Show 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 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) 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 ดูขำขำ คลายความเครียด คุณสมบัติเครื่องยนต์แก๊สโซลีน มีอะไรบ้างเครื่องยนต์แก๊สโซลีน, เครื่องยนต์สันดาปภายในชนิดหนึ่งซึ่งทำงานได้โดยใช้ประกายไฟฟ้าจากหัวเทียนจุดระเบิดเชื้อเพลิงในกระบอกสูบ ซึ่งจะดันลูกสูบให้เคลื่อนที่ [พจนานุกรมศัพท์ สสวท.] spark plug. หัวเทียน, อุปกรณ์ที่ใช้ในเครื่องยนต์แก๊สโซลีนทำหน้าที่จุดระเบิดเชื้อเพลิงที่ฉีดเข้าไปในกระบอกสูบ [พจนานุกรมศัพท์ สสวท.]
เครื่องยนต์แก๊สโซลีนมีอะไรบ้างน้ำมันเบนซิน ในสหรัฐและแคนาดาเรียกว่า แกโซลีน (อังกฤษ: gasoline หรือ gas) ในประเทศเครือจักรภพอังกฤษเรียกว่า เพทรอล (อังกฤษ: petrol ย่อมาจาก petroleum spirit) เป็นน้ำมันเชื้อเพลิงสำหรับใช้กับเครื่องยนต์สันดาปภายใน ชนิดเครื่องยนต์เบนซิน ซึ่งใช้หัวเทียนในการจุดระเบิดภายในเครื่องยนต์
เครื่องยนต์แก๊สโซลีนมีกี่จังหวะเครื่องยนต์แก๊สโซลีน 4 จังหวะ
ต่อมาลูกสูบเคลื่อนที่ขึ้นในจังหวะอัด (Compression Stroke) เพลาข้อเหวี่ยงหมุนรอบที่ 2 ลูกสูบเคลื่อนที่ลงในจังหวะกำลัง หรือจังหวะระเบิด (Power Stroke or Expansion Stroke) สุดท้ายลูกสูบเคลื่อนที่ขึ้นในจังหวะคาย (Exhaust Stroke) ถ้าเครื่องยนต์มีหลายสูบ แต่ละสูบจะทำงานเวียนตามลำดับการจุดระเบิด
เครื่องยนต์แก๊สโซลีนและเครื่องยนต์ดีเซลแตกต่างกันอย่างไรน้ำมันดีเซลมีพลังงานมากกว่าน้ำมันเบนซินในปริมาณเท่ากัน ทำให้ประหยัดน้ำมันมากกว่า รถเครื่องยนต์ดีเซลมีการปล่อยก๊าซ CO2 ที่น้อยกว่า เนื่องจากโดยทั่วไปแล้ว รถยนต์เบนซินมีการใช้ปริมาณเชื้อเพลิงที่มากกว่ารถยนต์ดีเซล ทำให้มีการปล่อยก๊าซ CO2 ในปริมาณที่มากกว่าเช่นเดียวกัน เครื่องยนต์ดีเซลมีความทนทานมากกว่าเครื่องยนต์เบนซิน
|