2. หลักการเครื่องยนต์เผาไหม้ภายใน

รูปเครื่องยนต์ฮอนด้า วีเทค ตระกูล เค  (Honda V-TEC K Series)

แนะนำเพื่อให้อ่านได้ต่อเนื่องให้ คลิกขวาเลือก Open link in new window

รูปภาคตัดเครื่องยนต์ฮอนด้า วีเทค ตระกูล เค  (Honda V-TEC K Series)

            หลักการเครื่องยนต์เผาไหม้ภายในของเครื่องยนต์ลูกสูบ ลองมาสมมติง่าย ๆ ถ้าคุณใส่น้ำมันเชื้อเพลิงเล็กน้อย ลงในกระป๋องเล็ก ๆ ปิดฝา และจุดไฟใส่ในกระป๋อง ผลก็คือเกิดการระเบิดของน้ำมันเชื้อเพลิงในกระป๋อง

การระเบิด ก็คือการขยายตัวอย่างรุนแรงของเชื้อเพลิง มันเป็นพลังงานรูปแบบหนึ่ง ที่สามารถนำมาใช้ประโยชน์โดยการนำมาประยุกต์สร้างเครื่องยนต์ ถ้าคุณสามารถทำให้มันเกิดการระเบิดอย่างเป็นวัฏจักรได้ คือให้มันเกิดการระเบิดติดต่อกันหลาย ๆ ครั้งเช่น 100 ครั้งต่อนาที และถ้าคุณสามารถควบคุมพลังงานที่ออกมา เพื่อให้เกิดมาเป็นแรงในการหมุนของล้อได้ นี้ก็จะเป็นแก่นเนื้อหาของเครื่องยนต์ในรถยนต์

รูปเครื่องยนต์เผาไหม้ภายใน

รูปนิโคลัส ออกัส ออตโต (Nicolas August Otto)

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

ในวัฏจักรออตโต เครื่องยนต์หมุน 2 รอบ จะได้งาน 1 ครั้ง ขั้นตอนจะมีดังนี้

วิดีโอการทำงานเครื่องยนต์วัฏจักรออตโต 4 จังหวะ

รูปจังหวะการทำงานของเครื่องยนต์ 4 จังหวะ ตามวัฏจักรออตโต คือ ดูด อัด ระเบิด คาย

รูปจังหวะดูด

1.            จังหวะดูด (Intake) ลูกสูบเริ่มต้นที่จุดสูงสุด เลื่อนลงมาขณะเดียวกันวาล์วไอดี (Intake valve) จะเปิด และวาล์วไอเสีย (Exhaust valve) ปิด ดูดส่วนผสมเชื้อเพลิง และอากาศที่เรียกว่า ไอดี (Air / Fuel mixer) เข้ามาในกระบอกสูบ ลูกสูบจะเลื่อนลงจนถึงจุดต่ำสุด นี้คือจังหวะดูด  

รูปจังหวะอัด

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

รูปจังหวะระเบิด

3.            จังหวะระเบิด, ได้งาน (Combustion, Power) หรือจังหวะเผาไหม้ เมื่อลูกสูบเคลื่อนที่ขึ้นสูงสุดแล้ว วาล์วไอดี และไอเสียยังปิดอยู่ หัวเทียน (Spark plug) จะทำการจุดระเบิดไอดีที่มีความดันอันเกิดจากจังหวะอัด เกิดการระเบิดภายในห้องเผาไหม้อย่างรุนแรง ถีบให้ลูกสูบเลื่อนลง จังหวะนี้คือจังหวะที่นำไปใช้งานในการเคลื่อนที่ของรถยนต์ เป็นจังหวะเดียวที่ได้งานในจำนวน 4 จังหวะ

รูปจังหวะคาย

4.            จังหวะคายไอเสีย (Exhaust) ลูกสูบจะเคลื่อนที่ขึ้น ขณะเดียวกันวาล์วไอเสียจะเปิด ขับไล่ไอเสียออกจากกระบอกสูบ วาล์วไอดียังคงปิดอยู่ นี้คือจังหวะคาย

เมื่อทำงานถึงวัฏจักรที่ 4 ต่อไปก็จะ วนกลับมาทำงานในวัฏจักรที่ 1 ต่อไปวนเวียนเช่นนี้จนกระทั่งน้ำมันเชื้อเพลิงหมด หรือดับเครื่องยนต์

รูปชุดลูกสูบ

รูปส่วนประกอบของชุดลูกสูบ

รูปรายชื่อส่วนประกอบของชุดลูกสูบ

            ลูกสูบ (Piston) จะอยู่ในกระบอกสูบ (Cylinder) ลูกสูบจะทำงานโดยการวิ่งขึ้น / ลง ปลายด้านล่างจะต่อกับเพลาข้อเหวี่ยง (Crankshaft) โดยมีตัวเชื่อมต่อคือ ก้านสูบ (Connecting rod)

รูปลูกสูบที่ประกอบกับเพลาข้อเหวี่ยง

โดยเพลาข้อเหวี่ยงจะทำหน้าที่เปลี่ยนแปลงพลังงานจากการระเบิด ไปเป็น การหมุน (พลังงานความร้อน ไปเป็น พลังงานกล)

ข้อน่าสังเกต การเคลื่อนที่ของลูกสูบภายในกระบอกสูบเป็นการเคลื่อนที่ขึ้นลง เป็นเส้นตรง แต่จะถูกแปลงไปเป็นการหมุนโดยมีเพลาข้อเหวี่ยงเป็นตัวแปลงให้เป็นการหมุนของเพลา เพื่อขับเคลื่อนยานยนต์

ข้อคิดดี ๆ ที่นำมาฝาก

“คาถาที่ควรมีไว้ประจำใจ เมื่อจะซื้อของกินของใช้
ให้ท่องคาถาว่า จำเป็นไหม จำเป็นไหม”