พื้นฐาน การทำงานของเครื่องยนต์ เบนซินและดีเซล

บทความในกระทู้นี้ ขอยกความดีให้กับคุณปู่ประสงค์ครับ

น้ำมันเครื่อง
ก่อนที่จะรู้จักน้ำมันเครื่อง ที่จะใช้กับ เครื่องยนต์ ก็น่าที่จะต้องรู้จักเครื่องยนต์การทำงานของเครื่องยนต์ เพื่อการใช้น้ำมันเครื่องให้ถูกต้อง
เครื่องยนต์ มีหน้าที่ ผลิตกำลังงาน เป็น เครื่องยนต์ต้นกำลัง ใช้ฉุดลากรถให้เคลื่อนที่ เครื่องยนต์ แบ่ง ออกตามลักษณะการใช้เชื้อเพลิง ดังนี้
เครื่องยนต์เบนซิน ใช้น้ำมันเบนซิน เป็นน้ำมันเชื้อเพลิง
เครื่องยนต์ดีเซล ใช้น้ำมันโซล่า เป็นน้ำมันเชื้อเพลิง
เครื่องยนต์ มีจังหวะการทำงานแบ่งออกเป็น 2 แบบ มีแบบ 2 จังหวะ ในการทำงาน 1 วัฎจักร และ 4 จังหวะ ในการทำงาน 1 วัฎจักร
เครื่องยนต์ 4 จังหวะ เริ่ม จังหวะ ดูด จังหวะอัด จังหวะระเบิด จังหวะคาย
เครื่องยนต์เบนซิน จังหวะดูด เริ่มจากลูกสูบ อยู่บนสุด เคลื่อนตัวลงพร้อมกับ วาล์วไอดี เริ่มเปิด ดูด อากาศที่ผสมเชื้อเพลิง ผ่านปากวาล์ว ไอดี ลูกสูบเคลื่อนตัวลงมาก วาล์วไอดี เปิดมากตามไปด้วยและจะค่อยๆปิด เมื่อลูกสูบเคลื่อนตัวลงจนต่ำสุด วาล์วไอดีก็จะปิดสนิท เป็นอันว่าเป็นการสิ้นสุด จังหวะดูด
จังหวะอัด ต่อจากจังหวะดูด เริ่มจากเมื่อ ลูกสูบเคลื่อนตัวขึ้น อัดอากาศที่ผสมเชื้อเพลิง สมมุติ ส่วนผสมอากาศมี 10 ส่วน เมื่อลูกสูบอยู่ต่ำสุด เมื่อลูกสูบเคลื่อนขึ้นสูงสุด อัด 10 ส่วน จนเหลือเพียง 1 ส่วน จะเรียกว่าอัตราส่วน 101 ในจังหวะอัดนี้ วาล์วไอดี วาล์วไอเสีย จะปิดสนิท ลูกสูบขึ้นสุด เป็นอันว่าสิ้นสุดของจังหวะอัด
จังหวะระเบิด ต่อเนื่องจากจังหวะอัด ไฟแรงสูงจาก คอยล์ ทำให้หัวเทียน เกิดประกายไฟที่เขี้ยว ทำให้เกิดการเผาไหม้ ส่วนผสมเชื้อเพลิงกับอากาศ เกิดการขยายตัวของแก็สอย่างรุนแรง แรงอัด จะผลักดันให้ลูกสูบเคลื่อนตัวลง เกิดเป็นพลังงานกล
ทำให้ข้อเหวี่ยงหมุน เพื่อไปขับเคลื่อน ล้อ เมื่อลูกสูบเคลื่อนตัวลงจนสุด เป็นอันสิ้นสุดจังหวะระเบิด
   จังหวะคาย ต่อเนื่องจากจังหวะ ระเบิด เริ่มจากลูกสูบเคลื่อนตัวขึ้นพร้อมวาล์ว ไอเสียเริ่มเปิด เพื่อไล่ แก็สไอเสียออกจากกระบอกสูบ วาล์ว ไอเสีย เปิดสุด และจะปิด เมื่อลูกสูบเคลื่อนขึ้นสูงสุด
   ในจังหวะคายสิ้นสุด ต่อด้วยจังหวะดูด หัวลูกสูบอยู่สูงสุด เมื่อหมุนเครื่องเดินหน้า วาล์วไอดีเปิด หมุนเครื่องถอยหลัง วาล์วไอเสียเปิด จังหวะนี้เรียกกันว่า โอเวอร์แล็พ ( Overlap )
   เครื่องยนต์ 4 จังหวะ ลูกสูบขึ้นสูงสุด 2 ครั้ง ลงต่ำสุด 2 ครั้ง เพลาข้อเหวี่ยงหมุน 2 รอบ กำลังงานที่ได้เพียง ครึ่งรอบ ได้ในจังหวะระเบิด ที่ลูกสูบถูกผลักลงด้วยแรง ระเบิด

      ความแตกต่างระหว่าง เครื่องยนต์ ดีเซล กับเครื่องยนต์เบนซิน
   จังหวะดูด การทำงานเหมือนกันกับเครื่องยนต์ เบนซิน แต่เครื่องยนต์ ดีเซล จะดูด แต่อากาศที่ไม่มีเชื้อเพลิงผสมเข้าไปด้วย
   จังหวะอัด ทำงานเหมือนกับ เครื่องยนต์เบนซิน แต่เครื่องยนต์ ดีเซล อัดแต่อากาศ ที่ไม่มีเชื้อเพลิง อัตราส่วนกำลังอัด จะแตกต่าง มีตั้งแต่ 191 ถึง 211
   จังหวะระเบิด เครื่องยนต์ เบนซิน จุดระเบิด ด้วยหัวเทียนเกิดประกายไฟ แต่เครื่องยนต์ ดีเซล จุดระเบิด ด้วยการฉีดเชื้อเพลิงที่เป็นฝอย เข้าไปในอากาศที่ถูกอัดจนร้อนเป็นไฟ จึงเกิดการลุกไหม้ ทำให้เป็นจังหวะระเบิด
   จังหวะคาย ทั้งเครื่องยนต์ เบนซิน และ เครื่องยนต์ ดีเซล จะมีหน้าที่ เหมือนกัน คือ การไล่แก็สไอเสียออกจากกระบอกสูบ เมื่อสิ้นสุด จังหวะคาย หัวลูกสูบ จะอยู่สูงสุด จบการทำงาน 1 ครั้ง ของ 4 จังหวะ และจะเริ่มทำงานใหม่ด้วย จังหวะดูด
   หมายเหตุ ในจังหวะอัด เครื่องยนต์ ดีเซล อัดแต่อากาศ เมื่อกำลังอัด รั่วผ่านแหวน สวนทางกับลูกสูบเคลื่อนตัวขึ้น เป็นเพียงอากาศรั่วลงไปในอ่างน้ำมันเครื่อง
และจะออกพร้อมไอน้ำมันเครื่องทาง รูหายใจฝาครอบวาล์ว เข้าท่อไอดี ถูกดูด ผ่านปาก วาล์วไอดี จึงไม่มีผลกระทบ ให้เกิดความเสียหายกับน้ำมันเครื่อง
   ในจังหวะอัด เครื่องยนต์ เบนซิน อัดอากาศ พร้อม เชื้อเพลิง เมื่อกำลังอัด รั่วผ่านแหวนลูกสูบ อากาศที่มีเชื้อเพลิงผสม ส่วนหนึ่งของ เชื้อเพลิง จะเข้าไปปะปนกับน้ำมันเครื่อง เป็นเหตุให้ปริมาณ น้ำมันเครื่อง เพิ่ม จะเกิดรั่วมากเมื่อรอบเครื่องยนต์ต่ำ เดินเบา ในขณะรถติดเป็นเวลานาน เมื่อเครื่องยนต์รอบสูง กำลังอัด จะรั่วไหลน้อยลง

ส่วนผสมเชื้อเพลิงที่มีอยู่เจือจางในน้ำมันเครื่อง จะระเหยออกไปเมื่อขับด้วยความเร็วสูง รอบเครื่องยนต์ สูงเช่น บนทางด่วน เส้นทางต่างจังหวัด
   จังหวะคาย เครื่องยนต์ เบนซิน แก็สที่รั่วลงมีผลน้อยกว่า เครื่องยนต์ ดีเซลเพราะ แก็ส ที่เกิดจากการเผาไหม้เชื้อเพลิง น้ำมันโซล่า ที่มีส่วนผสม กำมะถัน เมื่อถูกเผาไหม้จะกลายเป็นกรดกำมะถัน กรดนี้เมื่อลงไปผสมกับน้ำมันเครื่อง จะเกิดการกัดกร่อนโลหะ จึงเป็นเหตุที่น้ำมันเครื่องต้องแยกจากกันระหว่าง เครื่องยนต์ ดีเซล และเบนซิน เพราะต้องใส่สารเคมี เพื่อกำจัด กรดกำมะถัน ที่แตกต่างระหว่าง เครื่องยนต์ เบนซิน และ เครื่องยนต์ ดีเซล
         ส่วนประกอบ ของเครื่องยนต์
   เครื่องยนต์ ทุกเครื่อง สร้างขึ้นจากโลหะ ส่วนมากเป็นเหล็กเหนียว และ เหล็กหล่อ อลูมิเนียมผสม บางชิ้นส่วนประกอบด้วยโลหะ 3 ชนิดประกอบเป็น 1 ชิ้น เช่น ชาฟ (แบริ่ง ) โครงสร้างหลักเป็นเหล็ก ต่อมาเป็นทองแดง เพื่อการยึดติดโครงสร้างที่เป็นเหล็กและเพื่อให้ตะกั่วที่เคลือบหน้าเพียงบางๆ ยึดติด กับ ทองแดง  ตะกั่วที่ เคลือบบางๆ บางขนาดไหน ดูด้วยตาคงประมาณ ความหนาของแผ่นกระดาษหนังสือพิมพ์ซ้อนกันสองแผ่นที่ต้องประมาณเพราะวัดไม่ได้ ตะกั่วที่มีความหนาเพียงกระดาษหนังสือพิมพ์ ซ้อนกันเพียงสองแผ่น เครื่องยนต์ใช้งานไป 2- 3 แสน ก.ม ส่วนมากตะกั่วยังสึก ไม่ถึงทองแดงที่ตะกั่ว เคลือบเกาะอยู่ ถ้าตะกั่วสึกถึงทองแดง หมายความว่า ชาฟ นั้นหมดอายุ เพราะถ้าปล่อยให้ทองแดง เสียดสีถูกับเพลาข้อเหวี่ยง เพลาข้อเหวี่ยงจะเกิดการสึกหลอ  ลูกสูบ เป็น อลูมิเนียมผสม แหวน ลูกสูบ เป็นเหล็ก (เดิมเป็นเหล็ก หล่อ หักง่าย จนพูดกันติดปากช่างจนถึงปัจจุบัน ว่าแหวนหัก )เดียวนี้ แหวนไม่มีหักแล้ว เพราะไม่ได้ทำจากเหล็กหล่อแล้ว เมื่อลูกสูบ เคลื่อนตัว ขึ้น ลง แหวนลูกสูบ จะเสียดสีกับกระบอกสูบที่เป็นเหล็กโดยตรง ลูกสูบเสียดสีกับกระบอกสูบเพียงบางเบา ลูกสูบ โตไม่เท่ากันทั้งลูก ส่วนที่โตที่สุด คือส่วนที่บางอยู่ตรงชาย ลูกสูบ ส่วนตรง รูสลักก้านสูบ หัวลูกสูบถึงส่วนที่เป็นล่องแหวน จะมีความหนา จึงต้องเล็กกว่า เพราะของหนาเมื่อได้รับความร้อน การขยายตัวมากกว่าส่วนที่บาง ข้อเหวี่ยง ทั้งหมดเป็นเหล็ก มีชื่อเรียกตามลักษณะการใช้งาน ข้อ เมน หมุนรอบตัวเองในแนวเดียว ข้อ ก้าน หมุนรอบตัวเอง ดึงลูกสูบให้เคลื่อนตัวลง และดันให้ลูกสูบให้เคลื่อนตัวขึ้น ทำให้เกิดช่วงชักในหนึ่งรอบของเพลาข้อเหวี่ยงข้อก้านจะมีทั้ง ดึง และดัน เมื่อดึง แหวนลูกสูบ ถูลากลง เมื่อดัน แหวนลูกสูบ ถูลากขึ้น ลูกเปี้ยวเพลาราวลิ้น เป็นเหล็ก ส่วนที่เป็นเพลาหมุนรอบตัวเองในแนวเดียว ส่วนที่เป็นลูกเปี้ยว ส่วนที่สูง เป็นส่วนที่ทำให้ วาล์วเปิด เมื่อส่วนที่ต่ำหมุนให้ส่วนที่สูงทำให้วาล์วเปิด ส่วนที่สูงจะเสียดสี กระเดื่อง วาล์ว ชีม วาล์ว เหล็กกับเหล็ก จึงเสียดสีถูกัน
   ถ้าไม่มีการหล่อลื่น โลหะที่เสียดสีกัน ในการหมุนรอบตัวเอง ชิ้นส่วน 2 ชิ้น เคลื่อนที่ เสียดสี กระแทกกัน จะเริ่มจากมี - เกิดเสียงดัง- สึกหลอ- หลอมละลาย
   ฉะนั้น จึงเกิดน้ำมันหล่อลื่น เพื่อหนีจากความเสียหายที่เกิดจากการเสียดสีของชิ้นส่วน น้ำมันหล่อลื่นเมื่อแรกเกิด เป็นน้ำมันเครื่อง ที่ไม่มีสารเคมีใดๆเลย
   ลักษณะการหล่อลื่นใน เครื่องยนต์ จะแบ่งได้ 3 แบบ
1.   การหล่อลื่นที่ไม่สมบูรณ์ ( Hydrodynamic Lubrication )
เมื่อเครื่องยนต์ ทำงาน การหล่อลื่นที่ผิวชิ้นส่วน 2 ชิ้น ที่สัมผัสกันจะมีฟิล์มน้ำมันมาทำหน้าที่แยกผิว สัมผัสของชิ้นส่วน 2 ชิ้นให้จากกัน เช่น เฟืองปั๊มน้ำมันเครื่อง เฟืองหน้าเครื่อง โซ่เพลาราวลิ้น ลูกเบี้ยวเพลาราวลิ้น
2.   การหล่อลื่น กึ่งสมบูรณ์ ( Boundary Lubrication )
ขณะสตาร์ทเครื่องยนต์ เพลาข้อเหวี่ยงเริ่มหมุน เมนเพลาข้อเหวี่ยง หมุนบนฟิล์มน้ำมันที่ค้างอยู่ ชาฟ อก ชาฟ ก้าน บริเวณเพลาลูกเบี้ยว ลูกสูบ กระบอกสูบ
   3. การหล่อลื่น สมบูรณ์แบบ ( Hydrostation Lubrication )
   การหล่อลื่นที่ทำให้ ชิ้นส่วน 2 ชิ้นแยกกันได้โดยเด็ดขาด 100% เมื่อเครื่องยนต์ ทำงาน ปั๊มน้ำมันเครื่องจะสร้างแรงดัน อัดเข้าไปแยกเพลาข้อเหวียง กับ ชาฟ อกให้ลอยตัวอยู่บนน้ำมัน กอปร กับความเร็วในการหมุนของเพลาข้อเหวี่ยง ช่วยให้เพลาข้อเหวี่ยงหมุนลอยตัวอยู่บนน้ำมันได้ โดยไม่มีการสัมผัสของผิวหน้าชิ้นส่วนทั้ง 2 ชิ้น เลย
   ส่วนประกอบของระบบ หล่อลื่น
   1.อ่างน้ำมันเครื่อง มีหน้าที่ รวบรวมเก็บน้ำมันเครื่อง
   2. ปั๊มน้ำมันเครื่อง มีหน้าที่ ดูดน้ำมัน สร้างแรงดันเข้าสู่ท่อทาง ปั๊มน้ำมันเครื่องมีหลายรูปแบบ แต่มีหน้าที่เหมือนกัน มีผักบัวเป็นท่อทางเพื่อดูดน้ำมัน จากส่วนล่างของอ่างน้ำมัน มีตะแกงกรองหยาบ กรองสิ่งสกปรก เป็นจุดแรก
   3 .วาล์วระบายแรงดัน มีหน้าที่ ระบายน้ำมันเครื่องออกจากระบบ เมื่อมีแรงดันเกิน พิกัด
   4.สวิทซ์ วัดแรงดัน หรือ สวิทซ์ น้ำมันเครื่อง หลอดไฟจะติดเมื่อเปิด สวิทซ์ กุนแจ แล้วไฟจะดับเมื่อเครื่องยนต์ทำงาน มีหน้าที่ ส่งสัญญาณให้รู้ว่าขณะนี้เครื่องยนต์ทำงาน มีแรงดันในระบบน้ำมันเครื่องแล้ว ถ้าขณะเครื่องยนต์ทำงาน ไฟน้ำมันเครื่องสว่างขึ้นมา จอดรถชิดซ้าย ดับเครื่อง วัดระดับน้ำมันเครื่อง ถ้าน้ำมันวัดไม่ติดปลายก้านวัด หาน้ำมันเครื่องมาเติม ถ้าน้ำมันอยู่ในระดับเต็ม รีบหาช่างเพื่อตรวจหาสาเหตุที่ไฟสว่างขึ้นมาต่อไป
   5 ท่อทางเดินของน้ำมันเครื่อง มีหน้าที่ เป็นทางเดินของน้ำมันเครื่อง ก่อนผ่านกรอง และ ผ่านกรองน้ำมันเครื่องแล้วเพื่อนำไปเลี้ยงหล่อลื่นชิ้นส่วนทั่วๆไป
   6 กรองน้ำมันเครื่อง มีสองหน้าที่ หน้าที่ ที่ 1 ป้องกันน้ำมันเครื่องไหลกลับลงอ่างน้ำมัน มีวาล์วยางให้น้ำมันเครื่อง ผ่านเข้าได้แต่จะไหลกลับไม่ได้ หน้าที่ ที่ 2 กรองสิ่งสกปรก เพื่อให้ได้น้ำมันเครื่องที่ สะอาดในการหล่อลื่นชิ้นส่วนต่างๆ
   7.น้ำมันเครื่อง มีหน้าที่ หล่อลื่นชิ้นส่วนทุกชิ้น ภายใน เครื่องยนต์ เมื่อเครื่องยนต์ทำงาน ลูกสูบ แหวนลูกสูบ เพลาข้อเหวี่ยง จะเคลื่อนไหว เสียดสี กระแทก ทำให้เกิดแรงเสียดทาน น้ำมันหล่อลื่นจะเข้าแทรกอยู่ระหว่าง ผิวหน้าของชิ้นส่วนเพื่อลดแรงเสียดทาน ทำให้เครื่องยนต์มีอายุการใช้งาน ยาวนาน ระบายความร้อน ที่น้ำและ อากาศเข้าไประบายความร้อนไม่ถึง น้ำมันหล่อลื่นจะช่วยดูดซับความร้อนจากเครื่องยนต์ ป้องกันกำลังอัดรั่วไหล ฟิล์มของน้ำมันหล่อลื่น ในร่องแหวน และ ผนังกระบอกสูบ จะทำหน้าที่อุดช่องว่างระหว่าง ลูกสูบ กับกระบอกสูบ ไม่ให้กำลังอัดรั่วไหล เป็นการรักษากำลังของเครื่องยนต์ รักษาความสะอาดภายในเครื่องยนต์ สารเคมีใน น้ำมันหล่อลื่นจะ ชะล้างคราบตะกอน และเขม่า ที่เกิดจากการเผาไหม้ แล้วรั่วไหลลงในอ่างน้ำมันเครื่อง ย่อยสลาย ลอยตัวอยู่กับน้ำมันหล่อลื่นเพื่อรอการเปลี่ยน ถ่ายต่อไป
ในน้ำมันหล่อลื่นมี สารป้องกันสนิม ป้องกันสนิมของชิ้นส่วนต่างๆ ที่ทำด้วยเหล็กไม่ให้เกิดสนิม ในขณะที่เครื่องยนต์ไม่ได้ทำงาน หรือจอดรถทิ้งไว้เป็นเวลานานๆ