เบนซิน เมทานอล ไนโตรมีเทน ความเหมือนที่แตกต่าง

ในบทความนี้เราจะมาพูดคุยเกี่ยวกับ น้ำมันหลายๆชนิดที่กำลังเป็นที่นิยมสำหรับรถแข่งกันนะครับ โดยหลักใหญ่ใจความ จะอธิบายถึงข้อดีข้อเสียของเชื้อเพลิงแต่ละแบบกัน เวลาเลือกใช้ จะได้เลือกได้อย่างถูกต้องตามต้องการ เครื่องยนต์จะใช้น้ำมันประเภทนี้ได้หรือไม่ ใช้แล้วดีอย่างไร

อธิบายซึ่งที่มาที่ไปของพลังงานที่ได้จากเชื้อเพลิงชนิดต่างๆกันครับ ซึ่งเราจะแบ่งเชื้อเพลิงหลักๆออกเป็น 3 ชนิดคือ น้ำมันเบนซิน( Gasoline ) , เมทานอล ( Methanol ) และ ไนโตรมีเทน ( Nitromethane ) พร้อมแล้วก็มาอ่านกันได้เลยครับผม

น้ำมันเบนซิน ( Gasoline )

ก่อนอื่นเรามาคุยกันเรื่องพื้นฐานเบนซินกันก่อนครับ เชื้อเพลิงเบนซินเป็นส่วนผสมที่เกิดจาก ไฮโดรคาร์บอน โดยมีสูตรทางเคมีคือ C8H18

ส่วนผสมพอดีในการสันดาป ( Stoichiometric ) มีค่า A/R อยู่ราวๆ 14.7 ทางทฤษฎี นั่นแปลว่า หากจะจุดระเบิดให้พอดีเนี่ย จะต้องใช้อากาศ 14.7 ส่วน ขณะที่ใช้น้ำมัน 1 ส่วน นั่นเอง

ค่าพลังงานความร้อนของน้ำมันเบนซินจะอยู่ที่ราวๆ 18400 BTU /lb โดยถ้าเราจะใช้น้ำมันตัวนี้ในเครื่องยนต์ สมมติว่าเรากำหนดตัวแปรเครื่องยนต์มาหนึ่งตัว โดยมีความต้องการของอากาศ อยู่ที่ 247 CFM อ้างอิง ณ รอบเครื่องยนต์ 7000 rpm และ ประสิทธิภาพการประจุอากาศ (VE) มีค่า 100% แปลงหน่วยCFM เป็นปริมาตรการไหลของอากาศได้ประมาณ 22.17 lb/min

ดังนั้นถ้าคำนวณไม่ผิด จาก A/R ข้างต้น เราจะต้องใช้น้ำมันอยู่ที่ 1.5 lbs เมื่อทำการคูณค่าพลังงานความร้อนของเบนซิน ( 18400 BTU/lb ) จะหาค่าความร้อนที่เชื้อเพลิงนี้ผลิตออกมาได้คือ 27600 BTU ( ณ 7000 rpm , VE=100%)

เมทานอล ( Methanol )

เมทานอลก็คือแอลกอฮอล์ชนิดหนึ่ง เรียกอีกอย่างว่า เมทิลแอลกอฮอล์ ( Methyl alcohol ) เราอาจจะรู้จักกันในชื่อ เบนซิน E10 , E20 , E85 ซึ่งตัวเลขด้านท้ายก็คือส่วนผสมที่คิดเป็นเปอร์เซ็นต์ของเมทานอล ที่ผสมอยู่ในน้ำมันเบนซินนั่นเอง

เมทานอลเพียวๆนั้นมีสูตรทางเคมีคือ CH3OH มีความต้องการอากาศมากกว่าน้ำมันเบนซินในการสันดาป โดยมีค่า A/R อยู่ราวๆ 5.0:1 – 6.0:1 ทางทฤษฎี มีค่าพลังงานความร้อนอยู่ที่ 9500 BTU /lb ( ซึ่งจะเห็นได้ว่ามีค่าน้อยกว่าเบนซิน ) หากใช้สูตรคำนวณเดียวกันกับน้ำมันเบนซิน โดยอ้างอิง ค่า CFM จากเครื่องยนต์ตัวเดิมข้างต้น เครื่องยนต์จะใช้ เชื้อเพลิงอยู่ที่ 3.69 lb ( A/R = 6.0:1 ) ดังนั้นเมื่อ คูณ ด้วยค่าความร้อน 9500 BTU /lb จะทำให้มีค่าเท่ากับ 35,055 BTU ณ เครื่องยนต์ 7000 rpm

ส่วนในกรณีน้ำมันเบนซินที่มีเมทานอลผสมอยู่นั้น ค่า A/R ก็จะแตกต่างออกไปตามแต่ละเชื้อเพลิงครับ

จากข้อมูลข้างต้น น่าจะพอมองภาพออกแล้วนะครับว่า พลังงานความร้อนที่ได้โดยรวมทั้งหมดนั้น เมทานอลเพียวๆจะมีมากกว่าน้ำมันเบนซิน เนื่องจากจะต้องฉีดน้ำมันหนาขึ้นเพื่อให้ส่วนผสมมันพอดีนั่นเองครับ

ไนโตรมีเทน ( Nitromethane ) 

เชื้อเพลิงชนิดนี้ เป็นที่นิยมอย่างมากในการแข่งรถทั่วๆไป โดยเฉพาะอย่างยิ่งรถยนต์ประเภท Dragster มีสูตรทางเคมีคือ CH3NO2 ถ้าสังเกตุกันดีๆจะเห็นได้ว่า ไนโตรมีเทน มีออกซินเจนมากกว่าเชื้อเพลิงชนิดอื่นอยู่ 1 โมเลกุล นั่นแปลว่ามันไม่ต้องการอากาศมากเท่ากับน้ำมันเชื้อเพลิงชนิดอื่นๆนั่นเอง เพราะตัวมันเองก็มีออกซิเจนอยู่ในตัวเองอยู่แล้ว

การสันดาปที่สมบูรณ์ทางทฤษฎีของเจ้า ไนโตรมีเทนนั้น มีค่า A/F อยู่ที่ 1.7:1 ( น้ำมัน 1.7 ส่วน ต่ออากาศ 1 ส่วน ) มีค่าพลังงานความร้อนอยู่ที่ 5000 BTU / lb จะเห็นได้ว่าจะต้องฉีดน้ำมันเพิ่มขึ้นเยอะมากหากจะใช้เชื้อเพลิงไนโทรมีเทน โดยการคำนวณหากใช้ค่าตัวแปรคงเดิมเฉกเช่นการคำนวณทางด้านบนจะพบว่า ต้องใช้เชื้อเพลิงอยู่ราวๆ 13.04 lb ( 7000 rpm , VE = 100% ) ซึ่งเมื่อคูณกับค่าพลังงานความร้อนของตัวมัน ปรากฎว่าสามารถผลิตพลังงานออกมาได้มากถึง 65,200 BTU !!

ข้อดีของเมทานอล

แน่นอนว่าโดยปกติแล้วรถยนต์เบนซิน ก็จะใช้น้ำมันเบนซินเป็นหลัก(แน่ล่ะ) แต่หากจะเลือกใช้เชื้อเพลิงอื่นๆเนี่ย มีความจำเป็นมากแค่ไหน ข้อดีข้อเสียของเชื้อเพลิงแต่ละชนิดเป็นอย่างไรบ้าง ?

เมทานอล มีกระบวนการสันดาปที่ช้ากว่า อธิบายง่ายๆคือเผาไหม้ได้ช้ากว่าน้ำมันเบนซิน แต่ข้อดีของมันก็คือ ด้วยความที่มีออกเทนที่สูงกว่า ( โดยทั่วๆไปคือ octane 110 ) จึงสามารถเพิ่มแรงอัดและองศาการจุดระเบิดได้ อีกส่วนหนึ่งที่เป็นความพิเศษของเมทานอลเลยก็คือ สามารถลดการจุดระเบิดเอง ( น็อค ) อันเนื่องมาจากรูปแบบการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงชนิดนี้ เวลาวาบไฟจะมีความเป็นเอกลักษณ์ของตัวมันเอง ซึ่งอาจจะหาอ่านในเรื่องเคมีเพิ่มเติมได้ครับ

อีกสิ่งหนึ่งที่จะไม่พูดไม่ได้เลยก็คือ เมทานอล สามารถลดอุณหภูมิไอดีที่เข้าไปเผาไหม้ในห้องสันดาปได้ เมื่อไอดีเย็นขึ้น ความหนาแน่นของไอดีจะมากขึ้น ส่งผลให้เวลาจุดระเบิดมันจะสามารถผลิตพลังงานได้มากขึ้นนั่นเอง จากข้อมูลการวิจัยพบว่า โดยปกติหากเราทำการเปลี่ยนเชื้อเพลิงจาก เบนซิน มาเป็นเมทานอล สามารถเพิ่มพลังงานในการสันดาปได้ประมาณ 5-15% เลยทีเดียว

ข้อเสียล่ะ มีอะไรบ้าง ?

อย่างที่เรารู้ๆกันดีว่า เมทานอล(หรือแอลกอฮอล์) มีฤทธิ์กัดกร่อนเอามากๆ นั่นหมายถึง อยู่ดีๆจะเปลี่ยนไปใช้เลยก็คงจะไม่ได้เพราะชิ้นส่วนในระบบเชื้องเพลิงเดิมของรถบางรุ่นนั้นไม่ได้ผลิตมารองรับการกัดกร่อนที่จะเกิดขึ้นแบบนี้ ดังนั้นก่อนจะใช้ต้องดูให้ดีก่อนว่า อุปกรณ์นั้นๆสามารถทนทานต่อการกัดกร่อนที่จะเกิดขึ้นได้มั๊ย ถ้าได้ก็ลุยเลย

อีกประการหนึ่งคือ เราจะเห็นได้ว่า เมทานอลนั้น มีค่า Stoichiometrics ที่ A/R = 5.0:1 – 6.0:1 จึงทำให้ต้องจ่ายน้ำมันมากขึ้น ยกตัวอย่างเช่น โดยปกติจะใช้ปั๊มน้ำมันเบนซินอยู่ที่ 255 lph ( ลิตรต่อชั่วโมง) และหัวฉีด 1000 cc. หากเปลี่ยนมาใช้เมทานอล อาจจะต้องคูณสองเข้าไปเลย ปั๊มอาจจะต้องใช้สองลูก หัวฉีดเพิ่มเป็น 2000 cc. เป็นต้น แค่นั้นยังไม่จบนะครับ ระบบทางเดินน้ำมันต้องทำให้ใหญ่ขึ้น ถังน้ำมันต้องใหญ่ขึ้นอีกด้วย

ดังนั้นถ้าจะให้สรุปกันจริงๆ สำหรับการใช้เมทานอลแบบเพียวๆแบบนี้ อาจจะต้องบอกว่า มันเหมาะสมสำหรับรถแข่งเสียมากกว่า อย่างไรก็ดี ณ ปัจจุบันเรามีน้ำมันเบนซินผสมเมทานอลอยู่มากมาย เช่น E10 , E20 , E85 ดังนั้นก็สามารถเลือกได้ตามแต่การใช้งานกันได้เลย

รถแข่งต้องไนโตรมีเทนจริงเหรอ?

ไนโตรมีเทนตอบโจทย์การใช้งานโดยมุ่งหวังเพียงอย่างเดียวคือ POWER หรือ พลังงานที่ผลิตออกมาได้ โดยปกติไนโทรมีเทนจะผลิตพลังงานออกมาได้ มากกว่า เบนซินราว 2.3 เท่า นั่นก็ไม่แปลกเลยที่รถแข่งระดับหัวแถวทั่วโลกนิยมใช้เชื้อเพลิงชนิดนี้ เพราะมันคือระเบิดดีๆนี่เอง

ในแง่ของการใช้งานนั้น ต้องระมัดระวังเป็นอย่างสูง เนื่องจากการไวไฟของตัวมันเอง และ ฤทธิ์กัดกร่อนที่รุนแรง หากดูในคลิปเมืองนอก เราอาจจะเห็นได้ว่าถึงขั้นใส่หน้ากากกันแก๊สพิษ เวลาทำงานกับเชื้ัอเพลิงประเภทนี้เลยทีเดียว

เนื่องจากความแพงของมัน เลยทำให้เวลาเราใช้งานจริงนั้น จะทำแค่ผสมไนโตรมีเทนเข้ากับเชื้อเพลิงหลักเท่านั้น อัตราส่วนที่นิยมใช้กันก็จะอยู่ราว 5-15% ต่อเชื้อเพลิงหลัก ความง่ายของวิธีนี้คือ หากระบบน้ำมันของเราสามารถทนทานต่อการกัดกร่อนของ เมทานอล ส่วนผสมของ ไนโตรมีเทนแบบนี้ ระบบเดิมก็ยังสามารถใช้งานได้ ไม่จำเป็นต้องไปเปลี่ยนใหม่ แต่หากจะเพิ่มความแรงก็อาจจะต้องมีการจูนองศาไฟจุดระเบิด กับ อัตราการจ่ายน้ำมัน เพิ่มขึ้นมาบ้าง เป็นต้น

ท้ายที่สุด เราควรเลือกชนิดเชื้อเพลิงให้ถูกต้องตามการใช้งาน ที่สำคัญเลยคือการเซ็ตอัพระบบมีส่วนสำคัญเป็นอย่างมากในแง่ของความทนทาน มิใช่เพียงแต่ “เขาเล่าว่าได้” เท่านั้น

ขอบพระคุณทุกท่านที่อ่านจนจบบทความนี้ หวังว่าจะได้อะไรกลับไป ไม่มากก็น้อยนะครับ