หลักการทำงานเครื่องยนต์เผาไหม้ภายใน
หลักการเครื่องยนต์เผาไหม้ภายในของเครื่องยนต์ลูกสูบ ถ้าคุณใส่น้ำมันเชื้อเพลิงเล็กน้อย ลงในกระป๋องเล็ก ๆ ปิดฝา และจุดไฟใส่ในกระป๋อง ผลก็คือเกิดการระเบิดของน้ำมันเชื้อเพลิงในกระป๋อง การระเบิดคือการขยายตัวอย่างรุนแรงของเชื้อเพลิง มันเป็นพลังงานรูปแบบหนึ่ง ที่สามารถนำประโยชน์มาประยุกต์สร้างเครื่องยนต์ ถ้าคุณสามารถทำให้มันเกิดการระเบิดอย่างเป็นวัฏจักรได้ ให้มันเกิดการระเบิดหลาย ๆ ครั้งเช่น 100 ครั้งต่อนาที และถ้าคุณสามารถควบคุมพลังงานที่ออกมาได้นี้มาเป็นแรงในการหมุนของล้อได้ นี้ก็จะเป็นแก่นเนื้อหาของเครื่องยนต์ในรถยนต์
รถยนต์ในปัจจุบันเกือบทั้งหมดจะใช้ เครื่องยนต์วัฏจักรการทำงานแบบ 4 จังหวะ ที่เปลี่ยนพลังงานการเผาไหม้น้ำมันเชื้อเพลิงไปเป็นการเคลื่อนที่ วัฏจักรการทำงาน 4 จังหวะนี้ เราจะรู้จักรกันในชื่อของ วัฏจักรออตโต (Otto cycle) เพื่อเป็นเกียรติแก่ นิโคลัส ออตโต ผู้ที่ประดิษฐ์เครื่องยนต์ประเภทนี้สำเร็จในปี พ.ศ. 2410
วัฏจักรการทำงาน 4 จังหวะ
1. จังหวะดูด (Intake) ลูกสูบเริ่มต้นที่จุดสูงสุด เลื่อนลงมาขณะเดียวกันวาล์วไอดี (Intake valve) จะเปิด และวาล์วไอเสีย (Exhaust valve) ปิด ดูดส่วนผสมเชื้อเพลิง และอากาศที่เรียกว่า ไอดี เข้ามาในกระบอกสูบ ลูกสูบจะเลื่อนลงจนถึงจุดต่ำสุด นี้คือจังหวะดูด
2. จังหวะอัด (Compression) ลูกสูบเคลื่อนที่จากจุดต่ำสุดขึ้นไป วาล์วไอดี และวาล์วไอเสีย จะไม่เปิด ลูกสูบเลื่อนขึ้นจนถึงจุดสูงสุดเพื่อทำการอัดส่วนผสมไอดีให้มีปริมาตรที่เล็กลง และจะเกิดความดันภายในห้องเผาไหม้จากการอัด นี้คือจังหวะอัด
3.จังหวะระเบิด, ได้งาน (Combustion) หรือจังหวะเผาไหม้ เมื่อลูกสูบเคลื่อนที่ขึ้นสูงสุดแล้ว วาล์วไอดี และไอเสียยังปิดอยู่ หัวเทียนจะทำการจุดระเบิดไอดีที่มีความดันเกิดจากจังหวะอัด เกิดการระเบิดภายในห้องเผาไหม้อย่างรุนแรง ถีบให้ลูกสูบเลื่อนลง จังหวะนี้คือจังหวะที่นำไปใช้งานในการเคลื่อนที่ของรถยนต์ เป็นจังหวะเดียวที่ได้งานในจำนวน 4 จังหวะ
4. จังหวะคายไอเสีย (Exhaust) ลูกสูบจะเคลื่อนที่ขึ้น ขณะเดียวกันวาล์วไอเสียจะเปิด ขับไล่ไอเสียออกจากกระบอกสูบ วาล์วไอดียังคงปิดอยู่ นี้คือจังหวะคาย
เมื่อทำงานถึงวัฏจักรที่ 4 ต่อไปก็จะ วนกลับมาทำงานในวัฏจักรที่ 1 ต่อไปวนเวียนเช่นนี้จนกระทั่งดับเครื่องยนต์
ลูกสูบ (Piston) ที่อยู่ในกระบอกสูบ (Cylinder) ลูกสูบจะวิ่งขึ้นลงทำงาน จะต่อกับเพลาข้อเหวี่ยง (Crankshaft) โดยมีตัวเชื่อมต่อคือ ก้านสูบ (Connecting rod) เพลาข้อเหวี่ยงจะทำหน้าที่เปลี่ยนแปลงพลังงานจากการระเบิด ไปเป็น การหมุน (พลังงานความร้อน ไปเป็น พลังงานกล)
ข้อน่าสังเกต การเคลื่อนที่ของลูกสูบภายในกระบอกสูบเป็นการเคลื่อนที่ขึ้นลง เป็นเส้นตรง แต่จะถูกแปลงไปเป็นการหมุนโดยมีเพลาข้อเหวี่ยงเป็นตัวแปลงให้เป็นการหมุนของเพลา เพื่อขับเคลื่อนยานยนต์
กล่าวโดยสรุป เครื่องยนต์เผาไหม้ภายใน
เครื่องยนต์เผาไหม้ภายใน คือ การเผาไหม้จะเกิดขึ้นภายในเครื่องยนต์ เครื่องยนต์เผาไหม้ภายในมี 2 ประเภทคือ เครื่องยนต์จุดระเบิดด้วยประกายไฟและเครื่องยนต์จุดระเบิดด้วยการอัดเครื่องยนต์ ทั้ง 2 ประเภทมีข้อแตกต่างกันดังนี้
1. ชนิดของนํ้ามันเชื้อเพสิงที่ใช้
2. วิธีที่นํ้ามันเชื้อเพลิงเข้าสู่กระบอกสูบ
3. วิธีที่นํ้ามันเชื้อเพลิงจุดระเบิด
เครื่องยนต์จุดระเบิดด้วยประกายไฟใช้นํ้ามันเชื้อเพลิงที่ระเหยกลายเป็นไอได้ง่าย เช่น แก๊สโซลีนหรือแก๊สโซฮอล์ (gasohol) นํ้ามันเชื้อเพลิงผสมกับอากาศก่อนที่จะเข้ากระบอกสูบ ส่วนผสมหรือไอดีจะถูกอัดตัวในจังหวะอัด แล้วเกิดประกายไฟที่หัวเทียน เริ่มการจุดระเบิดเผาไหม้ ไอดี
สำหรับเครื่องยนต์จุดระเบิดด้วยการอัด นํ้ามันเชื้อเพลิงจะถูกฉีดเข้าผสมกับอากาศ หลังจากที่อากาศไหลเข้ากระบอกสูบแล้ว จะมีอากาศเพียงอย่างเดียวเท่านั้นที่ถูกดูดเข้ากระบอกสูบ อากาศจะถูกอัดในจังหวะอัดจนมีอุณหภูมิสูงขึ้นถึง 538°c (1000°F) หรือสูงกว่านี้ หลังจากนั้น นํ้ามันดีเซลซึ่งเป็นนํ้ามันเบาจะถูกฉีดเข้ากระบอกสูบและสัมผัสกับอากาศร้อน และเริ่มการจุดระเบิดเผาไหม้นํ้ามันเชื้อเพลิง
ดังนั้นจึงสามารถสรุปได้ว่าเครื่องยนต์จุดระเบิดด้วยประกายไฟจะใช้หัวเทียนในการจุดระเบิดและอาจเรียกว่าเครื่องยนต์แก๊สโซลีน ส่วนเครื่องยนต์จุดระเบิดด้วยการอัดจะใช้ความร้อนของอากาศที่เกิดจากการอัดช่วยในการจุดระเบิด และอาจเรียกว่าเครื่องยนต์ดีเซล