คู่มือ วิวัฒนาการและประเภทของเครื่องยนต์

ในปี พ.ศ. 2236 นายปาแปง (Papin) ชาวฝรงั่ เศสได้คิดประดิษฐเ์ ครอ่ื งจกั รไอ น้าขนึ้ สาเรจ็ เป็นเครอ่ื งแรก และในระยะเดียวกนั นายเซปาเลย์ (Sepaley) ชาว องั กฤษได้ประดิษฐเ์ คร่อื งจกั รไอน้า และสามารถนามาเป็นตวั ต้นกาเนิดกาลงั ฉุด เคร่อื งปัม๊ น้าออกจากเหมืองแรไ่ ด้สาเรจ็ แต่ปรากฏวา่ เครอ่ื งจกั รไอน้ามีปัญหา บางประการ และนายนิวแมน (Newman) ชาวองั กฤษได้ปรบั ปรงุ แก้ไขและพฒั นา ให้ดีขนึ้ จากนัน้ นายเจมส์ วตั ต์ (James Watt) ชาวองั กฤษได้ประดิษฐเ์ ครอ่ื งจกั ร ไอน้า โดยใช้กาลงั ดนั ของไอน้าไปผลกั ดนั ให้ลูกสบู เคลือ่ นไปมาในแนวดิ่งขบั ดนั เพลาให้หมนุ เพื่อเป็นตวั ต้นกาเนิดกาลงั ของเครอ่ื งจกั รไอน้า เป็นพืน้ ฐานของ เคร่ืองยนตท์ ่ีใช้เป็นยานพาหนะต่างๆ ในปัจจบุ นั

เคร่อื งยนต์ (Engine) หมายถึง เคร่อื งจกั รหรือเคร่ืองกลท่ีสามารถ เปล่ียนพลงั งานความรอ้ นให้เป็นพลงั งานกล เครอื่ งยนตแ์ กส๊ โซลีน (Gasolene Engine) หมายถึง เครื่องจกั รหรอื เคร่อื งกลทาหน้าที่เปล่ียนพลงั งานความร้อนของน้ามนั เชื้อเพลิงไปเป็น พลงั งานกลที่ขบั ออกมาทางเพลาข้อเหว่ียง

1. แบง่ ตามลกั ษณะการเผาไหม้ แบ่งออกได้เป็น 2 ชนิด คือ 1.1 เครอื่ งยนตเ์ ผาไหมภ้ ายนอก (External Combustion Engine) คือ เคร่อื งยนตท์ ี่เปลี่ยนพลงั งานกลได้ เครื่องยนตเ์ ผาไหม้ภายนอกมกั มี ขนาดใหญ่ เช่น เคร่ืองจกั รไอน้า เป็นต้น 1.2 เคร่ืองยนตเ์ ผาไหมภ้ ายใน (Internal Combustion Engine) คือ เคร่อื งยนตท์ ่ีเปลี่ยนพลงั งานความรอ้ นที่เกิดจากการเผาไหม้ของ เชื้อเพลิงภายในกระบอกสบู ให้เป็นพลงั งานกลได้เครอ่ื งยนตเ์ ผาไหม้ ภายในแบง่ ออกเป็น 2 ประเภทคือ 1) เครื่องยนตจ์ ดุ ระเบิดด้วยประกายไฟ 2) เครอื่ งยนตจ์ ดุ ระเบิดด้วยการอดั

2. แบง่ ตามระบบระบายความรอ้ น 2.1 เครอ่ื งยนตร์ ะบายความร้อนด้วยอากาศ (Air Cooled Engine) 2.2 เครอ่ื งยนตร์ ะบายความร้อนด้วยของเหลว (Liquid Cooled Engine) 3. แบ่งตามจงั หวะการทางาน 3.1 เคร่อื งยนต์ 4 จงั หวะ (Four Stroke Cycle Engine) 3.2 เคร่อื งยนต์ 2 จงั หวะ (Two Strok Cycle Engine)

4. แบ่งตามลกั ษณะการใช้เชื้อเพลิง เครอ่ื งยนตท์ ่ีมีการเผาไหม้ภายใน 4.1 เครอื่ งยนตแ์ กส๊ โซลีน (Gasoline Engine) หรอื ท่ีเรียกทวั่ ไปว่า เครื่องยนตเ์ บนซิน 4.2 เครื่องยนตแ์ กส๊ เหลว (Liquified Petroleum Gas Engine) 4.3 เคร่อื งยนตด์ ีเซล (Diesel Engine) 5. แบ่งตามการจดั วางกระบอกสบู 5.1 แบบสบู ตงั้ (Vertical Cylinder) 5.2 แบบสบู นอน (Horizontal Cylinder) 5.3 แบบสบู ตรงกนั ข้าม (Opposed Cylinder) 5.4 แบบสบู ตวั วี (V–Type Cylinder)

1. แบบตวั เอฟ (F – Head Valve) การจดั วางลิ้นแบบนี้ ลิ้นไอดีจะถกู จดั ให้ อยบู่ นฝาสบู ของเคร่อื งยนต์ ลิ้นไอเสียอย่ทู ่ีเสือ้ สบู 2. แบบตวั ไอ (I – Head Valve) บางครงั้ อาจเรียกว่า Overhead Valve Engine การจดั วางลิ้นแบบนี้ ลิ้นไอดีและลิ้นไอเสียของเครอื่ งยนตถ์ กู จดั ให้อย่ตู รง ฝาสบู ของเครอ่ื งยนต์ 3. แบบตวั แอล (L–Head Valve) การจดั วางลิ้นแบบนี้ ลิ้นไอดีและลิ้นไอเสีย ของเครอื่ งยนต์ ถกู จดั ให้อย่ดู ้านเดียวกบั กระบอกสบู ลิ้นแบบนี้เราเรียกได้อีกอย่าง หน่ึงว่า ลิ้นด้านข้าง ส่วนใหญ่นิยมใช้กบั เครอื่ งยนตเ์ ลก็ 4. แบบตวั ที (T–Head Vale) การจดั วางลิ้นแบบนี้ ลิ้นไอดีและลิ้นไอเสียของ เครอื่ งยนตจ์ ะอยคู่ นละด้านของกระบอกสบู ลิ้นทงั้ สองจะเปิ ดเมอ่ื ถกู ทาให้เลือ่ นขนึ้

ห้องเผาไหม้ (Combustion Chamber) เป็นช่องว่างที่เหลืออย่ตู รงบริเวณ เหนือลกู สบู เป็นส่วนหน่ึงของฝาสบู ห้องเผาไหม้จะถกู สร้างให้มีขนาดที่ พอเหมาะซ่ึงจะมีผลให้ไอดีเผาไหม้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ การหมนุ วนของ ไอดีเป็นไปอย่างพอเพียงจะทาให้การเผาไหม้เป็นไปอย่างสมบรู ณ์ การหมนุ วนของอากาศที่จะให้ประโยชน์อย่างมากแก่เครือ่ งยนต์ คือ การหมนุ วนของ ไอดีในจงั หวะดดู (Intake Swirl Flow) และการหมนุ วนของไอดีในจงั หวะอดั (Compression Swirl Flow) แบง่ ออกได้ดงั นี้

ห้องเผาไหม้รปู ลิ่ม (Wedge Combustion Chamber) แบบคร่ึงวงกลม (Hemispheric Combustion Chamber) ห้องเผาไหม้แบบถ้วยหรอื มงกฎุ (Cup or Crown Piston Combustion Chamber) ห้องเผาไหม้แบบพระจนั ทรเ์ สี้ยว (Crescent Combustion Chamber) ห้องเผาไหม้แบบบาธทปั (Bathtub Combustion Chamber) ห้องเผาไหม้แบบริคารโ์ ด (Ricardo Combustion Chamber)

1. การทางานเครื่องยนตด์ ีเซล การจดุ ระเบิดใช้การฉีดเชื้อเพลิงเข้าสนั ดาป กบั อากาศที่ถกู อดั อยภู่ ายในห้องเผาไหมซ้ ึ่งมีอณุ หภมู ิอดั ตวั สงู ความเรว็ รอบ สามารถควบคมุ ได้ ด้วยการปรบั แต่งปริมาณน้ามนั ที่ฉีดเข้ากระบอกสบู ส่วน เครือ่ งยนตแ์ กส๊ โซลีน การจดุ ระเบิดใช้ส่วนผสมของไอดีด้วยประกายไฟจากหวั เทียน โดยมีคารบ์ เู รเตอรท์ าหน้าที่ผสมไอดีให้มีอตั ราส่วนที่ถกู ต้องในปริมาณที่ กาหนด อาจแบง่ ความแตกต่างการทางานออกได้เป็น 1.1 อตั ราส่วนความอดั เคร่ืองยนตด์ ีเซลจะใช้อตั ราส่วนความอดั สงู ได้ ประมาณ 12-20 ต่อ 1 หรือมากกว่า ขณะท่ีเครอ่ื งยนตแ์ กส๊ โซลีนจะมีส่วนความอดั ตา่ ถา้ ใช้อตั ราส่วนสงู เกินไปจะทาให้เกิดการระเบิดซ้อนรนุ แรง

1.2 กาลงั ดนั การทางาน เคร่อื งยนตด์ ีเซลจะมีกาลงั ดนั สงู ซ่ึงมีส่วนมา จากการอดั ตวั สงู ประมาณ 28-50 กิโลกรมั ต่อตารางเซนติเมตร ทาให้อากาศที่ถกู อดั ภายในกระบอกสบู มีความรอ้ นมากจนเกินอณุ หภมู ิจดุ ระเบิดของเชื้อเพลิง ส่วนเครอ่ื งยนตแ์ กส๊ โซลีนจะมีเพียง 7-15 กิโลกรมั ต่อตารางเซนติเมตร 1.3 ความเรว็ รอบของการทางาน เคร่อื งยนตด์ ีเซลจะให้กาลงั สงู สุดท่ี ความเรว็ รอบประมาณ 400-1,200 รอบต่อนาที ขณะที่เครอื่ งยนตแ์ กส๊ โซลีนจะให้ กาลงั สงู สดุ ที่ความเรว็ รอบประมาณ 3,000-4,000 รอบต่อนาที 1.4 การจ่ายเชื้อเพลิงเข้าห้องสบู เครอื่ งยนตด์ ีเซลใช้ระบบการจ่าย เชื้อเพลิงเข้าห้องสบู ดีกว่าเครอ่ื งยนตแ์ กส๊ โซลีน เพราะใช้วิธีฉีดเชื้อเพลิงออกจาก หวั ฉีดเขา้ ภายในแต่ละสบู โดยตรง ขณะท่ีเครอ่ื งยนตแ์ กส๊ โซลีนจะย่งุ ยากกว่า เพราะถ้าลกู สบู มีหลายสบู ต้องจ่ายในอตั ราส่วนเท่ากนั ทกุ สบู 1.5 การซูเปอรช์ ารจ์ หรอื การอดั อากาศเขา้ ไปในสบู เพ่ือให้มีกาลงั ดนั สงู กว่าเครอื่ งจะดดู ได้ปกติ ในระบบเครอ่ื งยนตแ์ กส๊ โซลีนนัน้ จะถกู กาจดั เพราะการ เกิดการปะทุ (Detonation) แต่เครื่องยนตด์ ีเซลสามารถป้องกนั การเกิดการปะทไุ ด้ ดีกว่า

1.6 อณุ หภมู ิของไอเสีย เครอื่ งยนตด์ ีเซลจะมีอณุ หภมู ิของไอเสียที่ปล่อย ออกจากเคร่ืองตา่ กวา่ เครอ่ื งยนตแ์ กส๊ โซลีน สามารถนาพลงั งานความร้อนไปใช้ งานได้มากกว่า 1.7 การเริ่มเดินเคร่ือง เครอื่ งยนตด์ ีเซลจะเร่ิมการเดินเครอ่ื งได้ยากกวา่ เครอ่ื งยนตแ์ กส๊ โซลีน เพราะเครอื่ งยนตด์ ีเซลต้องใช้แรงในการขบั เคลื่อนเพลาขอ้ เหว่ียง เพื่อเอาชนะแรงอดั ท่ีเกิดจากอตั ราส่วนความอดั สงู มากของเครอื่ งยนต์ 2. สมรรถนะของเครื่องยนตด์ ีเซลกบั เครอ่ื งยนตแ์ กส๊ โซลีน 2.1 กาลงั ท่ี ได้ต่อหน่วยน้าหนัก ขนาดของชิ้นส่วนของเคร่ืองยนตด์ ีเซล ต้องมีความมนั่ คงแขง็ แรงจึงมีน้าหนักมาก ปกติมีน้าหนักประมาณ 2-10 กิโลกรมั หรอื มากกว่าต่อ 1 แรงม้า แต่ถา้ เป็นเครอ่ื งยนตแ์ กส๊ โซลีนจะหนักเพียง 0.5-3 กิโลกรมั ต่อ 1 แรงม้า

2.2 กาลงั ที่ ได้ต่อหน่วยปริมาตรดดู ลกู สบู ความเรว็ รอบเครอื่ งยนต์ ดีเซลหมนุ เรว็ จะให้กาลงั ได้ประมาณ 0.02 แรงมา้ ต่อปริมาตรดดู ลกู สบู ทกุ ๆ 1 ซีซี แต่ถ้าเป็นเครื่องยนตแ์ กส๊ โซลีนจะให้กาลงั ประมาณ 0.03 แรงม้าต่อปริมาตรดดู ลกู สบู ทกุ ๆ 1 ซีซี 2.3 อตั ราการเรง่ เครอ่ื ง เคร่ืองยนตด์ ีเซลใช้ระบบฉีดน้ามนั เชื้อเพลิงที่ สามารถควบคมุ ปริมาณน้ามนั เชื้อเพลิงท่ีฉีดได้โดยตรง แต่เครอื่ งยนตแ์ กส๊ โซลีน ไมส่ ามารถควบคมุ ได้ 2.4 ความเช่ือถอื เคร่ืองยนตด์ ีเซลจะได้รบั ความเช่ือถอื จากผ้ใู ช้มากกว่า เครอ่ื งยนตแ์ กส๊ โซลีน 3. การประหยดั เชื้อเพลิง เครอ่ื งยนตด์ ีเซลประหยดั เชือ้ เพลิงได้ดีมากเพราะมี ประสิทธิภาพทางความรอ้ นสงู กว่าเครอ่ื งยนตแ์ กส๊ โซลีน ทาให้เคร่ืองยนตด์ ีเซล ได้กาลงั ม้าต่อกิโลกรมั ของเชื้อเพลิงต่อชวั่ โมงสงู กว่าและน้ามนั เชื้อเพลิงยงั มี ราคาถกู กว่า