนสามารถเข้าถึงได้ประมาณ 30% สภาพการทำงานที่มีประสิทธิภาพเชิงความร้อนสูงสุดคือรับน้ำหนักมากและวิ่งด้วยความเร็วต่ำ เช่น ขณะรถกำลังขับ เมื่อขึ้นทางลาดชัน คันเร่งของเครื่องยนต์จะเปิดเต็มที่และแรงต้านทานอากาศเข้ามีน้อยที่สุด ในขณะนี้ ความเร็วรอบเครื่องยนต์ไม่สูงและความต้านทานแรงเสียดทานทางกลมีน้อย ประสิทธิภาพเชิงความร้อนในเวลานี้ค่อนข้างสูง
หากเครื่องยนต์มีประสิทธิภาพเชิงความร้อนสูง จำเป็นต้องประหยัดเชื้อเพลิงหรือไม่?
ไม่จำเป็น. เครื่องยนต์ที่มีประสิทธิภาพเชิงความร้อนสูงกว่าโดยทั่วไปแล้วจะมีเทคโนโลยีที่ล้ำหน้ากว่า และความประหยัดของเครื่องยนต์เองก็ดีกว่าอย่างแน่นอน อย่างไรก็ตามความประหยัดของเครื่องยนต์ไม่เท่ากับความประหยัดของรถยนต์โดยรวม อัตราสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงของรถยนต์ไม่ได้ถูกกำหนดโดยเครื่องยนต์เท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการ เช่น กระปุกเกียร์ แชสซี และน้ำหนักตัวด้วย ดังนั้นไม่ใช่ทุกรุ่นที่ติดตั้งเครื่องยนต์ที่มีประสิทธิภาพเชิงความร้อนสูงจึงประหยัดเชื้อเพลิงได้
รูปภาพ
นับตั้งแต่การถือกำเนิดของเครื่องยนต์สันดาปภายใน โดยเฉพาะอย่างยิ่งภายใต้แนวโน้มของการอนุรักษ์พลังงานและการลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก การปรับปรุงประสิทธิภาพเชิงความร้อนได้กลายเป็นสิ่งที่สำคัญที่สุดในการวิจัยและพัฒนา แม้ว่าจะมีเครื่องยนต์ที่มีประสิทธิภาพเชิงความร้อนสูงถึง 43% ในรุ่นที่ผลิตจำนวนมาก แต่ก็ยังต้องมีการสำรวจประสิทธิภาพเชิงความร้อนที่เหลืออีกเกือบ 50% นี่ถือเป็นความสำคัญของการวิจัยอย่างเข้มข้นของบริษัทรถยนต์หลายแห่งเกี่ยวกับเครื่องยนต์เชื้อเพลิง
