ขุดมั่งน้า ก็มาว่าเรื่องของเครื่องยนต์ดีเซลบ้าง

[Cummins]

[Cummins]

ห้องเผาไหม้แบบล่วงหน้านั้นจะมีห้องเผาไหม้ช่วยอยู่ประกอบอยู่ในฝาสูบอีกทีหนึ่ง ห้องเผาไหม้ชนิดนี้เหมาะกับเครื่องยนต์ดีเซลรอบปานกลาง และเครื่องยนต์ดีเซลหมุนเร็ว ซึ่งห้องเผาไหม้แบบนี้ถูกพัฒนาขึ้นหลังจากที่ได้มีการนำเอาเครื่องยนต์ดีเซลมาใช้เป็นเครื่องต้นกำลังในยานพาหนะ แต่เนื่องจากข้อจำกัดของห้องเผาไหม้แบบเปิดจึงทำให้ผู้ผลิตเครื่องยนต์ส่วนหนึ่งหันมาพัฒนาห้องเผาไหม้ช่วยขึ้น เช่นแคตเตอร์พิลล่า เบนซ์ MWN เป็นต้น โดยห้องเผาไหม้ช่วยจะมีปริมาตร 25-40 เปอร์เซนต์ของห้องเผาไหม้หลัก และมัช่องเชื่อมต่อกับช่องเผาไหม้หลัก ซึ่งจะมีรูทางออกของก๊าซ ตั้งแต่ 2 รูขึ้นไป ส่วนที่หัวลูกสูบนั้นจะเว้าไว้เพื่อเป็นการบังคับทิศทางของก๊าซให้พ่นออากมาผสมกับอากาศในห้องเผาไหม้หลักได้อย่างสมบูรณ์ ส่วนการเริ่มต้นเผาไหม้นั้นจะเกิดขึ้นเมื่อ เมื่อลูกสูบเคลื่อนที่ขึ้นในจังหวะอัดอากาศจะถูกอัดเข้าไปในห้องเผาไหม้ช่วยโดยผ่านทางช่องที่ต่อเชื่อมกัน จนกระทั่งราว ๆ 24-17 องศาก่อนศูนย์ตายบนน้ำมันเชื้อเพลิงก็จะถูกฉีดเข้ามาที่ห้องเผาไหม้ช่วยจากทางด้านบนดูได้จากรูป ในช่วงที่การเผาไหม้ยังไม่เกิดขึ้นนี้อากาศจะยังถูกอัดเข้ามาในห้องเผาไหม้อย่างต่อเนื่องจะทำให้เกิดการผสมคลุกเคล้าระหว่างน้ำมันกับอากาศ จนกระทั่งการเผาไหม้เริ่มขึ้นถึงตอนนี้ความดันในห้องเผาไหม้ช่วยจะเพิ่มขึ้นเนื่องจากการเผาไหม้ ในระหว่างนี้ถ้าความดันภายในห้องเผาไหม้ช่วยยังไม่มากพอลูกสูบจะยังคงอัดอากาศเข้ามาทำให้การผสมระหว่างน้ำมันกับอากาศดีขึ้น จนกระทั่งความดันในห้องเผาไหม้ช่วยสูงกว่าความดันในกระบอกสูบถ้าการเผาไหม้เริ่มต้องถูกต้อง ความดันสูงนี้จะเกิดขึ้นหลังจากที่ลูกสูบเคลื่อนที่ผ่านศูนย์ตายบนไปแล้วประมาณ 5 องศาจากนั้นก๊าซที่กำลังเผาไหม้อยู่ภายในห้องเผาไหม้ช่วยซึ่งจะมีทั้งเปลวไฟ ไอน้ำมันที่ยังไม่เผาไหม้ที่ผสมกับอากาศจะถูกพ่นกลับมาเผาไหม้กับอากาศในส่วนที่เหลือบนหัวลูกสูบอีกครั้งหนึ่งจากนั้นก๊าซจะขยายตัวผลักลูกสูบให้เคลื่อนที่ลงทำให้ได้งานเกิดขึ้น

รูปแสดง ห้องเผาไหม้ล่วงหน้าของแคตเตอร์พิลล่าสำหรับเครื่องหมุนรอบปานกลาง

ส่วนรูปนี้เป็นของแคตเตอร์พิลล่าเช่นกันแต่ใช้สำหรับเครื่องยนต์หมุนเร็วที่ยังมีใช้อยู่ในปัจจุบัน

ส่วนรูปนี้เป็นห้องเผาไหม้ล่วงหน้าของเครื่องพลิสติกส์ที่ใช้ในรถจักรอัลสตอมครับ

ทีนี้ก็มาต่อกันอีกหน่อยนึงในเรื่องของข้อดี และข้อเสียของห้องเผาไหม้แบบล่วงหน้ากันครับในส่วนของข้อดีก็คือกำลังดันสูงสุดในขบวนการการเผาไหม้จะอยู่ในห้องเผาไหม้ช่วย ทำให้การเผาไหม้ในกระบอกสูบราบเรียบ และสม่ำเสมอจะมีผลทำให้เครื่องยนต์เดินได้เรียบกว่า มีเสียงโขก (น็อค) น้อยกว่า แล้วยังทำให้เครื่องยนต์มีเสียงดังรบกวนน้อยกว่าอีกด้วย ลดภาระกับชิ้นส่วนของเครื่องยนต์ทำให้ชิ้นส่วนต่าง ๆ เช่น สลักลูกสูบ แบริ่งก้านสูบ บูชก้านสูบ สึกหรอน้อยกว่า และทำให้มีขนาดเล็กกว่าได้ถ้าขนาดเครื่องยนต์เท่า ๆ กัน ไม่ต้องการฝอยละอองของน้ำมันที่ละเอียดมากนัก ทำให้ไม่ต้องใช้แรงดันในการฉีดน้ำมันสูง ๆ และไม่ต้องใช้หัวฉีดรูเล็ก ๆ ทำให้อุปกรณ์ในระบบเชื้อเพลิงมีอายุการใช้งานยาวนานกว่า และสามารถใช้น้ำมันดีเซลเกรดต่ำได้ ส่วนข้อเสียก็คือ ประสิทธิภาพทางความร้อนต่ำเพราะมีการสูญเสียความร้อนผ่านผนังห้องเผาไหม้มากกว่า จะทำให้ได้งานน้อยกว่าถ้าความจุเท่า ๆ กัน และ/หรือเมื่อทำงานที่ความดันเฉลี่ยในกระบอกสูบเท่า ๆ กัน ผลก็คือจะทำให้กินน้ำมันมากกว่า ผลจากการสูญเสียความร้อนทำให้ต้องมีอุปกรณ์ช่วยอุ่นห้องเผาไหม้ (หัวเผาไฟฟ้า) เพื่ออุ่นห้องเผาไหม้ในเวลาสตาร์ทเครื่องในเวลาเครื่องเย็น และต้องใช้อัตราส่วนการอัดสูง ๆ (19-23 ต่อ 1 ) เพื่อชดเชยความร้อยที่สูญเสียไปทำให้ติดเครื่องง่ายขึ้น แต่ผลที่ตามมาคือด้องการกำลังในการหมุนเครื่องยนต์ขณะสตาร์ทมากขึ้น

[Cummins]

ทีนี้ก็มาว่าเรื่องของ ห้องเผาไหม้แบบสเวิร์ล ห้องเผาไหม้แบบนี้เป็นแบบที่มีห้องเผาไหม้ช่วยโดยจะมีห้องเผาไหม้ช่วยอยู่ในฝาสูบ ห้องเผาไหม้แบบนี้เกิดขึ้นหลังจากที่เครื่องยนต์ดีเซลได้รับความนิยมมากขึ้นเรื่อย ๆ และเริ่มมีความจุน้อยกว่า 3000 ซีซี. เส้นผ่าศูนย์กลางลูกสูบน้อยกว่า 4 นิ้ว ความเร็วรอบหมุนสูงสุดเกินกว่า 3,500 รอบ/นาที

ห้องเผาไหม้แบบล่วงหน้า ก็มีข้อจำกัดอยู่ตรงที่ว่าที่ความเร็วรอบสูง ๆ ก๊าซที่เผาไหม้แล้วที่ตกค้างอยู่ในห้องเผาไหม้ช่วยออกมาไม่หมด ทำให้เครื่องยนต์สูญเสียสมรรถนะที่รอบสูง ๆ

ส่วนห้องเผาไหม้แบบไดเร็คอินเจ็คชั่นนั้นไม่ต้องพูดถึง ยังติดขัดในเรื่องของการทำให้อากาศหมุนวนในกระบอกสูบให้ได้เร็วพอทันต่อการเผาไหม้ที่ความเร็วรอบสูง ๆ และหัวฉีดยังไม่สามารถออกแบบให้รูเล็กพอที่จะฉีดน้ำมันให้เป็นฝอยละอองที่ละเอียดมาก ๆ ได้ และที่สำคัญคือเทคโนโลยีของระบบปั๊มแรงดันสูงยังไม่สามารถที่จะฉีดน้ำมันให้มีแรงดันสูง ๆ ผ่านรูเล็ก ๆ เพื่อให้น้ำมันเป็นฝอยละอองที่ละเอียดได้ ดังนั้นห้องเผาไหม้แบบไดเร็คอินเจ็คชั่นในขณะนั้น ( ช่วงประมาณปี 1955 - 1970) จึงจำกัดวงอยู่ในการใช้งานกับเครื่องยนต์ที่ขนาดของลูกสูบโตกว่า 4 นิ้วขึ้นไป และความเร็วรอบหมุนของเครื่องยนต์ไม่เกิน 3,000 รอบ/นาที

ดังนั้น จึงมีการออกแบบห้องเผาไหม้ช่วยแบบพาวน หรือแบบสเวิร์ลมาใช้แทน ลักษณะจะเป็นห้องเผาไหม้ช่วยรูปทรงกลมอยู่ในฝาสูบ ซึ่งจะมีปริมาตร 60 - 90 เปอร์เซนต์ของปริมาตรห้องเผาไหม้ทั้งหมด ส่วนช่องอากาศเข้าจะมีช่องเดียวอยู่ในแนวสัมผัสเส้นรอบวงพอดี ฉะนั้น เมื่ออากาศถูกอัดเข้ามาก็จะหมุนวนไปรอบ ๆ ห้องเผาไหม้ช่วยตามชื่อของมัน ( พาวน ) ส่วนน้ำมันก็จะฉีดเข้าด้านบนในแนวตามทิศทางการหมุนของอากาศ ยิ่งเครื่องยิ่งหมุนเร็วเท่าไรการหมุนวนของอากาศในห้องเผาไหม้ช่วยก็จะหมุนเร็วขึ้นเท่านั้น ทำให้น้ำมันกับอากาศผสมกันได้ดีขึ้นและเผาไหม้ได้ดีขึ้น

ส่วนขบวนการการเผาไหม้ก็จะมีดังนี้ เมื่ออากาศถูกอัดเข้าไปในห้องเผาไหม้ช่วยอากาศก็จะถูกพาให้หมุนวนไปรอบ ๆ ก่อนศูนย์ตายบนประมาณ 8 - 14 องศา น้ำมันก็จะถูกฉีดเข้ามาการหมุนวนของอากาศก็จะทำให้ลองน้ำมันแตกตัวเข้าผสมกับอากาศแล้วการเผาไหม้ก็จะเริ่มขึ้น และเมื่อกำลังดันในห้องเผาไหม้ช่วยสูงกว่า กำลังดันในกระบอกสูบก๊าซที่กำลังเผาไหม้อยู่ ก็จะพ่นออกมาเผาไหม้ต่อ ในกระบอกสูบโดยที่หัวลูกสูบจะทำเป็นเบ้ารูปเลขแปดไว้เพื่อบังคับทิศทางการหมุนวนของก๊าซ

ซึ่งจะมีข้อดีกว่าแบบล่วงหน้า ก็คือ มีช่วงแรงบิดใช้งานกว้างกว่า ที่ความเร็วรอบสูง ๆ สมรรถนะดีกว่า ควันดำน้อยกว่า มีการเผาไหม้ที่ราบเรียบกว่าทำให้เครื่องยนต์เดินเรียบ เสียงเงียบกว่าเมื่อเทียบกับแบบไดเร็คอินเจ็คชั่น กำลังดันสูงสุดในกระบอกสูบต่ำกว่าทำให้ชิ้นส่วนต่าง ๆ ของเครื่องยนต์มีขนาดเล็กกว่าถ้าความจุเท่า ๆ กับแบไดเร็คอินเจ็คชั่น

แต่มีข้อเสีย ก็คือ ถ้าความจุกระบอกสูบเท่า ๆ กันจะกินน้ำมันมากกว่า แบบล่วงหน้า และแบบไดเร็คอินเจ็คชั่นแล้วก็ต้องใช้น้ำมันคุณภาพดีกว่า ต้องการการฉีดน้ำมันที่เป็นฝอยละอองที่ดีกว่าห้องเผาไหม้แบบล่วงหน้า

รูปแสดงลักษณะของห้องเผาไหม้แบบพาวน
_________________
อดีตโชเฟอร์ล้อเหล็ก

[Cummins]

จากห้องเผาไหม้แบบต่าง ๆ ที่กล่าวมาแล้วนั้นก็มีข้อดีข้อเสียที่ต่างกันไป แต่ห้องเผาไหม้แบบไดเร็คอินเจ็คชั่นนั้น มีข้อดีที่เป็นคุณลักษณะเฉพาะตัว ก็คือ เนื่องจากว่าการเผาไหม้เกิดขึ้นเกิดขึ้นคราวเดียวภายในกระบอกสูบ ดังนั้นจึงได้พลังงานจากการเผาไหม้สูงกว่า และสูญเสียความร้อนจากการเผาไหม้น้อยกว่านั้น คือ ได้ประสิทธิภาพทางความร้อนสูงกว่า แล้วจากการที่มีห้องเผาไหม้เดียวอยู่บนฝาสูบก็ทำให้มีพื้นที่สูญเสียความร้อนของอากาศในจังหวะอัดน้อยกว่าทำให้สามารถสตาร์ทเครื่องง่ายในเวลาเครื่องเย็นโดยไม่ต้องอุ่นห้องเผาไหม้ก่อน (เผาหัว) และไม่ต้องใช้อัตราส่วนการอัดมากนัก (ประมาณ 15-18 ต่อ 1 ) ทำให้ไม่ต้องใช้กำลังหมุนเครื่องยนต์ขณะเริ่มสตาร์ทมากนัก และเครื่องยนต์จะได้กำลังฉุดลากดีที่รอบไม่สูงนัก และประหยัดน้ำมันกว่าถ้าความจุกระบอกสูบเท่า ๆ กัน

ดังนั้นผู้สร้างแต่ละค่ายก็พยายามพัฒนา และแก้ไขออกแบบให้สามารถใช้เครื่องยนต์หมุนเร็วที่มีความเร็วรอบหมุนเกินกว่า 3,500 รอบ/นาที และมีขนาดความโตของลูกสูบน้อยกว่า 4 นิ้วให้ได้

หลังจากที่ฝ่าฟันขีดจำกัดในเรื่องของการฉีดน้ำมันต้องไม่กระทบผนังของห้องเผาไหม้ได้ โดยใช้วิธีฉีดเข้าหาเบ้าบนหัวลูกสูบแล้วให้มันแตกตัวกระเด็นกลับผสมกับอากาศอีกทีนึง ส่วนการหมุนวนของอากาศนั้นก็ใช้วิธีออกแบบให้ช่องทางของอากาศที่ฝาสูบให้เป็นก้นหอยก็สามารถแก้ไขปัญหานี้ได้ และก็มีการใช้หลักการนี้กับเครื่องยนต์ขนาดเล็กอย่างแพร่หลาย



รูปแสดงลักษณะการฉีดน้ำมัน และการหมุนวนของอากาศภายในห้องเผาไหม้

ลักษณะช่องอากาศในฝาสูบที่ออกแบบให้เป็นรูปก้นหอย
จนกระทั่งราว ๆ ปี 1973 - 1974 อีซูซุ ก็ประสบความสำเร็จกับเครื่องยนต์รุ่น 4BB1 ซึ่งเป็นเครื่องยนต์ 4 สูบ มีความจุกระบอกสูบประมาณ 3,400 ซี.ซี ซึ่งใช้กับรถบรรทุกเล็กขนาด 4 ตันรุ่น KS-21 หรือที่ในวงการผู้ใช้รถเรียกรถรุ่นนี้ว่า อีซูซุ 100 แรง เพราะเครื่องยนต์มีกำลัง 100 แรงม้าที่ 3600 รอบต่อนาที ซึ่งสร้างชื่อเสียงให้กับอีซูซุเป็นอย่างมากในเรื่องของความประหยัด และเครื่องรุ่นนี้ก็มีเพื่อนร่วมรุ่นก็คือ 6BB1 ซึ่งหมือนกันทุกอย่างเพียงแต่เป็นเครื่อง 6 สูบเท่านั้นมีกำลัง 145 แรงม้าที่ 3,200 รอบต่อนาทีซึ่งใช้กับรถบรรทุก 6 ล้อขนาด 6 ตันก็คือรุ่น SBR ก่อนที่จะพัฒนามาเป็นรุ่น 4 BD1 ขนาด 3.6 ลิตร 110 แรงม้าที่ใช้ใน KS-22 และ 6BD1 160 แรงม้าซึ่งใช้ในรถบรรทุกสิบล้อ JCM และ JCZ ตามลำดับ รวมไปถึง ขสมก. รุ่นครีม-น้ำเงิน แล้วรถบัสของทหารด้วยแหละ ซึ่งในปัจจุบันนี้เครื่องยนต์ในรุ่นนี้ก็ยังได้รับความนิยมอย่างแพร่หลายในชื่อเสียงของความประหยัด สมรรถนะดี ทนทาน บำรุงรักษาง่าย ซ่อมง่าย อะไหล่ไม่แพงนักหาง่าย แล้วยังแตกลูกแตกหลานออกมาเป็นรุ่น 6 BF และ 6 BG 1 ตามลำดับมีทั้งรุ่นธรรมดา รุ่นเทอร์โบ แล้วก็ทั้งเทอร์โบอินเตอร์คูลเลอร์

ส่วนยี่ห้ออื่น ๆ ก็มีฮีโน่รุ่น EH-700 168 แรงม้าที่ 3,000 รอบต่อนาที ราวปี 1979 ก่อนที่จะเอารุ่น EL-100 ขนาด 191 แรงม้าที่ 2,900 รอบต่อนาทีเข้ามาแข่งราว ๆ ปี 81-83 แต่ก็อยู่ในตลาดไม่นานนัก ก่อนที่จะแตกรุ่นไปโดยมีเครื่องให้เลือกหลายรุ่นในตระกูลเจ้าอินทรีย์ก็มีตั้งแต่ W06D H07C EM-100 แล้วก็ M10C แล้วก็ฟูโซ่ (มิตซูบิชิ) รุ่น 6D14A1 160 แรงม้าที่ 3,200 รอบต่อนาที ก็ราวปี 1979 หลังจากนั้นก็มี 6D15 และ 6D16 ในรุ่นเฉินหลง ส่วนนิสสันก็มีรุ่น ND-6 ขนาด 160 แรงม้าที่ 2,300 รอบต่อนาที อยู่ในอยู่ในสิบล้อรุ่น CD10 แต่ก็ไม่ได้รับความนิยมมากนัก แล้วก็รุ่น PE-6 ขนาด 230 แรงม้าที่ 2,300 รอบต่อนาทีอยู่ในรุ่น CW-30 ซึ่งก็อยู่ในความนิยมผู้รับเหมาส่วนหนึ่งในเรื่องความอึด กำลังดี ถ้าไม่คำนึงว่ามันกินน้ำมันมากกว่าเขา

และจากผลของวิกฤตราคาน้ำมันทั้งสองครั้งคือประมาณปี 2516 และราว ๆ ปี 2520 - 2522 ทำให้รถกระบะบรรทุก 1 ตันหันมาใช้เครื่องยนต์ดีเซล ซึ่งก็นำโดยอีซูซุในราวปี 2520 ช่วงนี้มีเริ่มมีการแข่งขันกันมากขึ้นในด้านการพัฒนาสมรรถนะของเครื่องยนต์ดีเซล เดี๋ยวมาต่อนะ


ช่วงนี้ (ตั้งแต่ปี 2525 เป็นต้นมา) เทคโนโลยีของเครื่องยนต์ดีเซลหมุนเร็วก้าวหน้าอย่างมากแทบจะเรียกว่าก้าวกระโดดเลยก็ได้ เพราะเทคโนโลยีทางด้านโลหะวิทยาก้าวหน้ามากขึ้นสามารถทำให้ชิ้นส่วนมีขนาดเล็กลง น้ำหนักน้อยลงแต่มีความแข็งแรงมากขึ้น แล้วเทคโนโลยีทางด้านซอฟแวร์ และฮาร์ดแวร์คอมพิวเตอร์มีมากขึ้นโดยเฉพาะทางด้านกลศาสตร์ของไหลทำให้สามารถจำลองสภาวะที่เกิดขึ้นในเครื่องยนต์ตั้งแต่เริ่มประจุอากาศไปจนถึงเผาไหม้เสร็จทำให้การออกแบบสะดวกขึ้น

ส่วนทางด้านเครื่องจักรที่ใช้ในการผลิตก็สามารถผลิตชิ้นส่วนที่ต้องการความละเอียดได้มากขึ้นโดยเฉพาะนมหนูหัวฉีด และชุดปั๊มแรงดันสูงซึ่งถือว่าเป็นชิ้นส่วนที่ต้องใช้ความปราฌีต ความละเอียดในการสร้างมากที่สุด

และเมื่อทะลุขีดจำกัดตรงนี้ไปได้นั่นคือสามารถสร้างหัวฉีดรูเล็ก ๆ ได้ และสามารถสร้างปั๊มแรงดันสูงให้มีขนาดเล็กลงได้ ถึงตอนนี้ ก็สามารถนำเอาห้องเผาไหม้แบบไดเร็คอินเจ็คชั่นมาใช้กับเครื่องยนต์ที่มีขนาดลูกสูบเล็กกว่า 4 นิ้วได้ ความจุต่ำกว่า 3000 ซีซี และความเร็วรอบเกินกว่า 3,600 รอบต่อนาทีได้สำเร็จในเครื่องยนต์รุ่น 4 JA 1 ของอีซูซุ ซึ่งมีขนาดความจุ 2,500 ซี.ซี กำลัง 80 แรงม้าที่ 4,000 รอบต่อนาที ในปี 1986 ซึ่งถือว่าเป็นเครื่องยนต์ดีเซลหมุนเร็วที่ใช้ห้องเผาไหม้แบบฉีดตรงที่เล็กที่สุดในโลกในตอนนั้น เมื่อความนิยมในเครื่องยนต์ดีเซลขนาดเล็กเริ่มมีมากขึ้นอันเนื่องมากจากข้อดีที่ว่า ประหยัดกว่า ประมาณ 1 เท่าตัว และมีอายุการใช้งานยาวนานกว่า ประมาณ 3 เท่าตัว เมื่อเทียบกับเครื่องยนต์เบ็นซินที่ความจุกระบอกสูบเท่ากัน และสภาวะการใช้งานเหมือน ๆ กัน

ทางผู้ผลิตรถยนต์นั่งค่ายยุโรปที่มีเครื่องยนต์ดีเซลของตัวเองอยู่แล้วที่จับตามองตลาดอยู่ เช่น โฟลค์สวาเก็น เมอร์เซเดสเบ็นซ์ เอาดี ซาบ วอลโว แม้กระทั้งบีเอ็มดับเบิลยู ก็เริ่มสนใจโดยเฉพาะเบ็นซ์ ซึ่งเล่นเครื่องดีเซลกับรถนั่งมาก่อน แล้วก็มีรถนั่งที่ใช้เครื่องดีเซลให้เลือกหลายรุ่น โดยเฉพาะเครื่องรุ่น OM-621 ซึ่งเป็นเครื่องดีเซล 4 สูบขนาด 1,900 ซีซี มีกำลัง 56 แรงม้าที่ 3,600 รอบต่อนาทีเพียงแต่ไม่ได้ใช้ห้องเผาไหม้แบบฉีดตรงเท่านั้นซึ่งมีชื่อเสียงมากในรถรุ่น 190D รุ่นราว ๆ ปี 1955-56 ซึ่งในยุคนั้นยังไม่มีการนำเอาเครื่องยนต์ดีเซลเข้ามาใช้ในรถยนต์นั่งมากนัก เพราะติดขัดในเรื่องของน้ำหนัก และเสียงของเครื่องยนต์

ห้องเผาไหม้แบบล่วงหน้าของเครื่องเบนซ์ OM-621
แต่ก็ยังมีอุปสรรคตามมานั่นคือกฎหมายเรื่อง มลภาวะ ซึ่ง ถือเป็นหนามยอกอกของเครื่องดีเซลเลยก็ว่าได้ ปัญหาของเครื่องดีเซลก็คือ ควันดำ เพราะเครื่องยนต์ดีเซลนั้นมีข้อดีที่เป็นเอกลักษณ์เฉพาะตัวก็คือ หน้าดื้อ หรือที่ภาษาโคราชเรียกว่าหน้ามึน กล่าวคือ มันจะสามารถทำงานในลักษณะที่เรียกว่าเกินกำลัง (Over load) โดยที่ไม่ดับ เว้นเสียแต่ว่าจะดันไม่ไหวจริงได้แบบต่อเนื่องเป็นเวลานาน ๆ โดยที่ไม่เสียหายในทันทีทันใดแต่อายุการใช้งานจะสั้นลง แต่ไอเสียจะมีควันดำ ซึ่งเป็นสิ่งที่ไม่พึงประสงค์ ซึ่งต่างจากเครื่องยนต์เบ็นซินซึ่งถ้ารับภาระมาก ๆ เมื่อรอบเครื่องยนต์ต่ำลงส่วนผสมจะหนามากแล้วในที่สุดก็จะเกิดอาการชิงจุด เครื่องยนต์ก็จะน็อค และดับในที่สุด ถ้าไม่พังไปซะก่อน แล้วยังมีก๊าซพิษตัวอื่น เช่น Nox สารไฮโดรคาร์บอน ดังนั้นเพื่อจะทะลุขีดจำกัดตรงนี้ได้ก็จะต้องควบคุมเครื่องยนต์ด้วยระบบอีเล็คทรอนิคส์
_________________
อดีตโชเฟอร์ล้อเหล็ก

[nathapong]

ขออภัย อาจารย์ คัมมินส์
จบเรื่องนี้ ตามด้วยเรื่องพญาแถน ด้วยเน้อ แถมๆ ให้หน่อยหละกัน

ปล.เรื่องโชเฟอร์ล้อเหล็ก ปั่นต้นฉบับต่อด้วย อย่าดองนานหลาย .......

[Cummins]

เรื่องนี้ยัง บ่ จบง่าย ๆ ดอกขอรับ ขอบอกอย่างน้อยอีกครึ่งปีแหละ พญาแถนต้องสอบก่อนถึงจะเผยแพร่ได้เจ้าค่ะ แต่ไตเติ้ลก่อนได้ เดี๋ยวไปต่อในกระทู้ของซูเปอร์ชาร์ทแล้วกัน สำหรับเรื่องของพญาแถน
_________________
อดีตโชเฟอร์ล้อเหล็ก

[Cummins]

ปัญหาอีกเรื่องของเครื่องยนต์ดีเซลนั่นก็คือ มีเสียงดังรบกวนมากในขณะทำงาน แล้วก็ความสั่นสะเทือนขณะทำงานสูง ถึงแม้ว่าจะมีการใช้เพลาถ่วงสมดุลย์เข้ามาช่วยแต่ก็ยังไม่สามารถแก้อาการสั่นได้ทั้งหมด แถมชุดเพลาถ่วงสมดุลย์ยังกินกำลังเครื่องไปอีกส่วนหนึ่งด้วย

ดังนั้นวิศวกรผู้ออกแบบเครื่องยนต์จึงหันไปหาวิธีอื่น โดยเฉพาะเครื่องยนต์ระบบไดเรคอินเจ็คชั่น (Direct Injection) นั้น จะมีเสียงน็อค (โขก) และการสั่นสะเทือนมากกว่าเครื่องยนต์ที่ใช้ห้องเผาไหม้แบบอื่นในขนาดเท่า ๆ กัน แต่ก็อย่างที่บอกแล้วว่า เครื่องยนต์ระบบไดเร็คอินเจ็คชั่นมีข้อดีเกินกว่าจะมองข้ามไปได้ ดังนั้นปัญหาแค่นี้ถ้าแก้ไม่ได้ก็เลิกทำเครื่องขายไปซะเลยดีกว่า

เริ่มจากในราวปี 1960 ยุคที่เครื่องระบบไดเร็คอินเจคชั่นยังมีขนาดลูกสูบโตกว่า 5 นิ้ว และความเร็วรอบหมุนสูงสุดยังไม่เกิน 2,500 รอบต่อนาที ซึ่งเป็นเครื่องดีเซลที่ใช้ในรถบรรทุก รถโดยสารขนาดใหญ่ เครื่องยนต์ต้นกำลังที่ใช้ในเครื่องจักรกลหนัก เครื่องยนต์ของรถดีเซลราง รวบไปถึงเครื่องยนต์ของหัวรถจักรที่ความเร็วรอบหมุนสูงสุดเกิน 1,200 รอบต่อนาทีด้วย

ช่วงนั้น M.A.N โดย ดร.มิเลอร์ ได้ออกแบบห้องเผาไหม้แบบไดเร็คอินเจ็คชั่นใหม่ โดยเรียกชื่อห้องเผาไหม้แบบนี้ว่าแบบ M - type หรือ M - system ซึ่งห้องเผาไหม้แบบนี้จะมีห้องเผาไหม้เป็นเบ้ารูปทรงกลมอยู่บนหัวลูกสูบ ถ้ายังนึกภาพไม่ออกก็ไปเอาลูกเทนนิสมาแล้วปาดด้านใดด้านหนึ่งออกไป 1 ใน 3 ห้องเผาไหม้ก็จะเป็นแบบนั้น

ส่วนหัวฉีดนั้นจะมีสองรู รูหนึ่งใหญ่ ส่วนอีกรูนึงจะมีขนาดเล็กกว่าโดยรูใหญ่นั้นจะมีทิศทางในการฉีดน้ำมันไปในแนวเส้นสัมผัสตามเส้นรอบวงของผนังห้องเผาไหม้ ส่วนรูที่เล็กกว่าจะฉีดออกจากแนวของรูใหญ่ประมาณ 2 - 3 องศา โดยห้องเผาไหม้แบบนี้จะมีขั้นตอนการเผาไหม้โดยเริ่มด้นจาก เมื่ออากาศไหลเข้ากระบอกสูบในจังหวะดูด อากาศก็จะไหลผ่านช่องลิ้นไอดีที่ฝาสูบ ที่ถูกทำให้เป็นรูปก้นหอยไว้ผลก็คืออากศจะหมุนเป็นพายุหมุนเข้าไปในกระบอกสูบ เมื่อลูกสูบขึ้นอัดอากาศอากาศก็จะถูกบีบให้ไหลเข้าไปอยู่ในเบ้าเนื่องจากมันถูกลดพื้นที่หน้าตัดมันจึงหมุนเร็วขึ้น (จากการคำนวนประมาณ 800 กิโลเมตรต่อชั่วโมงที่ความเร็วรอบสูงสุด)

รูปแสดงลักษณะห้องเผาไหม้แบบ M-type ของ M.A.N

หลังจากนั้นประมาณ 21 - 18 องศาก่อนศูนย์ตายบนน้ำมันก็จะถูกฉีดเข้าไปในเบ้าโดยน้ำมันจะออกที่รูใหญ่ประมาณ 85 เปอร์เซนต์ โดยส่วนใหญ่จะฉีดออกไปฉาบเป็นฟีล์มบาง ๆ อยู่ที่ผนังของเบ้า และส่วนที่เหลือเล็กน้อยที่เป็นละอองที่ละเอียดกว่าจะลอยอยู่ในอากาศร่วมกับ อีก 15 เปอร์เซนต์จะฉีดออกที่รูเล็กและเป็นฝอยละเอียดกว่า จะถูกฉีดให้เป็นละอองลอยอยู่ในอากาศร้อน ประมาณ 0.0008 วินาที น้ำมันส่วนนี้จะติดไฟก่อน แล้วเปลวไฟส่วนนี้ก็จะถูกอากาศพัดพาให้หมุนไปรอบ ๆ ห้องเผาไหม้แลบเลียฟีลม์น้ำมันส่วนใหญ่ที่ฉาบอยู่ที่ผนังของเบ้าให้ระเหยและลุกติดไฟอย่างสม่ำเสมอ ทำให้ความดันในจังหวะระเบิดเพิ่มขึ้นไม่เร็วนักเมื่อเทียบกับห้องเผาไหม้แบบฉีดตรงในแบบแรก ทำให้เสียงน็อคเบาลง และเครื่องยนต์มีอาการสั่นสะเทือนน้อยลง
ห้องเผาไหม้แบบนี้ใช้ในเครื่องยนต์หมุนเร็วยี่ห้อ M.A.N. ในช่วงปีประมาณ 1960 เป็นต้นมา และเครื่องยนต์ยี่ห้ออินเตอร์เนชั่นแนลฮาเวสเตอร์ บางรุ่น แล้วก็เครื่องญี่ปุ่นอีก 1 รุ่นคือฮีโน่รุ่น ED - 100 ซึ่งเครื่องรุ่นนี้ผมได้อนุรักษ์ไว้ให้นักศึกษาดู และใช้เป็นเครื่องทดสอบแรงม้าอยู่ที่ที่ทำงานผมด้วย

ลักษณะห้องเผาไหม้แบบ M-Type ของฮีโน่

ลักษณะการหมุนวนของอากาศในห้องเผาไหม้

แต่ของฮีโน่จะใช้หัวฉีดรูเดียว จนกระทั้งถูกกฎหมายบังคับในเรื่องมลภาวะในราวปี 1990 เพราะห้องเผาไหม้แบบนี้มีข้อเสียคือจะปล่อยสารประกอบประเภทไฮโดรคาร์บอนออกมากับค่อนข้างมาก โดยเฉพาะเมื่อเวลาเดินเครื่องขณะที่อุณหภูมิต่ำ หรือใช้เครื่องยนต์ที่ความเร็วรอบต่ำ ๆ ที่ภาระงานน้อย ๆ แล้วหัวลูกสูบไม่ร้อนพอ เพราะการระเหยของน้ำมันต้องอาศัยความร้อนจากหัวลูกสูบด้วย เมื่อถูกบังคับด้วยเรื่องของมลภาวะ

บรรดาผู้ผลิตก็หาทางออกด้วยวิธีอื่น ๆ วิธีที่นิยมใช้กันก่อนที่จะใช้ระบบอีเล็คทรอนิค์ควบคุมคือ ระบบการฉีดน้ำร่อง (Pilot Injection) คือ จะฉีดน้ำมันส่วนน้อยออกมาก่อน แล้วจึงฉีดส่วนใหญ่ตามออกมาโดยน้ำมัน 2 ส่วนนี้จะฉีดห่างกันประมาณ 0.0002-0.0005 วินาที และวิธีที่จะฉีดแบบนี้ได้ที่นิยมใช้มากที่สุด เพราะสร้างไม่ยาก แล้วต้นทุนไม่แพงนักคือใช้หัวฉีดสปริง 2 ชั้น โดยหัวฉีดแบบนี้จะมีแรงดันเปิดสองค่าอย่างเช่นในเครื่องยนต์ยี่ห้ออีซูซุรุ่น 6SD1 - TC หัวฉีดจะมีแรงดันเปิด 185/225 กิโลกรัมต่อตารางเซ็นติเมตร เป็นต้น

ลักษณะของหัวฉีดแบบสปริงสองชั้น กับหัวฉีดแบบสปริงชั้นเดียว(รูปด้านล่าง)


ฉะนั้นเมื่อปั๊มอัดแรงดันถึง 185 หัวฉีดก็จะฉีดน้ำมันออกมาส่วนหนึ่งก่อน จนกระทั่งก้านต่อเข็มหัวฉีดไปยันสปริงตัวที่สองซึ่งมีแรงดันเท่ากับ 225 น้ำมันส่วนที่สองก็จะฉีดออกมา แล้วประกอบกับการใช้หัวฉีดรูเล็กลง แต่ให้จำนวนรูมากขึ้นเพื่อให้ฉีดน้ำมันได้เท่าเดิม ผลที่ได้รับก็คือ เครื่องยนต์เดินเรียบ เสียงเงียบลง และมลภาวะน้อยลงโดยเฉพาะ Nox (ไนโตรเจนไดออกไซด์) เพราะในขณะการเผาไหม้นั้นความดันขณะเผาไหม้ไม่สูงจนเกินไป ส่วนยี่ห้ออื่นนอกเหนือไปจากอีซูซุก็มีฮีโน่รุ่น EP-100 เป็นต้น
_________________
อดีตโชเฟอร์ล้อเหล็ก

[Cummins]

คราวนี้ก็คงจะมาพูดในเรื่องของกลวัตรของเครื่องยนต์ดีเซลกันบ้าง เครื่องยนต์ดีเซลนั้นมีกลวัตรการทำงานทั้งแบบสองจังหวะ และสี่จังหวะเช่นเดียวกับเครื่องยนต์เบ็นซิน แต่ต่างกันตรงที่ว่าเครื่องยนต์ดีเซลหมุนเร็วขนาดเล็กที่มีความเร็วรอบหมุนสูงสุดมากกว่า 2,000 รอบต่อนาที และมีกำลังงานเพลาที่ความเร็วรอบสูงสุดน้อยกว่า 5,000 แรงม้า จะไม่นิยมใช้กลวัตรแบบสองจังหวะ เพราะที่ความเร็วรอบสูง ๆ นั้นจะประสบปัญหาในการกวาดล้างไอเสียออกจากกระบอกสูบไม่หมด และประจุไอดีได้ไม่ทันทำให้เสียสมรรถนะที่รอบสูง แล้วอีกประการหนึ่งก็คือจะประสบปัญหาในเรื่องของการระบายความร้อนออกจากชิ้นส่วนหลัก ๆ ของเครื่องยนต์ เนื่องจากมีการจุดระเบิดทุก ๆ ครั้งที่ลูกสูบเคลื่อนที่ขึ้นถึงศูนย์ตายบนดังนั้นชิ้นส่วนเหล่านี้คือ ฝาสูบ ลิ้นไอเสีย กระบอกสูบ ลูกสูบ และแหวนลูกสูบ จะมีความร้อนสะสมสูงมาก ปัญหาที่ตามมาก็คือชิ้นส่วนที่กล่าวมานั้นจะสึกหรอเร็ว ต้องใช้วัสดุคุณภาพสูงเพื่อให้มีอายุการใช้งานยาวนานทำให้เครื่องยนต์มีราคาแพงขึ้น ข้อด้อยอีกประการหนึ่งก็คือน้ำมันหล่อลื่นจะมีอายุการใช้งานสั้น เสื่อมสภาพและสกปรกเร็วกว่า เพราะฉะนั้นเครื่องยนต์ในพิกัดที่กล่าวมาในข้างต้นจึงนิยมใช้กลวัตรสี่จังหวะมากกว่า
แต่ถ้าความเร็วรอบหมุนสูงสุดต่ำกว่า 1,000 รอบ/นาทีลงมา และกำลังงานเพลาที่ความเร็วรอบสูงสุดมากกว่า 5,000 แรงม้าก็จะเริ่มใช้กลวัตรสองจังหวะด้วยเหตุผลที่ว่าเครื่องยนต์มีขนาดใหญ่ขึ้น ชิ้นส่วนต่าง ๆ โดยเฉพาะลูกสูบจะมีขนาดใหญ่ และมีน้ำหนักมาก เคลื่อนที่ช้า และต้องใช้พลังงานในการขับเคลื่อนมากดังนั้นถ้าใช้กลวัตรสี่จังหวะลูกสูบจะต้องเคลื่อนที่ขึ้นลงสองรอบจึงจะได้พลังงานจากการจุดระเบิดหนึ่งครั้ง เพื่อให้มีพลังงานมากพอในการที่จะดูดอากาศเข้าประจุกระบอกสูบ อัดอากาศ และไล่ไอเสียเครื่องยนต์จะต้องมีล้อตุนกำลังที่มีขนาดใหญ่มากพอ ซึ่งจะทำให้น้ำหนักโดยรวมของเครื่องยนต์เพิ่มมากขึ้น และอาจประสบปัญหาในเรื่องของการติดตั้งถ้าจำเป็นต้องนำไปใช้งานที่พื้นที่ที่จำกัดเช่น บนหัวรถจักร เป็นต้น แล้วอีกปัญหาอีกประการหนึ่งก็คือจะประสบปัญหาในเรื่องกลไกที่ใช้ขับลิ้นไอดี และไอเสียจะมีขนาดใหญ่มากขึ้นตามขนาดของเครื่องยนต์ผลที่ตามก็คือจะเป็นการเพิ่มภาระในการดูแลรักษา และยุ่งยากในการซ่อมบำรุง ดังนั้นเครื่องยนต์ในพิกัดที่กล่าวมาจะเลี่ยงไปใช้กลวัตรสองจังหวะแทนซึ่งจะช่วยลดปัญหาต่าง ๆ ในข้างต้นได้
ซึ่งจะต่างจากเครื่องยนต์เบ็นซิน ในเครื่องยนต์เบ็นซินนั้นถ้าเป็นเครื่องยนต์ที่มีขนาดเล็ก ๆ แล้วจะนิยมทำเป็นเครื่องสองจังหวะมากกว่าเพราะโครงสร้างของเครื่องยนต์จะเป็นแบบง่าย ๆ ไม่ต้องมีกลไกของระบบลิ้นไอดีไอเสียมาให้จุกจิกกวนใจ และไม่ต้องมีระบบหล่อลื่น ทำให้ลดภาระการดูแลรักษาไปได้ระดับหนึ่ง แต่ถ้าขนาดใหญ่ ๆ ขึ้นมามักจะไม่ทำเป็นเครื่องสองจังหวะเพราะจะมีความสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงสูงมาก แต่ก็ให้กำลังสูงมากเหมือนกัน แต่เมื่อถึงจุด ๆ หนึ่งแล้วกำลังที่ได้กับความสิ้นเปลืองมันไม่คุ้มกัน ยกตัวอย่างให้เห็นอันหนึ่งก็คือ เครื่องเรือเร็ว แบบ เอาท์บอร์ด (เครื่องติดท้าย) ขนาดสัก 250 แรงม้าแล้วเป็นเครื่องสองจังหวะ ใครที่เคยใช้ประเภทสองเครื่องคู่ แล้วจะรู้ว่ามันซดขนาดไหน แล้วปัญหาอีกเรื่องหนึ่งก็คือเรื่องของมลภาวะเพราะการหล่อลื่นใช้ลักษณะของการผสมกับน้ำมันเชื้อเพลิง ทำให้มีส่วนผสมของน้ำมันหล่อลื่นปะปนออกมากับไอเสีย คราวนี้เราก็จะมาดูกลวัตรการทำงานของเครื่องยนต์กันบ้าง จะว่าถึงกลวัตรสี่จังหวะก่อน
เครื่องยนต์สี่จังหวะนั้น ในความหมายก็คือลูกสูบจะต้องเคลื่อนที่ขึ้น และลงครบสี่ครั้ง แล้วได้งานหนึ่งครั้งจึงจะครบหนึ่งกลวัตรซึ่งทั้งเครื่องยนต์เบ็นซิน และเครื่องยนต์ดีเซลมีกลวัตรที่เหมือน ๆ กันคือ

กลวัตรของเครื่องยนต์สี่จังหวะ

จังหวะการปิดเปิดของลิ้นไอดี และไอเสียในหนึ่งกลวัตร

1. จังหวะดูด ถ้านับจากจังหวะคายในกลวัตรที่แล้วก่อนที่ลูกสูบจะเคลื่อนที่ถึงศูนย์ตายบนประมาณ 20 องศาก่อนศูนย์ตายบน (มากหรือน้อยกว่านี้แล้วแต่วัตถุประสงค์และความต้องการของผู้ผลิต และผู้ใช้) ลิ้นไอดีจะเริ่มเปิด ซึ่งตอนนี้เราจะเห็นว่ามันเป็นช่วงท้าย ๆ ของจังหวะคายในกลวัตรที่แล้วผลของการเคลื่อนที่ของก๊าซไอเสียออกจากกระบอกสูบจะทำให้เกิดการดึงเอาอากาศส่วนหนึ่งเข้ามาก่อน และอากาศส่วนนี้จะช่วยผลักไอเสียในช่วงท้าย ๆ ของจังหวะคายออกไปด้วย ก่อนที่ลูกสูบจะขึ้นจนสุดแล้วเริ่มเคลื่อนที่ลง ซึ่งเมื่อถึงตอนนี้ลิ้นไอดีก็จะเปิดกว้างสุดพอดี จากนั้นเมื่อลูกสูบเคลื่อนที่ลงปริมาตรกระบอกสูบเพิ่มมากขึ้น อากาศก็ไหลเข้ามาบรรจุในกระบอกสูบด้วยความดันบรรยากาศ จนกระทั่งลูกสูบเคลื่อนที่ผ่านศูนย์ตายล่างไปประมาณ 35 องศา (มากหรือน้อยกว่านี้แล้วแต่วัตถุประสงค์และความต้องการของผู้ผลิต และผู้ใช้) ลิ้นไอดีก็จะปิด ที่ออกแบบให้เป็นแบบนี้ก็เพราะว่าต้องการอากาศที่ยังเคลื่อนที่อยู่ในท่อไอดีเคลื่อนที่เข้ามาประจุกระบอกสูบได้ด้วยความเฉื่อยของตัวเองก่อนที่จะลูกสูบจะเคลื่อนที่ขึ้นอัดอากาศจนกระทั่งมีความดันสูงกว่าความดันบรรยากาศ กล่าวอีกนัยหนึ่งก็คือเพื่อให้สามารถประจุอากาศเข้ากระบอกสูบให้มากที่สุดเท่าที่จะทำได้ และเมื่อลิ้นไอดีปิดสนิทก็จะเริ่มเข้าสู่จังหวะอัด
2. จังหวะอัด เมื่อลูกสูบเคลื่อนที่ขึ้น ปริมาตรกระบอกสูบจะลดลงเรื่อย ๆ ผลก็คืออากาศที่ถูกอัดอยู่ในกระบอกสูบจะมีความดัน และอุณหภูมิสูงขึ้นตามลำดับ โดยในเครื่องยนต์ดีเซลนั้นจะมีอัตราส่วนการอัดตั้งแต่ 15:1 จนถึง 23:1 จึงทำให้เมื่อสิ้นสุดจังหวะอัดในขณะนี้อากาศที่ถูกอัดตัวในห้องเผาไหม้จะมีความดันประมาณ 30-35 บาร์ และมีอุณหภูมิประมาณ 500-600 องศาเซลเซียส ซึ่งมีอุณหภูมิสูงพอที่จะจุดไอน้ำมันดีเซลให้ติดไฟได้ด้วยตัวเอง


ลักษณะของการเปลี่ยนแปลงความดันในกระบอกสูบตั้งแต่เริ่มอัดจนกระทั่งจุดระเบิดเสร็จสิ้น ซึ่งเป็นการวัดจากเครื่องยนต์ที่กำลังทำงานอยู่จริง ๆ

3. จังหวะกำลัง หรือจะจังหวะระเบิด ในตอนปลายของจังหวะอัดประมาณ 24-0 (แล้วแต่การออกแบบเครื่องยนต์ และความเร็วรอบหมุน) องศาก่อนศูนย์ตายบนน้ำมันเชื้อเพลิงที่เป็นน้ำมันประเภทน้ำมันหนัก จะถูกฉีดออกจากหัวฉีดให้เป็นฝอยละอองละเอียดจนเกือบเป็นหมอกเข้าสู่ห้องเผาไหม้ ละอองน้ำมันเมื่อกระทบกับอากาศร้อนที่ไหลวกวนอยู่ในห้องเผาไหม้ แต่จะยังไม่ติดไฟในทันที ละอองน้ำมันส่วนนี้จะดูดความร้อนจากอากาศที่ถูกอัดตัวอยู่เข้าไปทำให้ตัวมันเองระเหยกลายเป็นไอ ช่วงนี้เราจะเรียกว่าความล่าช้าในการเผาไหม้ของน้ำมัน เป็นสิ่งที่ไม่พึงประสงค์ และขณะนี้อุณหภูมิของอากาศจะลดลงเล็กน้อย ทำให้ความดันลดลงตามลงไปบ้างแต่ไม่มากนัก ในขณะนี้น้ำมันจะฉีดตามเข้ามาเรื่อย ๆ ตามการหมุนของเครื่องยนต์ จนกระทั่งน้ำมันส่วนแรกที่ได้รับความร้อน และระเหยกลายเป็นไอผสมกับอากาศได้สัดส่วนพอเหมาะก็จะเริ่มติดไฟ จุดที่ติดไฟนี้อาจมีมากกว่าหนึ่งจุด ซึ่งต่างจากการจุดระเบิดในเครื่องยนต์เบ็นซิน จุดเริ่มติดไฟในห้องเผาไหม้จะมีเพียงจุดเดียวเท่านั้นคือบริเวณเขี้ยวหัวเทียนมีมากกว่าหนึ่งจุดไม่ได้ เมื่อมีการติดไฟเริ่มขึ้นความดันในห้องเผาไหม้จะสูงขึ้น และเนื่องจากน้ำมันที่ฉีดเข้ามาสะสมอยู่ในตอนแรกยังไม่ติดไฟ เมื่อมีเปลวไฟเกิดขึ้นเนื่องจากการติดไฟของน้ำมันส่วนที่ฉีดเข้ามาก่อนมันก็จะพากันลุกไหม้ขึ้นมาคราวในเดียว ผลที่ตามทำให้ความดันในห้องเผาไหม้สูงขึ้นอย่างรวดเร็ว ช่วงนี้ถือเป็นช่วงที่ไม่สามารถความคุมการเผาไหม้ได้ทำให้เกิดเสียงโขก (น็อค) เกิดขึ้น โดยปกติแล้วในเครื่องยนต์ดีเซลจะไม่สามารถหลีกเลี่ยงขบวนการการเผาไหม้ในช่วงนี้ได้ แต่สามารถทำให้ลดลงได้ ถ้าองศาในการฉีดน้ำมัน (Timing) ถูกต้อง ขนาดของละอองน้ำมันถูกต้อง และคุณภาพของน้ำมันเหมาะสมขบวนการการเผาไหม้ช่วงนี้จะให้เกิดความดันสูงสุดในห้องเผาไหม้เมื่อลูกสูบเคลื่อนที่ผ่านศูนย์ตายบนไปแล้วไม่น้อยกว่า 5 องศา ในขณะนี้น้ำมันจะยังคงถูกฉีดเข้ามาอย่างต่อเนื่องตามการหมุนของเครื่องยนต์ การฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงจะสิ้นสุดหลังจากลูกสูบเคลื่อนที่ผ่านศูนย์ตายบนไปประมาณ 10-15 องศา ในขณะเดียวกันการเผาไหม้ก็ยังเป็นไปอย่างต่อเนื่องแต่ความดันในห้องเผาไหม้ (ในกระบอกสูบ) ตอนนี้จะคงที่ (ตามทฤษฎี) เนื่องจากในตอนนี้ลูกสูบเคลื่อนที่ลงทำให้ปริมาตรของกระบอกสูบเพิ่มขึ้น ดังนั้นความดันที่ได้จากการเผาไหม้จึงไม่เพิ่มขึ้น การเผาไหม้ในช่วงนี้จึงเป็นการเผาไหม้ที่ควบคุมได้ นั่นคือความดันในกระบอกสูบช่วงนี้จะมากหรือน้อยก็จะขึ้นอยู่กับว่า น้ำมันจะฉีดมาก หรือน้อย และในขณะเดียวกันก็จะขึ้นอยู่กับว่าออกซิเจนในกระบอกสูบจะมีให้เผาไหม้ได้นานแค่ไหน จากลักษณะการเผาไหม้ที่เผาไหม้ช้า ๆ ต่อเนื่องอย่างสม่ำเสมอทำให้ความดันในกระบอกสูบคงที่เกือบตลอดการเผาไหม้ นี่จึงเป็นเหตุผลผลที่ว่าในเครื่องยนต์ดีเซลนั้นถ้ากำลังงานเพลา (แรงม้า) เท่า ๆ กันกับเครื่องยนต์เบ็นซินแล้วเครื่องยนต์ดีเซลจะให้กำลังฉุดลาก (แรงบิด) สูงกว่าราว ๆ 2-3 เท่าตัว การเผาไหม้จะสิ้นสุดเมื่อก่อนที่ลูกสูบจะถึงศูนย์ตายล่างประมาณ 45-40 องศา แต่ทั้งนี้ทั้งนั้นก็จะขึ้นอยู่กับภาระงานของเครื่องยนต์ถ้าเครื่องยนต์รับภาระเต็มกำลัง หรือเกินกำลังการเผาไหม้อาจยาวนานขึ้นเนื่องจากมีปริมาณน้ำมันถูกฉีดเข้าไปในกระบอกสูบมากขึ้น โดยเฉพาะเครื่องยนต์ที่ติดอุปกรณ์ช่วยอัดอากาศ จะทำให้มีปริมาณอากาศในการเผาไหม้มากขึ้น ดังนั้นถ้าการเผาไหม้ยังไม่สิ้นสุดก่อนที่ลิ้นไอเสียจะเปิดในจังหวะคายจะทำให้มีเปลวไฟแลบตามออกมาด้วย แล้วถ้าปล่องไอเสียสั้น และไม่มีท่อเก็บเสียงเรา จะเป็นไปได้ที่จะได้เห็นเปลวไฟแลบออกจากปลายปล่องโดยเฉพาะในเวลากลางคืน ซึ่งก็จะถือว่าไม่ใช่เป็นเรื่องที่ผิดปกติ
4. จังหวะคาย หลังจากที่ก๊าซที่ได้จากการเผาไหม้เชื้อเพลิงในกระบอกสูบขยายตัวผลักลูกสูบให้เคลื่อนที่ลงจนกระทั่งเหลือประมาณ 40-35 องศาก่อนที่จะถึงศูนย์ตายล่าง ถึงตอนนี้การเผาไหม้จะสิ้นสุดลงก๊าซจะขยายตัวจนกระทั่งความลดลงเหลือประมาณ 3-4 บาร์ ซึ่งจะไม่มีความดันเหลือพอที่จะให้งานได้อีกดังนั้นถึงตอนนี้ลิ้นไอเสียก็จะเปิดก๊าซไอเสียที่ยังมีความดันสูงกว่าบรรยากาศจะออกจากกระบอกสูบด้วยความดันของตัวเองก่อนในขณะที่ลูกสูบยังคงเคลื่อนที่ลงไปเรื่อย ๆ จนกระทั่งถึงศูนย์ตายล่างลิ้นไอเสียก็จะเปิดสุด หรือเกือบสุด ก็แล้วแต่การออกแบบ ซึ่งตอนนี้ความดันของก๊าซไอเสียจะลดลงจนเกือบเท่า หรือเท่ากับความดันบรรยากาศ แล้วจากนั้นลูกสูบก็จะเคลื่อนที่ขึ้นเพื่อผลักดันเอาก๊าซไอเสียที่เหลือออกจากกระบอกสูบไป แล้วกลวัตรที่กล่าวมาข้างต้นก็จะเริ่มวนกลับมาใหม่อีกครั้งหนึ่ง
ดังนั้นจะเห็นว่าลูกสูบจะต้องเคลื่อนทีขึ้นลงถึงสองรอบ หรือ 4 ครั้ง นั่นหมายความว่าเพลาข้อเหวี่ยงจะต้องหมุนถึงสองรอบจึงจะได้งานหนึ่งครั้ง ดังนั้นเพื่อที่จะมีกำลังงานเหลือไว้ในการประจุอากาศ อัดอากาศ และคายไอเสียจึงจำเป็นจะต้องมีล้อช่วยแรง (Fly wheel) เก็บกำลังงานส่วนนี้ไว้ ถ้าเครื่องยนต์มีจำนวนสูบน้อยล้อนี้จะต้องใหญ่ และมีน้ำหนักมากพอที่จะทำให้เครื่องยนต์หมุนได้เรียบ แต่ถ้าเป็นเครื่องยนต์ที่มีจำนวนสูบมาก ๆ ก็อาจไม่จำเป็นต้องใช้ล้อช่วยแรงเลยก็ได้

รูปตัดขวางของเครื่องยนต์ดีเซลสี่จังหวะชนิดสูบวี

รูปตัดตามยาวของเครื่องยนต์ดีเซลสี่จังหวะชนิดแถวเรียง
_________________
อดีตโชเฟอร์ล้อเหล็ก

[KaittipsBOT]

เนื้อหาเป็นของ วิชา เทคโนโลยีเครื่องยนต์ดีเซล สมัยเรียนที่ ปวส. ที่พายัพ เลยนะ อ. ตอนนั้น อ.มนู เป็นคนสอน ตอนนี้เริ่มเข้าหม้อแล้ว แต่ไม่เป็นไรถือว่าทบทวนวิชาเก่าๆ แล้วกัน

[nathapong]