หลักการทำงานของเครื่องยนต์

งานนำเสนอเรื่อง: "หลักการทำงานของเครื่องยนต์"— ใบสำเนางานนำเสนอ:

1 หลักการทำงานของเครื่องยนต์

2 เครื่องยนต์ที่ใช้กับรถยนต์ในปัจจุบันเป็นเครื่องยนต์ประเภทสันดาปภายใน ซึ่งจะทำหน้าที่เปลี่ยนพลังงานความร้อนที่เกิดจากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงภายในกระบอกสูบให้เป็นพลังงานกล เครื่องยนต์ที่ใช้มีใช้อยู่หลายประเภทด้วยกัน เช่น เครื่องยนต์ แก๊สโซลีน เครื่องยนต์ดีเซล และเครื่องยนต์แก๊สเทอร์ไบน์ เป็นต้น แต่เครื่องยนต์แก๊สโซลีนและเครื่องยนต์ดีเซลเป็นที่นิยมติดตั้งกับรถยนต์นั่งและรถบรรทุก เนื่องจากมีขนาดเล็กและติดตั้งในเนื้อที่จำกัดได้ดี

3 กลวัตรการทำงานของเครื่องยนต์
เครื่องยนต์แก๊สโซลีนจะทำงานโดยดูดเอาไอดี (อากาศกับน้ำมันเชื้อเพลิง)และอัดไอดีโดยการเคลื่อนที่ของลูกสูบ หัวเทียนจะจุดประกายไฟเผาไหม้ไอดีในกระบอกสูบ เกิดแก๊สที่มีแรงดันสูงดันให้ลูกสูบเคลื่อนที่ลง ส่วนเครื่องยนต์ดีเซลจะแตกต่างจากเครื่องยนต์แก๊สโซลีนตรงที่มันจะดูดอากาศบริสุทธิ์จากภายนอกเข้ากระบอกสูบและอัดอากาศด้วยแรงดันของลูกสูบที่เคลื่อนที่ขึ้นจนเกิดความร้อน หัวฉีดจะฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงให้เป็นฝอยละอองคลุกเคล้ากับอากาศที่ถูกอัดให้ร้อน เกิดการลุกไหม้ขึ้นดันให้ลูกสูบเคลื่อนที่ลง จากการเคลื่อนที่ขึ้น-ลงของลูกสูบภายในกระบอกสูบของเครื่องยนต์ทั้งสองประเภท จะทำให้เกิดแรงไปหมุนที่เพลาข้อเหวี่ยงผ่านทางก้านสูบ แก๊สที่เกิดจากการเผาไหม้จะถูกระบายออกไปจากกระบอกสูบทางลิ้นไอเสีย กระบวนการทำงานของเครื่องยนต์ดังกล่าวไปแล้วข้างต้นเรียกว่า กลวัตรหรือไซเกิล (cycle)

4 กลวัตรการทำงานของเครื่องยนต์ในแต่ละแบบย่อมมีความแตกต่างกัน เช่น เครื่องยนต์ 4 จังหวะ ลูกสูบจะเคลื่อนที่ขึ้น-ลงถึง 2 ครั้ง เพลาข้อเหวี่ยงจะหมุนถึง 2 รอบ จึงจะได้งาน 1 ครั้ง ตำแหน่งที่ลูกสูบเคลื่อนที่ขึ้นสูงสุดภายในกระบอกสูบเรียกว่า จุดศูนย์ตายบน (top dead center หรือ TDC) และตำแหน่งที่ลูกสูบเคลื่อนที่ลงต่ำสุดเรียกว่า จุดศูนย์ตายล่าง (bottom dead center หรือ BDC)

5 การทำงานของเครื่องยนต์แก๊สโซลีน 4 จังหวะ
เครื่องยนต์แก๊สโซลีน 4 จังหวะ จังหวะการทำงานใน 1 กลวัตรจะประกอบด้วย จังหวะดูด จังหวะอัด จังหวะระเบิดหรือจังหวะกำลัง และจังหวะคายไอเสีย การประจุไอดีและคายไอเสียจะมีกลไกการเปิด-ปิดลิ้นไอดีและลิ้นไอเสีย เครื่องยนต์แก๊สโซลีน 4 จังหวะจะทำงานครบรอบของการทำงานเมื่อเพลาข้อเหวี่ยงหมุน 2 รอบ ซึ่งจะทำให้การจุดระเบิดเกิดขึ้น 1 ครั้ง

6 การทำงานของเครื่องยนต์แก๊สโซลีน 4 จังหวะมีรายละเอียดดังนี้
1. จังหวะดูด (Suction Stroke) จังหวะนี้ลูกสูบจะเคลื่อนที่ลงจากศูนย์ตายบน (TDC) ลิ้นไอดีจะเปิดและลิ้นไอเสียปิดสนิท ไอดีจะถูกดูดเข้ากระบอกสูบเมื่อลูกสูบเคลื่อนที่ลงสู่จุดศูนย์ตายล่าง (BDC) แรงดันภายในกระบอกสูบจะเริ่มลดน้อยลงกว่าแรงดันบรรยากาศ ทำให้ไอดีถูกดูดเข้ากระบอกสูบจนเต็ม ลิ้นไอดีจะยังคงเปิดไปจนกระทั่งเพลาข้อเหวี่ยงหมุนเลยผ่านจุดศูนย์ตายล่างไป 44 องศา 2. จังหวะอัด (Compression Stroke) ภายหลังจากจังหวะดูดสิ้นสุดลง ลิ้นไอดีจะปิดลงภายหลังจากเพลาข้อเหวี่ยงหมุนเลยจุดศูนย์ตายล่างไป 44 องศา ด้วยกลไกการทำงานของลิ้น ลูกสูบจะเคลื่อนที่จากจุดศูนย์ตายล่างขึ้นสู่จุดศูนย์ตายบน ไอดีจะถูกอัดตัวให้มีปริมาตรน้อยลง ทำให้เกิดกำลังดันและอุณหภูมิสูงขึ้น

7 3. จังหวะระเบิดหรือจังหวะกำลัง (Power Stroke) ก่อนที่ลูกสูบจะเคลื่อนที่ขึ้นถึงจุดศูนย์บน (TDC) หัวเทียนจะจุดประกายไฟเผาไหม้ไอดี ไอดีเมื่อถูกเผาไหม้จะเกิดการลุกไหม้ขึ้นอย่างรวดเร็ว เกิดแรงดันให้ลูกสูบเคลื่อนที่ลงสู่จุดศูนย์ตายล่างอย่างรุนแรง เกิดกำลังงานขับเคลื่อนเครื่องยนต์ ซึ่งจังหวะนี้ ลิ้นไอเสียจะเริ่มเปิดก่อนเมื่อลูกสูบจะเลื่อนถึงจุดศูนย์ตายล่าง 48 องศา 4. จังหวะคาย (Exhaust Stroke) เมื่อสิ้นสุดการทำงานของจังหวะกำลัง ลิ้นไอเสียจะถูกเปิดด้วยกลไกการทำงานของลิ้น ลูกสูบจะเคลื่อนที่จากจุดศูนย์ตายล่างขึ้นสู่จุดศูนย์ตายบนเพื่อขับไล่แก๊สไอเสียที่เกิดจากการเผาไหม้ออกไปจากกระบอกสูบ ลิ้นไอเสียจะปิดเมื่อลูกสูบอยู่ในตำแหน่งจุดศูนย์ตายบนหรือเพลาข้อเหวี่ยงหมุนเคลื่อนเลยจุดศูนย์ตายบนไปประมาณ 10 องศา

8 การทำงานของเครื่องยนต์แก๊สโซลีน 4 จังหวะ

9

10

11

12

13 6.3 การทำงานของเครื่องยนต์แก๊สโซลีน 2 จังหวะ
เครื่องยนต์แก๊สโซลีน 2 จังหวะจะมีกลวัตรการทำงานคือ จังหวะดูด จังหวะอัด จังหวะระเบิด และจังหวะคาย เช่นเดียวกับเครื่องยนต์แก๊สโซลีน 4 จังหวะ แต่จังหวะดูดกับจังหวะอัดจะเกิดขึ้นพร้อมกัน ส่วนจังหวะระเบิดกับจังหวะคายจะเกิดขึ้นพร้อมกัน ซึ่งก็จะทำให้มีจังหวะของการทำงานเพียง 2 จังหวะเท่านั้น เครื่องยนต์แก๊สโซลีน 2 จังหวะจะมีการทำงานดังนี้ เมื่อลูกสูบเคลื่อนที่ลงจากจุดศูนย์ตายบนลงสู่จุดศูนย์ตายล่าง ซึ่งเป็นผลมาจากการระเบิดภายในกระบอกสูบในจังหวะระเบิด แรงดันที่เกิดการเคลื่อนที่ลงของลูกสูบจะไปผลักดันให้ไอดีที่บรรจุอยู่ภายในห้องเพลาข้อเหวี่ยงไหลผ่านช่องทางไอดีเข้าบรรจุภายในห้องเผาไหม้เหนือหัวลูกสูบ ไอดีส่วนหนึ่งจะไปขับไล่ไอเสียให้ออกไปจากห้องเผาไหม้ให้หมด

14 ลูกสูบยังเคลื่อนที่ขึ้นเรื่อย ๆ ซึ่งเกิดจากแรงเฉื่อย มันจะปิดช่องทางไอดีและช่องทางไอเสีย จึงทำให้เกิดการอัดตัวของไอดี ทำให้ปริมาณของไอดีลดลง ก่อนที่ลูกสูบจะเคลื่อนที่ขึ้นถึงจุดศูนย์ตายบน หัวเทียนจะจุดประกายไฟเผาไหม้ไอดี ในเวลาเดียวกัน ช่องทางไอดีจะถูกเปิด ทำให้ห้องเพลาข้อเหวี่ยงเกิดสุญญากาศ ไอดีจะถูกดูดผ่านรีดวาล์วบรรจุภายในห้องเพลาข้อเหวี่ยง ลูกสูบจะเคลื่อนที่ลงสู่จุดศูนย์ตายล่างเมื่อลูกสูบได้รับแรงดันที่เกิดจากการระเบิดที่รุนแรง มันจะเคลื่อนที่ลงทำให้ช่องทางไอเสียเปิด แรงดันไอเสียภายในห้องเผาไหม้สูงมากกว่าแรงดันบรรยากาศภายนอก จึงเป็นเหตุให้แก๊สไอเสียถูกขับออกจากห้องเผาไหม้โดยเร็ว

15

16

17

18 6.4 การทำงานของเครื่องยนต์ดีเซล 4 จังหวะ
เครื่องยนต์ดีเซล 4 จังหวะ การทำงานใน 1 กลวัตรประกอบด้วย จังหวะดูด จังหวะอัด จังหวะกำลัง และจังหวะคาย เช่น เดียวกับเครื่องยนต์แก๊สโซลีน 4 จังหวะทุกประการ แต่มันจะแตกต่างกันที่ส่วนประกอบและหลักการทำงานเท่านั้น กลวัตรการทำงานของเครื่องยนต์ดีเซล 4 จังหวะประกอบด้วยการทำงานดังนี้ 1. จังหวะดูด (Suction Stroke) ในจังหวะนี้ ลิ้นไอดีจะเปิดให้อากาศบริสุทธิ์จากภายนอกดูดเข้ากระบอกสูบ แต่ลิ้นไอเสียจะยังคงปิดสนิทอยู่ ลูกสูบจะเคลื่อนที่ลงสู่จุดศูนย์ตายล่าง อากาศบริสุทธิ์จะไหลเข้ากระบอกสูบจนลูกสูบเคลื่อนที่ถึงจุดศูนย์ตายล่าง เป็นอันสิ้นสุดการทำงานของจังหวะดูด

19 2. จังหวะอัด (Compression Stroke) ลูกสูบจะเคลื่อนที่จากจุดศูนย์ตายล่างขึ้นสู่จุดศูนย์ตายบน ลิ้นไอดีและลิ้นไอเสียจะปิดสนิท อากาศที่บรรจุอยู่ภายในกระบอกสูบจะถูกอัดจนกระทั่งมีแรงดันสูงขึ้นประมาณ 30 กิโลกรัมต่อตารางเซนติเมตร (427 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว) ทำให้เกิดอุณหภูมิความร้อนสูงขึ้นประมาณ 500 ถึง 800 องศาเซลเซียส 3. จังหวะระเบิด (Expansion Stroke) อากาศบางส่วนจะถูกขับดันเข้าสู่ห้องเผาไหม้ช่วยที่อยู่เหนือห้องเผาไหม้หลัก หัวฉีดจะฉีดเชื้อเพลิงให้เป็นฝอยละอองเข้าห้องเผาไหม้ช่วย เกิดผสมคลุกเคล้ากับอากาศร้อนเชื้อเพลิงจึงเกิดการลุกไหม้ขึ้นด้วยตนเอง เนื่องจากเกิดความร้อนและแรงดันสูง เชื้อเพลิงที่ยังไม่เกิดการลุกไหม้จะถูกขับดันให้กลับเข้าสู่ห้องเผาไหม้หลัก คลุกเคล้ากับอากาศในห้องเผาไหม้หลักและลุกไหม้ขึ้นอย่างรวดเร็ว พลังงานที่เกิดจากการเผาไหม้จะผลักดันให้ลูกสูบเคลื่อนตัวลงสู่จุดศูนย์ตายล่าง ส่งผ่านไปยังก้านสูบและเพลาข้อเหวี่ยงถ่ายทอดกำลังออกจากเครื่องยนต์ตามลำดับ

20 4. จังหวะคาย (Exhaust Stroke) ลิ้นไอเสียจะเปิด ส่วนลิ้นไอดีจะปิดสนิทอยู่ ลูกสูบจะเคลื่อนที่ขึ้นจากจุดศูนย์ตายล่างขึ้นสู่จุดศูนย์ตายบน แก๊สไอเสียที่เกิดจากการเผาไหม้จะถูกลูกสูบขับดันให้ไหลออกจากกระบอกสูบซึ่งอุณภูมิความร้อนภายในกระบอกสูบในจังหวะนี้สูงประมาณ 550 ถึง 700 องศาเซลเซียส เมื่อลูกสูบเคลื่อนที่ก่อนถึงจุดศูนย์ตายบน ลิ้นไอเสียจะปิด ส่วนลิ้นไอดีจะเริ่มเปิดเพื่อเริ่มจังหวะดูดอีกครั้ง

21 6.6 การทำงานของเครื่องยนต์ดีเซล 2 จังหวะ
เครื่องยนต์ดีเซล 2 จังหวะ มีกลวัตรการทำงานคือ จังหวะดูด จังหวะอัด จังหวะระเบิดและจังหวะคาย เช่นเดียงกันกับเครื่องยนต์ดีเซล 4 จังหวะ แต่จังหวะดูดกับจังหวะอัดจะเกิดขึ้นพร้อมกัน ในกรณีเดียวกันกับจังหวะระเบิดกับจังหวะคายก็จะเกิดขึ้นพร้อมกัน ลูกสูบจะเคลื่อนที่ขึ้นและลง 2 ครั้ง เพลาข้อเหวี่ยงหมุน 1 รอบ ซึ่งก็จะทำให้จังหวะการทำงานมีเพียง 2 จังหวะเช่นเดียวกับเครื่องยนต์แก๊สโซลีน 2 จังหวะ

22 เครื่องยนต์ดีเซล 2 จังหวะมีหลักการทำงานดังนี้
1. จังหวะที่หนึ่ง เป็นจังหวะดูดและจังหวะอัด จะเริ่มต้นขึ้นเมื่อลูกสูบอยู่ที่จุดศูนย์ตายล่างและเริ่มเคลื่อนที่ขึ้นสู่จุดศูนย์ตายบน ก่อนจะเคลื่อนที่ขึ้น หัวลูกสูบจะอยู่ต่ำกว่าช่องทางไอดีเข้า ทำให้ช่องทางไอดีเปิด โบลว์เออร์จะดูดอากาศจากภายนอกผ่านช่องทางไอดีจนบรรจุเต็ม ลูกสูบจะเคลื่อนที่จากจุดศูนย์ตายล่างขึ้นสู่จุดศูนย์ตายบนปิดช่องทางไอดี ลิ้นไอเสียทั้งสองจะปิดสนิท อากาศจะถูกอัดเต็มที่จนอุณหภูมิสูงขึ้นอย่างรวดเร็ว

23

24 2. จังหวะที่สอง เป็นจังหวะระเบิดกับจังหวะคาย เมื่อลูกสูบเคลื่อนที่ขึ้นอัดอากาศ หัวฉีดจะฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงให้เป็นฝอยละอองเข้าสู่ห้องเผาไหม้คลุกเคล้ากับอากาศร้อน เกิดการเผาไหม้ระเบิดดันให้ลูกสูบเคลื่อนที่ลงสู่จุดศูนย์ตายล่าง ลูกสูบจะเคลื่อนที่ลงประมาณ 80 ถึง 85 เปอร์เซ็นต์ของระยะชัก ลิ้นไอเสียจะเปิดให้ไอเสียระบายออก ทำให้ไอเสียมีกำลังดันต่ำลง ลูกสูบจะเคลื่อนที่ผ่านช่องไอดี อากาศที่มีกำลังดันที่สูงจากโบลว์เออร์จะไหลเข้ากวาดล้างไอเสียที่ตกค้างอยู่ภายในกระบอกสูบออกผ่านทางลิ้นไอเสีย และในเวลาเดียวกันก็จะบรรจุเข้าในกระบอกสูบซึ่งจะเป็นจังหวะที่หนึ่งคือจังหวะดูดกับจังหวะอัดอีกครั้ง

25

26 6.7 ประเภทเครื่องยนต์ 6.7.1แบ่งตามลักษณะจังหวะการทำงานของเครื่องยนต์
แบ่งตามลักษณะการทำงานเป็น 2 แบบด้วยกันคือ 1. เครื่องยนต์ 4 จังหวะ การทำงานใน 1 กลวัตรจะสมบูรณ์ได้เมื่อลูกสูบเคลื่อนตัวขึ้นจากจุดศูนย์ตายบน (TDC) และจุดศูนย์ตายล่าง (BDC) เพื่อทำงานในจังหวะดูด จังหวะอัด จังหวะระเบิด และจังหวะคาย เพลาข้อเหวี่ยงจะหมุน 2 รอบ และเพลาลูกเบี้ยวจะหมุน 1 รอบ 2. เครื่องยนต์ 2 จังหวะ เครื่องยนต์ 2 จังหวะเป็นเครื่องยนต์ที่ใช้ช่องไอดีและช่องไอเสียแทนการทำงานของลิ้น จังหวะการทำงานใน 1 กลวัตรจะทำงานในจังหวะดูด จังหวะอัด จังหวะระเบิด และจังหวะคาย โดยทุกการทำงาน 2 จังหวะ เพลาข้อเหวี่ยงจะหมุน 1 รอบหรือ 360 องศา

27 6.7.2 แบ่งตามลักษณะการจัดวางของกระบอกสูบ
โดยทั่วไปจะมีการจัดวางกระบอกสูบเป็น 3 แบบคือ 1. กระบอกสูบแบบเรียงแถว (Inline Cylinder Engine) เสื้อสูบของเครื่องยนต์แบบเรียงแถวจะถูกหล่อให้กระบอกสูบวางเรียงเป็นแถวเดียวกัน ซึ่งจะมีตั้งแต่ 2, 3, 4 และ 6 สูบ การจัดวางกระบอกสูบแบบนี้เป็นที่นิยมใช้กันอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน เนื่องจากมีลักษณะโครงสร้างที่เรียบง่าย 2. กระบอกสูบแบบตัววี (V-type Cylinder Engine) เสื้อสูบจะถูกหล่อให้กระบอกสูบถูกแยกเป็นออกเป็นลักษณะรูปตัววี การออกแบบจัดวางกระบอกสูบมากกว่า 4 สูบ เช่น เครื่องยนต์วี 6 สูบ เครื่องยนต์วี 8 สูบ และเครื่องยนต์วี 12 สูบ เป็นต้น 3. กระบอกสูบแบบตรงข้ามหรือแบบนอน (Opposed Cylinder Engine) เสื้อสูบจะหล่อให้กระบอกสูบอยู่ตรงข้ามหรือแนวนอน การจัดวางกระบอกสูบแบบนี้ก็เพื่อลดขนาดความสูงของเครื่องยนต์ ส่วนมากจะใช้กับเครื่องยนต์ที่มีขนาดปานกลาง

28

29

30

31

32 6.7.3 แบ่งตามลักษณะการจัดวางของกลไกลิ้น
1. แบบการจัดวางลิ้นอยู่เหนือฝาสูบ (Overhead Valve หรือ OHV) ลิ้นไอดีและลิ้นไอเสียจะถูกติดตั้งอยู่บนฝาสูบ ดังนั้นจึงจำเป็นจะต้องมีลูกกระทุ้งและก้านกระทุ้งลิ้นเพื่อถ่ายทอดแรงไปยังกระเดื่องกดลิ้น ถ้าเป็นเครื่องยนต์ที่จัดวางลูกสูบแบบเรียงแถว ลิ้นทั้งสองจะถูกจัดเรียงอยู่บนฝาสูบเป็นแถวเดียวกัน 2. แบบเพลาลูกเบี้ยวอยู่เหนือฝาสูบ (Overhead Camshaft หรือ OHC) ออกแบบให้เพลาลูกเบี้ยวติดตั้งอยู่บนฝาสูบซึ่งจะหมุนขับลิ้นไอดีและลิ้นไอเสียโดยตรง การส่งถ่ายกำลังงานจากเพลาข้อเหวี่ยงจะผ่านทางโซ่หรือสายพาน ทำให้เครื่องยนต์มีโครงสร้างที่ไม่ซับซ้อนเนื่องจากไม่มีลูกกระทุ้งและก้านกระทุ้ง จึงทำให้มีสมรรถนะสูง รอบเครื่องยนต์สูง การเปิดและปิดลิ้นมีความแม่นยำ

33

34

35 3. เพลาลูกเบี้ยวคู่อยู่บนฝาสูบ (Double Overhead Camshaft หรือ DOHC) การออกแบบเครื่องยนต์แบบนี้จะออกแบบให้มีเพลาลูกเบี้ยวถึงสองเพลาติดตั้งอยู่บนฝาสูบ ซึ่งเพลาลูกเบี้ยวเพลาแรกจะทำหน้าที่ขับกลไกของลิ้นไอดี ส่วนเพลาลูกเบี้ยวเพลาที่สองทำหน้าที่ขับกลไกการเปิดและปิดลิ้นไอเสีย ด้วยเหตุนี้ จึงไม่จำเป็นที่จะต้องมีลูกกระทุ้งและก้านกระทุ้ง ทำให้มีชิ้นส่วนที่น้อยลง แต่จะมีสมรรถนะการทำงานที่สูง การเปิดและปิดลิ้นที่ความเร็วรอบสูงมีความแม่นยำเมื่อเปรียบเทียบกับแบบ OHV และแบบ OHC

36

37 6.7.4 แบ่งตามลักษณะการระบายความร้อน
1. เครื่องยนต์ระบายความร้อนด้วยอากาศ เครื่องยนต์แก๊สโซลีนที่ใช้การระบายความร้อนด้วยอากาศจำเป็นที่จะต้องออกแบบโครงสร้างให้มีลักษณะที่สามารถถ่ายเทความร้อนได้อย่างรวดเร็ว ดังนั้นวัสดุที่ใช้ผลิตเครื่องยนต์จึงต้องมีคุณสมบัติที่สามารถถ่ายเทความร้อนได้อย่างรวดเร็วเช่นกัน

38

39 2. เครื่องยนต์ที่ระบายความร้อยด้วยน้ำ เสื้อสูบของเครื่องยนต์แก๊สโซลีนที่ใช้การระบายความร้อนด้วยน้ำจะถูกออกแบบให้มีช่องทางของน้ำหล่อเย็น เพื่อให้น้ำหล่อเย็นสามารถไหลหมุนเวียนระบายความร้อนรอบ ๆ กระบอกสูบ น้ำหล่อเย็นจะไหลหมุนเวียนได้อย่างอิสระ ดังนั้นทั้งเครื่องยนต์แก๊สโซลีนและเครื่องยนต์ดีเซลจึงต้องมีหม้อน้ำเพื่อทำหน้าที่ให้อากาศจากภายนอกระบายความร้อนออกไปจากน้ำหล่อเย็น

40

41

42 6.8 สมรรถนะของเครื่องยนต์
สมรรถนะของเครื่องยนต์สามารถวัดได้จากองค์ประกอบดังต่อไปนี้ คือ 1. ขนาดความโตของกระบอกสูบและระยะชักของลูกสูบ (Bore and Stroke) ระยะชักที่ใช้กับเครื่องยนต์ได้จัดแบ่งช่วงระยะชักของลูกสูบและขนาดความโตของลูกสูบออกเป็น 3 แบบคือ *เครื่องยนต์ที่มีระยะชักยาว เครื่องยนต์ประเภทนี้จะมีช่วงระยะชักที่ยาวกว่าขนาดความโตของกระบอกสูบทำให้ความเร็วของลูกสูบมีมากกว่า การสึกหรอจะสูงกว่าในช่วงความเร็วรอบที่เท่ากัน แต่อย่างไรก็ตาม เครื่องยนต์ที่มีช่วงระยะชักที่ยาวจะสามารถให้แรงบิดกับเครื่องยนต์ได้ดีกว่า

43 *เครื่องยนต์ที่มีช่วงระยะชักปานกลาง นั้นคือเครื่องยนต์จะต้องมีช่วงระยะชักกับความโตของกระบอกสูบเท่ากัน *เครื่องยนต์ที่มีช่วงระยะชักสั้น เป็นเครื่องยนต์ที่มีช่วงระยะชักสั้นกว่าความโตของกระบอกสูบ ในปัจจุบันนี้รถยนต์นั่งโดยทั่วไปจึงมักใช้เครื่องยนต์ที่มีช่วงระยะชักสั้นและปานกลาง เนื่องจากมีความเร็วของลูกสูบที่ต่ำกว่าเครื่องยนต์ที่มีช่วงระยะชักของลูกสูบยาว จึงทำให้สามารถลดการสึกหรอของกระบอกสูบ ลูกสูบและแหวนได้ดีกว่า

44

45 2. ความจุของกระบอกสูบ (Piston Displacement) คือปริมาตรทั้งหมดของกระบอกสูบซึ่งวัดจากการเคลื่อนที่ของลูกสูบจากศูนย์ตายบนไปสู่จุดศูนย์ตายล่าง และสามารถคำนวณความจุของกระบอกสูบรวมของเครื่องยนต์ มีหน่วยวัดเป็นลูกบาศก์เซนติเมตร (cm3) หรือ CC ซึ่งสามารถหาได้จากสมการต่อไปนี้ V= ¶D2xLxN 4 โดยที่ V= ความจุของกระบอกสูบ ¶= อัตราส่วนของเส้นรอบวงของวงกลมต่อเส้นผ่าศูนย์กลางของวงกลม (22/7 หรือ ) D= ความโตของกระบอกสูบ L= ระยะชักของลูกสูบ N= จำนวนกระบอกสูบของเครื่องยนต์นั้น

46 3. อัตราส่วนกำลังอัด (Compression Ratio) คืออัตราส่วนของปริมาตรของส่วนผสมของไอดีที่ถูกดูดเข้าในกระบอกสูบในจังหวะดูดและจะถูกอัดตัวในจังหวะอัดให้มีปริมาตรหนึ่งภายในห้องเผาไหม้ ถ้าเครื่องยนต์มีอัตราส่วนของกำลังอัดมาก แรงดันที่เกิดจากการเผาไหม้ภายในกระบอกสูบจะมีสูงมาก เช่น เดียวกัน ทำให้เครื่องยนต์มีแรงบิดเพิ่มขึ้น มีกำลังงานมากขึ้น แต่ในขณะเดียวกัน ก็จะประหยัดน้ำมันเชื้อเพลิงแต่อย่างไรก็ตาม ถ้าเครื่องยนต์มีอัตราส่วนของกำลังอัดสูงมากเกินไป จะทำให้อุณหภูมิของไอดีภายในห้องเผาไหม้สูงมาก เป็นสาเหตุให้การเผาไหม้ผิดปกติ (เกิดการน๊อค)

47

48 4. แรงบิดของเครื่องยนต์ (Torque) คือค่าที่แสดงถึงแรงหมุนหรือแรงบิดตัวของเพลาข้อเหวี่ยง ค่าที่ได้จะมีหน่วยวัดเป็นกิโลกรัม-เมตร เราสมารถคำนวณหาแรงบิดที่เกิดขึ้นได้เช่นเดียวกับการใช้ประแจขันโบลต์ได้ โดยกำหนดค่าดังนี้ ความยาวของประแจ = r น้ำหนักที่แขวนไว้ที่ปลายด้านประแจ = F ค่าแรงบิด = T จะได้สมการดังนี้ T = F + r

49 5. กำลังงานของเครื่องยนต์หรือแรงม้า คือความสามารถในการทำงานของเครื่องยนต์ในปริมาณที่กำหนดต่อหน่วยเวลา มีหน่วยวัดเป็นแรงม้า โดยกำหนดการเปลี่ยนแปลงของโหลดที่ชักลากของม้าโดยเฉลี่ยปัจจุบันหน่วยที่ใช้วัดแรงม้ามี 2 ชนิดคือ *แรงม้าในระบบเมตริก มีหน่วยวัดเป็น PS (pferdstarke) ซึ่งค่าวัดได้ใน 1PS = 75 กิโลกรัมเมตรต่อวินาที หรือ hp *แรงม้าในระบบอังกฤษ มีหน่วยวัดเป็น hp (horse-power) ซึ่งค่าที่วัดได้ 1 hp = 550 ฟุต-ปอนด์ต่อวินาทีหรือ PS

50 6.9 เครื่องยนต์หมุนไม่มีสูบ
เครื่องยนต์แบบ Wankel ของเยอรมันใช้โรเตอร์รูปโค้งเกือบเป็นสามเหลี่ยมหมุนลอยตัวอยู่ในห้องเผาไหม้รูปไข่ โรเตอร์นี้ทำหน้าที่เป็นลูกสูบในตัว ซึ่งมีเฟืองในหมุนประสานตามไปกับเฟืองนอกของเพลาเครื่องซึ่งตรึงคงที่ รอบห้องเผาไหม้ก็จะมีช่องให้ไอดีเข้า ช่องหัวเทียนและช่องไอเสียออก เมื่อโรเตอร์หมุนจนเหลี่ยมหนึ่งปิดช่องไอเสีย ช่องไอดีก็จะเปิดให้เชื้อเพลิงเข้า (ดังหมายเลข ๒ ของ II) แล้วด้านนี้จะหมุนพาเชื้อเพลิงเข้าไปอัดกับผนังห้องเผาไหม้ตรงด้านหัวเทียน พร้อมกับหัวเทียนจุดระเบิด ( ตรงหมายเลข ๗ ของรูป II) ทำให้เกิดแรงผลักหมุนออกไปทางท่อไอเสีย ( ดังหมายเลข ๘ ของรูป VI) และหมุนโค้งต่อไปจนด้านนี้ของสามเหลี่ยมถึงท่อไอเสียก็จะปล่อยไอเสียออกไป

51 ขณะที่ด้านหนึ่งของโค้งสามเหลี่ยมทำงาน อีก ๒ ด้านที่เหลือของโค้งสามเหลี่ยมโรเตอร์ก็ทำงานด้วย จึงคล้ายกับมีเครื่องยนต์สามสูบทำงานไล่ลำดับกัน ภายในห้องเผาไหม้ห้องเดียว บริษัทรถยนต์ NSU ของเยอรมันได้ผลิตรถสปอร์ตสองที่นั่งขึ้นใช้ ต่อมาก็แพร่ออกไปถึงอเมริกา อังกฤษ และญี่ปุ่น ปัจจุบันบริษัท Mazda ก็ผลิตรถยนต์ Mazda R. 100 ซึ่งใช้เครื่องยนต์ประเภทนี้

52

53

54 6.10 เครื่องยนต์คอมมอนเรล

55 รถยนต์ค่ายต่างๆ ก็พยายามพัฒนาเครื่องยนต์คอมมอนเรลกันเกือบทุกค่าย แม้ว่าจะมีหลักการทำงานเดียวกันแต่ก็มีการปรับแต่งที่แตกต่างกันไปและแน่นอนว่าด้วยเหตุผลด้านการตลาด ชื่อก็ต้องให้แตกต่างกัน อย่างเช่น D-4D (Toyota), i-TEQ (Isuzu), DI-D (Mitsubishi), YD-Di (Nissan), DuraTORQ TDCi (Ford) เป็นต้น

56 การทำงานของเครื่องดีเซลแบบเดิม เป็นที่รู้กันว่าหลักการทำงานของเครื่องยนต์ที่ใช้น้ำมันเชื้อเพลิงดีเซลจะแตกต่างกันที่ เครื่องยนต์เบนซินต้องใช้หัวเทียนในการจุดระเบิด ในขณะที่เครื่องยนต์ดีเซลจุดระเบิดโดยแรงอัดของลูกสูบ (อัดจนอากาศร้อน) ส่วนการจ่ายน้ำมันเชื้อเพลิงในเครื่องยนต์ดีเซลแบบนี้จะใช้ปั๊มหัวฉีดในแต่ละสูบ ซึ่งนี่ก็คือความแตกต่างที่สำคัญที่สุดกับระบบคอมมอนเรล การทำงานของเครื่องดีเซลคอมมอนเรล สำหรับเครื่องยนต์แบบคอมมอนเรลนั้น จะใช้ท่อส่งน้ำมันเชื้อเพลิงแรงดันสูงหลักเป็นตัวส่งน้ำมันกับแรงดัน และใช้การควบคุมหัวฉีดที่เปิดปิดโดยอาศัยระบบแม่เหล็กเซเลนอยด์ในการจ่ายน้ำมันเชื้อเพลิงเข้าห้องเผาไหม้ ส่วนการควบคุมตัวเซเลนอยด์ก็อาจใช้คอมพิวเตอร์ในการควบคุมอีกทีหนึ่ง ดังนั้นยิ่งมีแรงดันในท่อส่งมากเท่าไหร่ก็ยิ่งดี

57 ความเป็นมาในการพัฒนา นับได้ว่าแรงดันก็คือพระเอกสำหรับระบบนี้กันเลยทีเดียว ดังนั้นจึงได้มีการจัดลำดับรุ่นของการพัฒนาระบบคอมมอลเรลตามระดับแรงดันดังนี้ รุ่นที่ 1 มีแรงดันตั้งแต่ 1,000 บาร์ ขึ้นไป รุ่นที่ 2 มีแรงดัน 1,600 บาร์ รุ่นที่ 3 มีแรงดัน 1,600 บาร์ ควบคุมการจ่ายเชื้อเพลิงด้วย piezo (เป็นอุปกรณ์ที่นำมาใช้แทนแม่เหล็กเซเลนอยด์ สามารถขยายตัวได้อย่างรวดเร็วด้วยไฟฟ้า ทำให้การควบคุมแรงดันสูงๆ เป็นไปด้วยความแม่นยำมาก) รุ่นที่ 4 มีแรงดันตั้งแต่ 2,000 บาร์ ขึ้นไป

58 สรุปข้อดี การพัฒนาเครื่องยนต์คอมมอนเรลนั้นก็เพื่อวัตถุประสงค์หลักๆ คือ เพิ่มประสิทธิภาพทั้งแรงม้าและแรงบิดของเครื่องยนต์ดีเซล ประหยัดน้ำมันขึ้น ลดไอเสียและลดเสียงลง