หลักการเครื่องยนต์เผาไหม้ภายใน | อธิบายหลักการและหน้าที่อย่างละเอียด

หลักการเครื่องยนต์เผาไหม้ภายใน

หลักการเครื่องยนต์เผาไหม้ภายในของเครื่องยนต์ลูกสูบ ถ้าคุณใส่น้ำมันเชื้อเพลิงเล็กน้อย ลงในกระป๋องเล็ก ๆ ปิดฝา และจุดไฟใส่ในกระป๋อง ผลก็คือเกิดการระเบิดของน้ำมันเชื้อเพลิงในกระป๋อง การระเบิดคือการขยายตัวอย่างรุนแรงของเชื้อเพลิง มันเป็นพลังงานรูปแบบหนึ่ง ที่สามารถนำประโยชน์มาประยุกต์สร้างเครื่องยนต์ ถ้าคุณสามารถทำให้มันเกิดการระเบิดอย่างเป็นวัฏจักรได้ ให้มันเกิดการระเบิดหลาย ๆ ครั้งเช่น 100 ครั้งต่อนาที และถ้าคุณสามารถควบคุมพลังงานที่ออกมาได้นี้มาเป็นแรงในการหมุนของล้อได้ นี้ก็จะเป็นแก่นเนื้อหาของเครื่องยนต์ในรถยนต์

รถยนต์ในปัจจุบันเกือบทั้งหมดจะใช้ เครื่องยนต์วัฏจักรการทำงานแบบ 4 จังหวะ ที่เปลี่ยนพลังงานการเผาไหม้น้ำมันเชื้อเพลิงไปเป็นการเคลื่อนที่ วัฏจักรการทำงาน 4 จังหวะนี้ เราจะรู้จักรกันในชื่อของ “วัฏจักรออตโต (Otto cycle)” เพื่อเป็นเกียรติแก่ นิโคลัส ออตโต ผู้ที่ประดิษฐ์เครื่องยนต์ประเภทนี้สำเร็จในปี พ.ศ. 2410

วัฏจักรออตโต เครื่องยนต์หมุน 2 รอบ จะได้งาน 1 ครั้ง ขั้นตอนจะมีดังนี้
วิดีโอการทำงานเครื่องยนต์วัฏจักรออตโต 4 จังหวะ

1.จังหวะดูด (Intake) ลูกสูบเริ่มต้นที่จุดสูงสุด เลื่อนลงมาขณะเดียวกันวาล์วไอดี (Intake valve) จะเปิด และวาล์วไอเสีย (Exhaust valve) ปิด ดูดส่วนผสมเชื้อเพลิง และอากาศที่เรียกว่า “ไอดี” เข้ามาในกระบอกสูบ ลูกสูบจะเลื่อนลงจนถึงจุดต่ำสุด นี้คือจังหวะดูด

2.จังหวะอัด (Compression) ลูกสูบเคลื่อนที่จากจุดต่ำสุดขึ้นไป วาล์วไอดี และวาล์วไอเสีย จะไม่เปิด ลูกสูบเลื่อนขึ้นจนถึงจุดสูงสุดเพื่อทำการอัดส่วนผสมไอดีให้มีปริมาตรที่เล็กลง และจะเกิดความดันภายในห้องเผาไหม้จากการอัด นี้คือจังหวะอัด

3.จังหวะระเบิด, ได้งาน (Combustion) หรือจังหวะเผาไหม้ เมื่อลูกสูบเคลื่อนที่ขึ้นสูงสุดแล้ว วาล์วไอดี และไอเสียยังปิดอยู่ หัวเทียนจะทำการจุดระเบิดไอดีที่มีความดันเกิดจากจังหวะอัด เกิดการระเบิดภายในห้องเผาไหม้อย่างรุนแรง ถีบให้ลูกสูบเลื่อนลง จังหวะนี้คือจังหวะที่นำไปใช้งานในการเคลื่อนที่ของรถยนต์ เป็นจังหวะเดียวที่ได้งานในจำนวน 4 จังหวะ

4.จังหวะคายไอเสีย (Exhaust) ลูกสูบจะเคลื่อนที่ขึ้น ขณะเดียวกันวาล์วไอเสียจะเปิด ขับไล่ไอเสียออกจากกระบอกสูบ วาล์วไอดียังคงปิดอยู่ นี้คือจังหวะคาย

เมื่อทำงานถึงวัฏจักรที่ 4 ต่อไปก็จะ วนกลับมาทำงานในวัฏจักรที่ 1 ต่อไปวนเวียนเช่นนี้จนกระทั่งดับเครื่องยนต์

ลูกสูบ (Piston) ที่อยู่ในกระบอกสูบ (Cylinder) ลูกสูบจะวิ่งขึ้นลงทำงาน จะต่อกับเพลาข้อเหวี่ยง (Crankshaft) โดยมีตัวเชื่อมต่อคือ ก้านสูบ (Connecting rod) เพลาข้อเหวี่ยงจะทำหน้าที่เปลี่ยนแปลงพลังงานจากการระเบิด ไปเป็น การหมุน (พลังงานความร้อน ไปเป็น พลังงานกล)

ข้อน่าสังเกต การเคลื่อนที่ของลูกสูบภายในกระบอกสูบเป็นการเคลื่อนที่ขึ้นลง เป็นเส้นตรง แต่จะถูกแปลงไปเป็นการหมุนโดยมีเพลาข้อเหวี่ยงเป็นตัวแปลงให้เป็นการหมุนของเพลา เพื่อขับเคลื่อนยานยนต์