ระบบการทำงานของเครื่องยนต์

เครื่องยนต์นับเป็นส่วนประกอบสำคัญที่ทำให้รถยนต์มีความแตกต่างไปจากรถที่ใช้แรงฉุดลาก หรือการขับเคลื่อนจากแรงภายนอก เครื่องยนต์จะเป็นตัวสร้างพลังงานที่ใช้ขับเคลื่อนตัวรถให้เคลื่อนที่ไปด้วยตัวเอง ในยุคแรกๆของการพัฒนารถยนต์ ได้มีการคิดค้นหาแหล่งที่จะทำให้รถเคลื่อนที่ได้เองอย่างหลากหลายชนิด ไม่ว่าจะเป็นแรงลม พลังไอน้ำ พลังงานไฟฟ้า ฯลฯ แต่ท้ายที่สุดเมื่อเห็นว่าการนำเอาเครื่องยนต์แบบสันดาปภายในมาใช้ในการขับเคลื่อนรถ เป็นวิธีที่มีปัญหาน้อยที่สุด ตั้งแต่นั้นมาจนถึงวันนี้เป็นเวลากว่า 125 ปีที่ได้มีการใช้เครื่องยนต์สันดาปภายในควบคู่กับรถยนต์มาตลอด และความหมายของคำว่ารถยนต์ยังครอบคลุมไปถึงรถที่เคลื่อนที่ด้วยพลังงานอื่นๆ เช่น รถไฟฟ้า หรือรถไฮบริด (Hybrid) ที่ใช้ได้ทั้งพลังไฟฟ้าและเครื่องยนต์สันดาปภายในด้วย ถ้าเป็นเครื่องยนต์ประเภทรถขับเคลื่อนล้อหน้าแล้ว ส่วนมากจะวางเครื่องในแนวขวาง แต่ถ้าเป็นเครื่องยนต์ประเภทรถขับเคลื่อนล้อหลัง จะวางเครื่องในแนวตรง

ในปัจจุบัน โครงสร้าง และหลักการทำงานของเครื่องยนต์แทบจะไม่แตกต่างกัน ความแตกต่างระหว่างเครื่องยนต์ของรถยนต์รุ่นเก่ากับรุ่นปัจจุบันอาจจะเป็นในส่วนของรูปทรงที่กะทัดรัด และประสิทธิภาพการทำงานที่สูงขึ้นนับร้อยเท่า ยกตัวอย่างเครื่องยนต์แบบสูบเดี่ยวของรถยนต์คันแรกของโลก มีความจุกระบอกสูบ 958 ซีซี ให้กำลังเทียบเท่ากับม้าประมาณ 0.8 ตัว เทียบกำลังของเครื่องยนต์กับความจุกระบอกสูบ 1 ลิตรแล้วจะมีอยู่ประมาณไม่ถึง 1 แรงม้าต่อลิตร แต่เครื่องยนต์ของรถรุ่นที่จำหน่ายในท้องตลาดปัจจุบันจะเฉลี่ยอยู่ที่ประมาณ 60 ไปจนถึง 100 กว่าแรงม้าต่อเครื่องยนต์ที่ทีความจุ 1 ลิตร และไม่อาจเทียบได้กับเครื่องยนต์ของรถแข่งที่สามารถผลิตแรงม้าออกมาได้มากเป็นหลายร้อยแรงม้าเมื่อเทียบกับความจุเครื่องยนต์ 1 ลิตรเท่ากัน นี่คือวิวัฒนาการของสิ่งที่เกิดขึ้นในช่วงร้อยกว่าปี

หากมองตามลักษณะการใช้น้ำมันเชื้อเพลิง รถที่ใช้น้ำมันเบนซินเป็นเชื้อเพลิง เรียกเครื่องยนต์ชนิดว่า "เครื่องยนต์แก๊ส
โซลีน" หรือ "เครื่องยนต์เบนซิน" (Gasoline Engine) และรถที่ใช้น้ำมันดีเซลเป็นเชื้อเพลิง เรียกว่า "เครื่องยนต์ดีเซล" (Diesel Engine) ซึ่งเครื่องยนต์ของแต่ละค่ายรถ ก็มีเทคโนโลยีในการพัฒนาเครื่องที่ไม่เหมือนกัน แตกต่างกันไปบ้าง ดังนั้นการออกแบบเครื่องยนต์ ก็แตกต่างกันเป็นธรรมดา มีทั้งเครื่องยนต์ในแบบสูบวี สูบนอน (Boxer) อย่างที่ซูบารุใช้ หรือแบบโรตารี่ (Rotary) ที่เป็นแบบแกนหมุนวนอย่างที่มาสด้าใช้ และระบบเทคโนโลยีวาล์วแปรผันตามรอบเครื่องของเครื่องยนต์ ที่ช่วยให้เครื่องยนต์ทำงานได้ดีขึ้น ให้พลังที่มากขึ้น อาทิ โตโยต้าจะใช้ชื่อ VVT-i ฮอนด้าใช้ชื่อ i-VTEC นิสสันใช้ชื่อ VVL มิตซูบิชิใช้ชื่อ MIVEC มาสด้าใช้ชื่อ S-VT และ BMW ใช้ชื่อ VANOS เป็นต้น

เครื่องยนต์ในปัจจุบัน ใช้ลักษณะการจุดระเบิดในกระบอกสูบ เพื่อทำให้ลูกสูบเคลื่อนที่ไปในแนวตรงกันข้าม และด้านล่างของลูกสูบก็จะต่อกับก้านสูบ ส่วนปลายอีกข้างหนึ่งของก้านสูบ ก็จะต่อกับเพลาข้อเหวี่ยงอีกที เมื่อลูกสูบเคลื่อนที่ไปมาในแนวลูกสูบ ก็จะมีผลให้ไปดึงเพลาข้อเหวี่ยงหมุนไปด้วย ยิ่งเคลื่อนที่เร็วเท่าไหร่ เพลาข้อเหวี่ยง ก็จะหมุนเร็วมากขึ้นเท่านั้น แรงหมุนนี้เองที่จะนำไปใช้ประโยชน์ต่างๆ ในระบบรถยนต์ ลักษณะการทำงานแบบนี้เองที่เรียกว่า เครื่องยนต์ชนิดลูกสูบชัก

ส่วนประกอบต่างๆของเครื่องยนต์

1. ฝาสูบ (Cylinder Head) หรือ บ่าวาล์ว (Valve Seat) คือส่วนที่อยู่ตอนบนสุดของเครื่องทำหน้าที่ปิดส่วนบนของเครื่องและเป็นที่ตั้งของหัวฉีด ลิ้นไอดี ลิ้นไอเสีย เป็นโลหะเหล็กแข็งแรง ทนทาน
2. ปลอกก้านวาล์ว(Valve Guide) ลักษณะเป็นหลอด ปลอกจะอัดเข้าไปในฝาสูบ ใช้เป็นตัวประคองการเคลื่อนที่ของวาล์วให้ได้ศูนย์
3. ซีลก้านวาล์ว (Valve Seal) ชิ้นส่วนเป็นยาง อยู่ที่ปลายปลอกก้านวาล์วด้านสปริง มีทั้งวาล์วไอดี และวาล์วไอเสีย แต่ด้วยความเป็นจริง ความจำเป็นที่ต้องมีซีลก้านวาล์วเพียงวาล์วไอดี เพราะในจังหวะดูดวาล์วไอดีเปิดจะมีแรงดูดส่วนหนึ่ง ดูดผ่านปลอกวาล์วทำให้น้ำมันเครื่องถูกดูดลงไปรวมกับ ส่วนผสมเชื้อเพลิงกับอากาศ ทำให้เกิดควันขาว
4. เสื้อสูบ (Cylinder Block) คือส่วนที่อยู่ตอนกลางของเครื่อง ทำหน้าที่ห่อหุ้มกระบอกสูบ เพลาข้อเหวี่ยง และส่วนประกอบอื่นๆ รถในสมัยก่อนเสื้อสูบมักจะทำด้วยเหล็กหล่อ มีความแข็งแรง ทนทาน แต่ในรถยุคปัจจุบันเสื้อสูบจะทำด้วยอลูมิเนียม เพื่อความทนทาน น้ำหนักเบา และประหยัดต้นทุนการผลิต
5. อ่างน้ำมันเครื่อง (Crank Case) คือส่วนที่อยู่ตอนล่างของเครื่อง ปกติตอนบนของอ่างน้ำมันเครื่องจะหล่อติดกับเสื้อสูบ ส่วนตอนล่างเรียกว่าอ่างเก็บน้ำมันเครื่อง (Oil Pan) ทำหน้าที่เก็บน้ำมันเครื่องเพื่อส่งไปยังส่วนต่างๆ ของเครื่องยนต์ที่ต้องการการหล่อลื่น
6. กระบอกสูบ (Cylinder) มีลักษณะเป็นช่องโพรง ทรงกระบอก ขนาดพอดีรับกับตัวลูกสูบ โดยกระบอกสูบจะมีตำแหน่งอยู่ภายในเสื้อสูบ มีหน้าที่คือ เป็นช่องทางเดินเลื่อนขึ้นหรือเลื่อนลงของลูกสูบ พื้นผิวด้านในของกระบอกสูบจะเรียบลื่นเป็นมัน เป็นส่วนที่ได้รับน้ำมันเชื้อเพลิงและอากาศเพื่อการจุดระเบิดและให้กำลังงานออกมา
7. ลูกสูบ (Piston) คือชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่ขึ้นลงภายในกระบอกสูบ เพื่ออัดน้ำมันเชื้อเพลิงและอากาศให้มีความดันและอุณหภูมิเหมาะ เพื่อดำเนินกลวัตรในจังหวะประจุ ไอดี อัดส่วนผสม จุดระเบิด และคายไอเสียออก ทำให้รถเคลื่อนตัว
8. ก้านสูบ (Connecting Rod) คือส่วนที่ทำหน้าที่ถ่ายทอดกำลังที่เกิดขึ้นเนื่องจากการจุดระเบิดเผาไหม้เชื้อเพลิงภายในกระบอกสูบไปยังชิ้นส่วนต่างๆ ก้านสูบจะติดกับลูกสูบ
9. เพลาข้อเหวี่ยง (Crankshaft) คือส่วนที่ทำหน้าที่ถ่ายทอดกำลังจากก้านสูบ และเปลี่ยนการเคลื่อนที่จากการเคลื่อนขั้นลงเป็นการหมุนเป็นวงกลม
10. เพลาลูกเบี้ยว (Camshaft) คือเพลาทำหน้าที่ปิดเปิดลิ้นไอเสีย เพลาลูกเบี้ยวเคลื่อนที่ด้วยเฟืองที่ขบกับเฟืองของเพลาข้อเหวี่ยง
11. ลิ้นไอดี (Intake Valve) ทำหน้าที่ปิดและเปิดให้น้ำมันเชื้อเพลิงเข้าไปในกระบอกสูบ
12. ลิ้นไอเสีย (Exhaust Valve) ทำหน้าที่ปิดและเปิดให้แก๊สที่เกิดจาการเผาไหม้ออกจากระบอกสูบ ออกไปตามทางเดินของท่อไอเสีย
13. สปริง (Valve Spring) เป็นสปริงที่กดให้ลิ้นปิด-เปิด ทำให้วาล์วปิดสนิท เมื่อสปริงยืดตัว
14. แหวนรองสปริงวาล์วตัวบน (Spring Retainer) ขอบของแหวนจะรับกับสปริง มีรูให้แกนวาล์วโผล่ออกมาเพื่อล็อค
15. ประกับล๊อคแกนวาล์ว (Valve Keepers) มีสองชิ้นด้านในใช้ล็อคจับแกนวาล์ว ด้านนอกอยู่ในรูแหวนรองสปริง
16. หัวฉีด (Injector) คืออุปกรณ์ควบคุมการจ่ายน้ำมัน การดูดอากาศ การจุดระเบิดด้วยไฟฟ้า ที่ทำให้น้ำมันเชื้อเพลิงในเครื่องยนต์เบนซินและดีเซล พ่นออกมาเป็นฝอยละเอียด เข้าไปยังส่วนบนของกระบอกสูบ เมื่อเครื่องยนต์หมุนได้เวลาที่ถูกต้อง หัวฉีดที่ควบคุมด้วยไฟฟ้าจะจ่ายน้ำมันไปที่ท่อร่วมไอดี อากาศที่ถูกดูดเข้ามาผ่านท่อร่วมไอดีก็จะผสมกับน้ำมันนอกห้องเผาไหม้
17. หัวเทียน (Spark Plug) เป็นอุปกรณ์ที่ทำให้เกิดประกายไฟ เพื่อจุดไอดีของเครื่องยนต์เบนซินให้ลุกไหม้ และเกิดการระเบิดขึ้นภายในกระบอกสูบ หัวเทียนยังมีแบ่งตามประเภทการใช้งานมากมายหลายประเภท เช่น แบบแพลทตินั่ม แบบรถแข่ง แบบมีเขี้ยวทองแดง แบบไม่มีเขี้ยว แบบปลายตัด เป็นต้น
18. ล้อช่วยแรง (Fly wheel) จะติดอยู่ตรงปลายเพลาข้อเหวี่ยง เป็นจานกลมๆ ขนาดใหญ่ ทำหน้าที่ช่วยสะสมพลังงาน ทำให้เครื่องยนต์เดินเรียบ และยังทำหน้าที่เป็นหน้าสัมผัสคลัตช์ในรถเกียร์ธรรมดาอีกด้วย

เครื่องยนต์แบบสันดาป (เผาไหม้) ภายใน

เครื่องยนต์แบบสันดาปภายใน ได้แก่ เครื่องยนต์ที่มีการระเบิด หรือเผาไหม้ส่วนผสมของเชื้อเพลิงกับอากาศเกิดขึ้นภายในเครื่องยนต์ แรงระเบิดจากการเผาไหม้จะถูกเปลี่ยนเป็นพลังงานเพื่อใช้ในการขับเคลื่อนตัวรถ หลักการทำงานนี้อ่านแล้วอาจจะเข้าใจยาก แต่ถ้าจะยกตัวอย่างให้เข้าใจง่ายขึ้นก็ต้องบอกว่า เมื่อเอาอากาศกับน้ำมันเชื้อเพลิงป้อนเข้าสู่เครื่องยนต์ และให้มีกระบวนการจุดระเบิดเกิดขึ้นของส่วนผสมทั้งสองชนิดภายในกระบอกสูบเครื่องยนต์ก็จะทำงานหรือเกิดการหมุนที่เพลาข้อเหวี่ยงของเครื่องยนต์ได้ แล้วเราก็เอาพลังงานจากการหมุนของเครื่องยนต์นี้ไปใช้ในการขับเคลื่อนรถยนต์อีกที

ความแตกต่างจากเครื่องยนต์สันดาป (เผาไหม้) ภายนอก

เครื่องยนต์แบบสันดาปภายใน จะมีกระบวนการเผาไหม้ของอากาศกับเชื้อเพลิงเกิดขึ้นภายในเครื่องยนต์ เช่นในกระบอกสูบ แต่เครื่องยนต์สันดาปภายนอก โดยหลักการแล้วจะต้องเป็นการเผาไหม้จากภายนอกเครื่องยนต์ แล้วจึงเอาความร้อนจากการเผาไหม้ที่ได้นั้นไปใช้งานอีกต่อหนึ่ง ยกตัวอย่างง่ายๆ ก็คือเครื่องจักรไอน้ำที่ใช้ในการขับเคลื่อนหัวจักรรถไฟในอดีต ที่อาศัยการต้มน้ำให้ร้อนด้วยเตาที่มีเชื้อเพลิงเป็นฟืน แล้วจึงนำเอาไอน้ำไปขับดันเครื่องจักรไอน้ำอีกต่อหนึ่ง เมื่อเครื่องจักรไอน้ำทำงานจึงสามารถขับดันให้ล้อของหัวรถจักรหมุนได้ และขับเคลื่อนตัวรถไปได้ในที่สุด แต่ก็ด้วยประสิทธิภาพที่ต่ำมาก เพราะต้องสูญเสียพลังงานในการขับเคลื่อนไปหลายขั้นตอนกว่าจะถึงล้อรถ ความนิยมจึงลดน้อยลงไปจนแทบไม่เหลือให้เห็นในปัจจุบัน

เครื่องยนต์สันดาปภายใน สามารถแบ่งได้หลายประเภท
1. แบ่งตามโครงสร้างของเครื่องยนต์ อาจจะได้เป็นเครื่องยนต์แบบลูกสูบธรรมดา, ลูกสูบแบบสามเหลี่ยมหรือโรตารี่ ฯลฯ
2. แบ่งตามวัฏจักรการทำงาน ก็จะได้เป็นเครื่องยนต์แบบ 2 จังหวะ หรือ 4 จังหวะ
3. แบ่งตามชนิดเชื้อเพลิง ก็อาจจะได้เป็นเครื่องยนต์เบนซิน และดีเซล เป็นต้น

เนื่องจากรถยนต์ที่ผลิตออกจำหน่าย และนิยมใช้งานกันอย่างแพร่หลายเรียกว่าเกือบจะ100% เป็นเครื่องยนต์สันดาปภายในแบบ 4 จังหวะ ที่ใช้เชื้อเพลิงน้ำมันเบนซิน และดีเซลเป็นหลัก และเกือบจะร้อยละ 100 จะเป็นเครื่องยนต์ที่มีลูกสูบวิ่งขึ้นลงในกระบอกสูบที่เรียกว่า Reciprocating Engine และมีเพียงเล็กน้อยไม่กี่เปอร์เซนต์ที่ใช้เครื่องยนต์แบบลูกสูบหมุนหรือว่า Rotary Engine ดังนั้นในบทความที่จะอ้างถึงเครื่องยนต์สำหรับรถยนต์ต่อไปนี้ ถ้าไม่มีการจำเพาะเจาะจงใดๆเป็นพิเศษ จะหมายถึงเครื่องยนต์แบบลูกสูบหรือ Reciprocating ที่ทำงานเป็นแบบ 4 จังหวะเป็นหลัก

เครื่องยนต์แบบ 2 จังหวะ และ 4 จังหวะ

เพื่อเป็นการเปรียบเทียบให้เห็นถึงความแตกต่างของเครื่องยนต์ที่นิยมใช้ในปัจจุบัน เครื่องยนต์ทั้ง 2 และ 4 จังหวะ มีใช้กันในรถยนต์ทั้งแบบเบนซินและดีเซล แต่ในปัจจุบันเครื่องยนต์ 2 จังหวะไม่มีผู้ผลิตทั้งรถยนต์ และรถจักรยานยนต์ใช้กันแล้ว ถ้าดูจากภายนอก อาจจะไม่เห็นความแตกต่างของโครงสร้างและส่วนประกอบของเครื่องยนต์มากนัก แต่ถ้าศึกษาลึกลงไปภายในจะพบว่า มีชิ้นส่วนประกอบหลายชิ้นที่มีความแตกต่างๆ กัน

เครื่องยนต์ 2 จังหวะ

เครื่องยนต์ 2 จังหวะจะมีส่วนประกอบหลักๆ คือ กระบอกสูบ ลูกสูบ แหวนลูกสูบ ก้านสูบ เพลาข้อเหวี่ยง วาล์วอาจจะมีให้เห็นเป็นแบบโรตารี่วาล์วที่หมุนตามข้อเหวี่ยง Reed Valve ที่อาศัยแรงดูดของลูกสูบ หรืออาศัยลูกสูบทำหน้าที่เป็นวาล์วในตัวก็เป็นได้ ส่วนเครื่องยนต์ 4 จังหวะ จะมีส่วนประกอบของเครื่องยนต์ที่คล้ายกับเครื่องยนต์ 2 จังหวะ แต่จะมีความแตกต่างในส่วนที่เป็นวาล์วหรือลิ้นควบคุมการนำเข้าไอดี หรือคายไอเสียให้เห็นอย่างชัดเจน

เครื่องยนต์ 4 จังหวะ

การทำงานของเครื่องยนต์ 4 จังหวะนั้น ไอดีจะถูกดูดเข้ากระบอกสูบ หรือฉีดเข้ากระบอกสูบโดยหัวฉีดในช่วงชักดูด และไอดีจะถูกอัดให้มีอุณหภูมิสูงขึ้นประมาณ 700-900 องศาเซลเซียส แล้วไอดีถูกจุดระเบิดโดยประกายไฟประมาณ 25,000 โวลต์ จากเขี้ยวหัวเทียน แรงระเบิดทำให้ลูกสูบเลื่อนลง เครื่องยนต์ได้งานในช่วงชักนี้ ทำให้เพลาข้อเหวี่ยงเกิดการหมุน เป็นการเปลี่ยนพลังงานความร้อนเป็นพลังงานกล ช่วงชักคายลูกสูบเลื่อนขึ้น ลิ้นไอดี "ปิด" ลิ้นไอเสีย "เปิด" ไอเสียออกจากกระบอกสูบทางลิ้นไอเสีย ผ่านท่อไอเสีย ออกสู่บรรยากาศ เครื่องยนต์ทำงาน ครบ 4 ช่วงชัก ทำให้รถเคลื่อนที่ไปข้างหน้า

วัฏจักรการทำงานของเครื่องยนต์ 4 จังหวะ มีการจัดการกับไอดี และไอเสียแยกจากกันทีละขั้นตอน ทำให้ประสิทธิภาพในการประจุไอดี หรือคายไอเสียทำได้เต็มที่ ลดการสูญเสียในเรื่องของเชื้อเพลิงลงได้มาก จึงเป็นข้อดีของเครื่องยนต์ 4 จังหวะที่เหนือกว่าเครื่องยนต์ 2 จังหวะที่ประหยัดกว่า

เครื่องยนต์ระบบไฮบริด

เครื่องยนต์ไฮบริด (Hybrid) หรือเครื่องยนต์ลูกผสม โตโยต้าถือเป็นผู้ผลิตรถยนต์รายแรกของโลก ที่นำเทคโนโลยีไฮบริดมาใช้ในการผลิตเชิงพาณิชย์ หรือ Mass Production กับการเปิดตัวรถรุ่น พรีอุส ในปี 1997 ก่อนที่ฮอนด้าจะส่งรุ่น อินไซท์ 3 ประตู ออกมาขายในปี 1999 หลังจากนั้น ตลาดกลุ่มนี้ก็ได้รับความนิยมอย่างต่อเนื่อง และมีรุ่นใหม่ๆ หลากหลายยี่ห้อที่คิดค้นและพัฒนาออกมาขายกันเป็นจำนวนมาก

เทคโนโลยีหลักของระบบไฮบริด คือ การผสานการทำงานระหว่างเครื่องยนต์สันดาปภายใน กับมอเตอร์ไฟฟ้าเปรียบเทียบกับรถยนต์ที่ใช้เครื่องยนต์เบนซิน ซึ่งมีความจุกระบอกสูบ 1500 ซีซี ในระดับเดียวกันแล้ว รถยนต์โตโยต้า พรีอุส ซึ่งใช้เทคโนโลยีเครื่องยนต์แบบไฮบริดมีความสิ้นเปลืองน้ำมันเชื้อเพลิง 28 กิโลเมตร/ลิตร (โดยประมาณ) น้อยกว่าเครื่องยนต์สันดาปภายใน มากกว่า 1 เท่าตัว และมีระดับของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในไอเสียต่ำกว่าถึง 50% รถยนต์ระบบไฮบริดจึงเปรียบเสมือนกับเป็นสะพาน ที่เชื่อมต่อระหว่างรถยนต์ยุคปัจจุบันที่มีเครื่องยนต์สันดาปภายใน

สำหรับระบบไฮบริดมีอยู่ 3 รูปแบบคือ

• Series Hybrid ใช้เครื่องยนต์เป็นตัวปั่นไฟส่งให้กับมอเตอร์ไฟฟ้าเพื่อขับเคลื่อนตัวรถ
• Parallel Hybrid ใช้ทั้งเครื่องยนต์ และมอเตอร์ไฟฟ้าทำหน้าที่ช่วยส่งเสริมซึ่งกันและกันในการขับเคลื่อนตัวรถ
• Series / Parallel Hybrid เป็นรูปแบบที่ผสมจุดเด่นของทั้ง 2 แบบเข้าด้วยกัน และเป็นรูปแบบที่นิยมใช้ในรถยนต์ไฮบริดรุ่นปัจจุบัน มอเตอร์ไฟฟ้า (ช่วงความเร็วต่ำจนถึงปานกลาง) และเครื่องยนต์สามารถขับ เคลื่อนได้เพียงลำพัง (ความเร็วสูง) หรือทั้ง 2 จะผสานการทำงานในการขับเคลื่อนก็ได้ (เร่งแซง) เพื่อประโยชน์สูงสุดในด้านการประหยัดน้ำมัน และสมรรถนะในการขับขี่

กระแสไฟฟ้าที่ใช้ส่งให้กับมอเตอร์ไฟฟ้าเพื่อขับเคลื่อนรถยนต์จะมาจากแบตเตอรี่แบบ นิเกิล เมทัล ไฮดราย ที่ติดตั้งอยู่ในรถยนต์ คือการผสานการทำงานระหว่างมอเตอร์ไฟฟ้ากับเครื่องยนต์สันดาปภายใน ไม่ว่าจะเป็นเบนซินหรือดีเซลในการขับเคลื่อนตัวรถ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ของการนำไปใช้งาน

การทำงานของเครื่องยนต์ดีเซลคอมมอนเรล

ข้อจำกัดของเครื่องยนต์ดีเซลรุ่นเดิมๆ อย่างระบบสเวิร์ลแชมเมอร์ และไดเร็คอินเจคชั่น หมดไปด้วยความล้ำหน้าของเทคโนโลยีดีเซลสมัยใหม่ที่สามารถตอบสนองต่อการขับขี่ได้อย่างสมบูรณ์แบบ ทั้งด้านสมรรถนะ อัตราความสิ้นเปลืองน้ำมันเชื้อเพลิง และความทนทานของการใช้งานของระบบคอมมอนเรล ไดเร็คอินเจคชั่น หรือ CDI (Commonrail Direct Injection) ที่ถูกพัฒนาขึ้นมาเพื่อใช้งานกับรถยนต์นั่งในระดับหรูหราที่เน้นทั้งแรงม้า-แรงบิด และความนุ่มนวลในการทำงานบนพื้นฐานความประหยัดน้ำมันเชื้อเพลิง ในครั้งนี้เราจะอธิบายหลักการทำงานของเครื่องยนต์คอมมอนเรล ไดเร็คอินเจคชั่นให้ละเอียดมากขึ้น

คอมมอนเรล มีความหมายถึงแรงอัดที่สะสมจากการฉีดน้ำมันด้วยแรงดันสูงเข้าสู่กระบอกสูบ การสูบฉีดของเครื่องยนต์หลายครั้งทำให้เครื่องยนต์ทำงานได้เงียบขึ้น เพิ่มประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิง และลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดอ๊อกไซด์ และก๊าซพิษตัวอื่นๆ หัวใจสำคัญของระบบคอมมอนเรล คือการสร้างแรงดันน้ำมันสูงรอไว้ในท่อเพื่อจ่ายน้ำมันได้อย่างแม่นยำ และต่อเนื่อง น้ำมันที่ถูกฉีดเข้าสู่ห้องเผาไหม้จะมีลักษณะเป็นละอองฝอย เพื่อเพิ่มความสามารถในการผสมกับไอดี และเพิ่มประสิทธิภาพการเผาไหม้ให้สมบูรณ์ยิ่งขึ้น การทำงานทั้งหมดจะเริ่มต้นโดยอาศัยปั๊มแรงดันสูง ที่สามารถจ่ายน้ำมันเชื้อเพลิง ด้วยแรงดันที่สูงถึง 1,350 บาร์ หรือสูงกว่าเครื่องยนต์ดีเซล ไดเร็คอินเจคชั่นทั่วไปถึง 8 เท่า และเครื่องยนต์คอมมอนเรลในยุคปัจจุบันของผู้ผลิตบางราย มีแรงดันน้ำมันสูงถึง 2,000 บาร์ขึ้นไป น้ำมันเชื้อเพลิงจะถูกสูบผ่านเข้ามารอในรางน้ำมันคอมมอนเรลด้วยแรงดันสูง โดยที่ปลายของรางส่งน้ำมันจะติดตั้งตัวจำกัดแรงดันน้ำมัน และเซ็นเซอร์ตรวจจับแรงดันน้ำมันเพื่อทำหน้าที่รักษา และควบคุมแรงดันของน้ำมันที่ถูกส่งมาจากปั๊มแรงดันสูง ให้อยู่ในระดับที่เหมาะสมกับการขับขี่ก่อนที่หัวฉีดอิเล็กทรอนิกส์ซึ่งมีรูฉีดน้ำมันถึง 6 รูต่อหัว จะจ่ายน้ำมันที่มีลักษณะเป็นฝอยเข้าสู่ห้องเผาไหม้โดยตรง

โดยการทำงานของหัวฉีดจะเป็นแบบ 2 ครั้งใน 1 จังหวะ ด้วยการฉีดน้ำมันนำร่อง (Pilot Injection) ก่อนทำการฉีดจริงซึ่งจะช่วยลดระดับเสียงดังที่เกิดจากการจุดระเบิด นอกจากนั้นการทำงานในทุกขั้นตอนของระบบคอมมอนเรล ไดเร็คอินเจคชั่น จะถูกควบคุมด้วยระบบคอมพิวเตอร์ โดยอาศัยข้อมูลที่ถูกส่งมาจากส่วนต่างๆ เช่น เซ็นเซอร์ของเพลาข้อเหวี่ยงตำแหน่งคันเร่ง อุณหภูมิอากาศ ฯลฯ นำมาประมวลผลเพื่อให้มีการสั่งจ่ายน้ำมันเชื้อเพลิงอย่างถูกต้อง และสอดคล้องกับความเร็วรอบเครื่องยนต์ ส่งผลให้เครื่องยนต์มีสมรรถนะดีขึ้น แรง ประหยัดน้ำมัน เงียบ สั่นสะเทือนน้อย มลพิษในไอเสียต่ำ และมีความทนทานสูง ระบบคอมมอนเรล เป็นเทคโนโลยีดีเซลที่ติดตั้งในรถยนต์ระดับหรูของยุโรป และมีกระแสตอบรับที่ดีจากผู้ใช้ทั่วโลก เช่น โตโยต้า จึงได้พัฒนาเครื่องยนต์ดีเซล ระบบคอมมอนเรล ไดเร็คอินเจคชั่นอย่างต่อเนื่อง โดยเรียกว่า D-4D หรือ Direct 4 Stroke Direct Injection with Commonrail System และนำมาใช้กับรถกระบะ ไฮลักซ์ ไทเกอร์ (ในยุคนั้น) นับว่าเป็นรถกระบะรายแรกของโลกที่ใช้ เครื่องยนต์ดีเซลคอมมอนเรล ไดเร็คอินเจคชั่น