ผู้เขียน หัวข้อ: พื้นฐานของเครื่องยนต์ (อ่าน 17482 ครั้ง)

พื้นฐานของเครื่องยนต์

เราสามารถแบ่งประเภทของเครื่องยนต์จากการเผาไหม้ ออกได้เป็น 2 ประเภทดังนี้

เครื่องยนต์สันดาปภายใน ( Internal combustion engine) การเผาไหม้เกิดขึ้นในเครื่องยนต์ มีอยู่หลายแบบ เช่น เครื่องยนต์เบนซิน เครื่องยนต์โรตารี่ และ เครื่องยนต์แก๊สเทอร์ไบน์ แต่ละแบบมีข้อดีและข้อเสียแตกต่างกันไป
เครื่องยนต์สันดาปภายนอก (external combustion engine) การเผาไหม้เกิดขึ้นนอกเครื่องยนต์ เช่น เครื่องจักรไอน้ำ มีให้เห็นอยู่ในรถไฟรุ่นเก่า และ เรือกลไฟ เชื้อเพลิงได้จากถ่านหิน ไม้ น้ำมัน หรืออะไรก็ได้ที่เผาและได้พลังงาน ไปเปลี่ยนน้ำจากของเหลวไปเป็นไอน้ำความดันสูงผลักดันชิ้นส่วนของเครื่องจักรให้เคลื่อนไหว การสันดาปภายนอกทำให้สูญเสียพลังงานความร้อนออกสู่ภายนอกโดยไม่ได้ใช้ประโยชน์มาก ดังนั้นประสิทธิภาพจึงต่ำกว่า เครื่องยนต์สันดาปภายในมาก และเครื่องจักรไอน้ำมีขนาดใหญ่ เป็นเหตุผลหนึ่งที่ว่า เครื่องยนต์ในปัจจุบัน จึงไม่ได้ใช้เครื่องจักรไอน้ำอีกเลย

เครื่องจักรไอน้ำที่ใช้กับรถไฟ

รถยนต์เกือบทุกคันในปัจจุบัน ล้วนแต่ใช้การสันดาปภายในทั้งสิ้น และมีลักษณะเป็นแบบลูกสูบเคลื่อนที่ขึ้นและลง เพราะให้ประสิทธิภาพสูงกว่าเครื่องยนต์สันดาปภายนอกราคาไม่แพง เมื่อเทียบกับเครื่องยนต์กังหันแก๊ส เติมเชื้อเพลิงได้ง่ายกว่า เมื่อเทียบกับรถไฟฟ้า

ลิ้งค์หัวข้อ: บ้านหรรษา ดอทคอม/topic/4306

การเผาไหม้คือหัวใจ

เพื่อให้เราเข้าใจหลักการทำงานของเครื่องยนต์ลูกสูบ ว่าเกิดจากการสันดาปภายในได้อย่างไร เรามาลองเปรียบเทียบการยิงปืนใหญ่สมัยโบราณ เชื่อว่า คุณคงเคยดูภาพยนต์ ก่อนที่ทหารจะยิงปืนใหญ่ พวกเขาจะต้องบรรจุดินปืน พร้อมกับกระทุ้งด้วยด้ามไม้เพื่อให้ดินปืนอัดตัวกันแน่น แล้วจึงใส่กระสุนปืนใหญ่เข้าไป เมื่อข้าศึกวิ่งเข้ามาอยู่ในวิถีกระสุน ทหารจะใช้คบเพลิงจุดสายฉนวน ไฟจากสายฉนวนวิ่งไปจุดดินระเบิดภายในกระบอก พอระเบิดตูม ลูกกระสุนวิ่งออกไป นี่แหละครับต้นแบบของเครื่องยนต์สันดาปภายใน โดยมีการเผาไหม้เกิดขึ้นอยู่ภายในกระบอกปืน

บางท่านอาจจะยังคงงงอยู่ว่า ไปเกี่ยวข้องกับเครื่องยนต์แบบลูกสูบได้อย่างไร ดูรูปข้างล่างก่อนครับ ลูกกระสุนปืนใหญ่ได้รับแรงระเบิดจากภายในถูกกระแทกและพุ่งออกมาทางปากกระบอก

ลิ้งค์หัวข้อ: บ้านหรรษา ดอทคอม/topic/4306

เครื่องยนต์แบบลูกสูบ

หลักการทำงานของปืนใหญ่ เป็นหลักการเดียวกันกับการเผาไหม้ของเครื่องยนต์ลูกสูบ ถ้าคุณเผาอะไรก็ได้อยู่ในห้องเล็กและแคบ หรือจุดระเบิดขึ้น พลังงานความร้อนจะถูกส่งผ่านไปยังแก๊ส และทำให้แก๊สขยายตัวอย่างรวดเร็ว ผลักดันลูกปืนหรือลูกสูบให้วิ่งออกไป ในปืนใหญ่ พลังงานจากการระเบิดถูกเปลี่ยนเป็นการเคลื่อนที่ของลูกปืน ส่วนในกระบอกสูบ พลังงานจากการระเบิดของเชื้อเพลิงถูกเปลี่ยนเป็นการวิ่งของลูกสูบภายในกระบอกสูบ

เครื่องยนต์แบบลูกสูบแบบหนึ่ง ใช้ระบบการเผาไหม้แบบ 4 จังหวะ เรียกว่า เครื่องยนต์ 4 จังหวะ ( Four-stroke combustion cycle) หรือเรียกว่า วัฎจักรออตโต้ เพื่อให้เกียรติกับท่าน Nikolas otto ซึ่งค้นคิดประดิษฐ์เครื่องจักรนี้ขึ้นมาเมื่อปี ค.ศ. 1867 โดยแบ่งจังหวะออกเป็นดังนี้

1 ดูด
2 อัด
3 ระเบิด
4 คาย

ลิ้งค์หัวข้อ: บ้านหรรษา ดอทคอม/topic/4306

เครื่องยนต์ 4 จังหวะ

ในรูปภาพคุณจะได้เห็นว่าลูกสูบนั้นเปรียบเทียบได้กับลูกปืนใหญ่ โดยต่อลูกสูบเข้ากับก้านลูกสูบ (Connecting rod) และเพลาข้อเหวี่ยง (Crankshaft) ขณะที่เพลาข้อเหวี่ยงหมุนมันจะไปหมุนล้อขับเคลื่อนให้รถไปข้างหน้า

เครื่องยนต์ 4 จังหวะมีหลักการทำงานดังนี้

เครื่องยนต์ที่ใช้กันในรถยนต์ปัจจุบันนั้นเป็นเครื่องยนต์แบบ 4 จังหวะ คือ ดูด อัด ระเบิด คาย จะทำงานภายใต้การหมุนของเครื่องยนต์ 2 รอบ หรือ 1 Cycle

1.ดูด ( Intake )
จังหวะดูดนั้นเริ่มต้นจากลูกสูบอยู่ด้านบนเคลื่อนที่ลงมาสู่ด้านล่างเพื่อดูดส่วนผสมไอดี(น้ำมันและอากาศ)เข้ามาในกระบอกสูบโดยดูดผ่านทางวาล์วไอดี ซึ่งวาล์วไอดีจะปิดเมื่อสิ้นสุดจังหวะดูด โดยที่การเคลื่อนที่ของลูกสูบจะขึ้นอยู่กับเพลาข้อเหวี่ยง(Crank shaft ) ดังรูปทางซ้ายมือ

2. อัด ( Compression )
เมื่อวาล์วไอดีปิดเรียบร้อยแล้ว ลูกสูบก็จะเคลื่อนที่จากล่างขึ้นบน เพื่ออัดส่วนผสมไอดีที่ถูกดูดเข้ามาทั้งหมด ถูกอัดตัวทำให้แรงดันในกระบอกสูบสูงขึ้น สมมุติ อัตราส่วน กำลังอัด 10ต่อ1 ก็หมายความว่า ลูกสูบลูกหนึ่งสามารถดูดอากาศเข้าไปได้ 10 ลิตรลูกสูบก็จะต้องอัดอากาศ 10 ลิตรให้เหลือเพียง 1 ลิตร ดูจากรูป

3.ระเบิด ( Expansion )
รูปด้านซ้ายจะเห็นว่า ในจังหวะนี้จะต่อเนื่องกับจังหวะที่แล้วคือในตำแหน่งที่ลูกสูบขึ้นไปสูงสุดนั้นจะมีการเผาไหม้เกิดขึ้น ตามรูปทางซ้ายมือ ซึ่งหัวเทียนเป็นตัวทำให้เกิดประกายไฟเพื่อไปจุดส่วนผสมระหว่างน้ำมันกับอากาศให้เกิดการเผาไหม้ และในจังหวะระเบิดนี้เองที่ส่งกำลังออกมาให้ใช้งานกัน และลูกสูบก็จะเคลื่อนที่ลงมาสู่ด้านล่าง และวาล์วไอเสียก็จะเริ่มเปิด

4.คาย ( Exhaust )
เป็นการทำงานต่อจากจังหวะระเบิด เมื่อลูกสูบได้รับแรงกระแทกมาจากการเผาไหม้ ทำให้ลูกสูบเคลื่อนที่ลงมาสู่ด้านล่าง พร้อมกับเปิดวาล์วไอเสีย แล้วลูกสูบก็จะเคลื่อนที่ขึ้นสู่ด้านบนพร้อมกับจัดการกวาดเอาไอเสียออกไป และเมื่อลูกสูบขึ้นไปจนสุด วาล์วไอเสียก็จะปิด วาล์วไอดีก็จะเริ่มเปิดเพื่อเข้าสู่การดูดอีกครั้ง และจะวนอยู่แบบนี้ไปเรื่อยๆ เมื่อสิ้นสุดจังหวะคาย ซึ่งเป็นจังหวะที่ 4 ก็หมุนวนซ้ำเข้าสู่จังหวะดูดอีกครั้ง ความแตกต่างระหว่างการเคลื่อนที่ของลูกสูบ กับลูกปืนใหญ่ คือ ลูกสูบเคลื่อนที่กลับไปมา ส่วนลูกปืนใหญ่เคลื่อนที่แบบเส้นตรง เพราะในเครื่องยนต์มีก้านลูกสูบ และเพลาข้อเหวี่ยงเปลี่ยนการเคลื่อนที่ในแนวเส้นตรงของลูกสูบไปเป็นการเคลื่อนที่แบบการหมุน ไปหมุนล้อให้รถเคลื่อนที่

ลิ้งค์หัวข้อ: บ้านหรรษา ดอทคอม/topic/4306

การจัดเรียงกระบอกสูบ

ส่วนสำคัญสุดของเครื่องยนต์คือกระบอกสูบ 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

การเรียงของกระลูกสูบเป็นแนวนอน ลูกสูบจัดเรียงกันเป็นสองแถวตรงกันข้ามกัน

ลิ้งค์หัวข้อ: บ้านหรรษา ดอทคอม/topic/4306

ความจุของกระบอกสูบ

ห้องเผาไหม้ภายในกระบอกสูบ เป็นบริเวณที่ถูกแรงกดและอัดอยู่ตลอดเวลา ขนาดบรรจุของแก๊สภายในกระบอกเปลี่ยนแปลงตามตำแหน่งขึ้นและลงของกระบอกสูบ ความแตกต่างระหว่างปริมาตรน้อยสุดและมากสุด เรียกว่า ความจุของกระบอกสูบ (Displacement) มีหน่วยเป็นลิตร หรือ ซีซี (cc) ซีซี ย่อมาจาก ลูกบาศก์เซนติเมตร โดยที่ 1000 ซีซี มีค่าเท่ากับ 1 ลิตร

ยกตัวอย่างเช่น

เลื่อยวงเดือนใช้เครื่องยนต์ความจุ 40 CC
มอเตอร์ไซด์ใช้เครื่องยนต์ขนาดความจุ 500 CC หรือ 750 CC
รถสปอร์ต ใช้เครื่องยนต์ขนาดความจุ 5 ลิตร ( 5,000 CC )

รถยนต์เก๋งทั่วไปมีความจุอยู่ระหว่าง 1.5 ลิตร ( 1,500 ซีซี) ถึง 4 ลิตร (4,000 CC)

ถ้าคุณใช้เครื่องยนต์ 4 สูบ แต่ละสูบมีความจุครึ่งลิตร แสดงว่าเครื่องยนต์ของคุณมีความจุทั้งหมด 2 ลิตร ( 2,000 ซีซี ) หรือถ้าเป็นรถยนต์แบบวี 6 คือมี 6 กระบอกสูบเรียงกันเป็นแบบตัววี แต่ละกระบอกมีความจุครึ่งลิตร แสดงว่าเครื่องยนต์นี้มีความจุ 3 ลิตรแบบวี 6

เครื่องยนต์ 4 สูบ

โดยปกติความจุของกระบอกสูบมีความสัมพันธ์กับกำลังของเครื่องยนต์ ลูกสูบที่มีความจุครึ่งลิตรมีปริมาตรเป็นสองเท่าของลูกสูบที่มีความจุ 1/4 ลิตร คุณสามารถประมาณได้ว่า มีกำลังมากกว่า 2 เท่าด้วย ดังนั้นเครื่องยนต์ขนาด 2 ลิตรมีกำลังเพียงครึ่งหนึ่งเมื่อเทียบกับเครื่องยนต์ขนาด 4 ลิตร

ดังนั้นกำลังของเครื่องยนต์ขึ้นอยู่กับจำนวน และขนาดของลูกสูบ ยิ่งมีขนาดใหญ่ขึ้น แรงและกำลังก็ยิ่งมากขึ้น

ลิ้งค์หัวข้อ: บ้านหรรษา ดอทคอม/topic/4306

#ลิ้งค์ยูทูปไม่ถูกต้อง#

ลิ้งค์หัวข้อ: บ้านหรรษา ดอทคอม/topic/4306

ลิ้งค์หัวข้อ: บ้านหรรษา ดอทคอม/topic/4306

ลิ้งค์หัวข้อ: บ้านหรรษา ดอทคอม/topic/4306

ผู้เขียน หัวข้อ: พื้นฐานของเครื่องยนต์ (อ่าน 17482 ครั้ง)

พื้นฐานของเครื่องยนต์ (อ่าน 17482 ครั้ง)

Re: พื้นฐานของเครื่องยนต์ (อ่าน 17482 ครั้ง)

Re: พื้นฐานของเครื่องยนต์ (อ่าน 17482 ครั้ง)

Re: พื้นฐานของเครื่องยนต์ (อ่าน 17482 ครั้ง)

Re: พื้นฐานของเครื่องยนต์ (อ่าน 17482 ครั้ง)

Re: พื้นฐานของเครื่องยนต์ (อ่าน 17482 ครั้ง)

Re: พื้นฐานของเครื่องยนต์ (อ่าน 17482 ครั้ง)

Re: พื้นฐานของเครื่องยนต์ (อ่าน 17482 ครั้ง)

Re: พื้นฐานของเครื่องยนต์ (อ่าน 17482 ครั้ง)

ศูนย์กลางข้อมูล

Banhunsa Board

Banhunsa VIP

Newsletter