การทำงานของเครื่องยนต์ดีเซล

[Ruth]

6.เครื่องยนต์โรตารี่ หรือ เครื่องยนต์แวนเคิล หรือจะใช้ศัพท์ช่างที่เรียกกันว่า “สูบหมุน” ที่คิดค้นขึ้นโดย Mr.Felix Wankel ภายใต้แนวความคิดที่ไม่ต้องใช้ชิ้นส่วนมากในการผลิตเครื่งยนต์ แต่ใช้ Rotor สามเหลี่ยมด้านเส้นขอบโค้งและมีแอ่งกลางแทนลูกสูบ ขณะที่กระบอกสูบเปลี่ยนรูปไปตามการหมุนของโรเตอร์ทั้งที่หมุนรอบตัวเองไปพร้อมกับการหมุนเยื้องศูนย์ ที่กำหนดโดยเพลาเยื้องศูนย์ที่มีความโค้งเว้าเป็นรูปวงรีผิวหน้าเรียบเข้ารูปแนบสนิทกับชิ้นส่วนที่ทำหน้าที่แทนแหวนลูกสูบหรือ “เอดป็กซีล” ที่ติดตั้งอยู่ตรงปลายโรเตอร์ทั้ง 3 มุม
สำหรับขุมพลังประเภทนี้อาจดูแล้วเข้าใจยากสักหน่อย ซึ่งไม่ต้องคิดมากเพราะเครื่องยนต์แบบนี้ไม่ได้มีการใช้อย่างแพร่หลายในรถทั่วไปที่เห็นในบ้านเราก็มีเพียงรถสปอร์ตค่าย Mazda ตระกูล RX เท่านั้นที่ใช้ จุดเด่นของมันอยู่ที่คือใช้ชิ้นส่วนน้อยและได้กำลังมากกว่าเครื่องทั่วไปถึง 3 เท่าในการทำงาน 1 กลวัตร

[Ruth]

5.คือเครื่องยนต์กระบอกตรงข้าม หรือ Opposed Cylinder engine หรือที่เราเรียกกันติดปากว่า “สูบนอน” หรือเครื่อง “Boxer” เครื่องยนต์ชนิดนี้จะมีกระบอกสูบและลูกสูบหลายชุด โดยกระบอกสูบจะแบ่งออกเป็น 2 แถวตรงข้ามกันบนเพลาข้อเหวี่ยงเส้นเดียวกัน ลองนึกภาพเครื่องยนต์แบบ V แต่กระบอกสูบและสูบทำมุมเป็นเส้นตรงที่ 180 องศา ขุมพลังแบบนี้จะมีตั้งแต่ 2 ไปถึง 8 สูบ เครื่อง Boxer มีจุดเด่นคือสามารถลดความสูงของตัวเครื่องได้มากช่วยลดอาการโคลงและสามารถออกแบบตัวถังให้ลู่ลมได้มากกว่ารถที่ใช้เครื่องยนต์ทั่วๆไป ซึ่งขุมพลังแบบกระบอกสูบตรงข้ามนี้ปัจจุบันมีใช้อยู่ในรถสปอร์ตอย่าง Porsche และตัวแรงอย่าง Subaru สังเกตตุง่ายคือเครื่องยนต์จะวางต่ำจากขอบตัวถังด้านบนมากกว่าแบบอื่น และอีกอย่างนึงคือหัวพวกปลั็กหัวเทียนจะอยู่เฉียงลงไปทั้ง 2 ข้างไม่วางเรียงกันด้านบนเหมือนทั่วๆไป

[Ruth]

4.เป็นแบบที่พัฒนาต่อยอดมาจากเครื่องยนต์แบบ V ที่ซ้อนกันอยู่ในเครื่องยนค์กระบอกสูบดับบลิว หรือ W-Engine กระบอกสูบจะถูกจัดวางคล้ายกับแบบ V แต่จะแบ่งออกเป็น 3-4 แถวอยู่บนเพลาข้อเหวี่ยง ส่วนใหญ่แล้วจะเป็นเครื่องยนต์ W12 และ W16 ซึ่งขุมพลังแบบนี้จะช่วยลดความยาวของเครื่องยนต์ลงได้มากกว่ากระบอกสูบแบบ V เครื่องยนต์ในรูปแบบนี้มักถูกออกแบบมาให้ใช้กับรถแข่งเพราะให้กำลังที่สูงหรือไม่ก็อยู่ในตัวแรงพวกรถสปอร์ตซุปเปอร์คาร์และสปอร์ต Luxury Car เช่น Audi A8 Quattro W12 และรถที่แรงที่สุดในโลกอย่าง Bugatti Veyron

[Ruth]

3.คือเครื่องยนต์แบบกระบอกสูบวี หรือ V-Engine เครื่องแบบนี้จะมีกระบอกสูบและลูกสูบอยู่หลายชุดที่แบ่งออกเป็น 2 แถวทำมุมตั้งแต่ 15 – 120 องศารูปตัววีซึ่งถูกออกแบบมาเพื่อช่วยลดความยาวของเครื่องยนต์ลง แต่ที่นิยมมากที่สุดคือ 60 และ 90 องศาบนเพลาข้อเหวี่ยงเพียงเส้นเดียวซึ่งเหมาะกับเครื่องยนต์ที่มีความจุตั้งแต่ 2,000 ซีซีขึ้นไป เพราะถ้าความจุต่ำกว่ากว่านี้จะไม่คุ้มทุนเพราะมีค่าใช้จ่ายในการผลิตสูงกว่า เครื่องยนต์แบบนี้จะนิยมวางเครื่องยนต์ตามยาว มีตั้งแต่ 2 สูบไปจนถึง 20 สูบ แต่ที่นิยมมากที่สุดคือแบบ V6, V8, V10 และ V12 อย่างเช่นเครื่องยนต์ในตระกกูล VQ ใน Nissan Teana รวมถึงพวกซีดานขนาดกลางอย่าง BMW ซีรี่ห์ 5 , ซีรี่ห์ 7 และ Mercedes-Benz E-Class เครื่องยนต์แบบนี้สังเกตุง่าย มักวางตามยาวอยู่ใต้ฝากระโปรง

[Ruth]

2.คือเครื่องยนต์แบบที่ใช้กันอยู่ทั่วไปในรถยนต์ขนาดเล็กและขนาดกลางนั่นคือเครื่องยนต์แบบกระบอกสูบเรียง หรือ In-Line engine จะมีจำนวนสูบมากกว่า 2 สูบขึ้นไปแต่ส่วนใหญ่จะใช้เป็นแบบ 4 สูบแต่ไม่เกิน 6 สูบ เพราะมันจะมีความยาวเกินไปเปลืองเนื้อที่ไม่เหมาะกับรถยนต์ที่มีขนาดห้องเครื่องไม่ใหญ่มาก สังเกตุง่ายๆเครื่องยนต์แบบนี้ลักษณะการวางอยู่ 2 แบบ แบบแรกคือวางขวางอยู่ในห้องเครื่องและเป็นเครื่องยนต์ที่ได้รับความนิยมมากที่สุดหรือกว่า 70% บนท้องถนน และแบบที่ 2 คือแบบวางเครื่องยนต์ตามยาวขนานไปกับตัวรถซึ่งมักจะอยู่ในรถทางฝั่งยุโรป เช่นใน BMW Series 3 เป็นต้น

[Ruth]

การจัดเรียงกระบอกสูบเครื่องยนต์แบบต่างๆ

โดยทั่วไปแล้ว เครื่องยนต์สันดาปภายในนั้นหลักๆ มีอยู่ 2 ประเภทคือเครื่องยนต์เบนซิน หรือ Petrol Engine กับขุมพลังดีเซล ซึ่งในแต่ละประเภทนั้นจะถูกแยกย่อยออกไปอีกโดยเฉพาะเครื่องยนต์แบบเบนซินที่เราจะพาคุณไปทำความรู้จักว่าเครื่องยนต์หน้าตาอย่างนี้คือแบบไหนและมีการทำงานอย่างไร

1.เครื่องยนต์ที่มีขนาดเล็กที่สุดซึ่งมีกระบอกสูบเพียงกระบอกสูบเดียว หรือที่เรียกว่า Single Cylinder Engine ลักษณะของมันคือจะมีกระบอกสูบเดียวต่อเข้ากับเพลาข้อเหวี่ยง เป็นเครื่องยนต์ที่มีขนาดเล็ก ที่มักออกแบบมาให้ใช้กันทั่วไปในรถจักรยานยนต์นั่นเอง

[Ruth]

6. ระบบและอุปกรณ์อื่นๆ

นอกจากระบบที่สำคัญๆตามที่กล่าวมาแล้วเครื่องยนต์ดีเซลยังอาจประกอบด้วยระบบควบคุมความเร็ว (governing system) ทำหน้าที่รักษาความเร็วของเครื่องยนต์ให้คงที่หรือควบคุมความเร็วเดินเบาและความเร็วสูงสุด ระบบการหมุนติดเครื่องด้วยมอเตอร์ไฟฟ้า(starting motor system) ทำหน้าที่หมุนเครื่องยนต์ให้เครื่องยนต์ติด และระบบการประจุไฟฟ้า (electricalcharging system) ทำหน้าที่ในการประจุไฟฟ้าให้กับแบตเตอรี่และจ่ายไฟฟ้าให้กับอุปกรณ์ต่าง ๆ

วิดิโอ หลักการำงานของเครื่องยนต์

[Ruth]

5. ระบบหล่อเย็น

ระบบหล่อเย็นของเครื่องยนต์ดีเซลจะทำหน้าที่ 2 ประการคือ
1. เพื่อป้องกันไม่ให้เครื่องยนต์ร้อนจนเกินไป โดยทั่วไปชิ้นส่วนต่างๆ ของเครื่องยนต์ ดีเซลจะถูกออกแบบให้ทำงานภายใต้อุณหภูมิสูงสุดอุณหภูมิหนึ่ง หากอุณหภูมิของเครื่องยนต์ร้อนจนเกินไปก็จะทำให้ชิ้นส่วนของเครื่องยนต์บางชิ้นหลอมละลาย และทำให้เครื่องยนต์ชำรุด ระบบหล่อเย็นจะทำหน้าที่นำเอาความร้อนส่วนที่เกินออกไปจากเครื่องยนต์
2. เพื่อควบคุมอุณหภูมิของตัวเครื่องยนต์ให้อยู่ในระดับที่เหมาะสม หากเครื่องยนต์ร้อน เกินไป ชิ้นส่วนบางชิ้นอาจหลอมละลายได้ และหากเครื่องยนต์เย็นเกินไปคืออุณหภูมิของตัว เครื่องยนต์ต่ำเกินไปก็จะเป็นผลเสียต่อเครื่องยนต์เช่นกัน คือ จะเกิดการสึกหรอมากเนื่องจากระบบหล่อลื่นทำงานได้ไม่เต็มที่ นอกจากนี้การสิ้นเปลืองนํ้ามันเชื้อเพลิงก็จะสูงขึ้นด้วย



ระบบหล่อเย็นของเครื่องยนต์ดีเซลจะแบ่งออกเป็น 2 แบบคือ
5.1 ระบบหล่อเย็นด้วยอากาศ ซึ่งจะให้อากาศไหลผ่านเครื่องยนต์ โดยความร้อนจากเครื่องยนต์จะถ่ายเทให้กับอากาศที่ไหลผ่านโดยตรง
5.2 ระบบหล่อเย็นด้วยของเหลว ซึ่งจะให้ของเหลว (โดยทั่วไปจะใช้น้ำ ) ไหลผ่านช่องต่าง ๆ ที่จัดทำขึ้นในตัวเครื่องยนต์ เพื่อให้ความร้อนจากเครื่องยนต์ถ่ายเทให้กับนํ้า แล้วนํ้าที่ร้อนก็จะไหลผ่านหม้อนํ้าซึ่งความร้อนจากนํ้าจะถูกถ่ายเทให้อากาศอีกทีหนึ่ง หลังจากนั้นนํ้าก็จะไหลกลับเข้าเครื่องยนต์อีก
ในระบบหล่อเย็นด้วยของเหลวหรือนํ้า ประกอบด้วยอุปกรณ์ที่สำคัญ ๆ คือ
ก. หม้อน้ำ (radiator) ซึ่งจะเป็นตัวถ่ายเทความร้อนจากน้ำไปสู่อากาศโดยรอบและจะเป็นถังเก็บนํ้าเพื่อให้นํ้ามีปริมาณเพียงพอที่จะใช้ในการหมุนเวียน
ข.พัดลม (fan) ซึ่งจะทำหน้าที่บังคับให้อากาศไหลผ่านหม้อนํ้าด้วยปริมาณที่เพียงพอ
ค. ปั๊มน้ำ (water pump) ซึ่งจะทำหน้าที่ให้น้ำไหลหมุนเวียนด้วยปริมาณที่เพียงพอ
ง. เทอร์โมสตัต (thermostat) ซึ่งจะทำหน้าที่ควบคุมอุณหภูมิของนํ้าที่ไหลผ่านเครื่องยนต์ ให้อยู่ในช่วงที่เหมาะสม

[Ruth]

4 . ระบบหล่อลื่น

เป็นอีกระบบหนึ่งที่มีความจำเป็นต่อเครื่องยนต์ดีเซล โดยจะทำหน้าที่ 5 ประการคือ
1. ลดความฝืดระหว่างชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว
2. ระบายและถ่ายเทความร้อน
3. กันมิให้ก๊าชรั่วออกจากช่องระหว่างแหวนลูกสูบและผนังกระบอกสูบ
4. ทำความสะอาดโดยการชะล้างชิ้นส่วนต่าง ๆ
5. ช่วยลดเสียงที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของชิ้นส่วนต่าง ๆ



สำหรับเครึ่องยนต์ดีเซลที่ใช้กับเครื่องจักรกลงานก่อสร้าง โดยทั่วไปจะเป็นเครื่องยนต์ดีเซลหมุนเร็วแบบหลายสูบ ซึ่งใช้ระบบหล่อลื่นแบบใช้แรงดันอย่างเดียว (full internal force feed system) โดยนํ้ามันหล่อลื่นจะถูกส่งไปชิ้นส่วนต่าง ๆ ของเครื่องยนต์ภายใต้แรงดัน ระบบนี้จะประกอบด้วยอุปกรณ์ที่สำคัญ ๆ คือ
4.1 ปั๊มน้ำมันหล่อลื่น (oil pump) ทำหน้าที่ดันนํ้ามันหล่อลื่นให้ไหลไปยังส่วนต่าง ๆ ของเครื่องยนต์ที่ต้องการการหล่อลื่น
4.2 หม้อกรองน้ำมันหล‘อลื่น (oil filter) ทำหน้าที่กรองสิ่งสกปรกที่ปนอยู่ในนํ้ามันหล่อลื่นออก
4.3 ลิ้นควบคุม (lubricating valves) ทำหน้าที่ควบคุมความดันของนํ้ามันหล่อลื่นในระบบไม่ให้เกินความดันที่กำหนด
นอกจากอุปกรณ์ที่สำคัญ 3 อย่างข้างต้นแล้ว ระบบหล่อลื่นของเครื่องยนต์ดีเซลขนาดใหญ่อาจจะมีอุปกรณ์เพิ่มเติมคือ เครื่องหล่อเย็นน้ำมันหล่อลื่น (oil cooler) เพื่อใช้ในการระบายความร้อนออกจากนํ้ามันหล่อลื่น

[Ruth]

3. ระบบไอดีและไอเสีย

สำหรับระบบไอดีทำหน้าที่นำเอาอากาศที่สะอาดเข้ากระบอกสูบตามปริมาตรที่ต้องการส่วนระบบไอเสียทำหน้าที่นำไอเสียออกจากกระบอกสูบและลดเสียงที่จะเกิดจากไอเสียด้วย



ระบบไอดีของเครื่องยนต์ดีเซลทั่ว ๆ ไปจะประกอบด้วย
1. เครื่องกรองอากาศ (air cleaner) จะทำหน้าที่กรองฝุ่นผงและสิ่งสกปรกในอากาศ ก่อนที่จะเข้ากระบอกสูบ สำหรับเครื่องยนต์ดีเซลขนาดใหญ่ที่ใช้ในที่มีฝุ่นมาก นิยมใช้เครื่องกรองอากาศขั้นแรก (pre cleaner) ซึ่งจะทำหน้าที่กรองฝุ่นผงและสิ่งสกปรกขนาดใหญ่ในอากาศก่อนที่จะให้อากาศผ่านเข้าไปในเครื่องกรองอากาศ ทำให้อายุการใช้งานของเครื่องกรองอากาศยืนยาวขึ้น
2. ท่อไอดี (intake manifold) จะทำหน้าที่นำอากาศที่ผ่านจากเครื่องกรองแล้วเข้าสู่กระบอกสูบ ในกรณีที่เป็นเครื่องยนต์ดีเซลแบบหลายสูบก็จะมีท่อแยกเข้าแต่ละสูบ
3. ลิ้นไอดีหรือช่องไอดี (intake valves or intake ports) ลิ้นไอดีหรือช่องไอดีกับลูกสูบจะทำหน้าที่เปิดให้อากาศจากท่อไอดี เข้าสู่กระบอกสูบตามกำหนดเวลาที่ต้องการ
นอกจากอุปกรณ์ดังกล่าวข้างต้นแล้ว ระบบไอดีของเครื่องยนต์ดีเซลอาจจะประกอบด้วย ซูเปอร์ชาร์จเจอร์ (supercharger) ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่ใช้ในการเพิ่มกำลังของเครื่องยนต์โดยการ อัดอากาศเข้าเครื่องยนต์ ซึ่งจะทำให้ปริมาณของอากาศที่เข้าเครื่องยนต์สามารถเข้าได้มากกว่า ที่จะดูดเข้าเอง เป็นผลให้ด้วยขนาดความจุของกระบอกสูบของเครื่องยนต์เท่ากัน เครื่องยนต์ที่ติดซูเปอร์ชาร์จเจอร์จะให้กำลังมากกว่าเครื่องยนต์ที่มิได้ติดซูเปอร์ชาร์จเจอร์
ส่วนระบบไอเสียจะประกอบด้วย
1. ลิ้นไอเสีย (exhaust valves) ทำหน้าที่เปิดให้ไอเสียออกจากกระบอกสูบตามกำหนดเวลา
2. ท่อไอเสีย (exhaust manifold) จะรับไอเสียที่ออกจากกระบอกสูบ ถ้าเป็นเครื่องยนต์แบบหลายสูบก็จะมีท่อไปรับทุกสูบแล้วนำมารวมกัน
3. หม้อพัก (muffer) ทำหน้าที่ลดเสียงที่เกิดจากการไหลของไอเสียออกจากเครื่องยนต์ นอกจากนี้แล้วระบบไอเสียอาจจะประกอบด้วยส่วนของเทอร์โบชาร์จเจอร์(turbocharger)คือส่วนที่เรียกว่าเทอร์ไบน์ (turbine) โดยไอเสียจะไหลผ่านเข้าไปขับใบพัดเพื่อไปหมุนเพลา ขับเครื่องอ้ดอากาศ (compressor) ด้านระบบไอดี