ในช่วงหลายปีที่ผ่านมา อัตราส่วนการอัดของเครื่องยนต์เพิ่มขึ้นมาตามลำดับเครื่องยนต์ ที่มีอัตราส่วนการอัดสูงจะมีประสิทธิภาพสูงขึ้นและให้กำลังมากขึ้น เครื่องยนต์ที่มีอัตราส่วนการอัดสูงจำเป็นต้องใช้นํ้ามันเชื้อเพลิงที่มีค่าออกเทนสูง และนํ้ามันเหล่านี้จะมีสารประกอบตะกั่วผสมอยู่ด้วยซึ่งจะออกมาทางท่อไอเสียและสร้างมลพิษให้กับอากาศ ถ้าต้องการลดปริมาณสารประกอบตะกั่วซึ่งจะมีผลทำให้ค่าออกเทนลดลงด้วย จำเป็นต้องลดอัตราส่วนการอัดของเครื่องยนต์เพื่อป้องกันการเผาไหม้ผิดปกติ

เนื่องจากอัตราส่วนการอัดสูงก็ยังทำให้อุณหภูมิของการเผาไหม้สูงมากขึ้นด้วย และถ้าอุณหภูมิของการเผาไหม้สูงเกิน 1927°c (3500°F) ไนโตรเจนออกไซด์จะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว วิธีหนึ่งที่จะลดการเกิดไนโตรเจนออกไซด์คือ ลดอัตราส่วนการอัด และอีกวิธีหนึ่งซึ่งเรียกว่า การไหลเวียนกลับแก๊สไอเสีย (exhaust-gas recirculation หรือ EGR) วิธีนี้ใช้ในการป้อนไอเสียบางส่วนกลับเข้าสู่ท่อร่วมไอดีเพื่อลดอุณหภูมิการเผาไหม้ วิธีนี้นิยมใช้กันอย่างกว้างขวางทั้งในเครื่องยนต์แก๊สโซลีนและเครื่องยนต์ดีเซล

การเผาไหม้ผิดปกติแบบอื่น ๆ

นอกจากปัญหาการน็อกดังกล่าวแล้ว ยังมีปัญหาอื่น ๆ ที่เกี่ยวกับการเผาไหม้ผิดปกติ ได้แก่ การชิงจุดระเบิด (preignition) ซึ่งการชิงจุดระเบิดเกิดขึ้นเนื่องจากจุดร้อนภายในห้องเผาไหม้ เช่น บริเวณวาล์วไอเสีย หัวเทียน หรือตะกอนคาร์บอน บางครั้งตะกอนคาร์บอนซึ่งร้อนแดง อาจกระจายตัวลอยอยู่ในห้องเผาไหม้และทำให้เกิดการชิงจุดระเบิดได้เช่นกัน ดังแสดงในรูปที่ 10.2

การชิงจุดระเบิดสามารถเกิดก่อนหรือหลังการเกิดประกายไฟที่หัวเทียน เช่นดังรูปที่ 10.2 จุดร้อนภายในห้องเผาไหม้จุดระเบิดไอดีก่อนการเกิดประกายไฟที่หัวเทียน หลังจากเกิดประกายไฟที่หัวเทียนแล้ว คลื่นการเผาไหม้ทั้งสองจะเคลื่อนที่เข้าปะทะกัน การชิงจุดระเบิดทำให้เครื่องยนต์สั่นและเดินไม่ราบเรียบ อาจเกิดขึ้นน้อยจนถึงรุนแรงมาก บางครั้งจุดร้อนภายในห้องเผาไหม้ทำหน้าที่คล้ายหัวเทียนอันที่สอง กล่าวคือหลังจากที่หมุนสวิตช์กุญแจดับเครื่องยนต์แล้ว เครื่องยนต์ ยังคงหมุนได้ต่อไป ปัญหานี้เรียกว่า ดีเซลลิง (dieseling) นอกจากนี้การชิงจุดระเบิดยังทำให้เกิดการจุดระเบิดย้อนกลับ (backfire) ผ่านท่อร่วมไอดีและกรองอากาศ

การชิงจุดระเบิดมักมีปัญหามาจากการบำรุงรักษาไม่เพียงพอ การใช้หัวเทียนไม่เหมาะสม (ใช้หัวเทียนร้อนเกินไป) และการใช้นํ้ามันเชื้อเพลิงหรือนํ้ามันหล่อลื่นผิดเกรด การเกิดตะกอนสะสม ในห้องเผาไหม้มีส่วนทำให้อัตราส่วนการอัดของเครื่องยนต์เพิ่มขึ้น ซึ่งจะทำให้เกิดการเผาไหม้ผิดปกติ

แก๊สโซฮอล์

แก๊สโซฮอล์เป็นนํ้ามันเชื้อเพลิงที่เกิดจากการผสมกันระหว่างเอทิลแอลกอฮอล์ (ethyl alcohol) 10 เปอร์เซ็นต์กับนํ้ามันแก๊สโซลีนไร้สารตะกั่ว 90 เปอร์เซ็นต์ เอทิลแอลกอฮอล์สามารถทำจากนํ้าตาล เมล็ดพืช หรือสารอินทรีย์อื่น ๆ แก๊สโซฮอล์สามารถใช้กับเครื่องยนต์ได้โดยไม่ต้องเปลี่ยนแปลงระบบ

ถ้าผสมเอทิลแอลกอฮอล์มากกว่า 10 เปอร์เซ็นต์ จะต้องปรับปรุงระบบนํ้ามันเชื้อเพลิงใหม่ โดยจะต้องปรับส่วนผสมให้หนาขึ้นกว่าเดิม เพราะเอทิลแอลกอฮอล์ต้องการอากาศน้อยกว่านํ้ามันแก๊สโซลีนในการเผาไหม้ ถ้าไม่ปรับส่วนผสมใหม่ จะทำให้ส่วนผสมบางเกินไป

ตามปกติแล้ว เอทิลแอลกอฮอล์อย่างเดียวเมื่อเผาไหม้ต้องการอัตราส่วนอากาศต่อเชื้อเพลิง ประมาณ 9:1 ส่วนแก๊สโซลีนเพียงอย่างเดียวต้องการอัตราส่วนอากาศต่อเชื้อเพลิงประมาณ 14.7:1

ข้อสังเกต อัตราส่วนอากาศต่อเชื้อเพลิงเป็นอัตราส่วนโดยนํ้าหนัก เช่น อัตราส่วน 14.7:1 หมายถึงการเผาไหม้ใช้อากาศมีนํ้าหนักเป็น 14.7 เท่าของนํ้าหนักเชื้อเพลิง

เมทิลแอลกอฮอล์

เมทิลแอลกอฮอล์อาจเรียกว่าเมทานอล (methanol) หรือแอลกอฮอล์ไม้ (wood alcohol) อาจใช้เมทิลแอลกอฮอล์เพียงอย่างเดียวเป็นเชื้อเพลิง หรือผสมกับแก๊สโซลีน การใช้เมทิลแอลกอฮอล์ เพียงอย่างเดียวต้องปรับปรุงระบบนํ้ามันเชื้อเพลิงใหม่เพื่อให้ได้อัตราส่วนอากาศต่อเชื้อเพลิง 6.4:1

เมทิลแอลกอฮอล์สามารถทำจากถ่านหิน หินนํ้ามัน ไม้ ปุ๋ย ธรรมชาติ เศษขยะ หรือสารอินทรีย์อื่น ๆ เมทิลแอลกอฮอล์ไช้กับเครื่องยนต์ของรถแข่งมาหลายปีแล้ว

เมทิลแอลกอฮอล์มีข้อเสียหลายประการคือ มีความเป็นพิษและสามารถกัดกร่อนอะลูมิเนียม รอยบัดกรี พลาสติก และสารอื่น ๆ นอกจากนี้เมทิลแอลกอฮอล์ยังทำปฏิกิริยากับนํ้าด้วย ถ้ามีนํ้าเข้าไปในส่วนผสม แก๊สโซลีนและแอลกอฮอล์จะแยกตัวจากกัน ทำให้เครื่องยนต์ดับหรือเดินสะดุด

แก๊สแอลพีจี

แอลพีจีทำมาจากนํ้ามันดิบ แอลพีจีภายใต้ความดันจะเปลี่ยนสถานะเป็นของเหลว และเมื่อความดันลดลง แอลพีจีจะเปลี่ยนสถานะกลับไปเป็นแก๊สแอลพีจีที่ใช้ในรถยนต์คือ โพรเพน (propane) รถยนต์ที่ใช้แอลพีจีจะต้องปรับปรุงระบบเชื้อเพลิงใหม่ให้เหมาะสม ดังแสดงในรูป ที่ 10.3

ข้อดีของโพรเพนคือ มีค่าออกเทนเกิน 100 ดังนั้นสามารถปรับค่าอัตราส่วนการอัดให้สูงขึ้นได้เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพและกำลังเครื่องยนต์ นอกจากนี้โพรเพนเผาไหม้สะอาด ทำให้เครื่องยนต์สึกหรอน้อยลง ระบบเชื้อเพลิงไม่ต้องการปั๊มนํ้ามัน อุปกรณ์กำจัดไอเสียลดปริมาณลง

อย่างไรก็ตามระบบเชื้อเพลิงจะต้องมีถังความดันสำหรับบรรจุแก๊สและหม้อต้มสำหรับเปลี่ยนสถานะของเหลวเป็นแก๊สก่อนที่จะเข้าเครื่องยนต์

น้ำมันดีเซล

เครื่องยนต์ดีเซลใช้นํ้ามันดีเซลซึ่งเป็นนํ้ามันหล่อลื่นเบา นํ้ามันดีเซลทำจากนามันดิบ ชึ่งมีคุณสมบัติดังนี้

1. ความสามารถในการระเหย สิ่งนี้ใช้วัดความง่ายของการระเหย นํ้ามันดีเซลมีความสามารถในการระเหยตํ่า จุดเดือดของนํ้ามันดีเซลประมาณ 371°C(700°F) หรือน้อยกว่า เกรดของนํ้ามันดีเซลที่ใช้กับเครื่องรถยนต์มี 2 เกรด ได้แก่ นํ้ามันดีเซลหมายเลข 1 (number 1 diesel) และนํ้ามันดีเซลหมายเลข 2 (number 2 diesel)

นํ้ามันดีเซลหมายเลข 1 มีความสามารถในการระเหยสูงกว่าหมายเลข 2 และมักใช้กับที่ที่มีอุณหภูมิตํ่ามาก ๆ ส่วนหมายเลข 2 มักใช้กับสภาพของการขับขี่ และใช้กับรถยนต์ดีเซลมากที่สุด

2. ความหนืด เป็นความต้านทานในการไหลของของเหลว ความหนืดยิ่งตํ่าจะยิ่งไหลง่าย นํ้ามันดีเซลต้องมีความหนืดตํ่า นํ้ามันไหลผ่านท่อนํ้ามันในระบบและฉีดเป็นฝอยเข้าไปในเครื่องยนต์ด้วยความต้านทานตํ่า ถ้านํ้ามันดีเซลมีความหนืดสูง จะไม่แตกกระจายเป็นฝอยเล็ก ๆ และเผาไหม้ไม่รวดเร็วเพียงพอ ซึ่งทำให้สมรรถนะของเครื่องยนต์ตํ่าลง

อย่างไรก็ตามถ้าความหนืดของนํ้ามันดีเซลตํ่าเกินไป นํ้ามันจะไม่หล่อลื่นชิ้นส่วนของปั๊มหัวฉีดและหัวฉีด ซึ่งอาจทำให้ปั๊มหัวฉีดและหัวฉีดเสียหายได้ นํ้ามันดีเซลหมายเลข 2 มีความหนืดเหมาะสมกับสภาพการขับขี่ ส่วนนํ้ามันดีเซลหมายเลข 1 มีความหนืดตํ่ากว่า ดังนั้นจึงเหมาะกับการใช้งานที่อุณหภูมิตํ่า

3. ค่าซีเทน (cetane number) เป็นค่าแสดงความง่ายของนํ้ามันดีเซลในการจุดระเบิด นํ้ามันที่มีค่าซีเทนสูง จะจุดระเบิดได้ง่ายที่อุณหภูมิตํ่า นํ้ามันดีเซลที่มีค่าซีเทนตํ่า จะต้องใช้อุณหภูมิสูงขึ้นสำหรับการจุดระเบิด และมีการหน่วงจุดระเบิด (ignition lag) กล่าวคือเมื่อนํ้ามันดีเซลถูกฉีดเข้ากระบอกสูบ นํ้ามันจะไม่จุดระเบิดทันทีแต่จะทิ้งช่วงเวลาเล็กน้อยก่อนที่จะเริ่มจุดระเบิด ในระหว่างที่เกิดการหน่วงจุดระเบิดนี้ นํ้ามันดีเซลจะสะสมอยู่ในกระบอกสูบ และเมื่อการจุดระเบิดเกิดขึ้น นํ้ามันที่สะสมทั้งหมดจะจุดระเบิดพร้อมกันทันที ความดันในกระบอกสูบจะสูงขึ้นอย่างรวดเร็ว ทันทีทันใดและทำให้เกิดการน็อกขึ้น ซึ่งคล้ายกับการเผาไหม้ผิดปกติในเครื่องยนต์แก๊สซลีน

นํ้ามันดีเซลที่มีค่าซีเทนสูงเมื่อเข้าสู่กระบอกสูบจะเผาไหม้ทันที ดังนั้นจึงไม่เกิดการสะสมของนํ้ามันในกระบอกสูบ ทำให้ความดันในกระบอกสูบเกิดขึ้นอย่างราบเรียบโดยไม่มีการน็อก

ความสะอาดของนํ้ามันดีเซล

นํ้ามันดีเซลต้องสะอาดและปราศจากนํ้าผสมอยู่ อนุภาคของสิ่งสกปรกเล็ก ๆ สามารถอุดหัวฉีดและทำให้สมรรถนะของเครื่องยนต์ตํ่าลง ส่วนนํ้าที่ผสมในนํ้ามันจะทำให้ปั๊มหัวฉีดและหัวฉีดเป็นสนิม

รถยนต์จำนวนมากติดตั้งระบบสัญญาณเตือนเมื่อในถังนํ้ามันมีน้ำสะสมมากเกินไป และจะต้องถ่ายนํ้าออกจากถังนํ้ามัน รถยนต์บางคันติดตั้งเครื่องแยกนํ้าออกจากนํ้ามันเมื่อนํ้ามันไหลออกจากถัง

ที่อุณหภูมิตํ่ากว่า -6.7°c (20°F) จะเกิดสารขี้ผึ้งในนํ้ามันดีเซล สารขี้ผึ้งนี้สามารถอุดตันกรองนํ้ามันเชื้อเพลิงและหัวฉีด มีวิธีป้องกันการเกิดสารขี้ผึ้ง โดยผสมนํ้ามันดีเซลหมายเลข 1 กับหมายเลข 2 และอีกวิธีหนึ่งคือ ใช้น้ำมันดีเซลหมายเลข 1 โดยตรง หรืออาจใช้เครื่องทำ ความร้อนอุ่นนํ้ามันดีเซลให้มีอุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิที่จะเกิดสารขี้ผึ้ง สำหรับประเทศไทยนั้น ปัญหาการเกิดสารขี้ผึ้งที่อุณหภูมิตํ่าคงจะไม่มี

บทความอื่น ๆ ที่น่าสนใจ: