เราสามารถแบ่งประเภทของเครื่องยนต์จากการเผาไหม้ ออกได้เป็น 2 ประเภทดังนี้
![]()
รถยนต์เกือบทุกคันในปัจจุบัน ล้วนแต่ใช้การสันดาปภายในทั้งสิ้น และมีลักษณะเป็นแบบลูกสูบเคลื่อนที่ขึ้นและลง เพราะ
การเผาไหม้คือหัวใจ
เพื่อให้เรา
เข้าใจหลักการทำงานของเครื่องยนต์ลูกสูบ
ว่าเกิดจากการสันดาปภายในได้อย่างไร
เรามาลองเปรียบเทียบการยิงปืนใหญ่สมัยโบราณ เชื่อว่า คุณคงเคยดูภาพยนต์
ก่อนที่ทหารจะยิงปืนใหญ่ พวกเขาจะต้องบรรจุดินปืน
พร้อมกับกระทุ้งด้วยด้ามไม้เพื่อให้ดินปืนอัดตัวกันแน่น
แล้วจึงใส่กระสุนปืนใหญ่เข้าไป เมื่อข้าศึกวิ่งเข้ามาอยู่ในวิถีกระสุน
ทหารจะใช้คบเพลิงจุดสายฉนวน ไฟจากสายฉนวนวิ่งไปจุดดินระเบิดภายในกระบอก
พอระเบิดตูม ลูกกระสุนวิ่งออกไป
นี่แหละครับต้นแบบของเครื่องยนต์สันดาปภายใน
โดยมีการเผาไหม้เกิดขึ้นอยู่ภายในกระบอกปืน
เครื่องยนต์แบบลูกสูบ
หลัก
การทำงานของปืนใหญ่ เป็นหลักการเดียวกันกับการเผาไหม้ของเครื่องยนต์ลูกสูบ
ถ้าคุณเผาอะไรก็ได้อยู่ในห้องเล็กและแคบ หรือจุดระเบิดขึ้น
พลังงานความร้อนจะถูกส่งผ่านไปยังแก๊ส และทำให้แก๊สขยายตัวอย่างรวดเร็ว
ผลักดันลูกปืนหรือลูกสูบให้วิ่งออกไป ในปืนใหญ่
พลังงานจากการระเบิดถูกเปลี่ยนเป็นการเคลื่อนที่ของลูกปืน
ส่วนในกระบอกสูบ
พลังงานจากการระเบิดของเชื้อเพลิงถูกเปลี่ยนเป็นการวิ่งของลูกสูบภายใน
กระบอกสูบ
เครื่องยนต์แบบลูกสูบแบบหนึ่ง ใช้ระบบการเผาไหม้แบบ 4 จังหวะ เรียกว่า เครื่องยนต์ 4 จังหวะ ( Four-stroke combustion cycle) หรือเรียกว่า วัฎจักรออตโต้ เพื่อให้เกียรติกับท่าน Nikolas otto ซึ่งค้นคิดประดิษฐ์เครื่องจักรนี้ขึ้นมาเมื่อปี ค.ศ. 1867 โดยแบ่งจังหวะออกเป็นดังนี้
เครื่องยนต์ 4 จังหวะ
ในรูปภาพคุณจะได้เห็นว่าลูกสูบนั้นเปรียบเทียบได้กับลูกปืนใหญ่ โดยต่อลูกสูบเข้ากับก้านลูกสูบ (Connecting rod) และเพลาข้อเหวี่ยง (Crankshaft) ขณะที่เพลาข้อเหวี่ยงหมุนมันจะไปหมุนล้อขับเคลื่อนให้รถไปข้างหน้า
เครื่องยนต์ 4 จังหวะมีหลักการทำงานดังนี้ เครื่องยนต์ที่ใช้กันในรถยนต์ปัจจุบัน นั้นเป็นเครื่องยนต์แบบ 4 จังหวะ คือ ดูด อัด ระเบิด คาย จะทำงานภายใต้การหมุนของเครื่องยนต์ 2 รอบ หรือ 1 Cycle
2. อัด ( Compression ) เมื่อ วาล์วไอดีปิดเรียบร้อยแล้ว ลูกสูบก็จะเคลื่อนที่จากล่างขึ้นบน เพื่ออัดส่วนผสมไอดีที่ถูกดูดเข้ามาทั้งหมด ถูกอัดตัวทำให้แรงดันในกระบอกสูบสูงขึ้น สมมุติ อัตราส่วน กำลังอัด 10ต่อ1 ก็หมายความว่า ลูกสูบลูกหนึ่งสามารถดูดอากาศเข้าไปได้ 10 ลิตรลูกสูบก็จะต้องอัดอากาศ 10 ลิตรให้เหลือเพียง 1 ลิตร ดูจากรูปทางขวา
รูป ด้านซ้ายจะเห็นว่า ในจังหวะนี้จะต่อเนื่องกับจังหวะที่แล้วคือในตำแหน่งที่ลูกสูบขึ้นไปสูงสุด นั้นจะมีการเผาไหม้เกิดขึ้น ตามรูปทางซ้ายมือ ซึ่งหัวเทียนเป็นตัวทำให้เกิดประกายไฟเพื่อไปจุดส่วนผสมระหว่างน้ำมันกับ อากาศให้เกิดการเผาไหม้ และในจังหวะระเบิดนี้เองที่ส่งกำลังออกมาให้ใช้งานกัน และลูกสูบก็จะเคลื่อนที่ลงมาสู่ด้านล่าง และวาล์วไอเสียก็จะเริ่มเปิด 4.คาย ( Exhaust ) เป็น การทำงานต่อจากจังหวะระเบิด เมื่อลูกสูบได้รับแรงกระแทกมาจากการเผาไหม้ ทำให้ลูกสูบเคลื่อนที่ลงมาสู่ด้านล่าง พร้อมกับเปิดวาล์วไอเสีย แล้วลูกสูบก็จะเคลื่อนที่ขึ้นสู่ด้านบนพร้อมกับจัดการกวาดเอาไอเสียออกไป และเมื่อลูกสูบขึ้นไปจนสุด วาล์วไอเสียก็จะปิด วาล์วไอดีก็จะเริ่มเปิดเพื่อเข้าสู่การดูดอีกครั้ง และจะวนอยู่แบบนี้ไปเรื่อยๆ เมื่อสิ้นสุดจังหวะคาย ซึ่งเป็นจังหวะที่ 4 ก็ หมุนวนซ้ำเข้าสู่จังหวะดูดอีกครั้ง ความแตกต่างระหว่างการเคลื่อนที่ของลูกสูบ กับลูกปืนใหญ่ คือ ลูกสูบเคลื่อนที่กลับไปมา ส่วนลูกปืนใหญ่เคลื่อนที่แบบเส้นตรง เพราะในเครื่องยนต์มีก้านลูกสูบ และเพลาข้อเหวี่ยงเปลี่ยนการเคลื่อนที่ในแนวเส้นตรงของลูกสูบไปเป็นการ เคลื่อนที่แบบการหมุน ไปหมุนล้อให้รถเคลื่อนที่
การจัดเรียงกระบอกสูบ
ส่วนสำคัญสุด
ของเครื่องยนต์คือกระบอกสูบ ที่เราอธิบายกันมาตั้งแต่ต้นนั้น
มีเพียงกระบอกสูบเดียว ใช้ในเครื่องยนต์ขนาดเล็ก
เช่นเครื่องตัดหญ้า และเลื่อยวงเดือนเป็นต้น
ส่วนรถเก๋งที่มีเครื่องยนต์ขนาดใหญ่กว่า จะมีลูกสบมากกว่า 1 อัน ( สี่ หก และ แปดสูบเป็นต้น) สำหรับเครื่องยนต์ที่มีหลายลูกสูบ การจัดเรียงกระบอกสูบกระทำกันอยู่ 3 แบบคือ แบบเรียงตรง (Inline) , ตัว V และ แบบนอน ดังรูปล่าง
การเรียงของกระลูกสูบอยู่ในแนวเดียวกัน ในรูปเป็นเครื่องยนต์ขนาด 4 สูบ
การเรียงของกระลูกสูบเป็นรูปตัววี ลูกสูบจัดเรียงกันเป็นสองแถวทำมุมซึ่งกันและกัน
ความจุของกระบอกสูบ
ห้อง
เผาไหม้ภายในกระบอกสูบ เป็นบริเวณที่ถูกแรงกดและอัดอยู่ตลอดเวลา
ขนาดบรรจุของแก๊สภายในกระบอกเปลี่ยนแปลงตามตำแหน่งขึ้นและลงของกระบอกสูบ
ความแตกต่างระหว่างปริมาตรน้อยสุดและมากสุด เรียกว่า ความจุของกระบอกสูบ (Displacement) มีหน่วยเป็นลิตร หรือ ซีซี (cc) ซีซี ย่อมาจาก ลูกบาศก์เซนติเมตร โดยที่ 1000 ซีซี มีค่าเท่ากับ 1 ลิตร
ยกตัวอย่างเช่น
ถ้าคุณใช้เครื่องยนต์ 4 สูบ แต่ละสูบมีความจุครึ่งลิตร แสดงว่าเครื่องยนต์ของคุณมีความจุทั้งหมด 2 ลิตร ( 2,000 ซีซี ) หรือถ้าเป็นรถยนต์แบบวี 6 คือมี 6 กระบอกสูบเรียงกันเป็นแบบตัววี แต่ละกระบอกมีความจุครึ่งลิตร แสดงว่าเครื่องยนต์นี้มีความจุ 3 ลิตรแบบ วี 6
เครื่องยนต์ 4 สูบ
โดยปกติความจุของกระบอกสูบมีความสัมพันธ์กับกำลังของเครื่องยนต์
ลูกสูบที่มีความจุครึ่งลิตรมีปริมาตรเป็นสองเท่าของลูกสูบที่มีความจุ 1/4 ลิตร คุณสามารถประมาณได้ว่า มีกำลังมากกว่า 2 เท่าด้วย ดังนั้นเครื่องยนต์ขนาด 2 ลิตรมีกำลังเพียงครึ่งหนึ่งเมื่อเทียบกับเครื่องยนต์ขนาด 4 ลิตร
ดังนั้นกำลังของเครื่องยนต์ขึ้นอยู่กับจำนวน และขนาดของลูกสูบ ยิ่งมีขนาดใหญ่ขึ้น แรงและกำลังก็ยิ่งมากขึ้น
เครื่องยนต์สันดาปภายใน
หัวเทียน (Sparkplug) (K) ใช้สำหรับจุดเชื้อเพลิงผสมให้เกิดการเผาไหม้
วาวล์ (Vavle) วาวล์ไอดี (A) และวาวล์ไอเสีย (J) เปิด และปิดในจังหวะที่เหมาะสม เพื่อให้อากาศและเชื้อเพลิงถูกดูดเข้า และผลักออก ถ้าลูกสูบอยู่ในช่วงจังหวะระเบิดวาวล์ทั้งสองจะต้องปิดสนิท ห้ามมีการรั่ว จึงต้องมีการชีลด์ที่จุดสัมผัสให้ดี ลูกสูบ (Piston) (M) เป็น อุปกรณ์รูปทรงกระบอกเคลื่อนที่ขึ้นและลง ลูกสูบต้องสร้างจากวัสดุที่มีความแข็งแรงสามารถรับแรงกดดันจากความร้อนใน ห้องเผาไหม้ได้ เพื่อจะส่งกำลังผ่านก้านลูกสูบไปที่ข้อเหวี่ยง โดยปกติลูกสูบทำจากโลหะผสมอลูมิเนียม ทำให้มีน้ำหนักเบา หน้าถัดไปเป็นชิ้นส่วนสำคัญของเครื่องยนต์
ชิ้นส่วนสำคัญของเครื่องยนต์
![]()
![]()
สตาร์ทไม่ติด
เมื่อ
คุณตื่นขึ้นมาในตอนเช้า จะรีบไปทำงาน เปิดประตู
ใส่กุญแจสตาร์ทเครื่องยนต์ อ้าวปรากฎว่าไม่ติด มันเกิดอะไรขึ้น
ขณะนี้คุณทราบแล้วว่าเครื่องยนต์มีหลักการทำงานอย่างไร
ขอให้พึงตะหนักว่า มีเพียง 3 ส่วนหลักที่ทำให้เครื่องยนต์สตาร์ทไม่ติด
คือ ส่วนผสมของน้ำมันเชื้อเพลิงไม่ถูกต้อง อากาศไม่ถูกอัด และ
ไม่มีการเผาไหม้ภายในลูกสูบ นอกจากนี้แล้ว เป็นปัญหาเล็กๆน้อยๆ
แก้ไขได้ ต่อไปเป็นการอธิบายปัญหาหลักที่เกิดขึ้นอย่างละเอียด
ส่วนผสมของน้ำมันเชื้อเพลิงไม่ถูกต้อง เกิดขึ้นจาก
อากาศไม่ถูกอัด ถ้าน้ำมันเชื้อเพลิงไม่ถูกอัด การเผาไหม้จะเกิดขึ้นไม่ได้ ซึ่งสาเหตุอาจเกิดจาก
ไม่มีการเผาไหม้ อาจเกิดจากหลายสาเหตุ
สาเหตุอื่นๆ
อาจมีสาเหตุอื่นอีก แต่ไม่ใช่สาเหตุหลัก ดังเช่น
ยังมีหลายระบบภายในเครื่องยนต์ที่ยังไม่ได้กล่าวถึง
แต่ละระบบมีการพัฒนาอย่างต่อเนื่องมีการใช้เทคโนโลยีสมัยใหม่เข้ามาช่วย
เสริม
รางวาวล์
รางวาวล์ (Valve train) ประกอบด้วยวาวล์และกลไกที่ใช้เปิดปิดวาวล์ เรียกว่า เพลาลูกเบี้ยว (camshaft) ดังรูป
เครื่องยนต์สมัยใหม่มีเพลาลูกเบี้ยวอยู่ข้างบน ภาษาอังกฤษเรียกว่า โอเวอร์เฮดแคม (Overhead cam) คือ
มีเพลาลูกเบี้ยวอยู่เหนือวาวล์ ดังรูป
เพลาจะเปิดปิดวาวล์โดยอยู่ใกล้กับวาวล์มาก ซึ่งเครื่องยนต์แบบเก่า
เพลาลูกเบี้ยวอยู่ข้างล่างวาวล์ และต่อก้านวาวล์มาเปิดปิดวาวล์อีกที
จึงต้องมีกลไกเคลื่อนไหวมาก เกิดปัญหา
การเปิดปิดวาวล์ไม่ตรงตามจังหวะเวลา
การส่งกำลังจากเพลาข้อเหวี่ยงไปยังแคมชาฟท์มีหลายวิธี แต่พอจะพบเห็นบ่อยก็คงจะมีแค่ 3วิธีคือ
- แบบโซ่ไทม์มิ่ง เฟืองของเพลาข้อเหวี่ยง อยู่ห่างกับเฟืองของเพลาลูกเบี้ยว จึงต้องใช้โซ่เป็นตัวถ่ายทอดกำลัง ข้อเสียคือเมื่อใช้นานๆแล้วโซ่จะหย่อน จึงต้องมีตัวปรับความตึง แต่ถ้าหากใช้นานๆ จะเกิดเสียงดังขึ้นและเครื่องยนต์เดินไม่เรียบ ทำให้องศาการเปิดปิดวาล์วคลาดเคลื่อนได้ - แบบสายพานไทมมิ่ง ปัจจุบันนิยมใช้กันมาก ซึ่งมีข้อดีเช่น เสียงดังลดน้อยลง และไม่ต้องการการหล่อลื่น หรือการปรับตั้งความตึง อีกทั้งสายพานยังมีน้ำหนักน้อยกว่า แต่ข้อเสียก็คืออายุของสายพานที่มีน้อยกว่าโซ่
เครื่องยนต์ที่มีประสิทธิภาพสูง จะออกแบบให้ลูกสูบหนึ่งมีวาวล์ 4 อัน ( 2 อันเป็นวาวล์ไอดี และ อีก 2 อันเป็นวาวล์ไอเสีย จึงต้องมีเพลาลูกเบี้ยว 2 เพลาอยู่ข้างบน ซึ่งเรามักจะได้ยินคำนี้อยู่เสมอว่า "Dual overhead cams"
ระบบจุดระเบิด
(Ignition system)
แบตเตอรี่ของรถยนต์ ให้กระแสไฟฟ้าที่ความต่างศักย์ต่ำสำหรับระบบจุดระเบิด ดังนั้นจึงต้องให้กระแสไหลเข้าสู่ขดลวดหรือคอยส์ (coil) ซึ่งทำหน้าที่เหมือนหม้อแปลง โดยจะเพิ่มความต่างศักย์ขึ้นเป็นหลายพันโวลต์ จากนั้นจานจ่าย (Distributor) จะส่งกระแสที่มีความต่างศักย์สูงไปยังกระบอกสูบแต่ละอัน กระแสนี้ทำให้เกิดประกายไฟขึ้นที่หัวเทียน (Spark Plug) ซึ่งจะจุดระเบิดน้ำมันในกระบอกสูบ
ระบบระบายความร้อน
(Cooling system)
ประกอบด้วย หม้อน้ำ (Radiator) และ
ปั๊มน้ำ น้ำจะถูกปั๊มอัดให้ไหลผ่านไปตามส่วนต่างๆของเครื่องยนต์
และไหลกลับมาระบายความร้อนที่หม้อน้ำ การระบายความร้อนใช้กับเครื่องยนต์
ขนาดใหญ่ ส่วนเครื่องยนต์ขนาดเล็กใช้อากาศช่วยระบายความร้อน
เช่นมอเตอร์ไซด์ และเครื่องตัดหญ้า
การระบายความร้อนด้วยอากาศมีข้อดีอยู่เหมือนกัน คือ เครื่องยนต์มีขนาดเบา
แต่ข้อเสียคือ ความร้อนค่อนข้างสูง
ทำให้อายุการใช้งานของเครื่องยนต์สั้น และประสิทธิภาพต่ำ
![]()
แผนภาพการระบบระบายความร้อนด้วยน้ำ
ระบบไอดี
Air Intake System
อากาศ
ต้องไหลผ่านไส้กรองอากาศ ก่อนเข้าไปในกระบอกสูบ
ดังนั้นจึงเกิดแรงเสียดทานขึ้น
กำลังของเครื่องยนต์ตกลงได้ถ้าไส้กรองอุดตัน
การเพิ่มกำลังของเครื่องยนต์ให้สูงขึ้น
มีอีกวิธีหนึ่งคือเพิ่มแรงดันให้กับอากาศ โดยอุปกรณ์ที่ใช้คือ
เทอร์โบชาร์จ (Turbocharge) หรือ ซุปเปอร์ชาร์จ (Supercharge) ซึ่ง
ช่วยอัดอากาศก่อนที่จะไหลเข้าไปในกระบอกสูบ
นั่นหมายความว่าส่วนผสมของเชื้อเพลิงจะเข้าไปในกระบอกสูบได้มากขึ้น
ส่วนความแตกต่างของอุปกรณ์ทั้งสองคือ
เทอร์โบชาร์จใช้ไอเสียของรถยนต์เป็นตัวขับเคลื่อน
ส่วนซุปเปอร์ชาร์จใช้กำลังจากเครื่องยนต์โดยตรงขับเคลื่อน
![]()
เทอร์โบชาร์จ
ระบบสตาร์ท
Starting System
เมื่อ
คุณหมุนกุญแจเพื่อสตาร์ทรถ
มอเตอร์สตาร์ทจะหมุนเครื่องยนต์ด้วยความเร็วรอบค่าหนึ่ง
จนกระทั่งเกิดการเผาไหม้ขึ้นภายในกระบอกสูบ และเครื่องยนต์ติดขึ้น
มอเตอร์สตาร์ทจะต้อง
เนื่องจากต้องใช้พลังงานมากในช่วงสตาร์ท แต่ว่าแบตเตอรี่มีแรงดันไฟฟ้าเพียง 12 โวลต์ จึงต้องใช้ไฟหลายร้อยแอมป์หมุนมอเตอร์ ดังนั้นสายไฟต้องมีขนาดใหญ่เพื่อรองรับกระแสจำนวนมากในช่วงสตาร์ท
![]()
ระบบหล่อลื่น
Lubrication System
ระบบ
นี้จะปั๊มน้ำมันหล่อลื่นเข้าไปในชิ้นส่วนทุกชิ้นของเครื่องยนต์ที่มีการ
เคลื่อนไหว อุปกรณ์หลักสองส่วนที่ต้องใช้น้ำมันหล่อลื่น คือ 1. ลูกสูบ ที่ต้องเคลื่อนที่ขึ้นลงอย่างรวดเร็วภายในกระบอกสูบ 2. ลูกปืนของเพลาข้อเหวี่ยง และเพลาลูกเบี้ยวเป็นต้น
ปั๊มจะดูดน้ำมันเครื่องผ่านไส้กรองเพื่อกรองเศษโลหะก่อน และจึงอัดน้ำมันหล่อลื่นไปตามช่องว่างต่างๆของลูกปืน และไหลเวียนกลับเข้าสู่อ่างน้ำมัน
ระบบป้อนเชื้อเพลิง
Fuel System
การจ่ายเชื้อเพลิงเข้าไปในกระบอกสูบปัจจุบันมีอยู่ 2 ระบบคือ
![]()
คาร์บิวเรเตอร์
ระบบไอเสีย
Exhaust System
เชื้อเพลิงที่เผาไหม้อยู่ในกระบอกสูบผลิตก๊าซเสียและปล่อยเสียงดังออกมา ก๊าซเหล่านี้จะผ่านไปยังเครื่องระงับเสียง (silencer หรือ muffler) ซึ่ง
มีชุดแผ่นโลหะเจาะรูหลายรูขณะที่ก๊าซไหลผ่านรูเหล่านี้
จะเสียกำลังไปทำให้เสียงเบาลง ก๊าซเสียนี้มีมลภาวะปนอยู่
เราอาจให้มันผ่านไปในเครื่องฟอกไอเสีย (Catalytic converter) ซึ่งจะเปลี่ยนก๊าซบางชนิดไปเป็นก๊าซชนิดอื่นที่ไม่มีอันตรายหรือมีอันตรายน้อยลง
![]()
ตัวระงับเสียงต่อไว้กับท่อไอเสีย
ระบบไฟฟ้า
Electrical System
ประกอบด้วยแบตเตอรี่ และไดชาร์จ (Alternator) ซึ่งตัวหลังต่อเข้ากับเครื่องยนต์ ด้วยสายพาน มีหน้าที่ชาร์จแบตเตอรี่ ขนาด 12 โวลต์
เหตุผลที่ต้องชาร์จแบตตลอดเวลาเพราะ
แบตเตอรี่ต้องคอยจ่ายกระแสไฟฟ้าให้อุปกรณ์ไฟฟ้าเกือบทั้งหมดภายในรถยนต์
เช่น ระบบจุดระเบิด วิทยุ ที่ปัดน้ำฝน กระจกไฟฟ้า คอมพิวเตอร์
และอุปกรณ์ทางอิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ
![]()
ไดชาร์จ
เพิ่มกำลังม้า
Producing More Power
ผู้ผลิตทราบดีว่าตัวแปรที่จะเพิ่มกำลังม้าของเครื่องยนต์ได้ ที่สำคัญๆมีดังต่อไปนี้
เพิ่มขนาดของกระบอกสูบ
ยิ่งมีขนาดใหญ่กำลังของเครื่องยนต์ก็ยิ่งมาก
ผู้ผลิตสามารถเพิ่มความจุได้โดยทำให้กระบอกสูบสูง
หรือเส้นผ่าศูนย์เพิ่มขึ้น หรือ เพิ่มกระบอกสูบขึ้น ปัจจุบัน จำนวน 12 สูบเป็นจำนวนที่ทำได้มากสุด
เพิ่มกำลังอัดของลูกสูบ (Compression ratio) ยิ่ง
มีอัตราส่วนอัดมากเท่าไร กำลังก็ยิ่งได้มากขึ้นเท่านั้น
ในทางกลับกันกำลังอัดที่เพิ่มขึ้น หมายความว่า
เชื้อเพลิงสามารถระเบิดขึ้นได้เอง ก่อนที่หัวเทียนจะจุดระเบิด
นั่นหมายความว่า เครื่องเกิดการน๊อคขึ้นได้
เป็นเหตุผลที่ว่าทำไมจึงต้องใช้น้ำมันออกเทนสูง
เพื่อป้องกันการเกิดเผาไหม้ก่อนเวลานั่นเอง
เพิ่มแรงดันให้อากาศเข้า ถ้าอัดอากาศให้แรงดันมากขึ้น โดยใช้เทอร์โบชาร์จ และซุปเปอร์ชาร์จ ทำให้กำลังเพิ่มขึ้นได้
ลดอุณหภูมิของอากาศที่ไหลเข้า การ
อัดอากาศทำให้อุณหภูมิของอากาศสูงขึ้น เกิดความร้อนและขยายตัว
ในเครื่องยนต์ที่ต้องการกำลังสูงมากๆ
จะมีอุปกรณ์เสริมติดเข้ากับหม้อน้ำเรียกว่า อินเตอร์คูลเลอร์ (intercooler) ซึ่งจะช่วยลดอุณหภูมิของแก๊สที่ถูกอัดก่อนไหลเข้าไปในกระบอกสูบ ทำให้ปริมาณของแก๊สเพิ่มขึ้น
ขัดช่องไอดีให้เงา ขณะ
ที่ลูกสูบอยู่ในจังหวะดูด
ถ้าเกิดแรงเสียดทานขึ้นกับอากาศที่กำลังไหลเข้า
กำลังของเครื่องยนต์จะลดลง
ดังนั้นรถที่ต้องการกำลังมากใช้วิธีการขัดเงาช่องทางเข้าลดแรงเสียดทานของ
แก๊ส
เปิดช่องไอเสียให้แก๊สไหลได้ง่ายขึ้น
ถ้าเกิดแรงเสียดทานที่ทางออกของแก๊ส กำลังของเครื่องยนต์จะตกลง
การลดแรงเสียดทานในกรณีนี้คือเพิ่มวาวล์ไอดี
และไอเสียแต่ละกระบอกสูบให้มากขึ้นอีก 1 ตัว เป็นวาวล์ไอดี 2 ตัว และ วาวล์ไอเสีย 2 ตัว เปิดช่องทางเข้าและออกภายในกระบอกสูบให้ใหญ่ขึ้น
ท่อไอเสียและท่อเก็บเสียงมีความสำคัญ
ถ้ามีขนาดเล็กมันจะเกิดแรงเสียดทานกับการไหลของแก๊ส
ทำให้มีแรงดันย้อนกลับ กำลังของเครื่องยนต์ลดลง วิธีแก้คือ
ขยายขนาดให้ใหญ่ขึ้น หรือเพิ่มท่อไอเสียเป็น 2 ท่อ
ทำให้ชิ้นส่วนของเครื่องยนต์เบาลง ชิ้น
ส่วนที่เบา ทำให้เครื่องยนต์มีประสิทธิภาพขึ้น
แต่ละครั้งที่ลูกสูบเคลื่อนที่ขึ้นและลง มันต้องใช้พลังงานมาก
ดังนั้นเมื่อลูกสูบที่มีน้ำหนักเบาขึ้นเล็กน้อย
จะเพิ่มประสิทฺธิภาพให้เครื่องยนต์อย่างมาก
ระบบการป้อนเชื้อเพลิง
ถ้าระบบนี้ถูกออกแบบให้มีประสิทธิภาพและเที่ยงตรงสูง
จะช่วยให้ส่วนผสมเชื้อเพลิงได้สัดส่วนที่ถูกต้องป้อนเข้าไปในกระบอกสูบ
และเพิ่มกำลังขึ้น
ความหมายของแรงม้าและแรงบิด
แรงม้าคืออะไร ? คือ หน่วยอันหนึ่งสำหรับใช้วัดกำลังของเครื่องยนต์ หน่วยวัดกำลังที่นิยมใช้กัน เช่น แรงม้า (HP) และ กิโลวัตต์ (KW)นอกจากนี้ในบางครั้งเราจะเห็นตัวย่อ BHP ซึ่งย่อมาจาก Brake Horse Power หมายถึง กำลังของเครื่องยนต์ที่ได้รับจากเพลาเครื่องซึ่งเท่ากับกำลังที่เครื่องยนต์ ผลิตได้หักออกด้วยแรงเสียดทานภายเครื่องยนต์ ดัง สูตร BHP = IHP - FHP โดยที่ IHP คือ Indicated Horse Power หมายถึงกำลังที่เครื่องยนต์ผลิตได้ และ FHP คือ Friction Horse Power ซึ่งหมายถึงแรงเสียดทานภายในเครื่องยนต์ กำลัง ของเครื่องยนต์สามารถคำนวณได้จากสูตร HP = K x Torque x RPM โดยที่ K คือ ค่าคงที่ T คือแรงบิด และ RPM คือความเร็วรอบของเครื่องยนต์ แรงม้าสูงสุดของเครื่องยนต์แต่ละรุ่นแต่ละแบบจะอยู่ที่ความเร็วรอบเครื่อง ยนต์แตกต่างกันไปแล้วแต่การออกแบบของผู้ผลิต แล้วแรงม้าเห็นกันในหนังสือ หรือใน specification ต่างๆ นั้นเป็น BHP หรือ IHP คำตอบน่าจะเป็นBHP เพราะเป็นแรงม้าที่ได้มาจากการทดสอบสมรรถนะของเครื่องยนต์ แรงบิดคืออะไร คือ แรงหมุนของเพลาเครื่องยนต์เป็นแรงที่ใช้เพื่อส่งกำลังของเครื่องยนต์ไปหมุน เกียร์ เพลา และ ล้อรถ เพื่อให้รถเคลื่อนที่ไปได้ แรงบิดจะมีค่าแตกต่างกันไปที่ความเร็วรอบเครื่องยนต์ต่างๆ ซึ่ง ขึ้นอยู่กับการออกแบบของผู้ผลิตว่าต้องการให้มีแรงบิดสูงสุดอยู่ที่ความเร็ว รอบเครื่องยนต์ต่ำ ปานกลาง หรือ สูง รถที่ใช้เครื่องยนต์ที่มีแรงบิดสูงก็จะมีอัตราเร่งดีกว่ารถที่ใช้เครื่อง ยนต์ที่มีแรงบิดต่ำกว่า ![]()
คำถามที่ต้องตอบบ่อยๆ
คำถาม ความแตกต่างระหว่างเครื่องยนต์เบนซินและเครื่องยนต์ดีเซล
คำตอบ เครื่อง
ยนต์ดีเซลไม่ต้องใช้หัวเทียน น้ำมันดีเซลถูกฉีดเข้าไปในกระบอกสูบโดยตรง
และใช้ จังหวะอัดของลูกสูบ อัดจนส่วนผสมระเบิดขึ้นได้เอง
น้ำมันดีเซลมีความหนาแน่นมากกว่าน้ำมันเบนซิน
ดังนั้นเมื่อวัดในระยะทางที่เท่ากัน
เครื่องยนต์ดีเซลใช้น้ำมันน้อยกว่าเครื่องยนต์เบนซิน
คำถาม ความแตกต่างระหว่างเครื่องยนต์ 2 จังหวะ และ 4 จังหวะ
คำตอบ รถตัดหญ้าใช้เครื่องยนต์ 2 จังหวะ
ซึ่งไม่ต้องมีวาวล์ ด้านล่างของกระบอกสูบมีช่องให้อากาศไหลเข้า
ขณะที่ลูกสูบเคลื่อนที่ขึ้นและอัดอากาศขึ้น หัวเทียนจะถูกจุดขึ้น
และระเบิดดันให้ลูกสูบเคลื่อนที่ลงผลักไอเสียออกไปอีกทางหนึ่ง
โดยทั่วไปเครื่องยนต์ สองจังหวะให้กำลังมากกว่าเครื่องยนต์ 4 จังหวะ เมื่อวัดกันต่อหนึ่งรอบ อย่างไรก็ตามเครื่องยนต์ 2 จังหวะใช้เชื้อเพลิงมากกว่า ดังนั้นจึงให้ไอเสียมากกว่าด้วย
คำถาม เครื่องจักรสันดาปภายนอกมีข้อดีอย่างไร
คำตอบ ข้อ
ดีคือใช้เชื้อเพลิงแบบใดก็ได้ เช่น ถ่านหิน หนังสือพิมพ์ และน้ำมัน
เป็นต้น ขณะที่เครื่องยนต์สันดาปภายในใช้ได้แต่เพียงน้ำมันเท่านั้น
คำถาม มีวัฎจักรแบบอื่นๆอีกหรือไม่นอกจากวัฏจักรออตโต้
คำตอบ มีอยู่ครับอย่างเช่น กังหันแก๊ส และเครื่องยนต์โรตารี่ แต่ยังอยู่ในขั้นวิจัย ไม่ได้ใช้กับเครื่องยนต์อย่างจริงจัง
คำถาม ทำไมจึงต้องเป็น 8 สูบ ใช้สูบเดียว แต่มีขนาดใหญ่ไปเลยไม่ได้หรือ
คำตอบ สมมติว่าเราใช้กระบอกสูบขนาดใหญ่ 4 ลิตรกระบอกเดียว แทนกระบอกสูบขนาด ครึ่งลิตร จำนวน 8 สูบ เครื่องจะหมุนได้แต่ไม่สม่ำเสมอ ไม่เหมือนกับเครื่องยนต์ V-8 หมุนได้เรียบกว่ามาก อีกเหตุผลหนึ่งคือ แรงบิดช่วงสตาร์ท เมื่อคุณสตาร์ทเครื่องยนต์ V-8 คุณกำลังอัดกระบอกสูบความจุเพียง 1 ลิตร ในจังหวะอัด แต่ถ้าเป็นกระบอกสูบเดียว คุณต้องอัดกระบอกเดียว 4 ลิตร
หน้าถัดไปเป็นหลักการทำงานของเครื่องยนต์ 2 จังหวะ
เครื่องยนต์ 2 จังหวะ
เครื่องยนต์ชนิด 2 จังหวะ
ถูกออกแบบมาไม่เหมือนกับเครื่องยนต์เบนซิน 4 จังหวะคือ เครื่องยนต์ 4
จังหวะจะใช้วาล์ว ไอดี และวาล์วไอเสีย เป็นกลไก ในการจ่ายไอดี
และไอเสียสลับกัน แต่เครื่อง 2 จังหวะ ถูกออกแบบให้มีช่องไอดี และไอเสีย
อยู่ที่กระบอกสูบ ซึ่งช่องนี้ จะเปิด หรือปิดได้
อยู่ที่การเคลื่อนที่ของตัวลูกสูบ เท่ากับว่าลูกสูบ
ทำหน้าที่เป็นวาล์วไปในตัว
จังหวะดูด และอัด ![]() จังหวะกำลัง และจังหวะคาย ![]()
|
เทคโนโลยียานยนต์
วันพฤหัสบดีที่ 27 กันยายน พ.ศ. 2555
เทคโนโลยียานยนต์
สมัครสมาชิก:
บทความ (Atom)