เครื่องยนต์ ดีเซล 2 จังหวะ มี คุณลักษณะ อย่างไร

ในระบบการทำงานของรถยนต์นั้น จะเห็นได้ว่ามีทั้ง เครื่องยนต์เบนซิน และ เครื่องยนต์ดีเซล ซึ่งจะมีระบบการทำงานภายในแตกต่างกัน โดยส่วนใหญ่จะเห็นเครื่องยนต์ดีเซลใช้กับรถกระบะ หรือ รถบรรทุก เสียเป็นส่วนใหญ่ แล้วเครื่องยนต์ดีเซลทำงานอย่างไร มีความต่างจากเครื่องยนต์เบนซินอย่างไรบ้าง?

ความแตกต่างของเครื่องยนต์เบนซิน และ เครื่องยนต์ดีเซล

จุดที่ต่างกันอย่างเห็นได้ชัดคือ การจุดระเบิดของเครื่องยนต์ดีเซลที่ไม่ต้องอาศัยการจุดระเบิดของหัวเทียน แต่ใช้หลักการอัดอากาศ และฉีดเชื้อเพลิงด้วยความดันสูง จนทำให้เชื้อเพลิงสามารถติดไฟได้

เครื่องยนต์ดีเซลแบ่งออกได้เป็น 2 ประเภท

1. เครื่องยนต์แบบ 2 จังหวะ
2. เครื่องยนต์แบบ 4 จังหวะ (เป็นที่นิยมในปัจจุบัน)

ในที่นี้เราจะพูดถึงเครื่องยนต์ 4 จังหวะ ซึ่งเป็นการทำงานของเครื่องยนต์ดีเซลที่ใช้งานมากที่สุดในปัจจุบัน โดยในหนึ่งวงจรการทำงาน จะประกอบด้วย 4 จังหวะ คือ ดูด อัด ระเบิด คาย เป็นจังหวะการเคลื่อนที่ของลูกสูบ มีการทำงานดังนี้

1. จังหวะดูด (Intake Stroke)

จังหวะแรกคือ จังหวะดูด เริ่มจากลิ้นไอดีเปิด ลูกสูบจะเคลื่อนที่ถึงศูนย์ตายบน (TDC หรือ Top Dead Center) และเมื่อลูกสูบเคลื่อนที่ลงมาจากศูนย์ตายบน อากาศจะถูกดูดเข้ากระบอกสูบ จนลูกสูบเคลื่อนที่ผ่านจุดศูนย์ตายล่าง (BDC หรือ Bottom Dead Center) อากาศจะไหลเข้ากระบอกสูบจนกว่าลิ้นไอดีปิด

2. จังหวะอัด (Compression Stroke)

จังหวะที่สอง จังหวะอัด เมื่อลิ้นไอดีปิดลงแล้ว ก็เริ่มเข้าสู่กระบวนการอัด โดยลูกสูบเคลื่นอที่ขึ้นข้างบนอีกครั้ง ในขณะที่มีอากาศอยู่ อากาศก็จะถูกอัดให้มีปริมาตรเล็กลง กระบวนการอัดนี้จะทำให้อากาศมีความดันและอุณหภูมิที่สูงขึ้น พร้อมสำหรับการจุดระเบิดในกระบวนการต่อไป

3. เครื่องยนต์ดีเซล จังหวะระเบิด (Expansion Stroke)

จังหวะที่สาม จังหวะระเบิด เริ่มจากการที่หัวฉีดได้ฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงเข้าไปในอากาศที่ถูกอัดแล้ว จะเกิดการสันดาป หรือ การระเบิด ภายในห้องเผาไหม้ และผลักดันให้ลูกสูบเคลื่อนที่ลงมาเป็นกำลังงานขับเคลื่อนของเครื่องยนต์ต่อไป

4. จังหวะคาย (Exhaust Stroke)

จังหวะที่สี่ จังหวะคาย หลังจากที่มีการจุดระเบิด และลูกสูบกำลังเคลื่อนตัวลงมา ลิ้นไอเสียจะเริ่มเปิดก่อนที่ลูกสูบจะเคลื่อนที่ถึงศูนย์ตายล่าง แก๊สไอเสียก็จะถูกดันออกไปยังลิ้นไอเสียออกไปจากกระบอกสูบ พร้อมเริ่มการดูดใหม่ หมุนวนไปจังหวะที่หนึ่งอีกครั้ง

ข้อดีของ เครื่องยนต์ดีเซล

• มีประสิทธิภาพในการทนความร้อนสูง สิ้นเปลืองเชื้อเพลิงน้อย และประหยัดกว่าเครื่องยนต์เบนซิน
• ไม่จำเป็นต้องมีอุปกรณ์ไฟฟ้าในระบบจุดระเบิด จึงส่งผลให้เครื่องยนต์ดีเซลมีปัญหาน้อยกว่า ไม่มีปัญหาจุกจิกเหมือนเครื่องยนต์เบนซิน
• แรงบิดในรอบต่ำ สูงกว่าเครื่องยนต์เบนซิน บำรุงรักษาง่าย
• ลุยน้ำท่วม และระบายได้ดีกว่า

ข้อด้อยของเครื่องยนต์ดีเซล

• กำลังอัดสูงสุดในการเผาไหม้ในห้องเครื่องสูงเกือบ 2 เท่าของเครื่องยนต์เบนซิน
• เนื่องจากแรงอัดใช้การเผาไหม้สูงมาก ชิ้นส่วนต่างๆ ของเครื่องยนต์จึงต้องผลิตด้วยวัสดุที่มีความต้านแรงกดดันสูงกว่า และต้องมีโครงสร้างที่แข็งแรงมาก จึงทำให้มีต้นทุนในการผลิตต่อเครื่องสูง
• เครื่องยนต์ดีเซลนั้นปล่อยไอเสียสร้างมลพิษมากกว่า

อย่างไรก็แล้วแต่ นอกจากเรื่องการทำงานของเครื่องยนต์ ดูด อัด ระเบิด คาย การหล่อลื่นเครื่องยนต์ก็สำคัญ ควรใช้น้ำมันหล่อลื่นหรือน้ำมันเครื่องที่มีคุณภาพ และใช้ให้ถูกประเภท เพื่อให้เครื่องยนต์ทำงานได้ดีมีประสิทธิภาพ

เครื่องยนต์ 2 จังหวะ คือเครื่องยนต์ที่ทำงาน 2 ช่วงชัก คือช่วงชักที่ 1 ดูด/อัด:ลูกสูบเคลื่อนที่ลงจากศูนย์ตายบนสู่ศูนย์ตายล่าง ในขณะที่ลูกสูบเคลื่อนที่ลงมานั้นจะจะทำให้ช่องพอร์ตไอดีเปิดไอดีถูกอัดจากห้องแคร้งค์ผ่านเข้ามาบรรจุในห้องเผาไหม้ในตอนนี้ช่องพอร์ตไอเสียจะเปิดออกด้วยเชื้อเพลิงที่เข้ามาจะช่วยขับไอเสียจากการเผาไหม้ด้วย ในการทำงานดังกล่าวเพลาข้อเหวี่ยงทำงาน1/2 รอบ (ครึ่งรอบ)ช่วงชักที่ 2 ระเบิด/คาย:ลูกสูบจะเคลื่อนที่ขึ้นจากศูนย์ตายล่างขึ้นสู่ศูนย์ตายบนทำให้ช่องพอร์ตไอดีและพอร์ตไอเสียปิดอัดเอาเชื่อเพลิงให้มีปริมาตรเล็กลงในห้องเผาไหม้ หัวเทียนส่งประกายไฟจุดระเบิดเชื้อเพลิงลูกสูบเคลื่อนที่ลงเพราะแรงระเบิดทำให้ลูกสูบอัดเชื่อเพลิงในห้องแคร้งค์แล้วถูกอัดเข้ามาเมื่อลูกสูบเคลื่อนที่ลงจนพอร์ตไอดีและพอร์ตไอเสียเปิดเชื้อเพลิงจะขับไล่ไอเสียออกด้วย เพลาข้อเหวี่ยงหมุนครบ 1 รอบ พอดี

เครื่องยนต์ดีเซลสองจังหวะเป็นเครื่องยนต์ดีเซลที่ทำงานโดยรวมสิ่งที่เป็นปกติสี่รอบ - บริโภค, การบีบอัดการเผาไหม้และไอเสียเพียงสองจังหวะ (ปฏิวัติ) ของเครื่องยนต์ คิดค้นโดยHugo Güldner  [ de ]ในปี พ.ศ. 2442 [1]

เครื่องยนต์ดีเซลทั้งหมดใช้การจุดระเบิดด้วยแรงอัดซึ่งเป็นกระบวนการที่เชื้อเพลิงถูกฉีดเข้าไปหลังจากอากาศถูกบีบอัดในห้องเผาไหม้ซึ่งจะทำให้เชื้อเพลิงติดไฟได้เอง โดยคมชัดเครื่องยนต์เบนซินใช้วงจรอ็อตโตหรือในบางระบบที่มีประสิทธิภาพสูงที่ผ่านมารอบแอตกินสันซึ่งในน้ำมันเชื้อเพลิงและอากาศที่ผสมก่อนที่จะเข้าห้องเผาไหม้และติดไฟแล้วโดยหัวเทียน

ตามที่ผู้ออกแบบเครื่องยนต์ดีเซลที่ใช้งานได้เครื่องแรกImanuel Lausterดีเซลไม่เคยตั้งใจที่จะใช้หลักการสองจังหวะสำหรับเครื่องยนต์ดีเซล เชื่อกันว่า Hugo Güldnerเป็นผู้คิดค้นเครื่องยนต์ดีเซลสองจังหวะ เขาออกแบบเครื่องยนต์ดีเซลสองจังหวะที่ใช้งานได้เครื่องแรกในปีพ. ศ. 2442 และเขาเชื่อมั่นว่าMAN , KruppและDieselให้ทุนในการสร้างเครื่องยนต์นี้ด้วย10,000 วอนต่อคน [2]เครื่องยนต์Güldnerของมี 175 มมทำงานถังและถังไล่ 185 มม; ทั้งสองมีระยะชัก 210 มม. กำลังขับที่ระบุคือ 12 PS (8826 W) [3]ในเดือนกุมภาพันธ์ พ.ศ. 2443 เครื่องยนต์นี้ทำงานภายใต้กำลังของตัวเองเป็นครั้งแรก อย่างไรก็ตามด้วยกำลังขับที่แท้จริงเพียง 6.95 PS (5112 W) และการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงสูง 380 g · PS −1 · h −1 (517 g · kW −1 · h −1 ) ก็ไม่ได้พิสูจน์ว่าประสบความสำเร็จ ; [4]โครงการเครื่องยนต์ดีเซลสองจังหวะของGüldnerถูกยกเลิกในปี 1901 [5]

ในปีพ. ศ. 2451 MAN Nürnbergได้เสนอเครื่องยนต์ดีเซลสองจังหวะแบบลูกสูบเดี่ยวสำหรับการใช้งานในทะเล[6]เครื่องยนต์ลูกสูบสองจังหวะเครื่องแรกจาก MAN Nürnbergผลิตในปีพ. ศ. 2455 สำหรับโรงไฟฟ้า [7]ด้วยความร่วมมือกับBlohm + Vossในฮัมบูร์ก MAN Nürnbergได้สร้างเครื่องยนต์สองจังหวะลูกสูบสองจังหวะเครื่องแรกสำหรับการใช้งานทางทะเลในปีค. ศ. 1913/1914 [8]ในช่วงสงครามโลกครั้งที่ 1 MAN Nürnbergได้สร้างเครื่องยนต์ดีเซลสองจังหวะหกสูบลูกสูบคู่ที่มีกำลังสูงสุด 12,400 PS (9120 กิโลวัตต์) [6] MAN ย้ายแผนกเครื่องยนต์ดีเซลสองจังหวะจากเนิร์นแบร์กไปยังเอาก์สบวร์กในปี พ.ศ. 2462 [9]

Charles F.Ketteringและเพื่อนร่วมงานซึ่งทำงานที่General Motors Research CorporationและWinton Engine Corporationในเครือของ GM ในช่วงทศวรรษที่ 1930 ได้พัฒนาศิลปะและวิทยาศาสตร์ของเทคโนโลยีดีเซลสองจังหวะเพื่อให้เครื่องยนต์มีอัตราส่วนกำลังต่อน้ำหนักและช่วงเอาต์พุตที่สูงกว่ามากมากกว่าเครื่องยนต์ดีเซลสี่จังหวะแบบร่วมสมัย แอปพลิเคชั่นเคลื่อนที่ครั้งแรกของขุมพลังดีเซลสองจังหวะมาพร้อมกับสายพานลำเลียงดีเซลในช่วงกลางทศวรรษที่ 1930 และการพัฒนาอย่างต่อเนื่องส่งผลให้มีการปรับปรุงเครื่องยนต์ดีเซลสองจังหวะสำหรับรถจักรและการใช้งานทางทะเลในช่วงปลายทศวรรษที่ 1930 งานนี้วางรากฐานสำหรับdieselisationรถไฟในปี 1940 และปี 1950 [10]