เครื่องยนต์แก๊สโซลีน 4 จังหวะ

รวมข่าวสาร ข้อมูลที่เป็นประโยชน์ เกี่ยวกับเทคโนโลยียานยนต์ | ระบบการทำงานของเครื่องยนต์ | การออกแบบผลิตภัณฑ์ด้านยนต์กรรม | รวมข้อมูลทั่วไปของเทคโนโลยีต่างๆด้านยานยนต์ car donation in new york | car donation los angeles | car donation oakland | car donation programs | car donation sacramento | car donation san francisco | car donation san jose | car donation tax | car donation tax value | car donation tax write off | car donation to charity | cars for donation | charities that accept car donations |

เครื่องยนต์แก๊สโซลีน 4 จังหวะ

                เครื่องยนต์แก๊สโซลีน (Gasoline Engine หรือ Petrol Engine) เป็นเครื่องยนต์สันดาปภายใน (Internal Combustion Engine หรือ ICE) ชนิดหนึ่งที่มีการทำงานตามกลวัตรอ๊อตโต้ (Otto Cycle) ประดิษฐ์ขึ้นในปี ค.ศ. 1876 ซึ่งเป็นเครื่องยนต์จุดระเบิดด้วยประกายไฟ (Spark-Ignition Engine) (ต้องใช้หัวเทียน) มีการสันดาปหรือการเผาไหม้ใช้เชื้อเพลิงเหลวได้หลายชนิดเช่นน้ำมันเบนซิน แก๊สโซฮอล์ เอทานอล และยังสามารถใช้เชื้อเพลิงแก๊สได้เช่น LPG และ CNG (NGV) ซึ่งจะเรียกโดยรวมว่าเป็นเครื่องยนต์แก๊สโซลีน (Gasoline Engine) ทั่วไปจะมีอัตราส่วนการอัด (Compression Ratio หรือ CR) ประมาณ 9 - 11.5 : 1 เช่นเครื่องยนต์ออดี (AUDI) รุ่น 5 ลิ้นต่อ 1 สูบ มีค่า CR 11.5 : 1  แต่ถ้ามีตัวอัดบรรจุอากาศเทอร์โบ (Turbocharger) จะต้องลดค่าอัตราส่วนการอัดให้ต่ำลง  มีความดันในจังหวะอัด 10 – 15 บาร์ (bar) (10.19 – 15.29 kgf/cm²) ทำให้อุณหภูมิอากาศที่อัดตัวเป็น 400 – 600 ^o ซ.  แต่เดิมนั้นเครื่องยนต์แก๊สโซลีนใช้คาร์บูเรเตอร์ (Carburetor) เป็นอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่ควบคุมการจัดจ่ายอัตราส่วนผสมของอากาศต่อเชื้อเพลิง ซึ่งมีสมรรถนะต่ำ และมีแก๊สพิษ (Emission) สูง ในปัจจุบันจึงไม่ผ่านกฎหมายควบคุมมลพิษ ดังนั้นในปัจจุบันเครื่องยนต์แก๊สโซลีนของรถยนต์จึงใช้ระบบฉีดเชื้อเพลิงควบคุมด้วยอิเล็กทรอนิกส์ และในอนาคตรถจักรยานยนต์ทุกคันจะต้องเลิกใช้ระบบคาร์บูเรเตอร์ 
หมายเหตุ  หลักการที่จะกล่าวต่อไปนี้เป็นหลักการพื้นฐานเหมือนกันหมดไม่ว่าจะเป็นเครื่องยนต์ที่ใช้ระบบจ่ายน้ำมันเชื้อเพลิงด้วยคาร์บูเรเตอร์, เครื่องยนต์ใช้แก๊ส LPG, CNG (NGV) รวมไปถึงเครื่องยนต์ระบบฉีดเชื้อเพลิงแก๊สโซลีน (EFI)  (ไม่รวมเครื่องยนต์แบบโรตารี่)
                เครื่องยนต์ 4 จังหวะมีหลักการทำงานคือใน 1 กลวัตร (Cycle) ของแต่ละสูบ เพลาข้อเหวี่ยงจะหมุน 2 รอบ ต่อการจุดระเบิดให้กำลังงาน 1 ครั้ง นั่นหมายถึงลูกสูบจะเคลื่อนที่ขึ้น-ลงรวม 4 ครั้ง (ขึ้น 2 ครั้ง และลง 2 ครั้ง) คือเพลาข้อเหวี่ยงหมุนรอบที่ 1 ลูกสูบเคลื่อนที่ลงในจังหวะดูด (Intake Stroke). ต่อมาลูกสูบเคลื่อนที่ขึ้นในจังหวะอัด (Compression Stroke) เพลาข้อเหวี่ยงหมุนรอบที่ 2 ลูกสูบเคลื่อนที่ลงในจังหวะกำลัง หรือจังหวะระเบิด (Power Stroke or Expansion Stroke) สุดท้ายลูกสูบเคลื่อนที่ขึ้นในจังหวะคาย (Exhaust Stroke) ถ้าเครื่องยนต์มีหลายสูบ แต่ละสูบจะทำงานเวียนตามลำดับการจุดระเบิด

                เครื่องยนต์แก๊สโซลีน 4 จังหวะ มีหลักการทำงานดังต่อไปนี้

รูปที่ 1 จังหวะดูด

คลิปที่ 1 พิจารณาเฉพาะจังหวะดูด

                จังหวะดูด (Intake Stroke) ลิ้นไอดีจะเริ่มเปิดก่อนที่ลูกสูบจะเคลื่อนที่ถึงศูนย์ตายบน (ดังแสดงในรูปที่ 1 ในตำแหน่งที่ 1) เมื่อลูกสูบเคลื่อนที่ลงจากศูนย์ตายบน (TDC หรือ Top Dead Center) ไอดี (ส่วนผสมของอากาศกับเชื้อเพลิงจะถูกดูดเข้ากระบอกสูบ เมื่อลูกสูบเคลื่อนที่เลยจากศูนย์ตายล่าง (BDC  หรือ Bottom Dead Center) ไอดีจะยังคงไหลเข้ากระบอกสูบด้วยแรงเฉื่อยจนกว่าลิ้นไอดีจะปิด (ดังแสดงในรูปที่ 1 ในตำแหน่งที่ 2)

รูปที่ 2 จังหวะอัด

คลิปที่ 2 พิจารณาเฉพาะจังหวะอัด

                จังหวะอัด (Compression Stroke) เมื่อลิ้นไอดีปิด (ดังแสดงในรูปที่ 2 ในตำแหน่งที่ 2) อันเป็นจุดเริ่มต้นของจังหวะอัดซึ่งลูกสูบจะเคลื่อนที่ขึ้นไปสู่ศูนย์ตายบน จังหวะนี้ไอดีประมาณ 10 ส่วนที่ถูกดูดเข้ากระบอกสูบมาในจังหวะดูดจะถูกอัดตัวให้มีปริมาตรเล็กลงเหลือประมาณ 1 ส่วน ดังนั้นไอดีซึ่งเป็นส่วนผสมของอากาศกับเชื้อเพลิงจึงมีความดันและอุณหภูมิที่สูงขึ้นพร้อมสำหรับการสันดาป

                หมายเหตุ  ช่วงปลายของจังหวะอัดคือก่อนที่ลูกสูบจะเคลื่อนที่ถึงศูนย์ตายบน (ดังแสดงในรูปที่ 2 ในตำแหน่งที่ 3) หัวเทียนจะเกิดประกายไฟขึ้น โดยที่หัวเทียนจะเกิดประกายไฟก่อนที่หัวลูกสูบจะเคลื่อนถึงศูนย์ตายบนกี่องศานั้นขึ้นอยู่กับความเร็วรอบ, อุณหภูมิและภาระของเครื่องยนต์ ซึ่งเรียกว่าไฟแก่หรือการจุดระเบิดล่วงหน้าหรือ Spark Advance) 
                คลิกเพื่ออ่านเรื่องระบบจุดระเบิด

รูปที่ 3 จังหวะกำลัง

คลิปที่ 4 พิจารณาเฉพาะจังหวะกำลัง

                จังหวะกำลัง (Power Stroke) (ซึ่งเริ่มนับจากหัวลูกสูบอยู่ที่ศูนย์ตายบน) หรือบางครั้งเรียกว่า จังหวะระเบิด (Expansion Stroke) (ซึ่งเริ่มนับจากหัวเทียนเกิดประกายไฟ) กำลังจากการระเบิดหรือการสันดาป (Combustion) ภายในห้องเผาไหม้จะผลักดันให้ลูกสูบเคลื่อนที่ลงมาเป็นกำลังงานขับเคลื่อนของเครื่องยนต์ ในจังหวะนี้จะไปสิ้นสุดจนกว่าลิ้นไอเสียจะเปิด (ดังแสดงในรูปที่ 3 ในตำแหน่งที่ 5)

                หมายเหตุ  ในความเป็นจริงแล้วการจุดระเบิดถูกเริ่มต้นก่อนที่หัวลูกสูบจะถึงศูนย์ตายบนแล้วมาระเบิดรุนแรงที่สุดในช่วงที่หัวลูกสูบเคลื่อนที่เลยจากศูนย์ตายบนมาแล้วเล็กน้อย (ดังแสดงในรูปที่ 5)

รูปที่ 4 จังหวะคาย

ตลิปที่ 4 พิจารณาเฉพาะจังหวะคาย

                จังหวะคาย (Exhaust Stroke) จังหวะนี้เริ่มต้นจากลิ้นไอเสียจะเริ่มเปิดก่อนที่ลูกสูบจะเคลื่อนที่ถึงศูนย์ตายล่าง (ดังแสดงในรูปที่ 4 ในตำแหน่งที่ 5) แก๊สไอเสียซึ่งยังมีความดันจากการขยายตัวอยู่จะระบายออกทางลิ้นไอเสีย เมื่อลูกสูบเคลื่อนที่เลยจากศูนย์ตายล่าง (BDC) จะผลักดันให้ไอเสียไหลออกไปจากกระบอกสูบ

                หมายเหตุ  ขณะที่หัวลูกสูบเคลื่อนที่ถึงศูนย์ตายบนนั้น ลิ้นไอเสียยังไม่ปิดสนิทแต่จะเปิดเล็กน้อยแล้วไปปิดเมื่อเลยจากศูนย์ตายบนไปเล็กน้อย (ดังแสดงในรูปที่ 4 ในตำแหน่งที่ 6) ซึ่งในช่วงนี้ไอเสียจะสามารถไหลออกจากกระบอกสูบด้วยแรงเฉื่อย และขณะเดียวกันนี้จะเกิดแรงดูดไอดีให้เริ่มเข้ากระบอกสูบ ช่วงที่ลิ้นไอเสียเริ่มปิด และไอดีเริ่มเปิดนี้เรียกว่าซ้อนเหลื่อม (Overlap)  

คลิปที่ 5 เครื่องยนต์แก๊สโซลีน 4 จังหวะ (รวมการทำงานครบทั้ง 4 จังหวะ)

รูปที่ 5 แผนภูมิความดันภายในกระบอกสูบในช่วงการอัดตัวและการสันดาป

รูปที่ 6 แผนภูมิความดันและปริมาตรภายในกระบอกสูบทั้ง 4 จังหวะ

(จากในรูปตำแหน่งที่ 1 คือลิ้นไอดีเริ่มเปิด  ตำแหน่งที่ 2 คือลิ้นไอดีเริ่มปิด

ตำแหน่งที่ 5 คือลิ้นไอเสียเริ่มเปิด  ตำแหน่งที่ 6 คือลิ้นไอเสียเริ่มปิด)

คลิปที่ 1 การทำงานของเครื่องยนต์แก๊สโซลีน 4 จังหวะ

(ขอขอบคุณที่มาของคลิปจากบางส่วนของไฟล์ภาพเคลื่อนไหวรักษาหน้าจอของ Deutz Engine)

คลิปที่ 2 การทำงานของเครื่องยนต์รถจักรยานยนต์ BMW