ใน
Memoir
ฉบับวันที่
๖
ธันวาคมเรื่องคาร์บูเรเตอร์นั้นผมได้เกริ่นถึงกราฟอุณหภูมิการกลั่นของน้ำมันเบนซิน
ซึ่งเป็นตัวบ่งบอกองค์ประกอบของน้ำมันเบนซินในแง่ที่ว่าประกอบด้วยไฮโดรคาร์บอนที่มีจุดเดือดเท่าใดบ้าง
ซึ่งอัตราการระเหยของไฮโดรคาร์บอนเหล่านี้จะส่งผลกระทบต่อสมรรถนะการทำงานของเครื่องยนต์ได้
เนื่องจากในการทำงานของเครื่องยนต์เบนซินต้องทำการระเหยน้ำมันและผสมเข้ากับอากาศ
(กลายเป็นแก๊สที่เรียกว่า
"ไอดี")
ก่อนที่จะป้อนเข้าสู่กระบอกสูบเพื่อทำการจุดระเบิด
ดังนั้นความยาก-ง่ายในการระเหยของน้ำมันจึงส่งผลต่อการทำงานของเครื่องยนต์
น้ำมันที่ระเหยได้ง่ายจะช่วยให้เครื่องยนต์ทำงานได้ดีในขณะที่เครื่องยนต์เย็นอยู่
รอบเครื่องต่ำ หรือเมื่ออากาศหนาวเย็น
แต่ถ้านำมาใช้ในเขตอากาศร้อนก็จะทำให้น้ำมันระเหยมากเกินไป
เกิดการสูญเสียไป
ส่วนน้ำมันที่ระเหยได้ยากนั้นจะเหมาะสมกับการใช้งานในเขตอากาศร้อน
ทำให้เครื่องยนต์ทำงานได้ดีที่รอบเครื่องสูงและเมื่อเครื่องยนต์มีอุณหภูมิสูง
แต่จะทำให้เครื่องยนต์สตาร์ทติดยากเมื่ออากาศเย็น
และยังทำงานได้ไม่ดีที่รอบเครื่องยนต์ต่ำ
นอกจากนี้พวกที่ไม่ระเหยกลายเป็นไอ
เมื่อเข้าไปในกระบอกสูบจะละลายเข้าไปในน้ำมันหล่อลื่นได้
ทำให้ความหนืดของน้ำมันหล่อลื่นลดลงและประสิทธิภาพการหล่อลื่นจะลดลงไปด้วย
ดังนั้นเพื่อให้น้ำมันเบนซินนั้นสามารถใช้งานได้ตลอดช่วงการทำงานของเครื่องยนต์และสภาพอากาศ
ในแต่ละท้องถิ่นจึงต้องมีการกำหนดค่าการระเหยของน้ำมันเบนซินให้เหมาะสมกับแต่ละประเทศนั้น
พารามิเตอร์ที่ใช้บ่งบอกค่าการระเหยมีอยู่ด้วยกัน
๒ ตัวคืออุณหภูมิการกลั่นและความดันไอ
ค่าความดันไอของน้ำมันเบนซินนั้นเรียกว่าค่า
Reid
vapour pressure หรือย่อว่า
RVP
ซึ่งตามมาตรฐานสากลนั้นจะวัดที่อุณหภูมิ
100ºF
หรือ
37.8ºC
ถ้าค่าความดันนี้สูงจะทำให้เครื่องยนต์สตาร์ทติดงานเมื่ออากาศเย็น
แต่ถ้าสูงเกินไปจะทำให้เกิดปัญหา
vapour
lock คือเชื้อเพลิงกลายเป็นไอในระบบจ่ายน้ำมัน
ทำให้ระบบจ่ายเชื้อเพลิงทำงานได้ไม่เต็มที่
ซึ่งอาจส่งผลให้เครื่องยนต์สูญเสียกำลังหรือหยุดการทำงานได้
ซึ่งเกิดปัญหากับระบบคาร์บูเรเตอร์มากกว่าระบบหัวฉีด
สำหรับประเทศไทยเองนั้นก็มีการกำหนดค่าอุณหภูมิการกลั่นและความดันไอของน้ำมันเบนซินและน้ำมันแก๊สโซฮอล์เอาไว้เหมือน
ๆ กัน ตามที่แสดงไว้ในรูปที่
๑ และ ๒ ที่นำมาจากรายละเอียดแนบท้ายประกาศกรมธุรกิจพลังงาน
เรื่องกำหนดลักษณะและคุณภาพของน้ำมัน
กราฟอุณหภูมิการกลั่นนี้สร้างโดยการนำเอาน้ำมันเบนซินมาให้ความร้อนด้วยอัตราที่กำหนด
และทำการควบแน่นไอที่ได้รองใส่กระบอกตวง
เพื่อให้เห็นภาพขอยกตัวอย่างว่าเราอาจเอาน้ำมันเบนซินมา
100
ml มาให้ความร้อนอย่างช้า
ๆ
และทำการควบแน่นไอที่ระเหยออกนั้นกลับเป็นของเหลวใหม่รองใส่กระบอกตวงอีกใบหนึ่ง
อุณหภูมิที่ต้มจนเก็บรวบรวมของเหลวในกระบอกตวงได้
10
ml ก็คืออุณหภูมิการกลั่นร้อยละ
๑๐
และเมื่อต้มต่อไปจนถึงอุณหภูมิที่สามารถเก็บรวบรวมของเหลวในกระบอกตวงได้
50
ml ก็คืออุณหภูมิการกลั่นร้อยละ
๕๐ ซึ่งทำอย่างนี้ไปเรื่อย
ๆ จนกว่าน้ำมันเบนซินจะระเหยหมด
ส่วนที่ตกค้างอยู่ก็จะกลายเป็นกากตะกอนไป
(ทางที่ดีไม่ควรมีกากตะกอนหลงเหลืออยู่)
พึงสังเกตว่าในข้อกำหนดนั้นไม่ได้ระบุว่าจะเก็บรวบรวมน้ำมันได้ร้อยละ
๑๐๐ แต่กำหนดอุณหภูมิสูงสุดที่ส่วนที่เป็นของเหลวจะระเหยออกมา
เพราะเขาเปิดช่องให้มีกากตะกอนปะปนอยู่ในน้ำมันได้ส่วนหนึ่ง
รูปที่
๑ ข้อกำหนดเรื่องอุณหภูมิการกลั่นและความดันไอของน้ำมันเบนซิน
๙๕ ตามประกาศกรมธุรกิจพลังงาน
เรื่อง กำหนดลักษณะและคุณภาพของน้ำมันเบนซิน
พ.ศ.
๒๕๕๕
รูปที่
๒
ข้อกำหนดเรื่องอุณหภูมิการกลั่นและความดันไอของน้ำมันแก๊สโซฮอล์
ตามประกาศกรมธุรกิจพลังงาน
เรื่อง กำหนดลักษณะและคุณภาพของน้ำมันแก๊สโซฮอล์
พ.ศ.
๒๕๕๓
รูปที่
๓ ขอบเขตกราฟอุณหภูมิการกลั่นของน้ำมันเบนซิน
เส้นสีส้มคือกรณีที่น้ำมันเบนซินมีองค์ประกอบที่มีจุดเดือดสูงอยู่มาก
ส่วนเส้นสีเขียนคือกรณีที่น้ำมันเบนซินมีองค์ประกอบที่มีจุดเดือดต่ำอยู่มาก
ส่วนเส้นสีน้ำเงินเป็นตัวอย่างกราฟของน้ำมันที่ประกอบด้วยสารที่มีจุดเดือดต่ำในปริมาณมากกับสารที่มีจุดเดือดสูงในปริมาณมาก
โดยมีสารที่มีจุดเดือดปานกลางในปริมาณน้อย
และเส้นสีม่วงเป็นกรณีของน้ำมันที่มีองค์ประกอบที่มีจุดเดือดปานกลางในปริมาณมาก
โดยมีองค์ประกอบที่มีจุดเดือดต่ำและจุดเดือดสูงในปริมาณน้อย
ถ้าเราเอาขอบเขตอุณหภูมิและร้อยละการกลั่นที่กำหนดไว้ในมาตรฐานไปเขียนกราฟ
เราก็จะได้กราฟขอบเขตอุณหภูมิการกลั่นของน้ำมันเบนซินดังแสดงในรูปที่
๓ ข้างล่าง
สมมุติว่าเราเอาน้ำมันเบนซินชนิดที่หนึ่งที่เริ่มระเหยที่อุณหภูมิ
-40ºC
น้ำมันนี้ต้องระเหยออกมาร้อยละ
10
ก่อนที่อุณหภูมิจะเกิน
70ºC
(ดูตามเส้นสีส้ม)
และต้องระเหยออกมาร้อยละ
50
ที่อุณหภูมิไม่เกิน
110ºC
และต้องระเหยออกมาร้อยละ
90
ที่อุณหภูมิไม่เกิน
170ºC
และน้ำมันหยดสุดท้ายที่ระเหยออกมาต้องออกมาก่อนอุณหภูมิสูงเกิน
200ºC
ที่นี้ถ้าเราเอาน้ำมันอีกชนิดที่เริ่มระเหยที่อุณหภูมิ
-40ºC
เหมือนกัน
แต่น้ำมันตัวหลังนี้มีองค์ประกอบที่มีจุดเดือดต่ำอยู่มาก
แล้วเราพบว่ามันระเหยออกมาได้ร้อยละ
50
ที่อุณหภูมิ
70ºC
นั่นก็แสดงว่ามันระเหยออกมาได้ร้อยละ
10
ที่อุณหภูมิไม่เกิน
70ºC
ซึ่งก็เป็นไปตามข้อกำหนด
(ตามเส้นสีเขียว)
แต่น้ำมันตัวนี้ยังต้องระเหยออกมาร้อยละ
90
ที่อุณหภูมิไม่เกิน
170ºC
และน้ำมันหยดสุดท้ายที่ระเหยออกมาต้องออกมาก่อนอุณหภูมิสูงเกิน
200ºC
เส้นที่ลากในรูปที่
๓ นั้นเป็นการลากเส้นตรงเชื่อมจุด
แต่เส้นกราฟการกลั่นนั้นไม่จำเป็นต้องเป็นเส้นตรง
โดยปรกติก็เป็นเส้นโค้งที่อยู่ในขอบเขตของจุดเหล่านั้น
ดังเช่นเส้นสีน้ำเงินก็ได้
ซึ่งถ้าเป็นดังเส้นสีน้ำเงินก็แสดงว่าน้ำมันเบนซินดังกล่าวประกอบด้วยองค์ประกอบที่มีจุดเดือดต่ำมากและจุดเดือดสูงมากปนกันอยู่
เพราะน้ำมันระเหยได้เร็วในช่วงอุณหภูมิต่ำและช่วงอุณหภูมิสูง
แต่ระเหยได้น้อยในช่วงอุณหภูมิปานกลาง
(ดูจากการที่อุณหภูมิในแกน
y
เปลี่ยนแปลงไม่มาก
แต่ปริมาตรที่กลั่นได้ในแกน
x
เปลี่ยนแปลงมาก)
ส่วนเส้นสีม่วงก็จะเป็นกรณีของน้ำมันที่มีองค์ประกอบที่มีจุดเดือดปานกลางในปริมาณมาก
โดยมีองค์ประกอบที่มีจุดเดือดต่ำและจุดเดือดสูงในปริมาณน้อย
กราฟการกลั่นเส้นสีน้ำเงินและเส้นสีม่วงที่วาดให้ดูค่อนข้างจะเป็นน้ำมันที่มันสุดขั้วไปหน่อย
โดยเฉพาะเส้นสีน้ำเงิน
เพราะแม้ว่ามันจะผ่านข้อกำหนดเรื่องการกลั่น
แต่ก็อาจไม่ผ่านข้อกำหนดเรื่องความดันไอก็ได้
และน้ำมันที่มีองค์ประกอบที่เน้นไปที่ส่วนใดส่วนหนึ่งมากเกินไปนั้นก็จะทำให้ไม่สามารถตอบสนองต่อการทำงานของเครื่องยนต์ได้ทุกสภาวะ
ดังนั้นเพื่อให้น้ำมันสามารถตอบสนองการทำงานของเครื่องยนต์ได้ทุกสภาวะ
น้ำมันดังกล่าวก็ควรต้องมีสัดส่วนองค์ประกอบที่มีจุดเดือดต่าง
ๆ กันในสัดส่วนที่เหมาะสม
ตัวอย่างเช่นน้ำมันที่มีกราฟอุณภูมิการกลั่นเป็นไปตามเส้นสีเหลืองแสดงว่าน้ำมันชนิดนี้มีองค์ประกอบที่มีจุดเดือดต่าง
ๆ กันโดยที่ไม่มีกลุ่มใดกลุ่มหนึ่งมากเกินไป
ที่ต้องเอาเรื่องนี้ขึ้นมากล่าวก็เพราะมันเกี่ยวข้องกับชนิดของสารเพิ่มเลขออกเทนที่ใช้กับน้ำมัน
(โดยเฉพาะอะโรมาติกที่จะกล่าวถึงต่อไป)
สารเร่งออกเทนที่ดีนั้นควรต้องสามารถระเหยออกมากับน้ำมันได้ทุกสัดส่วน
ไม่ใช่ระเหยได้ดีที่อุณหภูมิต่ำจนระเหยออกหมดก่อนใช้น้ำมันหมดถัง
หรือระเหยได้ดีที่อุณภูมิสูงแต่พออากาศเย็นกลับไม่ระเหย
ไอน้ำมันที่ระเหยออกมามีแต่พวกออกเทนต่ำ
ก็จะทำให้การจุดระเบิดมีปัญหาได้
