หลักการทำงานของเครื่องดีเซล

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 | สายพานรูปตัววี สายพานร่องรูปตัววี  
  ในเครื่องยนต์ดีเซล อากาศภายในกระบอกสูบจะถูกอัดตัวจนกระทั่งเกิดความร้อนสูงอย่างมาก จากนั้นน้ำมันดีเซลก็จะถูกฉีดให้เป็นฝอยละอองเข้าสู่กระบอกสูบ  
  สำหรับเครื่องยนต์ เชื้อเพลิงถูกพ่นให้เป็นฝอยละอองและผสมกับอากาศจากนั้นจะถูกอัดตัว  แล้วจึงจุดได้โดยประกายไฟของไฟฟ้า ในเครื่องยนต์ดีเซลนั้น น้ำมันดีเซลถูกจุดระเบิดขึ้น โดยความร้อนที่เกิดจากอากาศที่ถูกอัดตัว ดังนั้นอุณหภูมิของอากาศที่ถูกอัดตัวภายในห้องเผาไหม้ของเครื่องยนต์ดีเซลจะต้องเพิ่มสูงขึ้นถึงประมาณ 500 OC (932OF)  หรือสูงกว่านั้น ด้วยเหตุนี้เครื่องยนต์ดีเซลโดยทั่วๆไป  จึงมีอัตราส่วนกำลังอัดสูงกว่า (15:1 กับ 22:1)  เครื่องยนต์เบนซิน (6:1 ถึง 12:1) ในขณะเดียวกันเครื่องยนต์ดีเซลจึงจำเป็นที่จะต้อง ถูกสร้างให้มีความแข็งแรง เครื่องยนต์ดีเซลนั้นมีข้อดี  และข้อด้อย เพื่อเปรียบเทียบกับเครื่องยนต์เบนซิน ดังต่อไปนี้ 

ข้อดี 

    ก.เครื่องยนต์ดีเซลมีประสิทธิภาพทางความร้อนสูงกว่า ซึ่งหมายความว่า เครื่องยนต์ดีเซลจะ  สิ้นเปลืองเชื้อเพลิงน้อยและประหยัดกว่าเครื่องยนต์เบนซิน  
    ข.เครื่องยนต์ดีเซลมีความคงทนมากกว่า และไม่จำเป็นต้องมีอุปกรณ์ไฟฟ้า เพื่อใช้เป็นตัวช่วยจุดระเบิด ซึ่งก็หมายความว่าเครื่องยนต์ดีเซลจะมีปัญหาข้อขัดข้องน้อยกว่าเครื่องยนต์เบนซิน  
    ค.แรงบิดของเครื่องยนต์ดีเซลจะยังคงไม่เปลี่ยนแปลงที่ย่านความเร็วต่างๆ นั่นหมายความว่าเครื่องยนต์ ดีเซลมีการทำงานที่ยืดหยุ่นและง่ายกว่าการทำงานของเครื่องยนต์เบนซิน (ด้วยเหตุนี้ทำให้เครื่องยนต์ดีเซลมี ความเหมาะสมกับยวดยานขนาดใหญ่) 

ข้อด้อย 

    ก.กำลังดันสูงสุดในการเผาไหม้ของเครื่องยนต์ดีเซลสูงเกือบเป็น 2 เท่า ของเครื่องยนต์เบนซินนั่นหมายความว่าเครื่องยนต์ดีเซลทำให้เกิดเสียงดัง และการสั่นสะเทือนสูงกว่า  
    ข.เพราะเหตุว่ากำลังดันในการเผาไหม้สูงมาก เครื่องยนต์ดีเซลจำเป็นต้องผลิตขึ้นด้วยวัสดุ ต้านแรงกดดันสูง และต้องมีโครงสร้างที่แข็งแรงอย่างมาก นั่นหมายความว่าเครื่องยนต์ดีเซลจะมีน้ำหนักต่อแรงม้าสูงกว่าเครื่องยนต์เบนซิน ทำให้ต้นทุนการผลิตสูงกว่าด้วย  
    ค.เครื่องยนต์ดีเซลต้องการระบบฉีดเชื้อเพลิงที่มีความเที่ยงตรงสูงมาก ซึ่งหมายความว่าจะทำราคาของเครื่องยนต์ดีเซลสูงขึ้น และยังต้องการการบำรุงรักษา ที่พิถีพิถันมากกว่าเครื่องยนต์เบนซิน 
    ง.เครื่องยนต์ดีเซลมีอัตราส่วนกำลังอัดที่สูง จึงต้องการแรงในการหมุนที่สูงมาก ดังนั้นจำเป็นที่จะต้องใช้ อุปกรณ์ที่ช่วยในการหมุนขับ เช่น มอเตอร์สตาร์ทและแบตเตอร์รี่ที่มีกำลังและความจุสูงมากขึ้น 

 

หลักการทำงานพื้นฐาน

จังหวะดูดไอดี
   อากาศจะถูกดูดเข้าสู่กระบอกสูบ ในจังหวะดูดไอดี ลูกสูบจะทำให้เกิดสูญญากาศขึ้นในกระบอกสูบ เช่นเดียว กับในเครื่องยนต์เบนซิน ในขณะที่ลูกสูบเคลื่อนที่ลงจากศูนย์ ตายบน ลงสู่ศูนย์ตายล่าง สูญญากาศจะทำให้ลิ้นไอดีเปิดออกเพื่อปล่อยให้อากาศเพื่อปล่อยให้อากาศขณะนั้นลิ้นไอเสีย ยังคงปิดอยู่

จังหวะอัด

  ลูกสูบเคลื่อนขึ้นจากศูนย์ตายล่างขึ้นสู่ศูนย์ตายบนในจังหวะอัดซึ่งในจังหวะนี้ลิ้นทั้งสองจะปิด   อากาศที่ไหลเข้าสู่กระบอกสูบในจังหวะดูดไอดีจะถูกอัดจนกระทั่งแรงดันของมัน สูงขึ้นประมาณ 30 กก./ชม.2 (427 ปอนด์/นิ้ว) และอุณหภูมิจะ
สูงขึ้นด้วย ประมาณ 500 ถึง 800OC (932 ถึง 1427OF) 

จังหวะระเบิด

  อากาศในกระบอกสูบจะถูกขับดันให้เข้าสู่ห้องเผาไหม้ ช่วย  ซึ่งอยู่เหนือห้องเผาไหม้ของแต่ละสูบ    ช่วงปลายของจังหวะระเบิด หัวฉีดจะฉีดเชื้อเพลิงออกเป็นฝอยละอองเข้าสู่ห้องเผาไหม้ช่วยทำให้ส่วนผสมของอากาศและเชื้อเพลิงลุกไหม้ เนื่องจากความร้อนที่เกิดขึ้นจากความกดดันสูง ในขณะนั้นทั้ง อุณหภูมิและความดันจะเพิ่มสูงขึ้นอย่างรวดเร็วและเชื้อเพลิงส่วน ที่ยังหลงเหลือภายในห้องเผาไหม้ช่วยก็จะถูกขับดันให้กลับ เข้าสู่ห้องเผาไหม้หลักที่อยู่เหนือลูกสูบ  ซึ่งจะทำให้เชื้อเพลิง ถูกทำให้แตกตัวเป็นอนูที่เล็กลง ทำให้คลุกเคล้ากับอากาศ ภายในห้องเผาไหม้หลัก และลุกไหม้ได้อย่างรวดเร็ว พลังงาน จากการลุกไหม้อย่างรวดเร็วนี้จะขยายตัวเป็นแก๊ส ซึ่งจะไป กดดันให้ลูกสูบเคลื่อนตัวลง กำลังที่กดดันให้ลูกสูบเคลื่อนลง จะถูกเปลี่ยนด้วยก้านสูบ และทำให้เพลาข้อเหวี่ยงหมุนเพื่อถ่ายทอดกำลังงานไปสู่ยานยนต์ต่อไป

จังหวะคายไอเสีย

  ขณะที่ลูกสูบถูกกดดันลงสู่ศูนย์ตายล่างลิ้นไอเสีย จะเปิด และแก็สไอเสียจะถูกขับออกทางลิ้นไอเสียนั้น ในจังหวะที่ลูกสูบเคลื่อนขึ้นอีกครั้ง  แก็สไอเสียจะถูกขับดันออกจากห้องเผาไหม้จนหมดสิ้น เมื่อลูกสูบเคลื่อนขึ้นจนถึงศูนย์ ตานบนจากนั้นจังหวะดูดไอดีจะเริ่มต้นอีกครั้งหนึ่ง เมื่อเครื่องยนต์ทำงานครบทั้ง  4  จังหวะแล้ว  (คือจังหวะดูดไอดีจังหวะอัด จังหวะระเบิด และจังหวะคายไอเสีย) เพลาข้อเหวี่ยง
จะหมุนสองรอบ เพื่อผลิตกำลังงาน ซึ่งการทำงานดังกล่าวมานั้นเรียกว่า กลวัตรดีเซล

ตารางข้างล่างนี้เป็นตารางทำงานระหว่างเครื่องยนต์ดีเซลกับเครื่องยนต์เบนซิน

ประเภทของเครื่องยนต์ดีเซลห้องเผาไหม้เป็นส่วนประกอบที่สำคัญเพียงสิ่งเดียว ที่จะเป็นตัวกำหนดสมรรถนะของเครื่องยนต์ ดีเซลเผาไหม้ได้ถูกพัฒนารูปทรงขึ้นมาหลายรูปแบบ เพื่อให้ได้มาซึ่งสมรรถนะของเครื่องยนต์ดีเซล โดยให้แน่ใจว่าเชื้อเพลิงที่ถูกฉีดเข้าไปเป็นฝอยละออง กลายเป็นไอและผสมเข้ากับอากาศได้อย่างทั่วถึง วิธีการที่ใช้รวมทั้งการใช้ไอดีภายในฝาสูบรูปแบบพิเศษ โดยเฉพาะเพื่อให้เกิดการหมุนวน ของอากาศภาย ในกระบอกสูบหรือการเพิ่มห้องเผาไหม้ ซึ่งจะใช้ประโยชน์จากการขยายตัวของก๊าชที่จุดเริ่มต้นของขั้นตอน การจุดระเบิด เพื่อช่วยในการปรับปรุงประสิทธิภาพของการเผาไหม้ ห้องเผาไหม้แบบต่างๆ ที่มีใช้กับรถใน ปัจจุบันดังนี้คือ

แบบฉีดเชื้อเพลิงโดยตรง 

  หัวฉีดจะฉีดเชื้อเพลิงเข้าสู่ห้องเผาไหม้หลักระหว่างฝาสูบและลูกสูบโดยตรง ห้องเผาไหม้นี้จะอยู่ ส่วนบนสุดของลูกสูบ ซึ่งจะมีรูปแบบใดรูปแบบหนึ่งในหลายๆรูปแบบที่ถูกออกแบบมาเป็นพิเศษ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการเผาไหม้ 

ข้อดี

    ก.ห้องเผาไหม้โดยตรงมีพื้นที่น้อยกว่าทำให้สูญเสียความร้อนไปในที่สุด ดังนั้นอุณหภูมิของอากาศที่ถูกอัดจึงเพิ่มขึ้น และทำให้การจุดระเบิดดีขึ้น ฉะนั้นจึงไม่เพิ่มขึ้น และทำให้การจุดระเบิดดีขึ้น ฉะนั้นจึงไม่จำเป็นต้องมีระบบเผาหัวสำหรับการสตาร์ท เครื่องยนต์ที่อุณหภูมิปกติ ประสิทธิภาพทางความร้อนที่สูงกว่าเป็นผลให้มีการผลิตกำลังได้สูงในขณะที่มีการประหยัดน้ำมันเชื้อเพลิง ได้ดีขึ้นเช่นเดียวกัน

    ข.ฝาสูบมีโครงสร้างเป็นแบบง่ายๆ ฉะนั้นจึงมีปัญหาจากการบิดเบี้ยวจากความร้อนน้อย
    ค.เนื่องจากมีการสูญเสียทางความร้อนน้อย จึงทำให้สามารถลดอัตราส่วนกำลังอัดลงได้


ข้อด้อย

    ก.ปั๊มฉีดเชื้อเพลิงจะต้องทนทานต่อการทำงานสูง ตามความต้องการแรงดัน ในการฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงที่สูงกว่าเพื่อให้ได้ฝอยละอองของน้ำมันเชื้อเพลิง จากการฉีดผ่านหัวฉีดแบบหลายรู
    ข.ความเร็วรอบสูงสุดของเครื่องยนต์ ที่สามารถกระทำได้ต่ำกว่า เนื่องจากการคลุกเคล้าของอากาศได้ไม่ดีเท่ากับแบบห้องเผาไหม้ช่วย
    ค.แรงดันการลุกไหม้ที่สูงกว่าทำให้เกิดเสียงดังมากกว่า และเพิ่มอัตราเสี่ยงต่อการเกิดดีเซลน๊อค
    ง.เครื่องยนต์แบบนี้มีความไวต่อคุณภาพของเชื้อเพลิงมาก ดังนั้นจึงจำเป็นที่ต้องใช้เชื้อเพลิงที่มีคุณภาพสูง

ห้องเผาไหม้แบบล่วงหน้า

  ดังภาพประกอบด้านล่าง เชื้อเพลิงถูกฉีดให้เป็นฝอยละออง เข้าสู่ห้องเผาไหม้ล่วงหน้าด้วยหัวฉีดการเผาไหม้บางส่วนจะเกิดขึ้น จากนั้นเชื้อเพลิงที่ยังไม่ได้ลุกไหม้หลงเหลืออยู่จะถูกขับดันผ่านท่อเล็กๆ ที่อยู่ระหว่างห้องเผาไหม้ล่วงหน้า และห้องเผาไหม้หลัก เข้าสู่ห้องเผาไหม้หลักซึ่งเชื้อเพลิงเหล่านี้จะถูก แรงดันอากาศ ทำให้แตกตัวเป็นอนูเล็ก ๆ ทำให้ลุกไหม้หมดจดต่อไป

ข้อดี

    ก.ใช้เชื้อเพลิงได้มากแบบกว่า ซึ่งสามารถใช้เชื้อเพลิงที่มีคุณภาพต่ำได้ โดยที่เกิดควันจากการลุกไหม้น้อย
    ข.สะดวกและง่ายต่อการบำรุงรักษา เพราะว่าแรงดันที่ใช้ในการฉีดเชื้อเพลิงต่ำ และเครื่องยนต์เมื่อเปรียบเทียบแล้วจะไม่มีผลต่อการเปลี่ยนจังหวะการฉีดเชื้อเพลิง
    ค.เนื่องจากว่าใช้หัวฉีดแบบเข็ม จึงทำให้ลดอาการน๊อคของเครื่องยนต์ และทำให้เครื่องยนต์ทำงานเงียบ
 
ข้อด้อย

    ก.ค่าใช้จ่ายในการผลิตสูงกว่า เนื่องจากการออกแบบ และกระบอกสูบซับซ้อน
    ข.ต้องใช้มอเตอร์สตาร์ทที่มีขนาดใหญ่ การติดเครื่องยากจำเป็นต้องใช้หัวเผา
    ค.สิ้นเปลืองเชื้อเพลิงมาก

แบบห้องเผาไหม้หมุนวน 
  ดังภาพประกอบด้านล่าง ห้องเผาไหม้หมุนวนมีรูปร่างเป็นแบบทรงกลม อากาศที่ถูกลูกสูบอัดจะไหลเข้าไปสู่ห้องเผาไหม้หมุนวน และจะทำให้เกิดการหมุนภายในนั้น ที่ซึ่งเชื้อเพลิงจะถูกฉีดออกมา ส่วนใหญ่ของเชื้อเพลิงจะลุกไหม้ในห้องเผาไหม้หมุนวน แต่ถึงอย่างไรบางส่วนของเชื้อเพลิงที่ลุกไหม้ ไม่หมด ก็จะเข้าสู่ห้องเผาไหม้หลักโดยผ่านท่อส่ง เพื่อการเผาไหม้ที่หมดจดต่อไป

ข้อดี

    ก.เครื่องยนต์สามารถทำงานได้รอบสูงๆ เนื่องจากการหมุนวน ของการอัดตัวของอากาศที่รุนแรงนั่นเอง
    ข.มีปัญหาเทียบกับหัวฉีดน้อย เนื่องจากว่าใช้หัวฉีดแบบเข็ม
    ค.ช่วงระยะความเร็วของเครื่องยนต์กว้างมาก และการทำงานราบเรียบ ดังนั้นทำให้เครื่องยนต์แบบนี้มีความ เหมาะสมกับรถยนต์นั่ง

ข้อด้อย

    ก.โครงสร้างของฝาสูบและเสื้อสูบซับซ้อน
    ข.ประสิทธิภาพทางความร้อน และอัตราการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงด้อยกว่าระบบฉีดเชื้อเพลิงโดยตรง
    ค.จำเป็นต้องใช้หัวฉีด แต่ถึงอย่างไรก็จะไม่เป็นผลมากนัก สำหรับห้องเผาไหม้หมุนวนขนาดใหญ่ เครื่องยนต์ติดเครื่องค่อนข้างยาก
    ง.มักเกิดอาการดีเซลน๊อค ในขณะรอบเครื่องยนต์ต่ำ

โครงสร้างของเครื่องยนต์ดีเซล