ไอดี คืออัตราส่วนผสมระหว่าน้ำมันเชื้อเพลิงกับอากาศมีสถานะเป็นก๊าซ
คาร์บูเรเตอร์ มีหน้าที่จัดสรรน้ำมันเชื้อเพลิงให้ผสมกับอากาศเปล่า ๆ เพื่อเป็นไอดีประจุเข้าสู่กระบอกสูบให้ถูกต้องเหมาะสมกับสภาวะการทำงานของเครื่องยนต์ อัตราส่วนผสมของไอดีอาจแตกต่างกันไปบ้าง ถ้าต้องการกำลังสูงสุดก็อาจจะไม่ค่อยประหยัด หรือถ้าต้องการประหยัดก็ต้องยอมเสียกำลัง
อากาศ ประกอบด้วยก๊าซหลายชนิดแต่ก๊าซที่จำเป็นต่อการเผาไหม้คือก๊าซออกซิเจน(O2) ออกซิเจนจะทำหน้าที่ช่วยเผาไหม้โดยมีไนโตรเจน(N2) คอยควบคุมไม่ให้การเผาไหม้รุนแรงและรวดเร็วเกินไป เพราะการเผาไหม้นี้เป็นการเผาไหม้ในกระบอกสูบ อากาศ ปริมาณ 99% ของอากาศจะประกอบด้วย ไนโตรเจน(N2) 78 %, ออกซิเจน(O2) 21 % และก๊าซอื่นๆ เช่น อาร์กอน(Ar) 0.096 %, คาร์บอนไดออกไซด์(CO2) 0.03 %, ไฮโดรคาร์บอน(HC), ไนโตรเจนออกไซค์(NOx), SO2
ปกติแล้วการเผาไหม้ภายในกระสูบนั้น ก๊าซไฮโดรคาร์บอน(HC) จะทำปฎิกิริยากับออกซิเจน(O2) ในระหว่างกระบวนการเผาไหม้จะเปลี่ยนรูปไปเป็นไอน้ำ(H2O)และคาร์บอนไดออกไซค์(CO2) ทำให้เกิดความร้อนและแรงดันภายในกระบอกสูบ แต่ถ้าระหว่างเผาไหม้ก๊าซไนโตรเจน(N2) ไปทำปฎิกิริยากับออกซิเจน(O2) จะเปลี่ยนรูปไปเป็นไนโตรเจนอ๊อกไซค์(NOx) ก็จะเกิดเป็นมลพิษ ดังนั้นอัตราส่วนผสมของอากาศกับน้ำมันเชื้อเพลิงจะต้องมีอัตราส่วนที่เหมาะสมเพื่อให้การเผาไหม้เป็นไปอย่างมีประสิทธิภาพและเกิดมลพิษน้อยที่สุด
ความสัมพันธ์ระหว่างอัตราส่วมผสมไอดีกับปริมาณก๊าซต่างๆ ที่เกิดจากการเผาไหม้
อัตรส่วนผสมไอดี
อัตราส่วนของไอดี ที่เหมาะสม และทำให้เกิดการเผาไหม้ที่สมบูรณ์ที่สุด ประหยัดน้ำมันมากที่สุดและได้ก๊าซไอเสียที่สะอาดไร้มลภาวะที่สุดคือ อัตราส่วนผสมโดยมวลของอากาศกับน้ำมันเชื้อเพลิงประมาณ 14.7-15.2 ต่อ 1 (ปริมาณอากาศต่อมวลน้ำมันเชื้อเพลิงหนึ่งปอนด์) การเผาไหม้จะสมบูรณ์ที่สุดไอเสียที่ออกมาแทบจะไม่มีก๊าซคาร์บอนมอน๊อกไซด์ (CO) และสารประกอบไฮโดรคาร์บอน(HC) เจือปนอยู่ แต่จะได้สมรรถนะของเครื่องยนต์ประมาณ 90-95 % เท่านั้นการเผาไหม้ในทางอุดมคติ
การเผาไหม้ในทางอุดมคตินั้น ปฎิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นในห้องเผาไหม้จะต้องเป็นดังนี้
-
ก๊าซไฮโดรคาร์บอน(HC)จะทำปฎิกิริยากับออกซิเจน(O2)ในระหว่างกระบวนการเผาไหม้แล้วเปลี่ยนรูปไปเป็นไอน้ำ(H2O)และคาร์บอนไดออกไซค์(CO2)
-
ไนโตรเจนควรจะผ่านออกไปโดยไม่ได้ทำปฎิกิริยาใดในกระบวนการไหม้
เครื่องยนต์เบนซินที่มีการเผาไหม้สมบูรณ์ ก๊าซที่ปล่อยออกมาคือ
- H2O
- CO2
เครื่องยนต์เบนซินที่มีการเผาไหม้ไม่สมบูรณ์ ก๊าซที่ปล่อยออกมาคือ
-
H2O
- ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2)
- ก๊าซไฮโดรคาร์บอน (HC)
- ก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO)
- ก๊าซไนโตรเจนออกไซด์ (NOx)
ก๊าซที่เป็นอันตราย
-
ก๊าซไฮโดรคาร์บอน (HC) เป็นไอระเหยของน้ำมันเชื้อเพลิง ซึ่งเกิดจากการเผาไหม้ไม่สมบูรณ์ และปล่อยออกมาทางท่อไอเสีย ก๊าซนี้เป็นอนตรายต่อระบบหายใจ ทำให้วิงเวียนศรีษะ หัวใจเต้นแรง บางชนิดอาจก่อให้เกิดมะเร็งได้
- ก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) เป็นก๊าซพิษ ไม่มีสี ไม่มีกลิ่น ยากต่อการสังเกต ซึ่งเกิดจากการเผาไหม้ไม่สมบูรณ์ เป็นพิษต่อระบบเลือดที่มีผลโดยตรงต่อสมองเนื่องจากก๊าซนี้รวมตัวกับฮีโมโกลบินในเลือดกลายเป็นสารคาร์บอกซี่ฮีโมโกลบิน ทำให้เลือดที่จะนำออกซิเจนไปเลี้ยงส่วนต่างๆ ของร่างกายไม่เพียงพอ หากสูดดมเข้าไป ในปริมาณที่มากพอ จะทำให้วิงเวียนศีรษะ อาเจียน หมดสติ และถึงขั้นเสียชีวิต
- ก๊าซไนโตรเจนออกไซด์ (NOx) เป็นก๊าซพิษ เป็นอันตรายต่อระบบหายใจเช่นกัน
อัตราส่วนผสมของไอดีสภาวะการทำงานของเครื่องยนต์ต่าง ๆ
รอบการทำงาน | เดินเบา | ปานกลาง | รอบสูง | เร่งรอบ |
ผลของอัตราส่วนผสมไอดี | 8-12 ต่อ 1 | 15-17 ต่อ 1 | 12.5-13 ต่อ 1 | 11-12 ต่อ 1 |
การสตาร์ทเครื่องยนต์ ส่วนผสมหนากว่าปกติแต่จะแปรผันตามอุณหภูมิของอากาศในขณะเวลานั้น ๆ ด้วย อัตราส่วนผสมจะอยู่ในระดับ 4-8 ต่อ 1 (โดยมวลของอากาศกับน้ำมัน) อากาศยิ่งเย็นเครื่องก็ยิ่งต้องการไอดีที่หนากว่าปกติ
การทำงานของเครื่องยนต์ในรอบเดินเบา เครื่องยนต์เดินเบาที่ประมาณ 600-700 รอบต่อนาที อัตราส่วนของไอดีที่เหมาะสมต่อการทำงานในรอบเดินเบา จะอยู่ในระดับ 8-12 ต่อ 1 (โดยมวลของอากาศกับน้ำมัน) หนากว่าปกติในขณะที่เครื่องยนต์เดินเบาก๊าซไอเสียจะมีมลภาวะมากและสิ้นเปลืองน้ำมันเชื้อเพลิงมากการทำงานของเครื่องยนต์ที่รอบสูงกว่าเดินเบาจนถึงประมาณ 3,000 รอบต่อนาที อัตราส่วนผสมบางกว่าปกติเล็กน้อย 15-17 ต่อ 1(โดยมวลของอากาศกับน้ำมัน) ความประหยัดจึงเป็นสิ่งที่เกิดขึ้นในช่วงความเร็วรอบนี้ เช่นความเร็วคงที่ 60-90 กม./ชม.
การทำงานในรอบการทำงานที่เกินกว่า 2,500 รอบต่อนาที จนถึงรอบสูงสุดมักจะต้องการกำลังจากเครื่องยนต์เต็มที่ อัตราส่วนผสมไอดีในช่วงความเร็วรอบนี้จะใช้ประมาณ 12.5-13 ต่อ 1(โดยมวลของอากาศกับน้ำมัน) หนากว่าปกติไม่ประหยัดแต่ได้สมรรถนะเต็มที่
การทำงานของเครื่องยนต์เมื่อต้องการเพิ่มความเร็วอย่างกระทันหัน เช่นการแซงหรือลบหลีก อัตราส่วนผสมไอดีที่เหมาะสมประมาณ 11-12 ต่อ 1 (โดยมวลของอากาศกับน้ำมัน) หนากว่าปกติโดยจะมีระบบปั้มเร่ง