หลักการทำงานของเครื่องแก็สโซลีน 4 จังหวะ

เครื่องยนต์แก๊สโซลีน 4 จังหวะ

เครื่องยนต์แก๊สโซลีน 4 จังหวะ

                เครื่องยนต์แก๊สโซลีน (Gasoline Engine หรือ Petrol Engine) เป็นเครื่องยนต์สันดาปภายใน (Internal Combustion Engine หรือ ICE) ชนิดหนึ่งที่มีการทำงานตามกลวัตรอ๊อตโต้ (Otto Cycle) ประดิษฐ์ขึ้นในปี ค.ศ. 1876 ซึ่งเป็นเครื่องยนต์จุดระเบิดด้วยประกายไฟ (Spark-Ignition Engine) (ต้องใช้หัวเทียน) มีการสันดาปหรือการเผาไหม้ใช้เชื้อเพลิงเหลวได้หลายชนิดเช่นน้ำมันเบนซิน แก๊สโซฮอล์ เอทานอล และยังสามารถใช้เชื้อเพลิงแก๊สได้เช่น LPG และ CNG (NGV) ซึ่งจะเรียกโดยรวมว่าเป็นเครื่องยนต์แก๊สโซลีน (Gasoline Engine) ทั่วไปจะมีอัตราส่วนการอัด (Compression Ratio หรือ CR) ประมาณ 9 - 11.5 : 1 เช่นเครื่องยนต์ออดี (AUDI) รุ่น 5 ลิ้นต่อ 1 สูบ มีค่า CR 11.5 : 1  แต่ถ้ามีตัวอัดบรรจุอากาศเทอร์โบ (Turbocharger) จะต้องลดค่าอัตราส่วนการอัดให้ต่ำลง  มีความดันในจังหวะอัด 10 – 15 บาร์ (bar) (10.19 – 15.29 kgf/cm²) ทำให้อุณหภูมิอากาศที่อัดตัวเป็น 400 – 600 ^o ซ.  แต่เดิมนั้นเครื่องยนต์แก๊สโซลีนใช้คาร์บูเรเตอร์ (Carburetor) เป็นอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่ควบคุมการจัดจ่ายอัตราส่วนผสมของอากาศต่อเชื้อเพลิง ซึ่งมีสมรรถนะต่ำ และมีแก๊สพิษ (Emission) สูง ในปัจจุบันจึงไม่ผ่านกฎหมายควบคุมมลพิษ ดังนั้นในปัจจุบันเครื่องยนต์แก๊สโซลีนของรถยนต์จึงใช้ระบบฉีดเชื้อเพลิงควบคุมด้วยอิเล็กทรอนิกส์ และในอนาคตรถจักรยานยนต์ทุกคันจะต้องเลิกใช้ระบบคาร์บูเรเตอร์ 
หมายเหตุ  หลักการที่จะกล่าวต่อไปนี้เป็นหลักการพื้นฐานเหมือนกันหมดไม่ว่าจะเป็นเครื่องยนต์ที่ใช้ระบบจ่ายน้ำมันเชื้อเพลิงด้วยคาร์บูเรเตอร์, เครื่องยนต์ใช้แก๊ส LPG, CNG (NGV) รวมไปถึงเครื่องยนต์ระบบฉีดเชื้อเพลิงแก๊สโซลีน (EFI)  (ไม่รวมเครื่องยนต์แบบโรตารี่)
                เครื่องยนต์ 4 จังหวะมีหลักการทำงานคือใน 1 กลวัตร (Cycle) ของแต่ละสูบ เพลาข้อเหวี่ยงจะหมุน 2 รอบ ต่อการจุดระเบิดให้กำลังงาน 1 ครั้ง นั่นหมายถึงลูกสูบจะเคลื่อนที่ขึ้น-ลงรวม 4 ครั้ง (ขึ้น 2 ครั้ง และลง 2 ครั้ง) คือเพลาข้อเหวี่ยงหมุนรอบที่ 1 ลูกสูบเคลื่อนที่ลงในจังหวะดูด (Intake Stroke). ต่อมาลูกสูบเคลื่อนที่ขึ้นในจังหวะอัด (Compression Stroke) เพลาข้อเหวี่ยงหมุนรอบที่ 2 ลูกสูบเคลื่อนที่ลงในจังหวะกำลัง หรือจังหวะระเบิด (Power Stroke or Expansion Stroke) สุดท้ายลูกสูบเคลื่อนที่ขึ้นในจังหวะคาย (Exhaust Stroke) ถ้าเครื่องยนต์มีหลายสูบ แต่ละสูบจะทำงานเวียนตามลำดับการจุดระเบิด

                เครื่องยนต์แก๊สโซลีน 4 จังหวะ มีหลักการทำงานดังต่อไปนี้

รูปที่ 1 จังหวะดูด

                จังหวะดูด (Intake Stroke) ลิ้นไอดีจะเริ่มเปิดก่อนที่ลูกลูบจะเคลื่อนที่ถึงศูนย์ตายบน (ดังแสดงในรูปที่ 1 ในตำแหน่งที่ 1) เมื่อลูกสูบเคลื่อนที่ลงจากศูนย์ตายบน(TDC หรือ Top Dead Center) ไอดี (ส่วนผสมของอากาศกับเชื้อเพลิงจะถูกดูดเข้ากระบอกสูบ เมื่อลูกสูบเคลื่อนที่เลยจากศูนย์ตายล่าง (BDC  หรือ Bottom Dead Center) ไอดีจะยังคงไหลเข้ากระบอกสูบด้วยแรงเฉื่อยจนกว่าลิ้นไอดีจะปิด (ดังแสดงในรูปที่ 1 ในตำแหน่งที่ 2) 

รูปที่ 2 จังหวะอัด

                จังหวะอัด (Compression Stroke) เมื่อลิ้นไอดีปิด (ดังแสดงในรูปที่ 2 ในตำแหน่งที่ 2) อันเป็นจุดเริ่มต้นของจังหวะอัดซึ่งลูกสูบจะเคลื่อนที่ขึ้นไปสู่ศูนย์ตายบน จังหวะนี้ไอดีประมาณ 10 ส่วนที่ถูกดูดเข้ากระบอกสูบมาในจังหวะดูดจะถูกอัดตัวให้มีปริมาตรเล็กลงเหลือประมาณ 1 ส่วน ดังนั้นไอดีซึ่งเป็นส่วนผสมของอากาศกับเชื้อเพลิงจึงมีความดันและอุณหภูมิที่สูงขึ้นพร้อมสำหรับการสันดาป

                หมายเหตุ  ช่วงปลายของจังหวะอัดคือก่อนที่ลูกสูบจะเคลื่อนที่ถึงศูนย์ตายบน (ดังแสดงในรูปที่ 2 ในตำแหน่งที่ 3) หัวเทียนจะเกิดประกายไฟขึ้น โดยที่หัวเทียนจะเกิดประกายไฟก่อนที่หัวลูกสูบจะเคลื่อนถึงศูนย์ตายบนกี่องศานั้นขึ้นอยู่กับความเร็วรอบ, อุณหภูมิและภาระของเครื่องยนต์ ซึ่งเรียกว่าไฟแก่หรือการจุดระเบิดล่วงหน้าหรือ Spark Advance) 
                คลิกเพื่ออ่านเรื่องระบบจุดระเบิด

รูปที่ 3 จังหวะกำลัง

                จังหวะกำลัง (Power Stroke) (ซึ่งเริ่มนับจากหัวลูกสูบอยู่ที่ศูนย์ตายบน) หรือบางครั้งเรียกว่า จังหวะระเบิด (Expansion Stroke) (ซึ่งเริ่มนับจากหัวเทียนเกิดประกายไฟ) กำลังจากการระเบิดหรือการสันดาป (Combustion) ภายในห้องเผาไหม้จะผลักดันให้ลูกสูบเคลื่อนที่ลงมาเป็นกำลังงานขับเคลื่อนของเครื่องยนต์ ในจังหวะนี้จะไปสิ้นสุดจนกว่าลิ้นไอเสียจะเปิด (ดังแสดงในรูปที่ 3 ในตำแหน่งที่ 5)

                หมายเหตุ  ในความเป็นจริงแล้วการจุดระเบิดถูกเริ่มต้นก่อนที่หัวลูกสูบจะถึงศูนย์ตายบนแล้วมาระเบิดรุนแรงที่สุดในช่วงที่หัวลูกสูบเคลื่อนที่เลยจากศูนย์ตายบนมาแล้วเล็กน้อย (ดังแสดงในรูปที่ 5)

อ่านเพิ่มเติม

รูปที่ 4 จังหวะคาย

                จังหวะคาย (Exhaust Stroke) จังหวะนี้เริ่มต้นจากลิ้นไอเสียจะเริ่มเปิดก่อนที่ลูกลูบจะเคลื่อนที่ถึงศูนย์ตายล่าง (ดังแสดงในรูปที่ 4 ในตำแหน่งที่ 5) แก๊สไอเสียซึ่งยังมีความดันจากการขยายตัวอยู่จะระบายออกทางลิ้นไอเสีย เมื่อลูกสูบเคลื่อนที่เลยจากศูนย์ตายล่าง (BDC) จะผลักดันให้ไอเสียไหลออกไปจากกระบอกสูบ

                หมายเหตุ  ขณะที่หัวลูกสูบเคลื่อนที่ถึงศูนย์ตายบนนั้น ลิ้นไอเสียยังไม่ปิดสนิทแต่จะเปิดเล็กน้อยแล้วไปปิดเมื่อเลยจากศูนย์ตายบนไปเล็กน้อย (ดังแสดงในรูปที่ 4 ในตำแหน่งที่ 6) ซึ่งในช่วงนี้ไอเสียจะสามารถไหลออกจากกระบอกสูบด้วยแรงเฉื่อย และขณะเดียวกันนี้จะเกิดแรงดูดไอดีให้เริ่มเข้ากระบอกสูบ ช่วงที่ลิ้นไอเสียเริ่มปิด และไอดีเริ่มเปิดนี้เรียกว่าซ้อนเหลื่อม (Overlap)  

การวิเคราะห์ควันไอเสียสีขาว

ควันไอเสียสีขาว

          การที่ควันไอเสียสีขาว ส่วนใหญ่ไม่ใช่เกิดจากระบบการเผาไหม้ผิดปกติ ทั้งๆ ที่เครื่องยนต์มีกำลังอัด ระบบฉีดน้ำมันดี ควันไอเสียก็ยังมีสีขาว

          รถที่พบว่ามีควันไอเสียสีขาว ส่วนใหญ่ไม่ใช่เกิดจากน้ำซึ่งปะป่นกับน้ำมันเชื้อเพลิง เมื่อเกิดการเผาไหม้ควันไอเสียจะเป็นสีขาว บางครั้งอาจจะพบว่าติดเครื่องใหม่ๆ ควันไอเสียจะเป็นสีขาวหลังจากนั้นไม่นานควันไอเสียจะเป็นสีปกติ ก็อาจพบได้ว่าท่อไอเสียมีความชื้นและน้ำอยู่ เมือได้รับความร้อนจากไอเสียก็จะกลายเป็นไอและปะปนกับควันไอเสีย

แหล่งที่มา จากหนังสือเรื่องงานปรับแต่งเครื่องยนต์

ผู้เรียบเรียง

นายธิติ ธาตรีนรานนท์

นายปิยชาติ ธาตรีนรานนท์

การวิเคราะห์ควันไอเสียสีดำ

ควันไอเสียสีดำ

         ถ้าควันไอเสียเป็นสีดำ แสดงว่าสภาพการทำงานของเครื่องยนต์ผิดปกติ สาเหตุเกิดจากเผาไหม้ไม่สมบูรณ์เนื่องจากมีน้ำมันเชื้อเพลิงในห้องเผาไหม้มากกว่าปกติซึ่งก็คือส่วนผสมของไอดีหนา สาเหตุทั่วไปถ้าเป็นเครื่องยนต์เบนซินก็จะเกิดจากความผิดปกติของคาร์บูเรเตอร์ ระบบหัวฉีดกรองอากาศหมดอายุ อุดตัน ถ้าเป็นเครื่องยนต์ดีเซลก็มีสาเหตุจากหัวฉีดผิดปกติทำการจ่ายน้ำมันออกจากหัวฉีดมากกว่าปกติ หัวฉีดน้ำมันเป็นหยดไม่เป็นฝอย กรองอาการหมดอายุ สกปรกอุดตัน   

         นอกจากเป็นที่ระบบฉีดน้ำมันแล้ว การสึกหรอของเครื่องยนต์ก็มีส่วนทำให้การเผาไหม้ของเครื่องยนต์ ควันไอเสียเป็นสีดำ ส่วนที่สำคัญคือ กำลังอัดต่ำ กระบอกสูบสึกหรอเป็นรอย แหวนลูกสูบสึกหมดสภาพ บ่าวปิดไม่สนิท

แหล่งที่มา จากหนังสือเรื่องงานปรับแต่งเครื่องยนต์
ผู้เรียบเรียง

นายธิติ ธาตรีนรานนท์

นายปิยชาติ ธาตรีนรานนท์

  

การวิเคราะห์ควันไอเสียสีขาวอมเทา

การวิเคราะห์ความผิดปกติของเครื่องยนต์จากการตรวจด้วยการดูและฟังเสียง

งานตรวจวิเคราะห์สภาพเครื่องยนต์จากการดูควัน

ขั้นตอนการปฏิบัติงาน

          1.สตาร์ทเครื่องยนต์

          2.ติดเครื่องยนต์ไว้จนได้อุณหภูมิการทำงาน เร่งเครื่องและเบาเครื่องสลับกันไปหลายๆครั้งพร้อมกับสังเกตปลายท่อไอเสียดูสีควันไอเสียที่พ้นออกมา

ดูสีควันไอเสีย

ควันขาวอมเทา

1.  ควันไอเสียเป็นสีขาวอมเทา แสดงว่าจังหวะดูดไอดีเข้าไปในกระบอกสูบของเครื่องยนต์มีน้ำมันเครื่องเข้าไปในกระบอกสูบด้วย เมื่อถึงจังหวะการเผาไหม้น้ำมันเชื้อเพลิงและน้ำมันเครื่องก็จะเผาไหม้พร้อมกันไปด้วย โดยคุณลักษณะของน้ำมันเครื่องเมื่อถูกเผาไหม้ควันที่เกิดขึ้นจะเป็นสีขาวอมเทา การที่น้ำมันเครื่องเข้าห้องเผาไหม้ได้แสดงว่าส่วนประกอบต่างๆภายในมีการสึกหรอมากจนเป็นเหตุให้เกิดช่องว่างไม่สามารถป้องกันน้ำมันเครื่องเข้าไปในห้องเผาไหม้ โดยมีจุดที่น้ำมันเครื่องเข้าได้ดังนี้
2.   น้ำมันเครื่องเข้าทางช่องระหว่างก้านลิ้นกับปลอกนำลิ้น ส่วนใหญ่เกิดจากลิ้นไอดี ก้านลิ้นและ  ปลอกนำลิ้นสึกหรอมาก ซีลกันรั่วปลอกนำลิ้นหมดสภาพ เกิดช่องว่างจนเป็นต้นเหตุให้น้ำมันซึ่งหล่อลื่นอยู่บนฝาสูบถูกดูดเข้าไปในกระบอกสูบพร้อมลิ้นไอดีในจังหวะดูด ควันไอเสียที่เกิดจากการเผาไหม้จึงมีสีขาวอมเทา ส่วนลิ้นไอเสียขณะที่ลิ้นเปิดความดันจากไอเสียจะดันออกด้านนอกดันไม่ให้น้ำมันเครื่องเข้าสู่กระบอกสูบ อย่างไรก็ตามซีลกันรั่วปลอกนำลิ้นไอดีจึงเป็นเหตุให้น้ำมันเครื่องที่หล่อลื่นปลายก้านลิ้นและตกค้างอยู่หลังจากดับเครื่อง เมื่อเครื่องยนต์จอดไว้เป็นเวลานาน น้ำมันเครื่องจะค่อย ๆ ไหลผ่านซีลกันรั่วที่หมดสภาพเข้าไปตกค้างอยู่บริเวณหน้าลิ้น     บ่าลิ้น จึงเป็นที่สังเกต ได้เมื่อเริ่มต้นการติดเครื่องยนต์ควันไอเสียจะเป็นสีขาวอมเทาก่อน จากนั้นควันไอเสียสีขาวก็จะหมดไป        
3. น้ำมันเครื่องรั่วผ่านแหวนลูกสูบ (เป็นแหวนกวาดน้ำมัน) เนื่องจากแหวนสึกหรอและหมดสภาพ กระบอกสูบสึกหรอเป็นรอย จึงมีผลกับแหวนลูกสูบไม่สามารถแนบกับกระบอกสูบได้อย่างสนิท เกิดเกิดช่องว่างทำให้น้ำมันเครื่องซึ่งหล่อลื่นอยู่ใต้แหวนกวาดน้ำมันรั่วผ่านห้องเผาไหม้ได้ จึงเป็นเหตุให้การเผ่าไหม้เชื้อเพลิงพร้อมกับน้ำมันเครื่องด้วย        
4. ปะเก็นฝาสูบหมดสภาพ เกิดช่องทางน้ำมันเครื่องสามารถซึมผ่านเข้าไปในกระบอกสูบและเกิดการเผาไหม้พร้อมกับน้ำมันเชื้อเพลิง จึงเกิดควันไอเสียสีขาวอมเทาแรงดันจากการเผาไหม้ สามารถรั่วผ่านแหวนอัดลงสู่ห้องเพลาข้อเหวี่ยง เนื่องจากแหวนอักสึกหรอหมดสภาพกระบอกสูบเป็นรอย สังเกตได้จากระบบระบายแก๊สมีแก๊สและไอน้ำมันดันออกจากช่องเติมน้ำมันเครื่องเมื่อเปิดฝาเติมน้ำมันเครื่องออกถ้าเร่งเครื่องจะมีแรงดันสูงมาก อย่างไรก็ตามในระบบการทำงานของเครื่องยนต์เพื่อป้องกันอากาศเป็นมลพิษ จะมีท่อรับแก๊สและไอน้ำมันเครื่องจากอ่างน้ำมันเครื่องส่งเข้าไปในกระบอกสูบพร้อมกับไอดีและเผาไหม้พร้อมกับน้ำมันเชื้อเพลิงจึงเป็นสาเหตุให้เกิดควันสีขาวอมเทา

แหล่งที่มา จากหนังสือเรื่องงานปรับแต่งเครื่องยนต์
 ผู้เรียบเรียง
นายธิติ ธาตรีนรานนท์
นายปิยชาติ ธาตรีรานนท์