หลักการทำงานของเครื่องยนต์แก๊สโซลีน

งานเคร่ืองยนต์แก๊สโซลนี (Gasoline Engine Job) รหัสวชิ า 20101-2001 หลกั การทางานของเคร่ืองยนต์ แก๊สโซลนี

เครื่องยนต์แก๊สโซลีน (Gasoline Engine) หมายถึง เคร่ืองจกั ร หรื อเครื่ องกลที่เปล่ียนพลังงานความร้ อนจากการเผาไหม้น้ ามัน เบนซินใหเ้ ป็นพลงั งานกล ส่งผา่ นกาลงั งานไปยงั ส่วนประกอบต่าง ๆ เช่น ลูกสูบ ก้านสูบ เพลาขอ้ เหว่ียง เป็ นตน้ เครื่องยนต์แก๊สโซลีน มีการทางานท้งั แบบ 4 จงั หวะ ลูกสูบเคล่ือนท่ีข้ึนลง 4 คร้ัง ข้ึน 2 คร้ัง ลง 2 คร้ัง เพลาขอ้ เหว่ียงหมุน 2 รอบ จะให้กาลังงาน 1 คร้ัง และ เคร่ืองยนต์ 2 จงั หวะ ลูกสูบเคล่ือนที่ข้ึนลง 2 คร้ัง เพลาขอ้ เหวีย่ งหมุน 1 รอบ ไดก้ าลงั งาน 1 คร้ัง

สาระการเรียนรู้ 1. ประเภทของเครื่องยนต์ 2. หลกั การทางานของเคร่ืองยนต์ 3. การทางานของเคร่ืองยนต์ 4 จงั หวะ 4. การทางานของเคร่ืองยนต์ 2 จงั หวะ 5. วาล์ว-โอเวอร์แลป 6. เปรียบเทยี บเคร่ืองยนต์

จุดประสงค์ 1. อธิบายประเภทของเคร่ืองยนต์ได้ การเรียนรู้ 2. อธิบายหลกั การทางานของเคร่ืองยนต์ได้ 3. บอกการทางานของเครื่องยนต์ 4 จังหวะได้ 4. บอกการทางานของเคร่ืองยนต์ 2 จงั หวะได้ 5. วเิ คราะห์หลกั การทางานของเครื่องยนต์ได้ 6. เปรียบเทียบข้อดีเครื่องยนต์ได้

สมรรถนะประจาหน่วย 1. แสดงความรู้การทางานของเคร่ืองยนตแ์ กส๊ โซลีนได้ ตามเกณฑ์ 2. ถอด ตรวจสภาพ และประกอบเครื่องยนตไ์ ดต้ ามคู่มือ 3. วดั ความโก่งหนา้ เส้ือสูบและฝาสูบไดต้ ามคู่มือ

1 ประเภทของเคร่ืองยนต์ เครื่องยนต์ (Engine) หมายถึง เคร่ืองจกั รหรือเครื่องกลที่เปลี่ยนพลงั งานความร้อนจากการ เผาไหมเ้ ป็ นพลงั งานกล เป็ นแหล่งกาเนิดพลงั งาน ทาใหเ้ ครื่องยนตก์ ลไกเกิดการขบั เคลื่อน โดย พลงั งานของเครื่องยนต์เกิดจากการเปล่ียนพลงั งานความร้อนให้เป็ นพลงั งานกล เครื่องยนต์ สามารถแบ่งตามลกั ษณะการเผาไหมไ้ ด้ 2 ชนิด ดงั น้ี

1) เครื่องยนต์สันดาปภายนอก (External Combustion Engine) คือ เคร่ืองยนตท์ ี่เกิดการเผาไหมข้ ้ึน ภายนอกเครื่องยนตจ์ ากเช้ือเพลิงต่าง ๆ เช่น ถ่านหิน ไม้ น้ามนั หรือเช้ือเพลิงอ่ืน ใชพ้ ลงั ความร้อนจากการเผา ไหมเ้ ช้ือเพลิง เปล่ียนสถานะของเหลวให้กลายเป็ นไอน้าแรงดนั สูง ก่อให้เกิดการเปล่ียนเป็ นพลงั งานกลหมุน เคร่ืองยนต์

2) เครื่องยนต์สันดาปภายใน (Internal Combustion Engine) คือ เคร่ืองยนตท์ ี่มีการเผาไหมจ้ าก ส่วนผสมของเช้ือเพลิงกบั อากาศหรือการเกิดพลงั งานความร้อนอยภู่ ายในกระบอกสูบเกิดแรงดนั โดยตรง ในกระบอกสูบ ส่งผา่ นกาลงั งานไปยงั ส่วนประกอบต่าง ๆ เคร่ืองยนตท์ ่ีจะทางานไดต้ อ้ งอาศยั องคป์ ระกอบของระบบ คือ ระบบน้ามนั (เบนซินหรือดีเซล) การอดั ตวั ของอากาศและระบบจุดระเบิดระบบจุดระเบิด

2 หลกั การทางานของเครื่องยนต์ เครื่องยนตแ์ ก๊สโซลีนแบ่งเป็น 2 ชนิด ไดแ้ ก่ เครื่องยนตแ์ ก๊สโซลีน 4 จงั หวะ และเครื่องยนตแ์ ก๊สโซลีน 2 จงั หวะ ส่ิงสาคญั ท่ีจะทาใหเ้ ครื่องยนตส์ ามารถทางานไดอ้ ยา่ งราบเรียบมีประสิทธิภาพสูงสุด ประกอบดว้ ย 3 ส่วน ดงั น้ี 1) ส่วนผสมระหว่างอากาศกบั นา้ มนั เชื้อเพลงิ (Mixture of air and fuel) เหมาะสมทุกภาระงาน 2) กาลงั อดั (Compression) คือ ตอ้ งไดก้ าลงั อดั ตามการออกแบบเครื่องยนตน์ ้นั ๆ และเท่า ๆ กนั ทุกสูบ 3) ประกายไฟจากหัวเทยี นดี (Spark Plugs) และจงั หวะท่ีถูกตอ้ งเหมาะสม

อตั ราส่วนกาลงั อดั เคร่ืองยนต์ (Compression Ratio) และอตั ราส่วนความกว้างกระบอกสูบ/ระยะชัก (Bore to Stroke Ratio) อากาศอดั ตวั

อตั ราส่วนกาลงั อดั คือ อตั ราส่วนระหวา่ งปริมาตรความจุของกระบอกสูบกบั ปริมาตรในกระบอกสูบ ในขณะท่ีลูกสูบอยศู่ ูนยต์ ายบน เคร่ืองยนตท์ ี่มีอตั ราส่วนกาลงั อดั เท่ากบั 10 แรงม้า (Horse Power) คือ หน่วยใชว้ ดั กาลงั ของเคร่ืองยนต์ อาจจะเป็น แรงมา้ (HP) หรือกิโลวตั ต์ (KW) (1 แรงมา้ = 0.746 KW) แรงบดิ (Torque) คือ แรงหมนุ ของเพลาเครื่องยนต์ เป็นแรงที่ใช้ เพอ่ื ส่งกาลงั ของเคร่ืองยนตไ์ ปหมนุ เกียร์ เพลา และลอ้ เพอื่ ใหร้ ถเคลื่อนที่

3 การทางานของเครื่องยนต์ 4 จงั หวะ การทางานของเครื่องยนตแ์ ก๊สโซลีน 4 จงั หวะ คือ จงั หวะดูด จงั หวะอดั จงั หวะระเบิดหรือกาลงั และจงั หวะคาย จงั หวะการทางานมีดงั น้ี 1) จังหวะดูด (Suction Stroke) เร่ิมตน้ จากการท่ีลูกสูบอยดู่ า้ นบนเคล่ือนท่ีลงมาสู่ดา้ นล่างเพือ่ ดูด ส่วนผสมไอดี (น้ามนั และอากาศ) เขา้ มาในกระบอกสูบ โดยดูดผา่ นทางสิ้นไอดีขณะที่ลิ้นไอเสียปิ ดซ่ึงลิ้นไอดี ปิ ดเมื่อสิ้นสุดจงั หวะดูด 2) จงั หวะอดั (Compression Stroke) จงั หวะน้ีลูกสูบจะเลื่อนข้ึนจากตาแหน่งจุดศูนยต์ ายล่างเพ่ืออดั อากาศ หรือไอดี ในขณะเดียวกนั ลิ้นไอดีและลิ้นไอเสียจะปิ ดสนิททาให้อากาศถูกอดั ตวั ให้มีปริมาตรที่ต่า ทาใหไ้ อดีมี กาลงั อดั สูง



3) จังหวะระเบิด (Expansion Stroke) จงั หวะน้ีจะต่อเน่ืองกบั จงั หวะอดั คือ ในตาแหน่งที่ลูกสูบข้ึนไป สูงสุดน้นั จะมีการเผาไหมเ้ กิดข้ึน ซ่ึงหวั เทียนเป็ นตวั ทาให้เกิดประกายไฟเพ่ือไปจุดส่วนผสมระหวา่ งน้ามนั กบั อากาศใหเ้ กิดการเผาไหม้ และในจงั หวะระเบิดน้ีเองท่ีส่งกาลงั ออกมาใหใ้ ชง้ านและลูกสูบจะเคลื่อนที่ลง มาสู่ดา้ นล่าง และวาลว์ ไอเสียจะเร่ิมเปิ ด 4) จังหวะคาย (Exhaust Stroke) เป็นการทางานต่อจากจงั หวะระเบิด เมื่อลูกสูบไดร้ ับแรงกระแทก มาจากการเผาไหม้ ทาใหล้ ูกสูบเคลื่อนท่ีลงมาสู่ดา้ นล่าง พร้อมกบั เปิ ดลิ้นไอเสีย แลว้ ลูกสูบก็จะเคลื่อนท่ีข้ึนสู่ ดา้ นบนพร้อมกบั กวาดเอาไอเสียออกไป และเม่ือลูกสูบข้ึนไปจนสุด สิ้นไอเสียกป็ ิ ด ลิ้นไอดีกเ็ ริ่มเปิ ดเพื่อเขา้ สู่ การดูดอีกคร้ัง และจะวนอยแู่ บบน้ีไปเรื่อย ๆ เมื่อสิ้นสุดจงั หวะคาย ซ่ึงเป็ นจงั หวะที่ 4 จะหมุนวนซ้าเขา้ สู่ จงั หวะดูดอีกคร้ัง จนกวา่ จะสิ้นสุดการทางาน



4 การทางานของเคร่ืองยนต์ 2 จงั หวะ เครื่องยนตแ์ ก๊สโซลีนแบบ 2 จงั หวะจะมีวฏั จกั รการทางาน คือ จงั หวะดูด จงั หวะอดั จงั หวะระเบิด และจงั หวะคาย เช่นเดียวกบั เครื่องยนต์ 4 จงั หวะ แต่จงั หวะดูดกบั จงั หวะอดั ของเคร่ืองยนต์ 2 จงั หวะ จะเกิดข้ึนพร้อมกนั และจงั หวะระเบิดกบั คายจะเกิดข้ึนพร้อมกนั จึงทาใหก้ ารทางานเหลือเพยี ง 2 จงั หวะ เครื่องยนต์ 2 จงั หวะจะถูกออกแบบใหม้ ีช่องไอดีและไอเสียอยทู่ ี่กระบอกสูบ ซ่ึงช่องน้ีจะเปิ ดหรือปิ ดได้ อยทู่ ี่การเคล่ือนที่ของตวั ลูกสูบ เท่ากบั วา่ ลูกสูบจะทาหนา้ ท่ีเป็นวาลว์ ไปในตวั มีลกั ษณะการทางานดงั น้ี

1) จังหวะดูดและจังหวะอดั (Suction Stroke and Compression Stroke) เป็นจงั หวะท่ีลูกสูบเคลื่อนที่ จากศูนยต์ ายล่างข้ึนสู่ศูนยต์ ายบน ระหว่างการ เคลื่อนท่ีน้นั ดา้ นบนลูกสูบจะทาหนา้ ท่ีในการอดั อากาศไอดี ขณะเดียวกนั ช่องไอเสียจะถูกปิ ดดว้ ย ตวั ลูกสูบโดยอัตโนมตั ิ เวลาเดียวกันน้ีความสูง ของลูกสูบก็พน้ ช่องไอดี ทาใหอ้ ากาศไอดีไหลเขา้ สู่หอ้ งเพลาขอ้ เหวย่ี งโดยอตั โนมตั ิ

2) จังหวะระเบิดและจังหวะคาย (Expansion Stroke and Exhaust Stroke) เม่ือลูกสูบเคล่ือนที่ ข้ึนไปสู่ ศูนย์ตายบนจะเกิดประกายไฟจาก หวั เทียน ทาใหเ้ กิดระเบิดดนั ใหล้ ูกสูบเคล่ือนท่ีลง ไปสู่ศูนยต์ ายล่างอีกคร้ัง ในระหว่างการเคล่ือนที่ ลงคร้ังน้ี ความสูงของลูกสูบจะไปปิ ดช่องอากาศ ทา งเ ข้า ไ อ ดี แ ล ะ ด้า น บนข อ งลู กสู บจะ พ้นช่ อ ง ทางออกของไอเสีย ทาให้ไอเสียไหลผ่านออกไป ขณะเดียวกนั ดา้ นบนของลูกสูบจะพน้ ช่องไหล เข้าของไอดีที่มาจากห้องเพลาข้อเหวี่ยงเข้าไป แทนท่ี

5 วาล์ว-โอเวอร์แลป วฏั จกั รการทางานของเคร่ืองยนต์ 4 จงั หวะ วาลว์ ไอดีและ วาล์วไอเสียจะสลบั กนั ปิ ดและเปิ ด เพ่ือบงั คบั ให้อากาศเขา้ ออก อย่างเป็ นระบบ เมื่อวาล์วไอดีเปิ ด วาล์วไอเสี ยจะต้องปิ ด ขณะเดียวกันเมื่อวาล์วไอดีปิ ด วาล์วไอเสียจะต้องเปิ ด ในทาง ปฏิบตั ิ การหมุนของเครื่องยนตร์ อบหน่ึง ๆ จะมีช่วงเวลาที่วาลว์ ไอดีและวาลว์ ไอเสียเปิ ดพร้อมกนั ช่วงเวลาดงั กล่าวเรียกวา่ วาล์ว โอเวอร์แลป (Valve Overlap)

6 เปรียบเทยี บเคร่ืองยนต์ เคร่ืองยนตแ์ ก๊สโซลีนและเคร่ืองยนตด์ ีเซล มีขอ้ แตกต่างกนั สรุปไดด้ งั น้ี 1) การทางาน เคร่ืองยนตด์ ีเซล จุดระเบิดโดยใชก้ ารฉีดเช้ือเพลิงเขา้ สนั ดาปกบั อากาศที่ถูกอดั ตวั จนมีอุณหภูมิสูงอยภู่ ายในหอ้ งเผาไหม้ ความเร็วรอบควบคุมไดด้ ว้ ยการปรับแต่งปริมาณน้ามนั ที่ฉีดเขา้ กระบอกสูบ ส่วนเคร่ืองยนตแ์ ก๊สโซลีน จุดระเบิดโดยใชส้ ่วนผสมของไอดีดว้ ยประกายไฟจากหวั เทียน โดยมีคาร์บูเรเตอร์ทาหนา้ ที่ผสมไอดีใหม้ ีอตั ราส่วนที่ถูกตอ้ งในปริมาณท่ีกาหนดความแตกต่างของการ ทางาน 1.1) อตั ราส่วนความอดั 1.5) การซูเปอร์ชาร์จ 1.2) กาลงั ดนั 1.6) อุณหภูมิของไอเสีย 1.3) ความเร็วรอบของการทางาน 1.7) การเริ่มเดินเครื่อง 1.4) การจ่ายเช้ือเพลิง

2) การเปรียบเทยี บสมรรถนะของเคร่ืองยนต์ดเี ซลกบั เครื่องยนต์แก๊สโซลนี พจิ ารณาดงั น้ี 2.1) กาลงั ที่ไดต้ ่อหน่วยน้าหนกั 2.2) กาลงั ที่ไดต้ ่อหน่วยปริมาตรดูดลูกสูบ 2.3) อตั ราการเร่งเคร่ือง 2.4) ความเช่ือถือ 3) การประหยดั เชื้อเพลงิ เครื่องยนตด์ ีเซลประหยดั น้ามนั เช้ือเพลิงไดด้ ีกวา่ เครื่องยนตแ์ ก๊สโซลีน ทาใหเ้ ครื่องยนตด์ ีเซลไดก้ าลงั แรงมา้ ต่อกิโลกรัมของเช้ือเพลิงต่อชวั่ โมงสูงกวา่ และน้ามนั ดีเซลยงั มีราคา ถูกกวา่

จงั หวะดดู จงั หวะอดั