จังหวะดูดของเครื่องยนต์แก๊สโซลีน

บทที่ 6 หลักการทำงานของเครื่องยนต์

แนวคิด
            เครื่องยนต์ (Engine) คืออุปกรณ์ใช้สำหรับเปลี่ยนพลังงานความร้อนให้เป็นพลังงานกล เพื่อใช้ในการขับเคลื่อนเครื่องยนต์ในปัจจุบันเป็นเครื่องยนต์เผาไหม้ภายในซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่เปลี่ยนพลังงานความร้อนที่เกิดจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงภายในกระบอกสูบแล้วเปลี่ยนเป็นพลังงานกล ที่ตัวของเครื่องยนต์โดยส่งผ่านกำลังงานไปยังชิ้นส่วน เช่น ลูกสูบ ก้านสูบ เพลาข้อเหวี่ยง และส่งต่อไปยังล้อเพื่อให้เกิดการขับเคลื่อนของรถยนต์ หลักการทำงานของเครื่องยนต์ประกอบไปด้วยจังหวะการทำงานคือ จังหวะดูด จังหวะยัด จังหวะระเบิด และจังหวะคาย เครื่องยนต์ที่ใช้ในปัจจุบันได้แก่เครื่องยนต์แก๊สโซลีนและเครื่องยนต์ดีเซล โดยแบ่งตามจังหวะการทำงานแล้วได้แก่ เครื่องยนต์ 6 จังหวะ และเครื่องยนต์ 2 จังหวะ

สาระการเรียนรู้
        1. คำศัพท์เกี่ยวกับการทำงนของเครื่องยนต์ 4 จังหวะ
        2. วัฏจักรการทำงานของเครื่องยนต์แก๊สโซลีน 4 จังหวะ
        3. แผนภูมิวัฏจักรการทำงานของเครื่องยนต์แก๊สโซลีน 4 จังหวะ
        4. แผนภูมิเวลาการเปิดและปิดลิ้นของเครื่องยนต์แก๊สโซลีน 4 จังหวะ
        5. วัฏจักรการทำงานของเครื่องยนต์ดีเซล 4 จังหวะ
        6. แผนภูมิวัฏจักรการทำงานของเครื่องยนต์ดีเซล 4 จังหวะ
        7. แผนภูมิเวลาการเปิดและปิดลิ้นของเครื่องยนต์ดีเซล 4 จังหวะ
        8. หลักการทำงานของเครื่องยนต์แก๊สโซลีน 2 จังหวะ
        9. ลำดับการจุดระเบิดของเครื่องยนต์

ผลการเรียนรู้ที่คาดหวัง
        1. บอกความหมายคำศัพท์เกี่ยวกับการทำงานของเครื่องยนต์ได้
        2. อธิบายวัฏจักรการทำงานของเครื่องยนต์ 4 จังหวะได้
        3. อธิบายวัฏจักรการทำงานของเครื่องยนต์ 2 จังหวะได้
        4. เขียนแผนภูมิเวลาการเปิดและปิดของลิ้นได้

        5. อธิบายแผนภูมิวัฏจักรการทำงานของเครื่องยนต์แก๊สโซลีนและดีเซล 4 จังหวะ
        6. บอกลำดับการจุดระเบิดของเครื่องยนต์ 4 จังหวะได้

คำศัพท์เกี่ยวกับการทำงานของเครื่องยนต์ 4 จังหวะ
            ก่อนที่จะศึกษาถึงหลักการทำงานของเครื่องยนต์ 4 จังหวะ ควรทำความเข้าใจความหมายของคำศัพท์ที่ใช้เรียกเกี่ยวกับการทำงานของเครื่องยนต์ก่อน ซึ่งรายละเอียดมีดังต่อไปนี้
       · ศูนย์ตายบน (Top dead center หรือ T.D.C) คือตำแหน่งที่ลูกสูบเคลื่อนที่ได้สูงสุด

       · ศูนย์ตายล่าง (Bottom dead center หรือ B.D.C) คือตำแหน่งที่ลูกสูบเคลื่อนที่ได้ต่ำสุด
      · ระยะชัก (Stroke) คือระยะที่ลูกสูบเคลื่อนที่จากศูนย์ตายบนถึงศูนย์ตายล่าง หรือจากถึงศูนย์ตายล่างถึงศูนย์ตายบน เมื่อลูกสูบเลื่อนไปสิ้นสุดระยะชักแต่ละครั้งก็จะเปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนที่หนึ่งระยะชักก็คือหนึ่งจังหวะการทำงานของลูกสูบ
        · จังหวะ คือการเคลื่อนที่ของลูกสูบจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่ง
       · จังหวะการทำงานของเครื่องยนต์ 4 จังหวะ คือ จังหวะดูด จังหวะอัด จังหวะระเบิด (จังหวะกำลัง) และจังหวะคาย
        · กลวัตรหรือวัฏจักร (Cycle) คือเครื่องยนต์ทำงานครบ 4 จังหวะหรือเพลาข้อเหวี่ยงหมุน 2 รอบ
        · สุญญากาศ คือบริเวณที่ไม่มีบรรยากาศหรือมีน้อย

วัฏจักรการทำงานของเครื่องยนต์แก๊สโซลีน 4 จังหวะ

                เครื่องยนต์ 4 จังหวะ มีลิ้นอยู่ภายในฝาสูบและฝาสูบติดตั้งอยู่ด้านบนของเสื้อสูบ เพลาลูกเบี้ยวจะทำหน้าที่เปิดและปิดลิ้นให้สัมพันธ์กับการเคลื่อนที่ของลูกสูบลิ้นไอดีทำหน้าที่ควบคุมไอดีเข้าสู่กระบอกสูบและสิ้นไอเสียทำหน้าที่ปล่อยก๊าซไอเสียที่เกิดจากการเผาไหม้ออกจากกระบอกสูบ ลำดับการทำงานของเครื่องยนต์ 4 จังหวะในระหว่างวัฏจักมีดังนี้

1.จังหวะดูด (Intake stroke)
                ในจังหวะดูด (รูปที่ 6.2) ลูกสูบเคลื่อนที่ลงจากศูนย์ตายบน (T.D.C) ลงสู่ศูนย์ตายล่าง (B.D.C) ลิ้นไอดีเริ่มเปิดในขณะเดียวกันส่วนผสมน้ำมันกับอากาศ (ไอดี) ถูกดูดผ่านช่องลิ้นไอดีเข้าไปในกระบอกสูบการที่ไอดีสามารถไหลเข้ามาในกระบอกสูบได้ก็เนื่องจากลูกสูบเคลื่อนที่ลงทำให้ปริมาตรบนหัวลูกสูบเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วส่งผลให้เกิดสุญญากาศบริเวณหัวลูกสูบ ความดันบรรยากาศภายนอกดันอากาศไปแทนที่ในกระบอกสูบ
                    สรุป ในจังหวะดูด ลูกสูบเคลื่อนที่ลง ลิ้นไอดีเปิด (การทำงานจริงลิ้นไอดีเปิดก่อนศูนย์ตายบน) ลิ้นไอเสียปิด เพลาข้อเหวี่ยงหมุนไปเป็นมุม 180 องศา

2.จังหวะอัด (Compression stroke)
                ในจังหวะอัด (รูปที่ 6.3) ลูกสูบเคลื่อนที่ยังศูนย์ตายล่างลิ้นทั้งสองปิดสนิท ลูกสูบเริ่มเคลื่อนที่ขึ้นอัดไอดีจนถึงศูนย์ตายบน ไอดีลูกอัดจนปริมาตรเล็กลงส่งผลให้กำลังดันและอุณหภูมิเพิ่มขึ้น ขณะนี้เพลาข้อเหวี่ยงหมุนไปครบ 1 รอบ เป็นมุม 360 องศา

3.จังหวะระเบิดหรือจังหวะกำลัง (Power stroke)
                    ในจังหวะกำลัง (รูปที่ 6.4) ลูกสูบเคลื่อนที่ขึ้นถึงศูนย์ตายบนในจังหวะอัด หัวเทียวจะทำหน้าที่จุดประกายไฟทำให้ไอดีที่ถูกอัดตัวเกิดการเผาไหม้ขึ้นอย่างรวดเร็ว กำลัวดันที่เกิดจากการเผาไหม้จะกระทำที่หัวลูกสูบทำให้ลูกสูบเคลื่อนที่ลงสู่ศูนย์ตายล่าง เพลาข้อเหวี่ยงหมุนไปเป็นมุมรวมเท่ากับ 540 องศา
                    ตามความเป็นจริงแล้วไอดีที่เกิดจากการเผาไหม้จะไม่ถูกเผาไหม้หมดไปในทันทีทันใด การติดไฟของไอดีจะเริ่มต้นจากหัวเทียนก่อนและแพร่กระจายออกไปรอบๆ ต่อเนื่องกันไป พร้อมกันนั้นก็จะถ่ายทอดกำลังงานไปด้วย จะเห็นได้ว่าการเผาไหม้จะต้องอาศัยระยะเวลาเพื่อให้การเผาไหม้หมดจด ดังนั้นในทางปฏิบัติจึงต้องกำหนดให้มีการจุดระเบิดก่อนที่ลูกสูบจะเคลื่อนที่ถึงศูนย์ตายบน
                    สรุป ในจังหวะกำลัง หัวเทียนจุดประกายไฟ ลูกสูบเคลื่อนที่ลง ลิ้นทั้งสองปิดสนิท

4.จังหวะคาย (Exhaust stroke)
                    ในจังหวะคาย (รูปที่ 6.5) ลูกสูบเคลื่อนที่ลงสู่ศูนย์ตายล่างเนื่องจากกำลังดัน จากการเผาไหม้ลิ้นไอเสียเริ่มเปิดจากนั้นลูกสูบจะเคลื่อนที่ขึ้นเพื่อไล่ไอเสียออกจากกระบอกสูบ จนกระทั่งลูกสูบเคลื่อนที่ถึงศูนย์ตายบน เพลาข้อเหวี่ยงหมุนไป 2 รอบ เป็นมุมรวมเท่ากับ 720 องศา
                    สรุป ในจังหวะคาย ลูกสูบเคลื่อนที่ขึ้น ลิ้นไอดีปิด และลิ้นไอเสียเปิด เมื่อลูกสูบเคลื่อนที่ถึงศูนย์ตายบน ลิ้นไอดีเริ่มเปิดก็จะเริ่มต้นสู่จังหวะดูดอีกครั้ง เป็นการเริ่มกลวัตรใหม่ต่อไป และจะเกิดขึ้นซ้ำๆกันเช่นนี้ตลอดไปเท่าที่เครื่องยนต์ยังทำงานอยู่ การทำงานของเครื่องยนต์ทั้ง 4 จังหวะ ครบ 1 กลวัตร จะเห็นได้ว่าการเคลื่อนที่ของลูกสูบ ขึ้น – ลง รวมกัน 4 ครั้ง เพลาข้อเหวี่ยงหมุน 2 รอบ เป็นมุม 720 องศา และได้กำลังงาน 1 ครั้ง ซึ่งหลักการดังกล่าวเป็นการทำงานขั้นพื้นฐานของเครื่องยนต์ 4 จังหวะ
                   ในขณะที่ลูกสูบเคลื่อนที่ก่อนถึงศูนย์ตายบนเล็กน้อย (ก่อนสิ้นสุดจังหวะคาย) ลิ้นไอดีจะเริ่มเปิดส่วนลิ้นไอเสียกำลังจะปิดหลังลูกสูบผ่านศูนย์ตายบนไปเล็กน้อย ในขณะที่ลิ้นไอดีเริ่มเปิดและลิ้นไอเสียกำลังจะปิด เราเรียกว่าลิ้นโอเวอร์แลป (Valve Overlap)

แผนภูมิวัฏจักรการทำงานของเครื่องยนต์แก๊สโซลีน 4 จังหวะ
                การทำงานของเครื่องยนต์แก๊สโซลีน 4 จังหวะ (วัฏจักรออตโต) ความดันและปริมาตรภายในกระบอกสูบจะเปลี่ยนแปลงไปตามการเคลื่อนของลูกสูบ และสามารถเขียนแผนภูมิวัฏจักรการทำงานหรือ พี-วี ไดอะแกรม (P-V diagrams) ดังรูปที่ 6.6

     ในจังหวะเริ่มต้นลูกสูบอยู่ที่ตำแหน่งศูนย์ตายบน ลิ้นไอดีเปิดและลิ้นไอเสียปิด ระหว่างจังหวะดูดลูกสูบจะเคลื่อนที่ลงดูดส่วนผสมของอากาศกับน้ำมันเชื้อเพลิงเข้ามาในกระบอกสูบโดยผ่านลิ้นไอดีซึ่งในจังหวะนี้ปริมาตรภายในกระบอกสูบจะเพิ่มขึ้นส่วนความดันต่ำกว่าความอับอากาศจนกระทั่งลูกสูบเคลื่อนที่ถึงศูนย์ตายล่างลิ้นไอดีจะปิด ลูกสูบเริ่มเคลื่อนที่ขึ้นในจังหวะอัดอัดส่วนผสมของอากาศกับน้ำมันเชื้อเพลิงทำให้ปริมาตรภายในกระบอกสูบลดลง ความดันจะเพิ่มขึ้นเป็น 11 – 15 บาร์ และก่อนที่ลูกสูบจะเคลื่อนที่ถึงจุดศูนย์ตายบนเพียงเล็กน้อย หัวเทียนจะจุดประกายไฟทำให้ไอดีเกิดการลุกไหม้ความดันและอุณหภูมิเพิ่มขึ้น (ความดันประมาณ 30 – 40 บาร์) ส่วนปริมาตรในช่วงเวลาของการเผาไหม้ (Combustion) เปลี่ยนแปลงเล็กน้อยหรืออาจกล่าวได้ว่าปริมาตรคงที่ ความดันสูงของก๊าซจะผลักดันให้ลูกสูบเคลื่อนที่ลงและส่งถ่ายกำลังมายังก้านสูบและเพลาข้อเหวี่ยงให้หมุนในจังหวะนี้เรียกว่าจังหวะกำลังหรืองาน ขณะที่ลูกสูบเคลื่อนที่ถึงศูนย์ตายล่างลิ้นไอเสียจะเปิด จากนั้นลูกสูบเริ่มเคลื่อนที่ขึ้นสู่ศูนย์ตายบนเพื่อขับไล่ไอเสียออกจากกระบอกสูบทางช่องลิ้นไอเสีย ทำให้ปริมาณลดลง ส่วนความดันสุดท้ายขณะที่ลูกสูบอยู่ตำแหน่งศูนย์ตายบนจะมีค่าเท่ากับความดันที่จุดเริ่มต้น และลิ้นไอเสียจะปิดเป็นการสิ้นสุดจังหวะคาย และเป็นจังหวะสุดท้ายของกลวัต

แผนภูมิเวลาการเปิดและปิดลิ้นของเครื่องยนต์แก๊สโซลีน 4 จังหวะ
             จากรูปที่ 6.7 แสดงเวลาการเปิดและปิดของลิ้นไอดีและลิ้นไอเสีย ตลอดจนองศาในการจุดประกายไฟของหัวเทียนสำหรับเครื่องยนต์แก๊สโซลีน 4 จังหวะ ใน 1 กลวัตรการทำงาน องศาการเปิดและปิดของลิ้นจะแตกต่างกันไปตามบริษัทผู้ผลิต และจุดประสงค์ของการนำไปใช้งาน มีรายละเอียดดังนี้

    1. เริ่มต้นเมื่อลิ้นไอดีเปิดก่อนลูกสูบเคลื่อนที่ถึงศูนย์ตายบน 10 องศา (10” B T.D.C) และปิดหลังศูนย์ตายล่าง 45 องศา (45° A B.D.C) ในระหว่างังหวะดูดเพื่อให้ปริมาณดีเข้าประจุภายใจการบอกสูบได้มากที่สุดเป็นเพิ่มประสิทธิภาพทางปริมาตรของเครื่องยนต์ เมื่อคิดระยะเวลาทั้งหมดที่ลิ้นไอดีเปิดเป็นองศาที่เพลาข้อเหวี่ยงหมุนไปจะเท่ากับ 235 องศา (10 + 180 + 45 = 235)

    2. ในช่วงปลายจังหวะอัดคือก่อนที่ลูกสูบเคลื่อนที่ถึงศูนย์ตายบน 15 องศา (15° B T.D.C) หัวเทียนจะจุดประกายไฟเพื่อทำการเผาไหม้ไอดี เหตุผลของการจุดประกายไฟก่อนศูนย์ตายบนเพื่อให้มีเวลาเพียงพอในการเผาไหม้ไอดีได้อย่างสมบูรณ์เป็นการเพิ่มประสิทธิภาพการเผาไหม้

    3. จังหวะคาย ลิ้นไอเสียจะเปิดก่อนลูกสูบเคลื่อนที่ถึงศูนย์ตายล่าง 60 องศา (60° B B.D.C) และปิดหลังศูนย์ตายบน 30 องศา (30° A T.D.C) เพื่อขับไล่ไอเสียออกจากกระบอกสูบ ได้อย่างรวดเร็วและมากที่สุด เมื่อคิดระยะเวลาทั้งหมดที่ลิ้นไอเสียเปิดเป็นองศาที่เพลาข้อเหวี่ยงหมุนไปจะเท่ากับ 270 องศา (60 + 180 + 30 = 270)

    4. ลิ้นโอเวอร์แลป (Valve overlap) คือลิ้นไอดีเริ่มเปิดในจังหวะดูด ส่วนลิ้นไอเสียกำลังจะปิดสนิทในจังหวะคาย ตำแหน่งนี้มีหว้เพื่อให้ไอดีส่วนหนึ่งเข้าไปกวาดล้างไอเสียออกจากกระบอกสูบให้หมด จากรูปที่ 6.7 ลิ้นไอดีเปิดก่อนศูนย์ตายบน 10 องศา และลิ้นไอเสียปิดหลังศูนย์ตายบน 30 องศา เมื่อคิดเป็นองศาที่เพลาข้อเหวี่ยงหมุนไปจะท่ากับ 40 องศา (10 + 30 = 40)

วัฏจักรการทำงานของเครื่องยนต์ดีเซล 4 จังหวะ

              เครื่องยนต์ดีเซลเป็นเครื่องยนต์เผาไหม้ภายใน (Internal Combustion Engine) ซึ่งมีอัตราส่วนการอัดตัวสูงประมาณ 15 ถึง 22 ต่อ 1 (15-22 : 1) เครื่องยนต์แบบนี้จะดูดเฉพาะอากาศอย่างเดียวเข้าไปในกระบอกสูบในจังหวะอัดอากาศภายในกระบอกสูบจะถูกอัดจนมีอุณหภูมิสูงประมาณ 500 องศาเซลเซียสหรือมากกว่า จากนั้นหัวฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงที่เป็นฝอยละอองเข้าไปในห้องเผาไหม้ในตำแหน่งที่พอเหมาะ น้ำมันจะคลุกเคล้ากับอากาศและเกิดการจุดระเบิดได้ด้วยตัวเอง

              การทำงานของเครื่องยนต์ดีเซล 4 จังหวะ จะมีการทำงานระหว่างวัฏจักรคล้ายกับเครื่องยนต์แก๊สโซลีน แต่จะแตกต่างกันเพียงสารทำงานที่ถูกดูดเข้าไปในกระบอกสูบในเครื่องยนต์แก๊สโซลีนนั้นในจังหวะดูดจะดูดส่วนผสมของอากาศกับน้ำมันซึ่งเราเรียกว่าไอดี ส่วนเครื่องยนต์ดีเซลในจังหวะดูดจะมีเพียงอากาศบริสุทธิ์ถูกดูดเข้ามาในกระบอกสูบเพียงอย่างเดียว จังหวะอัดนั้นลูกสูบเริ่มเคลื่อนที่ขึ้นอัดอากาศภายในกระบอกสูบให้มีปริมาตรลดลงส่งผลแรงดันและอุณหภูมิสูงขึ้น จังหวะกำลังอากาศภายในกระบอกสูบจะมีอุณหภูมิสูงมาก หัวฉีดจะฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงที่เป็นฝอยละอองเข้าไปในห้องเผาไหม้ละอองเชื้อเพลิงจะคลุกเคล้ากับอากาศร้อนและเกิดการระเบิดด้วยตัวเอง แรงดันที่เกิดจากการเผาไหม้จะผลักดันลูกสูบให้เคลื่อนที่ลงก่อนถึงศูนย์ตายล่างลิ้นไอเสียถูกเปิดก๊าซไอเสีย ที่เกิดจากการเผาไหม้แล้วซึ่งมีแรงดันสูงอยุ่จะถูกถ่ายเทออกผ่านท่อไอเสียอย่างรวดเร็ว

              ในเครื่องยนต์ดีเซลจะมีตำแหน่งลิ้นโอเวอร์แลปเหมือนกับเครื่องยนต์แก๊สโซลีน ในตำแหน่งนี้มีไว้เพื่อให้อากาศบริสุทฺธิ์กวาดล้างไอเสียออกจากกระบอกสูบให้หมด

แผนภูมิวัฏจักรการทำงานของเครื่องยนต์ดีเซล 4 จังหวะ

จากรูปที่ 6.8 เป็นวัฏจักรการทำงานที่มีการเผาไหม้แบบปริมาตรคงที่เหมือนวัฏจักรออตโตผสมกับการเผาไหม้แบบความดันคงที่เหมือนวัฏจักรดีเซล จึงเรียกวัฏจักรนี้ว่า “วัฏจักรผสม” และเป็นต้นแบบของเครื่องยนต์ดีเซลหมุนเร็วที่ใช้ในปัจจุบัน

              การเผาไหม้ในช่วงแรกเป็นแบบปริมาตรคงที่ และเผาไหม้ต่อไปแบบความดันคงที่ขณะลูกสูบเคลื่อนที่ลง การเผาไหม้ลักษณะนี้เกิดขึ้นเนื่องจากการควบคุมการฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงในช่วงแรกจะฉีดเข้าห้องเผาไหม้ในปริมาณน้อยขณะที่ลูกสูบเคลื่อนที่ก่อนถึงศูนย์ตายบนประมาณ 20 -30 องศา ทำให้เกิดการเผาไหม้อย่างฉับพลันเมื่อเชื้อเพลิงส่วนที่เหลือในปริมาณที่มากกว่าครั้งแรกเพื่อให้เกิดการเผาไหม้แบบความดันคงที่

แผนภูมิเวลาการเปิดและปิดลิ้นของเครื่องยนต์ดีเซล 4 จังหวะ

              จากรูปที่ 6.9 แสดงให้เห็นถึงองศาในการเปิดและปิดของลิ้นไอดีและลิ้นไอเสียตลอดจนองศาการฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงของหัวฉีดในเครื่องยนต์ดีเซล 4 จังหวะ ใน 1 กลวัตรการทำการฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงจะแตกต่างกันงาน ซึ่งจะเหมือนกับเครื่องยนต์แก๊สโซลีน แต่จะแตกต่างกันตรงที่เครื่องยนต์แก๊สโซลีนใช้หัวเทียนจุดประกายไฟเมื่อลูกสูบ

การเปรียบเทียบจังหวะการทำงานของเครื่องยนต์แก๊สโซลีนกับเครื่องยนต์ดีเซล 4 จังหวะ

              ตารางที่ 6.1 แสดงการเปรียบเทียบจังหวะการทำงานของเครื่องยนต์แก๊สโซลีนกับเครื่องดีเซล 4 จังหวะ

หลักการทำงานของเครื่องยนต์แก๊สโซลีน 2 จังหวะ

              เครื่องยนต์แก๊สโซลีน 2 จังหวะ หมายถึงเครื่องยนต์ที่มีการเคลื่อนที่ขึ้นของสูบ 1 ครั้ง และลง 1 ครั้งเพลาข้อเหวี่ยงหมุนไป 1 รอบ (360 องศา) เครื่องยนต์ทำงานครบ 1 กลวัตร (ดูด – อัด – ระเบิด – คาย) ได้กลังงาน 1 ครั้ง จะเห็นได้ว่าใน 1 กลวัตร มีการเคลื่อนที่ขึ้นของสูบ 1 ครั้ง และ ลง 1 ครั้ง รวมเป็น 2 ครั้ง จึงเรียกเครื่องยนต์ 2 จังหวะ

              ในปัจจุบันนี้เครื่องยนต์ 2 จังหวะ บริษัทผู้ผลิตไม่ผลิตอกมาจำหน่ายแล้ว ทั้งนี้เนื่องจากสิ้นเปลืองน้ำมันเชื้อเพลิงสูง ตลอดจนสร้างปัญหาในการเกิดมลภาวะเป็นพิษมาก ดังนั้นในที่นี้จึงขอกล่าวถึงหลักการทำงานของเครื่องยนต์ 2 จังหวะเพียงพอสังเขปเท่านั้น

              เครื่องยนต์ 2 จังหวะ ส่วนใหญ่จะใช้กับจักรยานยนต์ สามารถแบ่งตามการควบคุมไอดีเข้าสู่ห้องเพลาข้อเหวี่ยงได้ 4 แบบ ดั้งนี้

1.แบบลูกสูบ (Piston valve type)

              เครื่องยนต์2 จังหวะที่ใช้ระบบควบคุมไดดีแบบลูกสูบ หลักการทำงานจะใช้ส่วนบนและส่วนล่างของลูกสูบเป็นตัวกำหนดเวลาการปิดเปิดช่องไอดี (Intake port) ช่องไอเสีย (Exhaust port) และช่องส่งไอดี (Transfer port) การทำงานของเครื่องยนต์ 2 จังหวะที่ใช้ระบบควบคุมไอดีแบบลูกสูบ มีดังนี้

*ครึ่งรอบที่ 1 จังหวะดูดไอดีเข้าห้องเพลาข้อเหวี่ยงและจังหวะอัดไอดี

เมื่อลูกสูบเคลื่อนที่ขึ้นสู่ศูนย์ตายบนทำให้แรงดันภายในห้องเพลาข้อเหวี่ยงลดลง และเมื่อส่วนล่างของลูกสูบเปิดช่องไอดี แรงดันบรรยากาศภายนอกจะดันอากาศเข้ามาแทนที่โดยไหลผ่านคาร์บูเรเตอร์ ขณะเดียวกันนี้อากาศที่ไหลผ่านคาร์บูเรเตอร์จะดึงน้ำมันเชื้อเพลิงและน้ำมันหล่อลื่น (ออโตลูป) ผสมเข้าด้วยกัน ซึ่งเรียกว่าไอดี เข้าไปเก็บไว้ในห้องเพลาข้อเหวี่ยง จังหวะนี้จะต่อเนื่องไปจนกว่าลูกสูบจะเคลื่อนที่ถึงศูนย์ตายบน ซึ่งในขณะที่ลูกสูบเคลื่อนที่ขึ้นส่วนหัวของลูกสูบจะปิด ช่องไอเสีย (Exhaust port) ทำให้ไอดีที่อยู่เหนือลูกสูบถูกอัดตัวเราเรียกว่าจังหวะอัด น้ำมันหล่อลื่นที่ผสมไปกับน้ำมันเชื้อเพลิงจะทำหน้าที่หล่อลื่นชิ้นส่วน เช่น ลูกปืนเพลาข้อเหวี่ยง สลักก้านสูบ แหวนลูกสูบ เป็นต้น

              สรุป ในจังหวะนี้ลูกสูบเคลื่อนที่ขึ้น 1 ครั้ง มีการดูดไอดีเข้าห้องเพลาข้อเหวี่ยงและจังหวะอัด จังหวะดูดไอดีเกิดขึ้นในห้องเพลาข้อเหวี่ยง และจังหวะอัดเกิดขึ้นส่วนบนที่หัวลูกสูบเพลาข้อเหวี่ยงหมุนไปประมาณ ½ รอบ หรือประมาณ 180 องศา

*ครึ่งรอบที่ 2 จังหวะระเบิดและจังหวะคาย

              การทำงานต่อเนื่องจากจังหวะที่ 1 เมื่อลูกสูบเคลื่อนที่ขึ้นถึงศูนย์ตายบนไอดีถูกอัดให้ปริมาตรลดลง หัวเทียนจุดประกายไฟและเกิดการเผาไหม้ไอดีอย่างรวดเร็ว ส่งผลให้เกิดกำลังดันสูงผลักดันบนหัวลูกสูบให้เคลื่อนที่ลง ลูกสูบส่งกำลังผ่านก้านสูบ และเพลาข้อเหวี่ยงเพื่อนำไปใช้งาน

              ในขณะที่ลูกสูบเคลื่อนลงจนกระทั่งหัวลูกสูบเปิดช่องไอเสีย ทำให้ช่องไอเสียเปิด ก๊าซไอเสียซึ่งมีกำลังดันก็จะระบายออกจากห้องเผาไหม้ไปที่ท่อไอเสีย ซึ่งก็คือจังหวะคาย

*การประจุเข้าห้องเผาไหม้และการกวาดล้างไอเสีย

              ขณะที่ลูกสูบเคลื่อนที่ลงต่อจากจังหวะคายเมื่อหัวลูกสูบเปิดช่องส่งไอดี ไอดีที่อยู่ภายในห้

องเพลาข้อเหวี่ยงซึ่งมีแรงดันสูงที่เกิดจากการยัดตัวของลูกสูบในขณะเคลื่อนที่ลงส่งไอดีผ่าน ช่องส่งไอดีเข้าสู่ห้องเผาไหม้จะเห็นได้ว่าช่องทางไอเสียเปิดเหลี่ยมอยู่กับช่องส่งไอดีอยู่จึงทำให้ไอดีบางส่วนไปขับไล่ไอเสียออกจากกระบอกสูบ

              ระบบควบคุมไอดีแบบลูกสูบมีจุดด้อยคือไอดีสามารถไหลย้อนกลับไปคาร์บูเรเตอร์ได้

2.แบบรีดวาล์ว (Reed valve type)

              ระบบควบคุมไอดีแบบรีดวาล์วมีลักษณะเหมือนลิ้นกันกลับ ระบบนี้ถูกออกแบบมาเพื่อแก้ข้อด้อยของระบบควบคุมไอดีแบบลูกสูบ หลักการทำงานมีดังนี้

              เมื่อลูกสูบเคลื่อนที่ขึ้น ส่วนล่างของลูกสูบจะเปิดช่องไอดี สุญญากาศในห้องเพลาข้อเหวี่ยงจะดูดไอดีผ่านรีดวาล์วเข้ามาบรรจุภายใจ เมื่อลูกสูบเคลื่อนที่ต่อไปจะอัดไอดีให้มีปริมาตรลดลง หัวเทียนจุดประกายไฟทำให้ไอดีเกิดการเผาไหม้และมีกำลังดันขับดันลูกสูบให้เคลื่อนที่ลง รีดวาล์วจะปิดช่องไอดีทันทีโดยอาศัยแรงอันภายใต้ลูกสูบขณะเคลื่อนที่ลงและแรงสปริงในตัวของแผ่นรีดวาล์วเองเพื่อป้องกันไอดีไหลย้อนกลับคาร์บูเรเตอร์ ขณะที่ลูกสูบเคลื่อนที่ลงส่วนบนของลูกสูบจะเปิดช่องไอเสียเพื่อคายไอเสียออกจากห้องเผาไหม้า และเมื่อลูกสูบเคลื่อนที่ต่อไปหัวลูกสูบจะเปิดช่องส่งไอดี ไอดีที่อยู่ภายในห้องเพลาข้อเหวี่ยงซึงมีแรงดันสูงที่เกิดจากการอัดตัวของลูกสูบในขณะเคลื่อนที่ลงส่งไอดี ผ่านช่องส่งไอดีเข้าสูห้องเผาไหม้ เพื่อเริ่มกลวัตรการทำงานใหม่ ระบบควบคุมไอดีแบบรีดวาล์ว ขณะที่เครื่องยนต์มีความเร็วรอบต่ำแผ่นรีดวาล์วจะเปิดช้าแต่ปิดเร็ว เนื่องจากแรงดูดของลูกสูบด้านล่างน้อย แต่ในขณะที่ความเร็วรอบสูงจะเปิดเร็วและปิดช้า ระบบนี้จึงเหมาะสมกับเครื่องยนต์ที่ความเร็วไม่สูงมากนัก

3.แบบโรตารี่วาล์ว (Rotary disc valve type)

              ระบบควบคุมไอดีแบบโรตารี่วาล์ว (รูปที่ 614) จะใช้แผ่นโรตารี่เป็นตัวควบคุมการประจุไอดีเข้าห้องเพลาข้อเหวี่ยง ส่วนการคายไอเสียจะเป็นหน้าที่ของลูกสูบ ระบบนี้จะให้อัตราเร่งและกำลังของเครื่องยนต์มากที่ความเร็วต่ำและสูง

4.แบบแครงเคสรีดวาล์ว (Crank case reed valve type)

              ระบบควบคุมไอดีแบบแครงเคสรีดวาล์ว (รูปที่ 6.15) ส่วนผสมของไอดีจะไหลเข้าห้องเพลาข้อเหวี่ยงโดยตรงไม่ต้องผ่านเสื้อสูบ ทำให้ไอดีไหลเข้าสู่ห้องเผาไหม้ได้อย่างรวดเร็วตอบสนองอัตราเร่งได้ดีว่าระบบป้อนไอดีแบบอื่นๆ ระบบควบคุมไอดีแบบนี้จะใช้รีดวาล์วเป็นตัวช่วยควบคุมการไหลของไอดีที่บรรจุเข้าห้องเพลาข้อเหวี่ยงเช่นเดียวกับแบบรีดวาล์ว

ลำดับการจุดระเบิดของเครื่องยนต์

              ในหนึ่งวัฏจักรของเครื่องยนต์จะต้องมีการจุดระเบิดเพื่อให้ได้กำลังงาน ในเครื่องยนต์ 4 จังหวะ หลายสูบจะมีการจุดระเบิดตามลำดับ เราจึงเรียกว่าลำดับการจุดระเบิด

1.ลำดับการจุดระเบิดของเครื่องยนต์ 4 สูบ (Four cylinder engine Firing order)

              หลักการของเครื่องยนต์ 4 จังหวะในหนึ่งวัฏจักร เพลาข้อเหวี่ยงหมุน 2 รอบ ในหนึ่งรอบมุมเพลาข้อเหวี่ยงเท่ากับ 360 องศา ถ้าหมุน 2 รอบเท่ากับ 720 องศา ในเครื่องยนต์ 4 จังหวะ (จังหวะดูด อัด กำลัง และคาย) แต่ละจังหวะจะห่างกันกี่องศาให้นำจำนวนสูบของเครื่องยนต์หารมุมของเพลาข้อเหวี่ยง ในเครื่องยนต์ 4 สูบ 4 จังหวะ จะได้ 720/4 = 180 องศา หมายความว่าในการหมุนของเพลาข้อเหวี่ยง 2 รอบ จะเกิดจังหวะกำลังต่างกัน 180 องศา รวม 4 จังหวะ ในเครื่องยนต์ 4 สูบ แบบลูกสูบเรียงจะมีลำดับการจุดระเบิดที่ใช้กันอยู่ทั่วๆไป คือ 1-3-4-2 หรือ 1-2-4-3 ดังรูปที่ 6.16

              ตารางที่ 6.2 แสดงลำดับการจุดระเบิด 1-3-4-2

              ตารางที่ 6.3 แสดงลำดับการจุดระบิด 1-2-4-3

2.ลำดับการจุดระเบิดของเครื่องยนต์ 6 สูบ (Six-cylinder engine Firing order)

              ในเครื่องยนต์ 6 สูบ จะต้องมีการจุดระเบิดเพลาข้อเหวี่ยงหมุนไปทุกๆ 120 องศา (เพลาข้อเหวี่ยงของลูกสูบทำมุมกัน 120 องศาระหว่างกัน) เครื่องยนต์ที่การจัดกระบอกสูบเป็น แบบลูกสูบเรียงสูบที่อยู่ด้านหน้าหรอใกล้หม้อน้ำเรียกว่าสูบ 1 และสูบต่อไปจะเป็นสูบที่ 2 และเรียงลำดับไปจบถึงสูบสุดท้าย ลำดับการจุดระเบิดของเครื่องยนต์ 6 สูบ ที่ใช้กันทั่วไป คือ 1-5-3-5-2 (รูป a ) หรือ 1-4-2-6-3-5 (รูป b) ในกรณีนี้จังหวะงานะเหลื่อมกันเนื่องจากเพลาข้อเหวี่ยงหมุน 2 รอบจะมี 6 จังหวะกำลัง ภายใน 1 รอบ จะมี 2 สูบที่อยู่ในจังหวะกำลัง

คำศัพท์ท้ายหน่วย

Engine = เครื่องยนต์

Stroke = ระยะชัก

Cycle = กลวัตรหรือวัฏจักร