ส่วนประกอบที่สำคัญของเครื่องยนต์
เครื่องยนต์ที่นิยมใช้ในรถยนต์รุ่นใหม่ๆหรือในยุคปัจจุบัน สามารถเลียนแบบพฤติกรรมทางธรรมชาติได้อย่างแนบเนียบ ขณะเดียวกันก็ยังขจัดข้อด้อยบางอย่างที่มนุษย์ไม่อาจทำได้ ทำให้เครื่องยนต์ของรถยนต์รุ่นใหม่ๆมีประสิทธิภาพสูงขึ้น ขณะเดียวกันก็ยังใช้เชื้อเพลิงได้อย่างเต็มประสิทธิภาพอีกด้วย
เครื่องยนต์ที่นิยมใช้ในรถยนต์รุ่นใหม่ๆหรือในยุคปัจจุบัน ไม่ว่าจะเป็นเครื่องยนต์เบนซิน หรือดีเซล จะมีส่วนประกอบหลักๆคล้ายคลึงหรือว่าใกล้เคียงกัน ซึ่งแตกต่างจากยุค 3-40
ปีที่แล้ว อันเป็นยุคที่เครื่องยนต์เบนซินและดีเซลจะมีส่วนประกอบหลักที่แตกต่างกัน ค่อนข้างมาก ทั้งนี้ก็เป็นผลเนื่องมาจากวิวัฒนาการทางเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ที่มีการพัฒนา ไปอย่างรวดเร็ว และเข้ามามีบทบาทควบคุมการทำงานของเครื่องยนต์ได้อย่างละเอียด สามารถเลียนแบบพฤติกรรมทางธรรมชาติได้อย่างแนบเนียบ ขณะเดียวกันก็ยังขจัดข้อด้อยบางอย่างที่มนุษย์ไม่อาจทำได้เช่น ความรวดเร็วในการตรวจจับของเซนเซอร์ชนิดต่างๆ และการประมวลผลที่รวดเร็ว ทำให้เครื่องยนต์ของรถยนต์รุ่นใหม่ๆมีประสิทธิภาพสูงขึ้น
ขณะเดียวกันก็ยังใช้เชื้อเพลิงได้อย่างเต็มประสิทธิภาพอีกด้วย
ส่วนประกอบหลักๆของเครื่องยนต์สมัยใหม่ได้แก่
1.กระบอกสูบ และเสื้อสูบ
เครื่องยนต์ของรถยนต์รุ่นใหม่ๆ ยังคงมีรูปแบบของเครื่องยนต์คล้ายคลึงกับเครื่องยนต์รุ่นเก่าๆเป็นส่วนใหญ่ นั่นก็คือมักมีการออกแบบเสื้อสูบในลักษณะดังต่อไปนี้?
จัดวางกระบอกสูบในแนวตั้งเป็นแถวเรียงต่อกันอย่างที่เรียกว่า In-line แล้วต่อด้วยจำนวนกระบอกสูบเช่น 2-3-4-5-6-8 สูบ เป็นต้น ยิ่งจำนวนกระบอกสูบยิ่งมาก ก็ช่วยให้เครื่องยนต์ทำงานได้ราบเรียบมากยิ่งขึ้น
เพราะในแต่ละรอบที่เครื่องยนต์ทำงาน ก็จะมีการจุดระเบิดของแต่ละกระบอกสูบถี่ยิ่งขึ้น ในทางตรงข้าม ถ้ากระบอกสูบมีจำนวนน้อย ความถี่ในการจุดระเบิดจะห่างกันมาก ก็อาจทำให้เครื่องยนต์ทำงานได้ไม่ราบเรียบเท่าที่ควร อย่างเช่นเครื่องยนต์แถวเรียง 2-3 สูบจะมีปัญหาเครื่องสั่นเป็นธรรมชาติของมันเอง
อย่างไรก็ตาม เครื่องยนต์ที่มีจำนวนกระบอกสูบยิ่งมาก แม้จะทำงานได้ราบเรียบกว่า แต่ก็ยิ่งเป็นการเพิ่มจำนวนชิ้นส่วนของเครื่องยนต์มากขึ้นตามไปด้วย และสร้างปัญหาใหม่ขึ้นมานั่นก็คือ
ความยาวของเครื่องยนต์ที่เพิ่มมากขึ้นตามจำนวนกระบอกสูบ และการควบคุมน้ำหนักของเครื่องยนต์ไม่ให้มากจนเกินไป จึงต้องหาทางใช้โลหะหรือวัสดุที่มีน้ำหนักเบามาผลิตเป็นชิ้นส่วนประกอบของเครื่องยนต์แทน อย่างเช่นโลหะผสมจำพวกอัลลอยชนิดต่างๆ ซึ่งก็ได้ผลดี แต่ก็มีต้นทุนการผลิตที่สูงกว่าเช่นกัน
การจัดวางกระบอกสูบแบบตัว V
เป็นการพัฒนาเพื่อลดข้อด้อยของเครื่องยนต์แบบแถวเรียง ที่มักจะยาว และน้ำหนักมาก แต่เมื่อมีการออกแบบจัดวางให้กระบอกสูบเป็นรูปตัว V แล้ว
ขนาดของเครื่องยนต์ก็จะสั้นลงเกือบจะครึ่งของเครื่องแถวเรียงที่มีกระบอกสูบจำนวนเท่ากัน เช่นเครื่อง V-6 จะสั้นกว่าเครื่องยนต์ In-line 6 แถมยังมีน้ำหนักที่เบากว่า เนื่องจากสามารถใช้ข้อเหวี่ยงร่วมกันได้ คือข้อเหวี่ยง 1 ข้อ จะใช้กับกระบอกสูบได้ 2 ชุด เป็นต้น เครื่องยนต์แบบ V จึงนิยมใช้กับเครื่องยนต์ที่มีจำนวนกระบอกสูบมากๆเช่น 8-12 สูบ แต่ข้อด้อยของเครื่องยนต์ชนิดนี้ก็คือ มักจะมีขนาดกว้าง
การจัดวางกระบอกสูบแบบ Boxer
บางครั้งก็มีชื่อเรียกที่แตกต่างกันไปอีกหลายชื่อเช่น เครื่องยนต์แบบ Flat บ้าง
หรือ Opposed cylinders บ้าง
ลักษณะของเครื่องยนต์แบบ Boxer จะคล้ายกับเอาเครื่องV มาผ่ากระบอกสูบ 2 ซีกให้แยกจากกัน แล้วจัดวางกระบอกสูบทั้ง 2 ซีกวางนอนในแนวราบ โดยที่ยังคงใช้ข้อเหวี่ยงร่วมกัน ขณะที่เครื่องยนต์ทำงาน การเคลื่อนที่ของลูกสูบในกระบอกสูบแต่ละฝั่ง จะคล้ายกับการปล่อยหมัดของนักมวย จึงเป็นที่มาของคำว่า”Boxer”
ข้อได้เปรียบของเครื่องยนต์แบบ Boxer ก็คือ มีจุดศูนย์ถ่วงของน้ำหนักอยู่ในระดับต่ำ ช่วยให้การออกแบบตัวถังทำได้ง่ายขึ้น และช่วยให้การทรงตัวของรถโดยรวมดีขึ้นด้วย
นอกจากนี้การเคลื่อนที่ของลูกสูบในลักษณะเหมือนการออกหมัดของนักมวยในแต่ละฝั่ง ยังเป็นการหักล้างแรงสั่นสะเทือนจากการจุดระเบิดในกระบอกสูบไปในตัว จึงช่วยลดปัญหาการสั่นสะเทือนของเครื่องยนต์ขณะทำงานได้ดีกว่าเครื่อง In-line ที่มีจำนวนกระบอกสูบเท่าๆกัน แต่เครื่องยนต์แบบนี้ก็มีข้อด้อยอยู่ที่ การสึกหรอของกระบอกสูบหรือลูกสูบจะมีมากในบริเวณส่วนล่าง อันเป็นผลมาจากแรงโน้มถ่วงของโลก
การจัดวางกระบอกสูบ2 แบบแรก
เป็นที่นิยมสำหรับรถส่วนใหญ่ใน ปัจจุบัน ส่วนแบบที่สามมีเพียงไม่กี่ยี่ห้อที่มีใช้อยู่
อย่างไรก็ตามยังมีรถยนต์บางยี่ห้อ มีการออกแบบที่ใช้ความพยายามมากขึ้น เพื่อให้เครื่องยนต์มีขนาดกะทัดรัดเช่น เครื่องยนต์แถวเรียง 5 สูบ เครื่องยนต์แบบVองศาแคบในรถโฟล์ค หรือเครื่องยนต์แบบWที่มีลักษณะเป็นการนำเอาเครื่อง V 2 เครื่องมาวางเรียงคู่กัน อย่างนี้เป็นต้น ก็ถือว่าเป็นเครื่องยนต์ที่มีลักษณะแปลกไปกว่าที่มีใช้กันอยู่ทั่วไป เช่นเดียวกับเครื่องยนต์แบบโรตารี่ หรือลูกสูบ 3 เหลี่ยมทำงานในลักษณะหมุนวนอยู่ในกระบอกสูบทรงรีในรถมาสด้า ก็ถือว่าเป็นลักษณะเฉพาะตัวของรถยี่ห้อนั่นๆไป
ถึงแม้ว่าแบบฟอร์มในการจัดวางกระบอกสูบของเครื่องยนต์ในยุคปัจจุบัน ส่วนใหญ่ยังคงคล้ายกับยุคก่อนๆ แต่ก็มีการพัฒนาปรับปรุงในส่วนของวัสดุที่ใช้ในการผลิต จะเน้นการควบคุมไม่ให้มีน้ำหนักมากเกินไป เช่นการใช้เสื้อสูบที่เป็นโลหะอัลลอยและมีส่วนที่เป็นกระบอกสูบทำด้วยเหล็ก หล่อซ้อนอยู่ข้างในเป็นต้น แม้กระทั่งขนาดของเครื่องยนต์ก็ทำได้กะทัดรัดดีขึ้น จากการพยายามออกแบบให้ผนังกระบอกสูบของแต่ละสูบบางลง หรือไม่ก็หล่อมาเป็นชิ้นเดียวกันทั้ง 4 สูบอย่างนี้เป็นต้น ขณะเดียวกันก็ได้มีการใช้เทคโนโลยีทางโลหะวิทยา และคุณสมบัติทางเคมีในการหล่อลื่น เพื่อลดการสึกหรอจากการเสียดสีของชิ้นส่วนต่างๆให้น้อยลง เพื่อลดภาระในการดูแลรักษาหรือซ่อมแซม และยืดอายุการใช้งานที่ยาวนานมากขึ้นกว่าแต่ก่อนหลายเท่าตัว จะสังเกตได้ว่าเครื่องยนต์ของรถยนต์รุ่นใหม่ๆที่มีอายุการใช้งานหนึ่งแสน กิโลเมตร แทบจะไม่ต้องมีอะไรที่ต้องซ่อมบำรุงเป็นพิเศษ แต่ถ้าเป็นเครื่องยนต์รุ่นเก่าแล้ว เครื่องยนต์ที่ผ่านการใช้งานระดับแสนกิโลเมตร อาจจะต้องมีการเปลี่ยนแหวนลูกสูบ หรือบดวาล์วควบคู่กันไปด้วย
2.ลูกสูบ และแหวนลูกสูบ
ลูกสูบเป็นชิ้นส่วนหลักอย่างหนึ่งของเครื่องยนต์ที่จะต้องทำงานในลักษณะที่ ถูกเสียดสีกับกระบอกสูบขณะเคลื่อนขึ้นลงนับหลายๆพันครั้งต่อนาที แถมยังต้องทนกับแรงกระแทกกระทั้นอย่างรุนแรงจากการระเบิดของเชื้อเพลิงที่ ถูกเผาไหม้ ลำพังเพียงลูกสูบที่เคลื่อนตัวขึ้นและลงในกระบอกสูบจะไม่สามารถกักก๊าซไอดี ที่ถูกอัดขณะลูกสูบเคลื่อนขึ้นสู่จังหวะอัดไม่ได้ เพราะลูกสูบเป็นเพียงชิ้นงานทรงกระบอกที่ขยายตัวได้ไม่มากนัก บริเวณรอบๆหัวลูกสูบจึงถูกออกแบบให้มีแหวนลูกสูบที่เป็นสปริง
สามารถขยายตัวกันการรั่วไหลของไอดีได้ดีกว่ามาทำหน้าที่แทน นอกจากนั้นยังมีแหวนอีกชุดหนึ่งคอยทำหน้าที่เป็นตัวกวาดเอาฟิล์มน้ำมันหล่อ ลื่นชะโลมผนังกระบอกสูบเพื่อให้การหล่อลื่นระหว่างกระบอกสูบและลูกสูบตลอด การทำงานของเครื่องยนต์ หากไม่มีแหวนลูกสูบคอยทำหน้าที่ในการหล่อลื่นกระบอกสูบที่ดีพอ อาจทำให้เครื่องยนต์สึกหรอและพังเสียหายในชั่วเวลาเพียงไม่กี่วินาที
3.ก้านสูบ
เป็นชิ้นส่วนสำคัญอีกชิ้นหนึ่งในเครื่องยนต์ ทำหน้าที่เป็นตัวถ่ายทอดพลังงานจากลูกสูบที่ถูกกระแทกให้เคลื่อนที่ลงอย่าง
รุนแรงจากการระเบิดที่ห้องเผาไหม้ แปรเปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนที่จากแนวขึ้นและลงไปเป็นการหมุนของเพลาข้อ เหวี่ยงรอบตัวเองอย่างไม่มีวันสิ้นสุด เช่นเดียวกับการปั่นจักรยานของมนุษย์ด้วยการถีบที่บันไดรถ
ปลายบนและปลายล่างของก้านสูบจะมีลักษณะเป็นรูเพื่อใช้”สลักลูกสูบ”ร้อยเข้า กับลูกสูบที่ปลายบน และปลายล่างก็จะมี”ข้อเหวี่ยง”ร้อยเอาไว้ แต่การจะเอาข้อเหวี่ยงร้อยเข้ากับปลายล่างของก้านสูบโดยตรงจะทำได้เฉพาะ เครื่องยนต์ที่มีลูกสูบไม่เกิน 2 สูบ
ส่วนข้อเหวี่ยงของเครื่องยนต์ที่มีกระบอกสูบมากกว่านั้นมักจะหล่อมาเป็นชิ้น เดียวกันทั้งเส้น ปลายล่างของก้านสูบจึงถูกออกแบบให้ผ่าครึ่งเป็นสองส่วน แล้วนำไปประกอบเข้าด้วยกันเพื่อให้ปลายล่างมีลักษณะเป็นรูกลมเมื่อประกอบ เข้ากับข้อเหวี่ยงเรียบร้อยแล้ว
4.ข้อเหวี่ยง
ข้อเหวี่ยงเป็นชิ้นส่วนที่ทำหน้าที่ถ่ายทอดแรงบิดจากแรงระเบิดที่ห้องเผา ไหม้ของเครื่องยนต์ให้เปลี่ยนทิศทางเป็นการหมุนรอบตัว โดยมีก้านสูบเชื่อมต่อระหว่างลูกสูบของแต่ละกระบอกสูบผลัดกันทำหน้าที่หมุน ข้อเหวี่ยงของแต่ละสูบ
เนื่องจากเครื่องยนต์ที่มีกระบอกสูบหลายๆสูบจะถูกออกแบบให้ข้อเหวี่ยงเชื่อม ต่อกันตั้งแต่สูบที่หนึ่งจนถึงกระบอกสูบสุดท้ายมาเป็นชิ้นเดียวกัน จึงถูกรวมเรียกว่า”เพลาข้อเหวี่ยง” ถ้าเทียบกับจักรยาน “ข้อเหวี่ยง”ก็เปรียบได้กับบันไดสำหรับถีบให้จานโซ่หมุน และ ”เพลาข้อเหวี่ยง”ก็คือแกนที่เป็นจุดหมุนของจานโซ่นั่นเอง
หน้าที่หลักของเพลาข้อเหวี่ยง นอกจากจะถ่ายทอดกำลังและแรงบิดจากลูกสูบของเครื่องยนต์ไปขับเคลื่อนตัวรถ แล้ว หย้าที่สำคัญอีกอย่างหนึ่งของเพลาข้อเหวี่ยงก็คือ
การกำหนดจังหวะการทำงานของเครื่องยนต์ให้เป็นไปตามวัฏจักรตั้งแต่ 1-4 อย่างครบถ้วนและถูกต้องตลอดเวลา อย่างเช่นกำหนดการเปิดปิดของวาล์วไอดี-ไอเสีย ตำแหน่งของการจุดระเบิด หรือจังหวะการจ่ายเชื้อเพลิง เป็นต้น
ที่มา : kautosmilesclub