เครื่องยนต์สันดาปภายใน

ต่างๆที่นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรสนับสนุนการพัฒนาของเครื่องยนต์สันดาปภายใน ในปี ค.ศ. 1791 จอห์นตัดผมพัฒนากังหันก๊าซ ในปี 1794 โทมัสมธุรสสิทธิบัตรเครื่องยนต์ก๊าซ นอกจากนี้ในปีพ. ศ. 2337 โรเบิร์ตสตรีทได้จดสิทธิบัตรเครื่องยนต์สันดาปภายในซึ่งเป็นครั้งแรกที่ใช้เชื้อเพลิงเหลวและสร้างเครื่องยนต์ในช่วงเวลานั้น ในปี พ.ศ. 2341 จอห์นสตีเวนส์ได้สร้างเครื่องยนต์สันดาปภายในของอเมริกาเครื่องแรก ใน 1807, ฝรั่งเศสวิศวกรNicéphore Niepce (ที่ไปในการคิดค้นการถ่ายภาพ ) และClaude Niepceวิ่งต้นแบบเครื่องยนต์สันดาปภายในใช้ควบคุมการระเบิดฝุ่นPyréolophoreซึ่งได้รับสิทธิบัตรโดยนโปเลียนโบนาปาร์ เครื่องยนต์นี้ขับเคลื่อนเรือในแม่น้ำSaôneประเทศฝรั่งเศส ^{[3] [4]}ในปีเดียวกันวิศวกรชาวสวิสFrançois Isaac de Rivazได้ประดิษฐ์เครื่องยนต์สันดาปภายในที่ใช้ไฮโดรเจนและขับเคลื่อนเครื่องยนต์ด้วยประกายไฟฟ้า ในปีค. ศ. 1808 De Rivaz ได้ติดตั้งสิ่งประดิษฐ์ของเขาให้เป็นยานยนต์ที่ใช้งานได้ในยุคดึกดำบรรพ์ - "รถยนต์ที่ขับเคลื่อนด้วยการเผาไหม้ภายในคันแรกของโลก" ^[5]ในปี พ.ศ. 2366 ซามูเอลบราวน์ได้จดสิทธิบัตรเครื่องยนต์สันดาปภายในเครื่องแรกที่นำไปใช้ในอุตสาหกรรม

ในปีพ. ศ. 2397 ในสหราชอาณาจักรนักประดิษฐ์ชาวอิตาลีEugenio BarsantiและFelice Matteucciได้รับการรับรอง: "การได้รับพลังขับเคลื่อนจากการระเบิดของก๊าซ" ในปีพ. ศ. 2407 สำนักงานสิทธิบัตร Great Seal ได้ยอมรับสิทธิบัตรหมายเลข 1655 สำหรับการประดิษฐ์ "เครื่องมือที่ปรับปรุงแล้วสำหรับการได้รับพลังขับเคลื่อนจากก๊าซ" ^{[6] [7] [8] [9]} Barsanti และ Matteucci ได้รับสิทธิบัตรอื่น ๆ สำหรับการประดิษฐ์เดียวกันในฝรั่งเศสเบลเยียมและปิเอมอนต์ระหว่างปี พ.ศ. 2407 ถึง พ.ศ. 2402 ^{[10] [11]}ในปี พ.ศ. 2403 ฌองโจเซฟเอเตียนเลอนัวร์ชาวเบลเยียมได้ ผลิตก๊าซ - เครื่องยนต์สันดาปภายใน ^[12]ในปีพ. ศ. 2407 Nicolaus Ottoได้จดสิทธิบัตรเครื่องยนต์ก๊าซในบรรยากาศเครื่องแรก ในปีพ. ศ. 2415 จอร์จเบรย์ตันชาวอเมริกันได้ประดิษฐ์เครื่องยนต์สันดาปภายในที่ใช้เชื้อเพลิงเหลวเชิงพาณิชย์เครื่องแรก ในปีพ. ศ. 2419 Nicolaus Ottoซึ่งทำงานร่วมกับGottlieb DaimlerและWilhelm Maybachได้จดสิทธิบัตรการอัดประจุเครื่องยนต์สี่รอบ ในปีพ. ศ. 2422 Karl Benzได้จดสิทธิบัตรเครื่องยนต์เบนซินสองจังหวะที่เชื่อถือได้ ต่อมาในปีพ. ศ. 2429 เบนซ์ได้เริ่มผลิตยานยนต์เชิงพาณิชย์เป็นครั้งแรกที่มีเครื่องยนต์สันดาปภายในซึ่งมีเครื่องยนต์และแชสซีแบบสามล้อสี่รอบรวมกันเป็นหน่วยเดียว ^[13]ในปีพ. ศ. 2435 รูดอล์ฟดีเซลได้พัฒนาเครื่องยนต์จุดระเบิดแบบบีบอัดเป็นครั้งแรก ในปีพ. ศ. 2469 Robert Goddard ได้เปิดตัวจรวดเชื้อเพลิงเหลวลำแรก ในปี 1939 ที่เฮนเกลเขา 178กลายเป็นคนแรกของโลกที่มีเครื่องบินเจ็ต

ครั้งหนึ่งคำเครื่องยนต์ (ผ่านแก่ฝรั่งเศสจากภาษาละติน ingenium "ความสามารถ") หมายถึงชิ้นส่วนของเครื่องจักรรู้สึก -a ที่ยังคงอยู่ในการแสดงออกเช่นเครื่องยนต์ล้อม A "มอเตอร์" (มาจากภาษาละตินมอเตอร์ "ผู้เสนอญัตติ") เป็นเครื่องที่ผลิตเครื่องจักรกลพลังงาน ตามเนื้อผ้ามอเตอร์ไฟฟ้าไม่เรียกว่า "เครื่องยนต์"; อย่างไรก็ตามเครื่องยนต์สันดาปมักเรียกว่า "มอเตอร์" ( เครื่องยนต์ไฟฟ้าหมายถึงรถจักรที่ขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้า)

ในการพายเรือเครื่องยนต์สันดาปภายในที่ติดตั้งในตัวเรือเรียกว่าเครื่องยนต์ แต่เครื่องยนต์ที่นั่งอยู่บนกรอบวงกบเรียกว่ามอเตอร์ ^[14]

เครื่องยนต์ลูกสูบของรถยนต์

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซลสำหรับพลังงานสำรอง

ลูกสูบเครื่องยนต์ลูกสูบไกลโดยแหล่งพลังงานส่วนใหญ่ที่พบบ่อยสำหรับที่ดินและน้ำยานพาหนะรวมทั้งรถยนต์ , รถจักรยานยนต์ , เรือและในระดับที่น้อยกว่าตู้รถไฟ (บางคนมีไฟฟ้าใช้ แต่ส่วนใหญ่เครื่องมือดีเซล^{[15] [16]} ) เครื่องยนต์โรตารีของการออกแบบ Wankel ใช้ในรถยนต์เครื่องบินและรถจักรยานยนต์บางรุ่น สิ่งเหล่านี้เรียกรวมกันว่ารถยนต์ที่ใช้เครื่องยนต์สันดาปภายใน (ICEV) ^[17]

ในกรณีที่ต้องการอัตราส่วนกำลังต่อน้ำหนักสูงเครื่องยนต์สันดาปภายในจะปรากฏในรูปแบบของกังหันเผาไหม้หรือเครื่องยนต์ Wankel โดยทั่วไปแล้วเครื่องบินขับเคลื่อนจะใช้ ICE ซึ่งอาจเป็นเครื่องยนต์แบบลูกสูบ เครื่องบินสามารถใช้แทนเครื่องยนต์เจ็ทและเฮลิคอปเตอร์แทนสามารถจ้างturboshafts ; ซึ่งทั้งสองเป็นประเภทของกังหัน นอกจากนี้เพื่อให้การขับเคลื่อน, สายการบินอาจใช้น้ำแข็งที่แยกจากกันในฐานะที่เป็นหน่วยกำลังเสริม เครื่องยนต์ Wankel มีการติดตั้งไปหลายกำลังใจเครื่องบินยานพาหนะ

ICE ขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดใหญ่ที่ให้พลังงานกับกริดไฟฟ้า พบในรูปแบบของกังหันเผาไหม้ที่มีกำลังไฟฟ้าทั่วไปในช่วง 100 เมกะวัตต์ โรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนร่วมใช้ไอเสียอุณหภูมิสูงไปต้มไอน้ำและน้ำ Superheat ที่จะใช้กังหันไอน้ำ ดังนั้นประสิทธิภาพจึงสูงขึ้นเนื่องจากพลังงานถูกดึงออกมาจากเชื้อเพลิงมากกว่าที่สามารถสกัดได้โดยเครื่องยนต์สันดาปเพียงอย่างเดียว โรงไฟฟ้าพลังความร้อนร่วมมีประสิทธิภาพในช่วง 50% ถึง 60% ในขนาดที่เล็กลง, เครื่องยนต์นิ่งเหมือนเครื่องยนต์แก๊สหรือเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซลที่ใช้สำหรับการสำรองข้อมูลหรือสำหรับการให้บริการพลังงานไฟฟ้าให้กับพื้นที่ที่ไม่ได้เชื่อมต่อกับตารางไฟฟ้า

เครื่องยนต์ขนาดเล็ก (ปกติ 2 จังหวะเครื่องยนต์เบนซิน / น้ำมัน) เป็นแหล่งพลังงานที่พบบ่อยสำหรับlawnmowers , ตัดสตริง , เลื่อยโซ่ , leafblowers , เครื่องซักผ้าความดัน , เจ็ตสกี , เจ็ทสกี , เรือมอเตอร์ , รถจักรยานยนต์และรถจักรยานยนต์

มีหลายวิธีที่เป็นไปได้ในการจำแนกเครื่องยนต์สันดาปภายใน

ลูกสูบ

ตามจำนวนจังหวะ:

• เครื่องยนต์สองจังหวะ
  • วงจรเสมียน^[18]
  • รอบวัน
• เครื่องยนต์สี่จังหวะ ( รอบ Otto )
• เครื่องยนต์หกจังหวะ

ตามประเภทของการจุดระเบิด:

• เครื่องยนต์อัด - จุดระเบิด
• เครื่องยนต์สปาร์คจุดระเบิด (มักพบเป็นเครื่องยนต์เบนซิน )

โดยวงจรเชิงกล / อุณหพลศาสตร์ (2 รอบนี้ไม่รวมถึงเครื่องยนต์แบบลูกสูบทั้งหมดและใช้ไม่บ่อยนัก):

• วงจร Atkinson
• วงจรมิลเลอร์

โรตารี

• เครื่องยนต์ Wankel

การเผาไหม้อย่างต่อเนื่อง

• เครื่องยนต์ กังหันก๊าซ
  • Turbojetผ่านหัวฉีดขับเคลื่อน
  • Turbofanผ่านพัดลมท่อ
  • Turbopropผ่านใบพัดที่ไม่มีข้อต่อโดยปกติจะมีระยะพิทช์ที่แปรผัน
  • Turboshaftกังหันก๊าซที่ได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับการผลิตแรงบิดเชิงกลแทนแรงขับ
• Ramjet , ^[19]คล้ายกับ turbojet แต่ใช้ความเร็วของรถในการบีบอัด (ram) อากาศแทนคอมเพรสเซอร์
• Scramjetเป็นตัวแปรหนึ่งของ ramjet ที่ใช้การเผาไหม้เหนือเสียง
• เครื่องยนต์จรวด

โครงสร้าง

บล็อกกระบอกสูบของเครื่องยนต์ V8

ลูกสูบแหวนลูกสูบพิน gudgeon และก้านสูบ

ฐานของเครื่องยนต์สันดาปภายในแบบลูกสูบเป็นเครื่องยนต์บล็อกที่ทำโดยทั่วไปของเหล็กหล่อ (เนื่องจากความต้านทานการสึกหรอที่ดีและต้นทุนต่ำ) ^[20]หรืออลูมิเนียม ในกรณีหลังกระบอกสูบทำจากเหล็กหล่อหรือเหล็กกล้า ^[21]บล็อกเครื่องยนต์ที่มีกระบอกสูบ ในเครื่องยนต์ที่มีมากกว่าหนึ่งสูบมักจะจัดเรียงเป็น 1 แถว ( เครื่องยนต์ตรง ) หรือ 2 แถว ( เครื่องยนต์บ็อกเซอร์หรือเครื่องยนต์ V ) มีการใช้ 3 แถวเป็นครั้งคราว ( เครื่องยนต์ W ) ในเครื่องยนต์ร่วมสมัยและการกำหนดค่าเครื่องยนต์อื่น ๆเป็นไปได้และถูกนำมาใช้ เครื่องยนต์สูบเดียวเป็นเรื่องปกติสำหรับรถจักรยานยนต์และในเครื่องยนต์ขนาดเล็กของเครื่องจักร ที่ด้านนอกของกระบอกสูบทางเดินที่มีของเหลวหล่อเย็นหล่อเข้าไปในบล็อกเครื่องยนต์ในขณะที่ในเครื่องยนต์ที่ใช้งานหนักบางรุ่นทางเดินเป็นประเภทของปลอกสูบแบบถอดได้ซึ่งสามารถถอดเปลี่ยนได้ ^[20]เครื่องยนต์ระบายความร้อนด้วยน้ำมีทางเดินในบล็อกเครื่องยนต์ที่ของเหลวหล่อเย็นไหลเวียน ( เสื้อสูบน้ำ ) เครื่องยนต์ขนาดเล็กบางรุ่นระบายความร้อนด้วยอากาศและแทนที่จะมีเสื้อสูบน้ำบล็อกกระบอกสูบจะมีครีบยื่นออกมาเพื่อระบายความร้อนโดยการถ่ายเทความร้อนไปยังอากาศโดยตรง ผนังกระบอกสูบมักจะเสร็จสิ้นโดยการขัดเพื่อให้ได้กากบาทซึ่งจะสามารถกักเก็บน้ำมันได้ดีกว่า พื้นผิวที่หยาบเกินไปจะเป็นอันตรายต่อเครื่องยนต์อย่างรวดเร็วเนื่องจากลูกสูบสึกหรอมากเกินไป

ลูกสูบเป็นส่วนทรงกระบอกสั้นซึ่งประทับตราปลายด้านหนึ่งของกระบอกจากแรงดันสูงของการบีบอัดอากาศและการเผาไหม้ผลิตภัณฑ์และภาพนิ่งอย่างต่อเนื่องอยู่ภายในขณะที่เครื่องยนต์ในการดำเนินงาน ในเครื่องยนต์ขนาดเล็กลูกสูบทำจากอลูมิเนียมในขณะที่ทำจากเหล็กหล่อในเครื่องยนต์ขนาดใหญ่ ^[20]ผนังด้านบนของลูกสูบเรียกว่ามงกุฎและโดยทั่วไปจะแบนหรือเว้า บางเครื่องมือสองจังหวะลูกสูบใช้กับหัวดัน ลูกสูบเปิดอยู่ที่ด้านล่างและกลวงยกเว้นโครงสร้างเสริมแรงที่สมบูรณ์ (เว็บลูกสูบ) เมื่อเครื่องยนต์ทำงานความดันก๊าซในห้องเผาไหม้ออกแรงบังคับใช้เมื่อลูกสูบมงกุฎซึ่งจะถูกโอนผ่านทางเว็บของตนที่จะเป็นขาสลัก ลูกสูบแต่ละตัวมีวงแหวนติดตั้งอยู่รอบ ๆ เส้นรอบวงซึ่งส่วนใหญ่จะป้องกันไม่ให้ก๊าซรั่วไหลเข้าสู่เหวี่ยงหรือน้ำมันเข้าไปในห้องเผาไหม้ ^[22]ระบบระบายอากาศไดรฟ์จำนวนเงินขนาดเล็กของก๊าซที่ผ่านมาหนีลูกสูบในระหว่างการดำเนินงานปกติ (ระเบิดโดยก๊าซ) ออกจากห้องข้อเหวี่ยงเพื่อที่จะไม่เกิดการสะสมน้ำมันปนเปื้อนและการสร้างการกัดกร่อน ^[20]ในเครื่องยนต์เบนซินสองจังหวะเหวี่ยงเป็นส่วนหนึ่งของเส้นทางอากาศและเชื้อเพลิงและเนื่องจากการไหลอย่างต่อเนื่องของมันพวกเขาจึงไม่จำเป็นต้องมีระบบระบายอากาศเหวี่ยงแยกต่างหาก

รางวาล์วเหนือหัวกระบอกสูบเครื่องยนต์ดีเซล เครื่องยนต์นี้ใช้แขนโยก แต่ไม่มีก้านกระทุ้ง

หัวถังที่แนบมากับเครื่องยนต์บล็อกโดยหลายสลักเกลียวหรือกระดุม มีหลายฟังก์ชั่น ฝาสูบปิดผนึกกระบอกสูบที่ด้านตรงข้ามกับลูกสูบ ประกอบด้วยท่อสั้น ๆ ( พอร์ต ) สำหรับไอดีและไอเสียและวาล์วไอดีที่เกี่ยวข้องซึ่งเปิดออกเพื่อให้กระบอกสูบเต็มไปด้วยอากาศบริสุทธิ์และวาล์วไอเสียที่เปิดออกเพื่อให้ก๊าซจากการเผาไหม้หลุดออกไป อย่างไรก็ตามเครื่องยนต์ที่มีข้อเหวี่ยง 2 จังหวะจะเชื่อมต่อพอร์ตแก๊สเข้ากับผนังกระบอกสูบโดยตรงโดยไม่ต้องใช้วาล์วก้าน ลูกสูบจะควบคุมการเปิดและการอุดตันแทน ฝาสูบยังเก็บหัวเทียนในกรณีของเครื่องยนต์จุดประกายและหัวฉีดสำหรับเครื่องยนต์ที่ใช้ไดเรคอินเจคชั่น ทั้งหมดเครื่องมือ CI ใช้การฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงมักจะฉีดตรง แต่บางเครื่องมือใช้แทนการฉีดทางอ้อม เครื่องยนต์ SI สามารถใช้คาร์บูเรเตอร์หรือหัวฉีดน้ำมันเป็นหัวฉีดหรือไดเร็คอินเจคชั่น เครื่องยนต์ SI ส่วนใหญ่มีหัวเทียนเดียวต่อสูบ แต่บางรุ่นมี 2 . ปะเก็นหัวป้องกันไม่ให้ก๊าซจากการรั่วไหลระหว่างหัวถังและเครื่องยนต์บล็อก การเปิดและปิดวาล์วควบคุมโดยเพลาลูกเบี้ยวและสปริงหนึ่งตัวหรือหลายตัวหรือในเครื่องยนต์บางรุ่นซึ่งเป็นกลไก desmodromicที่ไม่ใช้สปริง เพลาลูกเบี้ยวอาจกดโดยตรงต้นกำเนิดของวาล์วหรืออาจทำหน้าที่บนแขนโยกอีกครั้งไม่ว่าจะโดยตรงหรือผ่านกระทุ้ง

บล็อกเครื่องยนต์มองเห็นได้จากด้านล่าง กระบอกสูบหัวฉีดสเปรย์น้ำมันและครึ่งหนึ่งของตลับลูกปืนหลักจะมองเห็นได้ชัดเจน

ข้อเหวี่ยงถูกปิดผนึกที่ด้านล่างโดยมีบ่อที่รวบรวมน้ำมันที่ตกลงมาระหว่างการทำงานปกติเพื่อให้ปั่นจักรยานอีกครั้ง ช่องที่สร้างขึ้นระหว่างบล็อกกระบอกสูบและบ่อพักเป็นที่ตั้งของเพลาข้อเหวี่ยงที่แปลงการเคลื่อนที่แบบลูกสูบเป็นการเคลื่อนที่แบบหมุน เพลาข้อเหวี่ยงถูกยึดไว้ในตำแหน่งที่สัมพันธ์กับบล็อกเครื่องยนต์โดยแบริ่งหลักซึ่งช่วยให้หมุนได้ กำแพงกั้นในเหวี่ยงเป็นครึ่งหนึ่งของแบริ่งหลักทุกตัว อีกครึ่งหนึ่งเป็นหมวกที่ถอดออกได้ ในบางกรณีจะใช้สำรับตลับลูกปืนหลักตัวเดียวแทนที่จะใช้ฝาปิดขนาดเล็กหลายตัว ก้านสูบมีการเชื่อมต่อเพื่อชดเชยในส่วนของเพลาข้อเหวี่ยง (คนcrankpins ) ในปลายด้านหนึ่งและลูกสูบในส่วนอื่น ๆ ผ่านขาสลักและทำให้การถ่ายโอนแรงและแปลการเคลื่อนไหวลูกสูบของลูกสูบไปยังวงกลมของเพลาข้อเหวี่ยง . ปลายก้านสูบที่ติดกับพิน gudgeon เรียกว่าปลายเล็กและปลายอีกด้านหนึ่งซึ่งเชื่อมต่อกับเพลาข้อเหวี่ยงซึ่งเป็นปลายใหญ่ ปลายด้านใหญ่มีครึ่งหนึ่งที่ถอดออกได้เพื่อให้สามารถประกอบรอบเพลาข้อเหวี่ยงได้ มันถูกเก็บเข้าด้วยกันกับแกนเชื่อมต่อโดยใช้สลักเกลียวที่ถอดออกได้

ฝาสูบมีท่อร่วมไอดีและท่อร่วมไอเสียที่ติดอยู่กับพอร์ตที่เกี่ยวข้อง เชื่อมต่อท่อร่วมไอดีกับกรองอากาศโดยตรงหรือคาร์บูเรเตอร์เมื่อหนึ่งเป็นปัจจุบันซึ่งเชื่อมต่อจากนั้นไปที่กรองอากาศ กระจายอากาศที่เข้ามาจากอุปกรณ์เหล่านี้ไปยังกระบอกสูบแต่ละตัว ท่อร่วมไอเสียเป็นองค์ประกอบแรกในระบบไอเสีย รวบรวมก๊าซไอเสียจากกระบอกสูบและขับเคลื่อนไปยังส่วนประกอบต่อไปนี้ในเส้นทาง ระบบไอเสียของ ICE ยังอาจรวมถึงเครื่องฟอกไอเสียและท่อไอเสีย ส่วนสุดท้ายในเส้นทางของก๊าซไอเสียเป็นท่อไอเสีย

เครื่องยนต์ 4 จังหวะ

แผนผังแสดงการทำงานของเครื่องยนต์ SI 4 จังหวะ ป้ายกำกับ:
1 - เหนี่ยวนำ
2 - กำลังอัด
3 - กำลัง
4 - ไอเสีย

ด้านบนตายศูนย์ (TDC) ของลูกสูบเป็นตำแหน่งที่อยู่ใกล้กับวาล์ว; จุดศูนย์กลางตายด้านล่าง (BDC) คือตำแหน่งตรงข้ามที่อยู่ไกลที่สุดจากพวกเขา จังหวะการเคลื่อนไหวของลูกสูบจาก TDC BDC ไปหรือในทางกลับกันร่วมกับกระบวนการที่เกี่ยวข้อง ในขณะที่เครื่องยนต์ในการดำเนินงานเพลาข้อเหวี่ยงหมุนอย่างต่อเนื่องในเกือบคงที่ความเร็ว ใน ICE 4 จังหวะลูกสูบแต่ละตัวจะทำงาน 2 จังหวะต่อการปฏิวัติเพลาข้อเหวี่ยงตามลำดับต่อไปนี้ เริ่มต้นคำอธิบายที่ TDC ได้แก่ : ^{[23] [24]}

1. ไอดีการเหนี่ยวนำหรือการดูด : วาล์วไอดีเปิดเนื่องจากกลีบแคมกดลงบนก้านวาล์ว ลูกสูบเคลื่อนที่ลงเพื่อเพิ่มปริมาตรของห้องเผาไหม้และปล่อยให้อากาศเข้าในกรณีของเครื่องยนต์ CI หรือการผสมเชื้อเพลิงอากาศในกรณีของเครื่องยนต์ SI ที่ไม่ใช้ไดเร็กอินเจคชั่น ส่วนผสมของอากาศหรือเชื้อเพลิงอากาศเรียกว่าประจุไม่ว่าในกรณีใด ๆ
2. การบีบอัด : ในจังหวะนี้วาล์วทั้งสองจะปิดและลูกสูบจะเลื่อนขึ้นเพื่อลดปริมาตรห้องเผาไหม้ซึ่งถึงระดับต่ำสุดเมื่อลูกสูบอยู่ที่ TDC ลูกสูบทำงานกับประจุในขณะที่กำลังถูกบีบอัด เป็นผลให้ความดันอุณหภูมิและความหนาแน่นเพิ่มขึ้น ประมาณที่จะทำงานนี้ให้ไว้โดยกฎหมายของก๊าซในอุดมคติ ก่อนที่ลูกสูบจะถึง TDC การจุดระเบิดจะเริ่มขึ้น ในกรณีของเครื่องยนต์ SI หัวเทียนจะได้รับพัลส์ไฟฟ้าแรงสูงที่สร้างประกายไฟซึ่งให้ชื่อและจุดประกายประจุ ในกรณีของเครื่องยนต์ CI หัวฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงจะฉีดเชื้อเพลิงเข้าไปในห้องเผาไหม้อย่างรวดเร็วเป็นสเปรย์ เชื้อเพลิงติดไฟเนื่องจากอุณหภูมิสูง
3. กำลังหรือจังหวะการทำงาน : ความดันของก๊าซเผาไหม้จะผลักลูกสูบลงทำให้เกิดงานมากกว่าที่ต้องใช้ในการอัดประจุ เมื่อเสริมกับจังหวะการบีบอัดก๊าซที่เผาไหม้จะขยายตัวและส่งผลให้อุณหภูมิความดันและความหนาแน่นลดลง เมื่อลูกสูบอยู่ใกล้กับ BDC วาล์วไอเสียจะเปิดขึ้น ก๊าซจากการเผาไหม้จะขยายตัวกลับไม่ได้เนื่องจากความดันที่เหลืออยู่ - เกินความดันย้อนกลับความดันเกจบนพอร์ตไอเสีย -; นี้เรียกว่าพ่นไอน้ำออก
4. ไอเสีย : วาล์วไอเสียยังคงเปิดอยู่ในขณะที่ลูกสูบเคลื่อนที่ขึ้นเพื่อไล่ก๊าซที่เผาไหม้ออกไป สำหรับเครื่องยนต์ที่มีการดูดโดยธรรมชาติก๊าซจากการเผาไหม้ส่วนเล็ก ๆ อาจยังคงอยู่ในกระบอกสูบระหว่างการทำงานปกติเนื่องจากลูกสูบไม่ได้ปิดห้องเผาไหม้อย่างสมบูรณ์ ก๊าซเหล่านี้จะละลายในประจุถัดไป ในตอนท้ายของจังหวะนี้วาล์วไอเสียจะปิดลงวาล์วไอดีจะเปิดขึ้นและลำดับจะทำซ้ำในรอบถัดไป วาล์วไอดีอาจเปิดก่อนที่วาล์วไอเสียจะปิดเพื่อให้สามารถขับไล่ได้ดีขึ้น

เครื่องยนต์ 2 จังหวะ

ลักษณะเฉพาะของเครื่องยนต์ประเภทนี้คือลูกสูบแต่ละตัวจะทำรอบการปฏิวัติของเพลาข้อเหวี่ยง 4 กระบวนการของไอดีการบีบอัดกำลังและไอเสียเกิดขึ้นใน 2 จังหวะเท่านั้นดังนั้นจึงไม่สามารถกำหนดจังหวะเฉพาะสำหรับแต่ละจังหวะได้ เริ่มต้นที่ TDC วงจรประกอบด้วย:

1. กำลัง : ในขณะที่ลูกสูบลดระดับก๊าซเผาไหม้จะทำงานกับมันเช่นเดียวกับเครื่องยนต์ 4 จังหวะ ข้อพิจารณาทางอุณหพลศาสตร์เดียวกันเกี่ยวกับการขยายใช้
2. การเก็บกวาด : ประมาณ 75 °ของการหมุนเพลาข้อเหวี่ยงก่อน BDC วาล์วไอเสียหรือพอร์ตจะเปิดขึ้นและเกิดการระเบิดขึ้น หลังจากนั้นไม่นานวาล์วไอดีหรือพอร์ตถ่ายโอนจะเปิดขึ้น ประจุที่เข้ามาแทนที่ก๊าซเผาไหม้ที่เหลือไปยังระบบไอเสียและประจุส่วนหนึ่งอาจเข้าสู่ระบบไอเสียด้วย ลูกสูบถึง BDC และกลับทิศทาง หลังจากลูกสูบเคลื่อนที่ไปในระยะสั้น ๆ ขึ้นไปในกระบอกสูบวาล์วไอเสียหรือพอร์ตจะปิดลง ไม่นานวาล์วไอดีหรือพอร์ตถ่ายโอนก็จะปิดลงเช่นกัน
3. การบีบอัด : เมื่อทั้งไอดีและไอเสียปิดลูกสูบจะยังคงเคลื่อนที่ขึ้นไปเพื่อบีบอัดประจุและทำงานกับมัน เช่นเดียวกับในกรณีของเครื่องยนต์ 4 จังหวะการจุดระเบิดจะเริ่มก่อนลูกสูบถึง TDC และการพิจารณาแบบเดียวกันกับอุณหพลศาสตร์ของการบีบอัดประจุ

ในขณะที่เครื่องยนต์ 4 จังหวะใช้ลูกสูบเป็นปั๊มดิสเพลสเมนต์เชิงบวกเพื่อทำการกวาด 2 จาก 4 จังหวะเครื่องยนต์ 2 จังหวะใช้ส่วนสุดท้ายของจังหวะกำลังและส่วนแรกของจังหวะการบีบอัดสำหรับไอดีและไอเสียรวมกัน . งานที่ต้องใช้ในการกำจัดประจุไฟฟ้าและก๊าซไอเสียมาจากข้อเหวี่ยงหรือเครื่องเป่าแยก สำหรับการกำจัดการขับไล่ก๊าซที่เผาไหม้และการเข้ามาของส่วนผสมสดมีการอธิบายวิธีการหลักสองวิธี: การกวาดแบบวนรอบและการไล่แบบ Uniflow ข่าวของ SAE ที่ตีพิมพ์ในปี 2010 ว่า 'Loop Scavenging' นั้นดีกว่าในทุกสถานการณ์มากกว่า Uniflow Scavenging ^[18]

เหวี่ยงทิ้ง

แผนผังของเครื่องยนต์ 2 จังหวะที่เหวี่ยงเหวี่ยงในการทำงาน

เครื่องยนต์ SI บางรุ่นถูกเหวี่ยงและไม่ใช้วาล์วก้านสูบ แต่จะใช้ข้อเหวี่ยงและส่วนของกระบอกสูบด้านล่างลูกสูบเป็นปั๊มแทน พอร์ตไอดีเชื่อมต่อกับเหวี่ยงผ่านวาล์วกกหรือวาล์วดิสก์แบบหมุนที่ขับเคลื่อนโดยเครื่องยนต์ สำหรับแต่ละกระบอกสูบพอร์ตการถ่ายโอนจะเชื่อมต่อที่ปลายด้านหนึ่งกับข้อเหวี่ยงและอีกด้านหนึ่งเข้ากับผนังกระบอกสูบ พอร์ตไอเสียเชื่อมต่อโดยตรงกับผนังกระบอกสูบ พอร์ตการถ่ายโอนและไอเสียถูกเปิดและปิดโดยลูกสูบ วาล์วกกจะเปิดขึ้นเมื่อความดันของเหวี่ยงต่ำกว่าความดันไอดีเล็กน้อยเพื่อให้มันเต็มไปด้วยประจุใหม่ สิ่งนี้เกิดขึ้นเมื่อลูกสูบเคลื่อนที่ขึ้น เมื่อลูกสูบเคลื่อนที่ลงความดันในเหวี่ยงจะเพิ่มขึ้นและวาล์วกกจะปิดทันทีจากนั้นประจุในเหวี่ยงจะถูกบีบอัด เมื่อลูกสูบเคลื่อนที่ขึ้นไปมันจะเปิดพอร์ตไอเสียและพอร์ตการถ่ายโอนและความดันที่สูงขึ้นของประจุในเหวี่ยงทำให้มันเข้าสู่กระบอกสูบผ่านพอร์ตการถ่ายโอนและเป่าก๊าซไอเสีย การหล่อลื่นทำได้โดยการเติมน้ำมัน 2 จังหวะลงในน้ำมันเชื้อเพลิงในอัตราส่วนเล็ก ๆ Petroilหมายถึงการผสมน้ำมันเบนซินกับน้ำมันดังกล่าวข้างต้น เครื่องยนต์ 2 จังหวะประเภทนี้มีประสิทธิภาพต่ำกว่าเครื่องยนต์ 4 จังหวะที่เทียบเคียงกันได้และปล่อยก๊าซไอเสียที่เป็นมลพิษมากกว่าสำหรับเงื่อนไขต่อไปนี้:

• พวกเขาใช้ระบบหล่อลื่นที่สูญเสียทั้งหมด: ในที่สุดน้ำมันหล่อลื่นทั้งหมดจะถูกเผาไหม้พร้อมกับเชื้อเพลิง
• มีข้อกำหนดที่ขัดแย้งกันสำหรับการกำจัด: ในด้านหนึ่งจำเป็นต้องมีการชาร์จประจุไฟฟ้าใหม่ให้เพียงพอในแต่ละรอบเพื่อแทนที่ก๊าซจากการเผาไหม้เกือบทั้งหมด แต่การแนะนำมากเกินไปหมายความว่าส่วนหนึ่งของมันเข้าไปในไอเสีย
• พวกเขาต้องใช้พอร์ตการถ่ายโอนเป็นหัวฉีดที่ออกแบบมาอย่างดีและวางไว้เพื่อให้กระแสก๊าซถูกสร้างขึ้นในลักษณะที่มันกวาดทั้งกระบอกสูบก่อนที่จะไปถึงพอร์ตไอเสียเพื่อไล่ก๊าซที่เผาไหม้ออกไป แต่ลดปริมาณของ ค่าใช้จ่ายหมด. เครื่องยนต์ 4 จังหวะมีประโยชน์ในการขับไล่ก๊าซเผาไหม้ออกไปเกือบทั้งหมดเนื่องจากในระหว่างที่ไอเสียห้องเผาไหม้จะลดลงจนเหลือปริมาตรต่ำสุด ในเครื่องยนต์ 2 จังหวะแบบเหวี่ยงไอเสียและไอดีส่วนใหญ่จะทำงานพร้อมกันและห้องเผาไหม้ที่ปริมาตรสูงสุด

ข้อได้เปรียบหลักของเครื่องยนต์ 2 จังหวะประเภทนี้คือความเรียบง่ายเชิงกลและอัตราส่วนกำลังต่อน้ำหนักที่สูงกว่าเครื่องยนต์ 4 จังหวะ แม้จะมีจังหวะกำลังมากกว่าสองเท่าต่อรอบ แต่ก็ยังมีกำลังน้อยกว่าสองเท่าของเครื่องยนต์ 4 จังหวะที่เทียบเคียงกันได้ในทางปฏิบัติ

ในสหรัฐอเมริกาเครื่องยนต์ 2 จังหวะถูกห้ามใช้กับยานพาหนะบนท้องถนนเนื่องจากมลพิษ มอเตอร์ไซค์ออฟโรดเท่านั้นที่ยังคงเป็น 2 จังหวะ แต่ไม่ค่อยถูกกฎหมาย อย่างไรก็ตามมีการใช้งานเครื่องมือบำรุงรักษาสนามหญ้าแบบ 2 จังหวะจำนวนมาก ^{[ ต้องการอ้างอิง ]}

โบลเวอร์ขับไล่

แผนผังของการไล่แบบ uniflow

การใช้โบลเวอร์แยกต่างหากช่วยหลีกเลี่ยงข้อบกพร่องหลายประการของการกำจัดเหวี่ยงเหวี่ยงโดยมีค่าใช้จ่ายจากความซับซ้อนที่เพิ่มขึ้นซึ่งหมายถึงต้นทุนที่สูงขึ้นและความต้องการในการบำรุงรักษาที่เพิ่มขึ้น เครื่องยนต์ประเภทนี้ใช้พอร์ตหรือวาล์วสำหรับไอดีและวาล์วสำหรับไอเสียยกเว้นเครื่องยนต์ลูกสูบที่อยู่ตรงข้ามซึ่งอาจใช้พอร์ตสำหรับไอเสียด้วย โดยปกติแล้วโบลเวอร์จะเป็นแบบรูทแต่ก็มีการใช้แบบอื่นด้วยเช่นกัน การออกแบบนี้เป็นเรื่องธรรมดาในเครื่องยนต์ CI และมีการใช้เครื่องยนต์ SI เป็นครั้งคราว

เครื่องยนต์ CI ที่ใช้เครื่องเป่าลมมักจะใช้ไล่ uniFLOW ในการออกแบบนี้ผนังกระบอกสูบประกอบด้วยพอร์ตไอดีหลายพอร์ตที่วางห่างกันอย่างสม่ำเสมอตามเส้นรอบวงเหนือตำแหน่งที่เม็ดมะยมถึงเมื่ออยู่ที่ BDC ใช้วาล์วไอเสียหรือหลายอย่างที่คล้ายกับเครื่องยนต์ 4 จังหวะ ส่วนสุดท้ายของท่อร่วมไอดีคือปลอกอากาศที่ป้อนพอร์ตไอดี พอร์ตไอดีถูกวางไว้ที่มุมแนวนอนกับผนังกระบอกสูบ (กล่าวคืออยู่ในระนาบของเม็ดมะยมลูกสูบ) เพื่อให้ประจุที่เข้ามาหมุนวนเพื่อปรับปรุงการเผาไหม้ IC แบบลูกสูบที่ใหญ่ที่สุดคือเครื่องยนต์ CI ความเร็วต่ำประเภทนี้ ใช้สำหรับการขับเคลื่อนทางทะเล (ดูเครื่องยนต์ดีเซลทางทะเล ) หรือการผลิตพลังงานไฟฟ้าและให้ประสิทธิภาพเชิงความร้อนสูงสุดในบรรดาเครื่องยนต์สันดาปภายในทุกชนิด เครื่องยนต์ดีเซล - ไฟฟ้าบางรุ่นทำงานในรอบ 2 จังหวะ มีประสิทธิภาพมากที่สุดของพวกเขามีอำนาจเบรกประมาณ 4.5  เมกะวัตต์หรือ 6,000  HP EMD SD90MACระดับระเนระนาดเป็นตัวอย่างของการดังกล่าว GE AC6000CWคลาสที่เทียบเคียงกันได้ซึ่งมีตัวขับเคลื่อนหลักมีกำลังเบรคเกือบเท่ากันโดยใช้เครื่องยนต์ 4 จังหวะ

ตัวอย่างของเครื่องยนต์ประเภทนี้คือWärtsilä-Sulzer RT-flex96-Cดีเซล 2 จังหวะเทอร์โบชาร์จที่ใช้ในเรือคอนเทนเนอร์ขนาดใหญ่ เป็นเครื่องยนต์สันดาปภายในแบบลูกสูบที่มีประสิทธิภาพและทรงพลังที่สุดในโลกโดยมีประสิทธิภาพเชิงความร้อนมากกว่า 50% ^{[25] [26] [27]}สำหรับการเปรียบเทียบเครื่องยนต์สี่จังหวะขนาดเล็กที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดคือประมาณ 43% ที่มีประสิทธิภาพทางความร้อน (SAE 900648); ^{[ ต้องการอ้างอิง ]}ขนาดเป็นข้อดีสำหรับประสิทธิภาพเนื่องจากอัตราส่วนของปริมาตรต่อพื้นที่ผิวเพิ่มขึ้น

ดูลิงก์ภายนอกสำหรับวิดีโอการเผาไหม้ในกระบอกสูบในเครื่องยนต์รถจักรยานยนต์ 2 จังหวะที่สามารถเข้าถึงได้ด้วยระบบออปติก

การออกแบบทางประวัติศาสตร์

Dugald Clerk ได้พัฒนาเครื่องยนต์สองรอบแรกในปี พ.ศ. 2422 โดยใช้กระบอกสูบแยกจากกันซึ่งทำหน้าที่เป็นปั๊มเพื่อถ่ายโอนส่วนผสมของเชื้อเพลิงไปยังกระบอกสูบ ^[18]

ในปีพ. ศ. 2442 จอห์นเดย์ทำให้การออกแบบของเสมียนง่ายขึ้นเป็นเครื่องยนต์ 2 รอบที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน เครื่องยนต์รอบวัน^[28]เหวี่ยงเหวี่ยงและพอร์ตหมดเวลา ข้อเหวี่ยงและส่วนของกระบอกสูบด้านล่างพอร์ตไอเสียใช้เป็นปั๊ม การทำงานของเครื่องยนต์วัฏจักรวันเริ่มต้นเมื่อเพลาข้อเหวี่ยงหมุนเพื่อให้ลูกสูบเคลื่อนที่จาก BDC ขึ้นไป (ไปทางส่วนหัว) ทำให้เกิดสูญญากาศในบริเวณข้อเหวี่ยง / กระบอกสูบ จากนั้นคาร์บูเรเตอร์จะป้อนส่วนผสมของเชื้อเพลิงเข้าสู่เหวี่ยงผ่านวาล์วกกหรือวาล์วดิสก์หมุน (ขับเคลื่อนโดยเครื่องยนต์) มีการหล่อท่อจากข้อเหวี่ยงไปยังพอร์ตในกระบอกสูบเพื่อให้มีไอดีและอีกท่อหนึ่งจากพอร์ตไอเสียไปยังท่อระบายอากาศ ความสูงของพอร์ตที่สัมพันธ์กับความยาวของกระบอกสูบเรียกว่า "ระยะเวลาพอร์ต"

ในการพุ่งขึ้นครั้งแรกของเครื่องยนต์จะไม่มีการเติมเชื้อเพลิงเข้าไปในกระบอกสูบเนื่องจากข้อเหวี่ยงว่างเปล่า ในช่วงจังหวะที่ลดลงลูกสูบจะบีบอัดส่วนผสมของน้ำมันเชื้อเพลิงซึ่งหล่อลื่นลูกสูบในกระบอกสูบและแบริ่งเนื่องจากส่วนผสมของน้ำมันเชื้อเพลิงมีการเติมน้ำมันลงไป ในขณะที่ลูกสูบเคลื่อนที่ลงจะเป็นการเปิดไอเสียก่อน แต่ในจังหวะแรกจะไม่มีเชื้อเพลิงที่เผาไหม้ให้หมด เมื่อลูกสูบเคลื่อนที่ลงไปอีกจะเปิดพอร์ตไอดีซึ่งมีท่อที่วิ่งไปยังข้อเหวี่ยง เนื่องจากส่วนผสมของเชื้อเพลิงในเหวี่ยงอยู่ภายใต้ความกดดันสารผสมจะเคลื่อนผ่านท่อและเข้าไปในกระบอกสูบ

เนื่องจากไม่มีสิ่งกีดขวางในกระบอกสูบของเชื้อเพลิงที่จะเคลื่อนออกจากพอร์ตไอเสียโดยตรงก่อนที่ลูกสูบจะลอยขึ้นไกลพอที่จะปิดพอร์ตเครื่องยนต์ในยุคแรกจึงใช้ลูกสูบทรงโดมสูงเพื่อชะลอการไหลของเชื้อเพลิง ต่อมาเชื้อเพลิงถูก "สะท้อนกลับ" กลับเข้าไปในกระบอกสูบโดยใช้การออกแบบห้องขยายตัว เมื่อลูกสูบลอยขึ้นใกล้กับ TDC ประกายไฟจะจุดน้ำมันเชื้อเพลิง ในขณะที่ลูกสูบถูกขับเคลื่อนลงด้วยกำลังมันจะเปิดพอร์ตไอเสียที่เชื้อเพลิงที่ถูกเผาไหม้ถูกขับออกมาภายใต้แรงดันสูงก่อนจากนั้นจึงเข้าสู่พอร์ตไอดีที่กระบวนการเสร็จสมบูรณ์และจะทำซ้ำต่อไป

เครื่องยนต์รุ่นต่อมาใช้การย้ายแบบหนึ่งที่ออกแบบโดย บริษัท Deutz เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพ มันถูกเรียกว่าSchnurle ไหลย้อนกลับระบบ DKW ได้รับใบอนุญาตการออกแบบนี้สำหรับรถจักรยานยนต์ทุกคัน DKW RT 125ของพวกเขาเป็นหนึ่งในยานยนต์รุ่นแรกที่ทำความเร็วได้มากกว่า 100 mpg ^[29]

จุดระเบิด

เครื่องยนต์สันดาปภายในต้องมีการเผาไหม้ของสารผสมทั้งโดยการจุดระเบิด (SI)หรือการเผาไหม้การบีบอัด (CI) ก่อนที่จะมีการคิดค้นวิธีการทางไฟฟ้าที่เชื่อถือได้จะใช้วิธีหลอดร้อนและเปลวไฟ มีการสร้างเครื่องยนต์ทดลองที่มีการจุดระเบิดด้วยเลเซอร์ ^[30]

กระบวนการจุดระเบิดประกายไฟ

บ๊อชแม๊ก

จุดและคอยล์จุดระเบิด

เครื่องยนต์จุดประกายเป็นการปรับแต่งของเครื่องยนต์ยุคแรกซึ่งใช้การจุดระเบิดแบบ Hot Tube เมื่อ Bosch พัฒนาแม๊กมันกลายเป็นระบบหลักในการผลิตกระแสไฟฟ้าเพื่อกระตุ้นหัวเทียน ^[31]เครื่องยนต์ขนาดเล็กจำนวนมากยังคงใช้การจุดระเบิดด้วยแม่เหล็ก เครื่องยนต์ขนาดเล็กเริ่มต้นด้วยการหมุนด้วยมือโดยใช้สตาร์ทเตอร์แบบรีคอยล์หรือมือหมุน ก่อนที่Charles F.Kettering จากการพัฒนายานยนต์สตาร์ทเตอร์ของ Delco รถยนต์ที่ใช้น้ำมันเบนซินทั้งหมดจะใช้มือหมุน ^[32]

เครื่องยนต์ขนาดใหญ่มักจะใช้พลังงานของพวกเขามอเตอร์เริ่มต้นและจุดระเบิดระบบการใช้พลังงานไฟฟ้าเก็บไว้ในแบตเตอรี่ตะกั่วกรด สถานะการชาร์จของแบตเตอรี่จะได้รับการบำรุงรักษาโดยเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับรถยนต์หรือ (ก่อนหน้านี้) เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ใช้กำลังเครื่องยนต์เพื่อสร้างที่เก็บพลังงานไฟฟ้า

แบตเตอรี่จ่ายพลังงานไฟฟ้าสำหรับการสตาร์ทเมื่อเครื่องยนต์มีระบบมอเตอร์สตาร์ทและจ่ายพลังงานไฟฟ้าเมื่อเครื่องยนต์ดับ แบตเตอรี่ยังจ่ายพลังงานไฟฟ้าในสภาวะการทำงานที่หายากซึ่งเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับไม่สามารถรักษาได้มากกว่า 13.8 โวลต์ (สำหรับระบบไฟฟ้ารถยนต์ 12V ทั่วไป) เนื่องจากแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับต่ำกว่า 13.8 โวลต์แบตเตอรี่จัดเก็บตะกั่วกรดจะรับภาระไฟฟ้ามากขึ้น ในระหว่างสภาวะการทำงานเกือบทั้งหมดรวมถึงสภาวะรอบเดินเบาปกติเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับจะจ่ายพลังงานไฟฟ้าหลัก

ระบบบางระบบจะปิดใช้งานกระแสไฟฟ้าของสนามกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ (โรเตอร์) ในระหว่างสภาวะคันเร่งแบบเปิดกว้าง การปิดใช้งานสนามจะช่วยลดภาระทางกลของรอกอัลเทอร์เนเตอร์ให้เหลือเกือบศูนย์ทำให้กำลังเพลาข้อเหวี่ยงสูงสุด ในกรณีนี้แบตเตอรี่จะจ่ายพลังงานไฟฟ้าหลักทั้งหมด

เครื่องยนต์เบนซินมีส่วนผสมของอากาศและน้ำมันเบนซินและบีบอัดโดยการเคลื่อนที่ของลูกสูบจากศูนย์ตายล่างไปยังศูนย์ตายบนเมื่อเชื้อเพลิงอยู่ที่กำลังอัดสูงสุด การลดขนาดของพื้นที่กวาดของกระบอกสูบและคำนึงถึงปริมาตรของห้องเผาไหม้จะอธิบายด้วยอัตราส่วน เครื่องยนต์ยุคแรกมีอัตราส่วนกำลังอัด 6 ต่อ 1 เมื่ออัตราส่วนกำลังอัดเพิ่มขึ้นประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน

ด้วยระบบการเหนี่ยวนำและการจุดระเบิดในช่วงต้นจะต้องรักษาอัตราส่วนการอัดให้ต่ำ ด้วยความก้าวหน้าในเทคโนโลยีเชื้อเพลิงและการจัดการการเผาไหม้เครื่องยนต์ประสิทธิภาพสูงสามารถทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือที่อัตราส่วน 12: 1 ด้วยเชื้อเพลิงที่มีค่าออกเทนต่ำปัญหาจะเกิดขึ้นเมื่ออัตราส่วนกำลังอัดเพิ่มขึ้นเนื่องจากเชื้อเพลิงกำลังติดไฟเนื่องจากอุณหภูมิที่สูงขึ้นซึ่งส่งผลให้ Charles Kettering ได้พัฒนาสารเติมแต่งตะกั่วซึ่งอนุญาตให้มีอัตราส่วนการบีบอัดที่สูงขึ้นซึ่งถูกละทิ้งไปเรื่อย ๆสำหรับการใช้งานในรถยนต์ตั้งแต่ปี 1970 เป็นต้นไปส่วนหนึ่งเป็นผลมาจากความกังวลเรื่องพิษของสารตะกั่ว

ส่วนผสมของน้ำมันเชื้อเพลิงจะถูกจุดขึ้นที่ความก้าวหน้าที่แตกต่างกันของลูกสูบในกระบอกสูบ ที่รอบต่อนาทีต่ำประกายไฟจะเกิดขึ้นใกล้กับลูกสูบเพื่อให้ได้ศูนย์ตายบน ในการผลิตพลังงานที่มากขึ้นเมื่อรอบต่อนาทีเพิ่มขึ้นประกายไฟจะสูงขึ้นเร็วกว่าในระหว่างการเคลื่อนที่ของลูกสูบ ประกายไฟเกิดขึ้นในขณะที่น้ำมันเชื้อเพลิงยังคงถูกบีบอัดอย่างต่อเนื่องมากขึ้นเมื่อรอบต่อนาทีสูงขึ้น ^[33]

แรงดันไฟฟ้าสูงที่จำเป็นโดยทั่วไปคือ 10,000 โวลต์มาจากขดลวดเหนี่ยวนำหรือหม้อแปลงไฟฟ้า ขดลวดเหนี่ยวนำเป็นระบบบินกลับโดยใช้การหยุดชะงักของกระแสไฟฟ้าของระบบหลักผ่านตัวขัดขวางแบบซิงโครไนซ์บางประเภท ผู้ขัดขวางอาจเป็นได้ทั้งจุดสัมผัสหรือทรานซิสเตอร์กำลัง ปัญหาเกี่ยวกับการจุดระเบิดประเภทนี้คือเมื่อ RPM เพิ่มความพร้อมใช้งานของพลังงานไฟฟ้าที่ลดลง นี่เป็นปัญหาโดยเฉพาะอย่างยิ่งเนื่องจากปริมาณพลังงานที่ต้องใช้ในการจุดไฟของส่วนผสมเชื้อเพลิงที่หนาแน่นกว่านั้นสูงกว่า ผลที่ได้คือการพุ่งผิดพลาดของ RPM สูง

การจุดระเบิดของตัวเก็บประจุได้รับการพัฒนา มันก่อให้เกิดแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นซึ่งส่งไปยังหัวเทียน แรงดันไฟฟ้าของระบบซีดีสามารถเข้าถึง 60,000 โวลต์ ^[34]เผาซีดีใช้ขั้นตอนที่ขึ้นหม้อแปลง ขั้นตอนขึ้นพลังงานที่ใช้หม้อแปลงไฟฟ้าที่เก็บไว้ในความจุในการสร้างประกายไฟฟ้า ด้วยระบบใดระบบหนึ่งระบบควบคุมทางกลหรือระบบไฟฟ้าจะให้แรงดันไฟฟ้าสูงตามกำหนดเวลาอย่างระมัดระวังไปยังกระบอกสูบที่เหมาะสม ประกายไฟนี้ผ่านทางหัวเทียนจะจุดระเบิดส่วนผสมของเชื้อเพลิงอากาศในกระบอกสูบของเครื่องยนต์

ในขณะที่เครื่องยนต์สันดาปภายในใช้น้ำมันเบนซินสตาร์ทได้ง่ายกว่าในสภาพอากาศหนาวเย็นกว่าเครื่องยนต์ดีเซล แต่ก็ยังมีปัญหาในการสตาร์ทในสภาพอากาศหนาวเย็น เป็นเวลาหลายปีวิธีแก้ปัญหาคือจอดรถในบริเวณที่มีอุณหภูมิสูง ในบางส่วนของโลกจริง ๆ แล้วน้ำมันถูกระบายออกและให้ความร้อนในชั่วข้ามคืนและส่งกลับไปที่เครื่องยนต์เพื่อสตาร์ทเย็น ในช่วงต้นทศวรรษ 1950 หน่วย Gasifier น้ำมันเบนซินได้รับการพัฒนาโดยเมื่ออากาศเริ่มเย็นน้ำมันเบนซินดิบจะถูกเปลี่ยนไปยังหน่วยที่ส่วนหนึ่งของเชื้อเพลิงถูกเผาไหม้ทำให้ส่วนอื่นกลายเป็นไอร้อนที่ส่งตรงไปยังท่อร่วมวาล์วไอดี หน่วยนี้ได้รับความนิยมมากจนกระทั่งเครื่องทำความร้อนบล็อกเครื่องยนต์ไฟฟ้ากลายเป็นมาตรฐานสำหรับเครื่องยนต์เบนซินที่ขายในสภาพอากาศหนาวเย็น ^[35]

กระบวนการจุดระเบิดด้วยการบีบอัด

เครื่องยนต์ดีเซลPPCและHCCIอาศัยเพียงความร้อนและแรงดันที่เครื่องยนต์สร้างขึ้นในกระบวนการบีบอัดเพื่อจุดระเบิด ระดับกำลังอัดที่เกิดขึ้นมักจะมากกว่าเครื่องยนต์เบนซินสองเท่าหรือมากกว่า เครื่องยนต์ดีเซลใช้อากาศเท่านั้นและไม่นานก่อนที่จะมีการบีบอัดสูงสุดให้ฉีดน้ำมันดีเซลปริมาณเล็กน้อยเข้าไปในกระบอกสูบผ่านทางหัวฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงที่ช่วยให้น้ำมันเชื้อเพลิงติดไฟได้ทันที เครื่องยนต์ประเภท HCCI ใช้ทั้งอากาศและเชื้อเพลิง แต่ยังคงพึ่งพากระบวนการเผาไหม้อัตโนมัติแบบไม่ใช้ตัวช่วยเนื่องจากแรงดันและความร้อนที่สูงขึ้น นี่คือสาเหตุที่เครื่องยนต์ดีเซลและ HCCI มีความอ่อนไหวต่อปัญหาการสตาร์ทด้วยความเย็นแม้ว่าจะทำงานในสภาพอากาศหนาวเย็นเมื่อสตาร์ทแล้วก็ตาม เครื่องยนต์ดีเซลสำหรับงานเบาที่มีการฉีดทางอ้อมในรถยนต์และรถบรรทุกขนาดเล็กใช้ปลั๊กเรืองแสง(หรือการทำความร้อนล่วงหน้าอื่น ๆ : ดูCummins ISB # 6BT ) ที่ให้ความร้อนล่วงหน้าในห้องเผาไหม้ก่อนที่จะเริ่มเพื่อลดสภาวะไม่สตาร์ทในสภาพอากาศหนาวเย็น ดีเซลส่วนใหญ่ยังมีแบตเตอรี่และระบบชาร์จ อย่างไรก็ตามระบบนี้เป็นระบบรองและถูกเพิ่มโดยผู้ผลิตเพื่อความสะดวกในการสตาร์ทการเปิดและปิดน้ำมันเชื้อเพลิง (ซึ่งสามารถทำได้ผ่านสวิตช์หรืออุปกรณ์ทางกล) และสำหรับการใช้ส่วนประกอบไฟฟ้าและอุปกรณ์เสริม เครื่องยนต์ใหม่ส่วนใหญ่ใช้ชุดควบคุมเครื่องยนต์ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์(ECU) ที่ปรับกระบวนการเผาไหม้เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพและลดการปล่อยมลพิษ

การหล่อลื่น

แผนผังของเครื่องยนต์ที่ใช้การหล่อลื่นด้วยแรงดัน

พื้นผิวที่สัมผัสและเคลื่อนที่สัมพัทธ์กับพื้นผิวอื่น ๆ ต้องการการหล่อลื่นเพื่อลดการสึกหรอเสียงและเพิ่มประสิทธิภาพโดยลดการสิ้นเปลืองพลังงานในการเอาชนะแรงเสียดทานหรือเพื่อให้กลไกทำงานได้เลย นอกจากนี้น้ำมันหล่อลื่นที่ใช้สามารถลดความร้อนส่วนเกินและให้ความเย็นเพิ่มเติมแก่ส่วนประกอบต่างๆ อย่างน้อยที่สุดเครื่องยนต์ต้องการการหล่อลื่นในส่วนต่อไปนี้:

• ระหว่างลูกสูบและกระบอกสูบ
• ตลับลูกปืนขนาดเล็ก
• แบริ่งปลายใหญ่
• แบริ่งหลัก
• เฟืองวาล์ว (อาจไม่มีองค์ประกอบต่อไปนี้):
  • แท็ปเล็ต
  • แขนโยก
  • Pushrods
  • โซ่ไทม์มิ่งหรือเกียร์ สายพานฟันไม่ต้องการการหล่อลื่น

ในเครื่องยนต์ที่มีข้อเหวี่ยง 2 จังหวะภายในของเหวี่ยงและดังนั้นเพลาข้อเหวี่ยงก้านสูบและด้านล่างของลูกสูบจะถูกฉีดพ่นโดยน้ำมัน 2 จังหวะในส่วนผสมของน้ำมันเชื้อเพลิงอากาศซึ่งจะถูกเผาไหม้พร้อมกับน้ำมันเชื้อเพลิง . รางวาล์วอาจบรรจุอยู่ในช่องที่มีน้ำมันหล่อลื่นท่วมจนไม่ต้องใช้ปั๊มน้ำมัน

ในระบบหล่อลื่นแบบสแปลชจะไม่มีการใช้ปั๊มน้ำมัน แต่เพลาข้อเหวี่ยงจะจุ่มลงในน้ำมันในบ่อและเนื่องจากความเร็วสูงทำให้เพลาข้อเหวี่ยงก้านสูบและด้านล่างของลูกสูบกระเด็น ฝาท้ายขนาดใหญ่ของก้านสูบอาจมีที่ตักที่แนบมาเพื่อเพิ่มเอฟเฟกต์นี้ รางวาล์วอาจถูกปิดผนึกในช่องที่มีน้ำท่วมขังหรือเปิดไปที่เพลาข้อเหวี่ยงในลักษณะที่รับน้ำมันที่กระเซ็นและปล่อยให้ไหลกลับไปที่บ่อ การหล่อลื่นแบบสแปลชเป็นเรื่องปกติสำหรับเครื่องยนต์ 4 จังหวะขนาดเล็ก

ในระบบหล่อลื่นแบบบังคับ (เรียกอีกอย่างว่าแรงดัน ) การหล่อลื่นจะทำได้ในวงปิดซึ่งนำน้ำมันเครื่องไปยังพื้นผิวที่ระบบให้บริการจากนั้นจึงส่งน้ำมันกลับไปยังอ่างเก็บน้ำ โดยทั่วไปอุปกรณ์เสริมของเครื่องยนต์จะไม่ได้รับการซ่อมบำรุงโดยลูปนี้ ตัวอย่างเช่นเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับอาจใช้ตลับลูกปืนที่ปิดผนึกด้วยน้ำมันหล่อลื่นของตัวเอง บ่อพักน้ำมันมักจะเป็นบ่อพักและเมื่อเป็นเช่นนี้จะเรียกว่าระบบบ่อเปียก เมื่อมีอ่างเก็บน้ำน้ำมันที่แตกต่างกันเหวี่ยงยังคงจับมัน แต่จะถูกระบายออกอย่างต่อเนื่องโดยปั๊มเฉพาะ สิ่งนี้เรียกว่าระบบบ่อแห้ง

ที่ด้านล่างของมันบ่อประกอบด้วยปริมาณน้ำมันที่ปกคลุมด้วยตัวกรองตาข่ายซึ่งเชื่อมต่อกับปั๊มน้ำมันจากนั้นไปยังตัวกรองน้ำมันด้านนอกเหวี่ยงจากนั้นจะถูกเปลี่ยนไปยังแบริ่งหลักของเพลาข้อเหวี่ยงและรางวาล์ว ข้อเหวี่ยงประกอบด้วยแกลเลอรีน้ำมันอย่างน้อยหนึ่งแห่ง(ท่อร้อยสายภายในผนังเหวี่ยง) ซึ่งนำน้ำมันออกจากตัวกรองน้ำมัน แบริ่งหลักประกอบด้วยร่องผ่านเส้นรอบวงทั้งหมดหรือครึ่งหนึ่ง น้ำมันจะเข้าสู่ร่องเหล่านี้จากช่องที่เชื่อมต่อกับคลังน้ำมัน เพลาข้อเหวี่ยงมีสว่านที่ถ่ายน้ำมันจากร่องเหล่านี้และส่งไปยังแบริ่งปลายใหญ่ ตลับลูกปืนปลายใหญ่ทั้งหมดได้รับการหล่อลื่นด้วยวิธีนี้ แบริ่งหลักตัวเดียวอาจให้น้ำมันสำหรับแบริ่งปลายใหญ่ 0, 1 หรือ 2 อาจใช้ระบบที่คล้ายกันในการหล่อลื่นลูกสูบพิน gudgeon และปลายเล็ก ๆ ของก้านสูบ ในระบบนี้ก้านสูบปลายใหญ่มีร่องรอบเพลาข้อเหวี่ยงและการขุดเจาะที่เชื่อมต่อกับร่องซึ่งจะกระจายน้ำมันจากตรงนั้นไปที่ด้านล่างของลูกสูบและจากนั้นไปยังกระบอกสูบ

ระบบอื่น ๆ ยังใช้ในการหล่อลื่นกระบอกสูบและลูกสูบ ก้านสูบอาจมีหัวฉีดเพื่อเหวี่ยงไอพ่นน้ำมันไปที่กระบอกสูบและด้านล่างของลูกสูบ หัวฉีดนั้นเคลื่อนที่โดยสัมพันธ์กับกระบอกสูบที่หล่อลื่น แต่จะชี้ไปทางมันหรือลูกสูบที่เกี่ยวข้องเสมอ

โดยทั่วไปแล้วระบบหล่อลื่นแบบบังคับจะมีการไหลของน้ำมันหล่อลื่นสูงกว่าที่จำเป็นในการหล่อลื่นอย่างน่าพอใจเพื่อช่วยในการระบายความร้อน โดยเฉพาะระบบน้ำมันหล่อลื่นช่วยในการเคลื่อนย้ายความร้อนจากชิ้นส่วนเครื่องยนต์ที่ร้อนไปยังของเหลวหล่อเย็น (ในเครื่องยนต์ที่ระบายความร้อนด้วยน้ำ) หรือครีบ (ในเครื่องยนต์ระบายความร้อนด้วยอากาศ) ซึ่งจะถ่ายเทสู่สิ่งแวดล้อม น้ำมันหล่อลื่นต้องได้รับการออกแบบให้มีความเสถียรทางเคมีและรักษาความหนืดที่เหมาะสมภายในช่วงอุณหภูมิที่พบในเครื่องยนต์

การกำหนดค่ากระบอกสูบ

การกำหนดค่ากระบอกทั่วไปรวมถึงการกำหนดค่าตรงหรือแบบอินไลน์ที่กะทัดรัดมากขึ้นการกำหนดค่า Vและกว้าง แต่เรียบแบนหรือการกำหนดค่านักมวย เครื่องยนต์ของเครื่องบินยังสามารถใช้โครงแบบเรเดียลซึ่งช่วยให้การระบายความร้อนมีประสิทธิภาพมากขึ้น นอกจากนี้ยังมีการใช้การกำหนดค่าที่ผิดปกติอื่น ๆ เช่นH , U , XและW

การกำหนดค่าทรงกระบอกยอดนิยม:
a - ตรง
b - V
c - ตรงข้าม
d - W

เครื่องยนต์หลายสูบมีการกำหนดค่ารางวาล์วและเพลาข้อเหวี่ยงเพื่อให้ลูกสูบอยู่ในส่วนต่างๆของวงจร เป็นที่พึงปรารถนาที่จะให้รอบลูกสูบมีระยะห่างสม่ำเสมอกัน (เรียกว่าการยิงด้วยซ้ำ ) โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเครื่องยนต์เหนี่ยวนำแบบบังคับ ซึ่งจะช่วยลดการเต้นของแรงบิด^[36]และทำให้เครื่องยนต์แบบอินไลน์ที่มีกระบอกสูบมากกว่า 3 ถังมีความสมดุลแบบคงที่ในกองกำลังหลัก อย่างไรก็ตามการกำหนดค่าเครื่องยนต์บางอย่างต้องการการยิงแบบแปลก ๆ เพื่อให้เกิดความสมดุลที่ดีกว่าสิ่งที่เป็นไปได้ในการยิงด้วยซ้ำ ตัวอย่างเช่นเครื่องยนต์ 4 จังหวะI2มีความสมดุลที่ดีขึ้นเมื่อมุมระหว่างเพลาข้อเหวี่ยง 180 °เนื่องจากลูกสูบเคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้ามและแรงเฉื่อยบางส่วนจะยกเลิก แต่จะให้รูปแบบการยิงที่แปลกโดยที่กระบอกสูบหนึ่งยิง 180 °ของการหมุนเพลาข้อเหวี่ยง หลังจากอื่น ๆ แล้วไม่มีกระบอกสูบยิงเป็นเวลา 540 ° ด้วยรูปแบบการยิงที่สม่ำเสมอลูกสูบจะเคลื่อนที่พร้อมเพรียงกันและกองกำลังที่เกี่ยวข้องจะเพิ่มขึ้น

การกำหนดค่าเพลาข้อเหวี่ยงหลายแบบไม่จำเป็นต้องมีฝาสูบเลยเพราะสามารถมีลูกสูบที่ปลายแต่ละด้านของกระบอกสูบแทนได้ซึ่งเรียกว่าการออกแบบลูกสูบตรงข้าม เนื่องจากทางเข้าและช่องจ่ายน้ำมันเชื้อเพลิงอยู่ในตำแหน่งที่ปลายตรงข้ามของกระบอกสูบเราจึงสามารถขับไล่แบบ uniflow ได้ซึ่งเช่นเดียวกับในเครื่องยนต์สี่จังหวะมีประสิทธิภาพในช่วงความเร็วรอบเครื่องยนต์ที่หลากหลาย ประสิทธิภาพการระบายความร้อนดีขึ้นเนื่องจากไม่มีหัวสูบ การออกแบบนี้ใช้ในเครื่องยนต์ดีเซลของJunkers Jumo 205โดยใช้เพลาข้อเหวี่ยงสองอันที่ปลายทั้งสองข้างของกระบอกสูบเดียวและที่น่าทึ่งที่สุดในเครื่องยนต์ดีเซลNapier Deltic สิ่งเหล่านี้ใช้เพลาข้อเหวี่ยงสามอันเพื่อให้บริการกระบอกสูบปลายคู่สามอันเรียงเป็นรูปสามเหลี่ยมด้านเท่าโดยมีเพลาข้อเหวี่ยงอยู่ที่มุม นอกจากนี้ยังใช้ในเครื่องยนต์หัวรถจักรแบบธนาคารเดี่ยวและยังคงใช้ในเครื่องยนต์ขับเคลื่อนทางทะเลและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเสริมทางทะเล

รอบดีเซล

แผนภาพ PVสำหรับวงจรดีเซลในอุดมคติ รอบจะเป็นไปตามตัวเลข 1–4 ในทิศทางตามเข็มนาฬิกา

เครื่องยนต์ดีเซลของรถบรรทุกและยานยนต์ส่วนใหญ่ใช้วงจรที่ชวนให้นึกถึงรอบสี่จังหวะ แต่ด้วยการบีบอัดความร้อนทำให้เกิดการจุดระเบิดแทนที่จะต้องใช้ระบบจุดระเบิดแยกต่างหาก การเปลี่ยนแปลงนี้เรียกว่าวัฏจักรดีเซล ในวงจรดีเซลน้ำมันดีเซลจะถูกฉีดเข้าไปในกระบอกสูบโดยตรงเพื่อให้การเผาไหม้เกิดขึ้นที่ความดันคงที่ขณะที่ลูกสูบเคลื่อนที่

วงจรออตโต

วงจรออตโตเป็นวงจรปกติสำหรับเครื่องยนต์สันดาปภายในรถยนต์ส่วนใหญ่ซึ่งทำงานโดยใช้น้ำมันเบนซินเป็นเชื้อเพลิง รอบออตโตนั้นเหมือนกับที่อธิบายไว้สำหรับเครื่องยนต์สี่จังหวะทุกประการ ประกอบด้วยขั้นตอนหลักเดียวกัน: ไอดีการบีบอัดการจุดระเบิดการขยายตัวและไอเสีย

เครื่องยนต์ห้าจังหวะ

ในปีพ. ศ. 2422 Nicolaus Otto ได้ผลิตและจำหน่ายเครื่องยนต์ส่วนขยายสองเท่า (หลักการขยายตัวแบบสองและสามมีการใช้งานที่เพียงพอในเครื่องยนต์ไอน้ำ) โดยมีกระบอกสูบขนาดเล็กสองกระบอกที่ทั้งสองข้างของกระบอกสูบขนาดใหญ่ที่มีแรงดันต่ำซึ่งจะมีการขยายตัวของก๊าซไอเสียในจังหวะที่สอง ไปยังสถานที่; เจ้าของส่งคืนโดยอ้างว่ามีประสิทธิภาพต่ำ ในปีพ. ศ. 2449 แนวคิดนี้รวมอยู่ในรถยนต์ที่สร้างโดย EHV ( Eisenhuth Horseless Vehicle Company ); ^[37]และในศตวรรษที่ 21 Ilmorได้ออกแบบและประสบความสำเร็จในการทดสอบเครื่องยนต์สันดาปภายในแบบขยาย 2 จังหวะ 5 จังหวะโดยมีกำลังขับสูงและ SFC ต่ำ (การสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงเฉพาะ) ^[38]

เครื่องยนต์หกจังหวะ

เครื่องยนต์หกจังหวะถูกคิดค้นในปี 1883 สี่ชนิดของหกจังหวะใช้ลูกสูบปกติในกระบอกปกติ (กริฟฟิหกจังหวะ Bajulaz หกจังหวะ Velozeta หกโรคหลอดเลือดสมองและ Crower หกจังหวะ) ยิงทุกสามเพลาข้อเหวี่ยง การปฏิวัติ ระบบเหล่านี้จับความร้อนที่สูญเปล่าของวงจรออตโตสี่จังหวะด้วยการฉีดอากาศหรือน้ำ

เครื่องยนต์Beare Headและ "เครื่องชาร์จแบบลูกสูบ" ทำงานเหมือนกับเครื่องยนต์ลูกสูบสองลูกสูบในกระบอกสูบเดียวโดยจะยิงทุกๆสองรอบแทนที่จะเป็นสี่จังหวะปกติ

รอบอื่น ๆ

เครื่องยนต์สันดาปภายในตัวแรกไม่บีบอัดส่วนผสม ส่วนแรกของจังหวะการหมุนของลูกสูบดึงเข้าไปในส่วนผสมของอากาศเชื้อเพลิงจากนั้นวาล์วทางเข้าจะปิดลงและในส่วนที่เหลือของจังหวะลงส่วนผสมของเชื้อเพลิงกับอากาศจะถูกยิงออกไป วาล์วไอเสียเปิดขึ้นสำหรับการพุ่งขึ้นของลูกสูบ ความพยายามในการเลียนแบบหลักการของเครื่องจักรไอน้ำเหล่านี้ไม่มีประสิทธิภาพมาก มีจำนวนของรูปแบบของวงจรเหล่านี้เป็นที่สะดุดตาที่สุดแอตกินสันและมิลเลอร์รอบ รอบเครื่องดีเซลแตกต่างกันบ้าง

เครื่องยนต์แบบแยกวงจรแยกไอดีการบีบอัดการเผาไหม้และไอเสียทั้งสี่จังหวะออกเป็นสองกระบอกสูบที่แยกจากกัน แต่จับคู่กัน กระบอกสูบแรกใช้สำหรับไอดีและกำลังอัด จากนั้นอากาศอัดจะถูกถ่ายเทผ่านทางครอสโอเวอร์จากกระบอกสูบอัดไปยังกระบอกสูบที่สองซึ่งเกิดการเผาไหม้และไอเสีย เครื่องยนต์แบบแยกวงจรเป็นเครื่องอัดอากาศที่ด้านหนึ่งมีห้องเผาไหม้อีกด้านหนึ่ง

เครื่องยนต์แบบแยกรอบก่อนหน้านี้มีปัญหาสำคัญสองประการคือการหายใจไม่ดี (ประสิทธิภาพเชิงปริมาตร) และประสิทธิภาพในการระบายความร้อนต่ำ อย่างไรก็ตามมีการนำเสนอการออกแบบใหม่ ๆ เพื่อแก้ไขปัญหาเหล่านี้

เครื่องยนต์ Scuderiอยู่ปัญหาการหายใจโดยการลดช่องว่างระหว่างลูกสูบและฝาสูบโดยใช้เทคนิคเทอร์โบชาร์จต่างๆ การออกแบบ Scuderi จำเป็นต้องใช้วาล์วเปิดออกด้านนอกเพื่อให้ลูกสูบเคลื่อนที่เข้าใกล้หัวถังได้มากโดยไม่มีการรบกวนของวาล์ว Scuderi กล่าวถึงประสิทธิภาพการระบายความร้อนที่ต่ำผ่านการยิงหลังจากศูนย์ตายด้านบน (ATDC)

การยิง ATDC สามารถทำได้โดยใช้อากาศแรงดันสูงในทางเดินถ่ายเทเพื่อสร้างการไหลของเสียงและความปั่นป่วนสูงในกระบอกสูบกำลัง

เครื่องยนต์เจ็ท

เครื่องยนต์เจ็ท Turbofan

เครื่องยนต์เจ็ทใช้ใบพัดลมหลายแถวเพื่อบีบอัดอากาศซึ่งจะเข้าสู่เครื่องเผาไหม้ที่ซึ่งผสมกับน้ำมันเชื้อเพลิง (โดยทั่วไปคือเชื้อเพลิง JP) แล้วจุดระเบิด การเผาไหม้ของเชื้อเพลิงจะเพิ่มอุณหภูมิของอากาศซึ่งจะหมดไปจากเครื่องยนต์ทำให้เกิดแรงขับ เครื่องยนต์ turbofan ที่ทันสมัยสามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงถึง 48% ^[39]

เครื่องยนต์ turbofan มีหกส่วน:

• พัดลม
• คอมเพรสเซอร์
• เครื่องเผาไหม้
• กังหัน
• มิกเซอร์
• หัวฉีด^[40]

กังหันก๊าซ

โรงไฟฟ้ากังหัน

กังหันก๊าซบีบอัดอากาศและใช้มันเพื่อเปิดกังหัน โดยพื้นฐานแล้วเป็นเครื่องยนต์เจ็ทที่ส่งกำลังออกไปยังเพลา กังหันมีสามขั้นตอน: 1) อากาศถูกดึงผ่านคอมเพรสเซอร์ที่อุณหภูมิสูงขึ้นเนื่องจากการบีบอัด 2) เชื้อเพลิงถูกเติมลงในคอมบัสเตอร์และ 3) อากาศร้อนจะหมดผ่านใบพัดกังหันซึ่งหมุนเพลาที่เชื่อมต่อกับ คอมเพรสเซอร์.

กังหันก๊าซเป็นเครื่องหมุนที่มีหลักการคล้ายกับกังหันไอน้ำและประกอบด้วยส่วนประกอบหลัก 3 ส่วน ได้แก่ คอมเพรสเซอร์ห้องเผาไหม้และกังหัน อากาศหลังจากถูกบีบอัดในคอมเพรสเซอร์แล้วจะได้รับความร้อนจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงในนั้น อากาศร้อนและผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้จะขยายตัวในกังหันทำให้เกิดผลงาน เกี่ยวกับ2 / 3ของการทำงานของไดรฟ์คอมเพรสเซอร์: ส่วนที่เหลือ (ประมาณ 1 / 3 ) สามารถใช้ได้เป็นผลงานที่มีประโยชน์ ^[41]

Gas Turbines เป็นหนึ่งในเครื่องยนต์สันดาปภายในที่มีประสิทธิภาพสูงสุด โรงไฟฟ้ากังหันร่วม General Electric 7HA และ 9HA ได้รับการจัดอันดับที่ประสิทธิภาพมากกว่า 61% ^[42]

วงจร Brayton

วงจร Brayton

กังหันก๊าซเป็นเครื่องหมุนที่มีหลักการค่อนข้างคล้ายกับกังหันไอน้ำ ประกอบด้วยส่วนประกอบหลัก 3 ส่วน ได้แก่ คอมเพรสเซอร์ห้องเผาไหม้และกังหัน อากาศจะถูกบีบอัดโดยคอมเพรสเซอร์ซึ่งจะทำให้อุณหภูมิสูงขึ้น อากาศอัดจะได้รับความร้อนเพิ่มขึ้นจากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงที่ฉีดเข้าไปในห้องเผาไหม้ซึ่งจะทำให้อากาศขยายตัว พลังงานนี้จะหมุนกังหันซึ่งส่งกำลังให้กับคอมเพรสเซอร์ผ่านการมีเพศสัมพันธ์ทางกล จากนั้นก๊าซร้อนจะหมดลงเพื่อให้เกิดแรงขับ

เครื่องยนต์กังหันแก๊สใช้ระบบเผาไหม้แบบต่อเนื่องซึ่งการบีบอัดการเผาไหม้และการขยายตัวเกิดขึ้นพร้อมกันที่ตำแหน่งต่างๆในเครื่องยนต์ซึ่งให้กำลังอย่างต่อเนื่อง โดยเฉพาะอย่างยิ่งการเผาไหม้เกิดขึ้นที่ความดันคงที่แทนที่จะเป็นวัฏจักรออตโตปริมาตรคงที่

วัฏจักรหมุนของ Wankel เพลาหมุนสามครั้งสำหรับการหมุนแต่ละครั้งของโรเตอร์รอบกลีบและอีกครั้งสำหรับ การหมุนวงโคจรรอบเพลานอกรีต

เครื่องยนต์ Wankel (เครื่องยนต์โรตารี่) ไม่มีจังหวะลูกสูบ มันทำงานด้วยการแยกเฟสเช่นเดียวกับเครื่องยนต์สี่จังหวะโดยเฟสจะเกิดขึ้นในตำแหน่งที่แยกจากกันในเครื่องยนต์ ในแง่อุณหพลศาสตร์เป็นไปตามวัฏจักรของเครื่องยนต์ Ottoดังนั้นอาจคิดว่าเป็นเครื่องยนต์ "สี่เฟส" แม้ว่าจะเป็นความจริงที่โดยทั่วไปแล้วจังหวะกำลังสามจังหวะจะเกิดขึ้นต่อการปฏิวัติของโรเตอร์เนื่องจากอัตราส่วนการปฏิวัติ 3: 1 ของโรเตอร์กับเพลานอกรีตจะเกิดจังหวะกำลังเพียงครั้งเดียวต่อการหมุนของเพลาเท่านั้น เพลาขับ (นอกรีต) จะหมุนหนึ่งครั้งในทุกจังหวะกำลังแทนที่จะเป็นสองครั้ง (เพลาข้อเหวี่ยง) เช่นเดียวกับในรอบออตโตทำให้อัตราส่วนกำลังต่อน้ำหนักมากกว่าเครื่องยนต์ลูกสูบ เครื่องยนต์ประเภทนี้ถูกใช้โดยเฉพาะอย่างยิ่งในMazda RX-8 , RX-7รุ่นก่อนหน้าและรถรุ่นอื่น ๆ เครื่องยนต์ยังใช้ในอากาศยานไร้คนขับซึ่งมีขนาดและน้ำหนักที่เล็กและอัตราส่วนกำลังต่อน้ำหนักที่สูงเป็นข้อได้เปรียบ

การเหนี่ยวนำแบบบังคับคือกระบวนการส่งอากาศอัดไปยังไอดีของเครื่องยนต์สันดาปภายใน เครื่องยนต์เหนี่ยวนำบังคับใช้คอมเพรสเซอร์ก๊าซที่จะเพิ่มความดันอุณหภูมิและความหนาแน่นของอากาศ เครื่องยนต์โดยไม่ต้องเหนี่ยวนำบังคับให้ถือว่าเป็นเครื่องยนต์สำลัก

การเหนี่ยวนำแบบบังคับใช้ในอุตสาหกรรมยานยนต์และการบินเพื่อเพิ่มกำลังและประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งช่วยให้เครื่องยนต์การบินเนื่องจากจำเป็นต้องใช้งานที่ระดับความสูงสูง

การเหนี่ยวนำแบบบังคับทำได้โดยซูเปอร์ชาร์จเจอร์ซึ่งคอมเพรสเซอร์จะขับเคลื่อนโดยตรงจากเพลาเครื่องยนต์หรือในเทอร์โบชาร์จเจอร์จากกังหันที่ขับเคลื่อนโดยไอเสียของเครื่องยนต์

เครื่องยนต์สันดาปภายในทั้งหมดขึ้นอยู่กับการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงเคมีโดยทั่วไปจะมีออกซิเจนจากอากาศ (แม้ว่าจะสามารถฉีดไนตรัสออกไซด์เพื่อทำสิ่งเดียวกันได้มากขึ้นและได้รับการเพิ่มกำลังก็ตาม) โดยทั่วไปแล้วกระบวนการเผาไหม้จะทำให้เกิดความร้อนในปริมาณมากเช่นเดียวกับการผลิตไอน้ำและก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และสารเคมีอื่น ๆ ที่อุณหภูมิสูงมาก อุณหภูมิที่ถึงจะถูกกำหนดโดยสารเคมีที่ประกอบขึ้นจากเชื้อเพลิงและตัวออกซิไดเซอร์ (ดูstoichiometry ) เช่นเดียวกับการบีบอัดและปัจจัยอื่น ๆ

เชื้อเพลิง

เชื้อเพลิงสมัยใหม่ที่พบบ่อยที่สุดประกอบด้วยไฮโดรคาร์บอนและส่วนใหญ่มาจากเชื้อเพลิงฟอสซิล ( ปิโตรเลียม ) เชื้อเพลิงฟอสซิล ได้แก่น้ำมันเชื้อเพลิงดีเซล , เบนซินและก๊าซปิโตรเลียมและการใช้ยากของโพรเพน เครื่องยนต์สันดาปภายในส่วนใหญ่ที่ออกแบบมาสำหรับการใช้น้ำมันเบนซินสามารถทำงานบนก๊าซธรรมชาติหรือก๊าซปิโตรเลียมเหลวได้ยกเว้นส่วนประกอบในการส่งเชื้อเพลิงโดยไม่ต้องมีการดัดแปลงที่สำคัญ เครื่องยนต์ดีเซลขนาดใหญ่สามารถทำงานโดยใช้อากาศผสมกับก๊าซและการฉีดจุดระเบิดน้ำมันดีเซลนำร่อง เชื้อเพลิงชีวภาพเหลวและก๊าซเช่นเอทานอลและไบโอดีเซล (รูปแบบของน้ำมันดีเซลที่ผลิตจากพืชที่ให้ไตรกลีเซอไรด์เช่นน้ำมันถั่วเหลือง ) เครื่องยนต์ที่มีการปรับเปลี่ยนที่เหมาะสมยังสามารถทำงานบนก๊าซไฮโดรเจนก๊าซไม้หรือก๊าซถ่านได้เช่นเดียวกับก๊าซจากผู้ผลิตที่ทำจากชีวมวลที่สะดวกอื่น ๆ การทดลองยังได้รับการดำเนินการโดยใช้เชื้อเพลิงที่เป็นของแข็งผงเช่นวงจรการฉีดแมกนีเซียม

ปัจจุบันเชื้อเพลิงที่ใช้ ได้แก่ :

• ปิโตรเลียม :
  • จิตวิญญาณปิโตรเลียม ( นอร์ทอเมริกันสั้น: เบนซิน , อังกฤษระยะ: เบนซิน)
  • ปิโตรเลียมดีเซล .
  • Autogas ( ก๊าซปิโตรเลียมเหลว )
  • ก๊าซธรรมชาติอัด .
  • น้ำมันเครื่องบิน ( เชื้อเพลิงการบิน )
  • เชื้อเพลิงตกค้าง
• ถ่านหิน :
  • น้ำมันเบนซินสามารถทำจากคาร์บอน (ถ่านหิน) โดยใช้กระบวนการFischer-Tropsch
  • น้ำมันดีเซลสามารถทำจากคาร์บอนโดยใช้กระบวนการFischer-Tropsch
• เชื้อเพลิงชีวภาพและน้ำมันพืช:
  • น้ำมันถั่วลิสงและอื่น ๆ ที่น้ำมันพืช
  • Woodgasจากเครื่องอัดแก๊สไม้บนเรือโดยใช้ไม้เนื้อแข็งเป็นเชื้อเพลิง
  • เชื้อเพลิงชีวภาพ:
    • Biobutanol (แทนที่น้ำมันเบนซิน)
    • ไบโอดีเซล (แทนที่น้ำมันเบนซิน)
    • ไดเมทิลอีเธอร์ (แทนน้ำมันเบนซิน)
    • เอทานอลและbiomethanol ( เครื่องดื่มแอลกอฮอล์ไม้ ) และอื่น ๆเชื้อเพลิงชีวภาพ (ดูรถที่มีความยืดหยุ่นเชื้อเพลิง )
    • ก๊าซชีวภาพ
• ไฮโดรเจน (ส่วนใหญ่เป็นเครื่องยนต์จรวดของยานอวกาศ )

แม้แต่ผงโลหะฟลูอิไดซ์และวัตถุระเบิดก็ยังมีการใช้งานอยู่บ้าง เครื่องยนต์ที่ใช้ก๊าซเป็นเชื้อเพลิงเรียกว่าเครื่องยนต์แก๊สและเครื่องยนต์ที่ใช้ไฮโดรคาร์บอนเหลวเรียกว่าเครื่องยนต์น้ำมัน อย่างไรก็ตามเครื่องยนต์เบนซินมักเรียกกันติดปากว่า "เครื่องยนต์แก๊ส" (" เครื่องยนต์เบนซิน " นอกทวีปอเมริกาเหนือ)

ข้อ จำกัด หลักของเชื้อเพลิงคือต้องเคลื่อนย้ายได้ง่ายผ่านระบบเชื้อเพลิงไปยังห้องเผาไหม้และเชื้อเพลิงจะปล่อยพลังงานที่เพียงพอในรูปแบบของความร้อนเมื่อเผาไหม้เพื่อให้เครื่องยนต์ใช้งานได้จริง

เครื่องยนต์ดีเซลโดยทั่วไปมักจะหนักน่าดูและมีประสิทธิภาพมากขึ้นที่ความเร็วต่ำกว่าเครื่องยนต์เบนซิน พวกเขายังประหยัดน้ำมันยิ่งขึ้นในสถานการณ์มากที่สุดและถูกนำมาใช้ในยานพาหนะถนนตกหนักบางรถยนต์ (มากขึ้นเพื่อให้พวกเขาเพิ่มขึ้นประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงมากกว่าเครื่องยนต์เบนซิน), เรือ, รถไฟ หัวรถจักรและแสงอากาศยาน เครื่องยนต์เบนซินที่ใช้ในที่สุดยานพาหนะถนนอื่น ๆ รวมทั้งรถยนต์ส่วนใหญ่, รถจักรยานยนต์และรถจักรยานยนต์ โปรดทราบว่าในยุโรปรถยนต์ที่ใช้เครื่องยนต์ดีเซลที่มีความซับซ้อนได้เข้าครอบครองตลาดประมาณ 45% ตั้งแต่ปี 1990 นอกจากนี้ยังมีเครื่องมือที่ทำงานบนไฮโดรเจน , เมทานอล , เอทานอล , ก๊าซปิโตรเลียมเหลว (LPG), ไบโอดีเซล , พาราฟินและรถแทรกเตอร์ระเหยน้ำมัน (TVO)

ไฮโดรเจน

ในที่สุดไฮโดรเจนก็สามารถแทนที่เชื้อเพลิงฟอสซิลแบบเดิมในเครื่องยนต์สันดาปภายในแบบเดิมได้ อีกทางเลือกหนึ่งเทคโนโลยีเซลล์เชื้อเพลิงอาจมาเพื่อให้คำมั่นสัญญาและการใช้เครื่องยนต์สันดาปภายในอาจยุติลงได้

แม้ว่าจะมีหลายวิธีในการผลิตไฮโดรเจนอิสระ แต่วิธีการเหล่านั้นจำเป็นต้องเปลี่ยนโมเลกุลที่ติดไฟได้เป็นไฮโดรเจนหรือใช้พลังงานไฟฟ้า ยกเว้นในกรณีที่ไฟฟ้าที่ผลิตจากพลังงานทดแทนแหล่งที่มาและไม่จำเป็นต้องใช้สำหรับวัตถุประสงค์อื่น ๆ ไฮโดรเจนไม่ได้แก้ใด ๆวิกฤตพลังงาน ในหลาย ๆ สถานการณ์ข้อเสียของไฮโดรเจนเมื่อเทียบกับเชื้อเพลิงคาร์บอนคือการจัดเก็บข้อมูล ไฮโดรเจนเหลวมีความหนาแน่นต่ำมาก (ต่ำกว่าน้ำ 14 เท่า) และต้องใช้ฉนวนกันความร้อนอย่างกว้างขวางในขณะที่ก๊าซไฮโดรเจนต้องใช้ถังขนาดใหญ่ แม้ว่าจะเป็นของเหลว แต่ไฮโดรเจนก็มีพลังงานจำเพาะสูงกว่า แต่การกักเก็บพลังงานเชิงปริมาตรยังคงต่ำกว่าน้ำมันเบนซินประมาณห้าเท่า อย่างไรก็ตามความหนาแน่นของพลังงานของไฮโดรเจนนั้นสูงกว่าแบตเตอรี่ไฟฟ้ามากทำให้เป็นคู่แข่งที่สำคัญในฐานะผู้ให้บริการพลังงานเพื่อทดแทนเชื้อเพลิงฟอสซิล กระบวนการ 'ไฮโดรเจนออนดีมานด์' (ดูเซลล์เชื้อเพลิงโบโรไฮไดรด์โดยตรง ) สร้างไฮโดรเจนตามต้องการ แต่มีปัญหาอื่น ๆ เช่นโซเดียมโบโรไฮไดรด์ที่เป็นวัตถุดิบมีราคาสูง

ออกซิไดเซอร์

เครื่องยนต์เบนซินหนึ่งสูบ ค.  พ.ศ. 2453

เนื่องจากอากาศมีอยู่มากมายที่พื้นผิวโลกสารออกซิไดเซอร์จึงเป็นออกซิเจนในบรรยากาศซึ่งมีข้อดีคือไม่ถูกกักเก็บไว้ในยานพาหนะ สิ่งนี้จะเพิ่มอัตราส่วนกำลังต่อน้ำหนักและอัตราส่วนกำลังต่อปริมาตร วัสดุอื่น ๆ ถูกนำมาใช้เพื่อวัตถุประสงค์พิเศษบ่อยครั้งเพื่อเพิ่มกำลังขับหรือเพื่อให้สามารถทำงานใต้น้ำหรือในอวกาศได้

• อัดอากาศได้รับการนิยมใช้ในตอร์ปิโด ^[43]
• อัดออกซิเจนเช่นเดียวกับบางอัดอากาศที่ใช้ในญี่ปุ่นประเภท 93 ตอร์ปิโด เรือดำน้ำบางลำบรรทุกออกซิเจนบริสุทธิ์ จรวดมากมักจะใช้ออกซิเจนเหลว ^[44]
• ไนโตรมีเธนถูกเพิ่มเข้าไปในเชื้อเพลิงของรถแข่งและรุ่นบางรุ่นเพื่อเพิ่มกำลังและควบคุมการเผาไหม้
• มีการใช้ไนตรัสออกไซด์ร่วมกับน้ำมันเบนซินพิเศษในเครื่องบินทางยุทธวิธีและในรถยนต์ที่มีอุปกรณ์พิเศษเพื่อให้สามารถระเบิดพลังจากเครื่องยนต์ที่วิ่งด้วยน้ำมันเบนซินและอากาศได้ในระยะสั้น ๆ นอกจากนี้ยังใช้ในยานอวกาศจรวดเบิร์ตรูตัน
• พลังงานไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์อยู่ระหว่างการพัฒนาสำหรับเรือดำน้ำของเยอรมันในสงครามโลกครั้งที่สอง มันอาจถูกใช้ในเรือดำน้ำที่ไม่ใช่นิวเคลียร์บางรุ่นและถูกใช้กับเครื่องยนต์จรวดบางรุ่น (โดยเฉพาะBlack Arrowและเครื่องบินขับไล่จรวดMesserschmitt Me 163 )
• มีการใช้สารเคมีอื่น ๆ เช่นคลอรีนหรือฟลูออรีน แต่ยังไม่พบว่าใช้ได้จริง

จำเป็นต้องมีการระบายความร้อนเพื่อขจัดความร้อนที่มากเกินไป - การให้ความร้อนสูงเกินไปอาจทำให้เครื่องยนต์ล้มเหลวโดยปกติจะเกิดจากการสึกหรอ (เนื่องจากความล้มเหลวของการหล่อลื่นที่เกิดจากความร้อน) การแตกร้าวหรือการบิดงอ สองรูปแบบที่พบมากที่สุดของการระบายความร้อนของเครื่องยนต์ที่มีอากาศเย็นและน้ำเย็น เครื่องยนต์ยานยนต์สมัยใหม่ส่วนใหญ่มีทั้งการระบายความร้อนด้วยน้ำและอากาศเนื่องจากน้ำ / น้ำยาหล่อเย็นเหลวจะถูกส่งไปยังครีบระบายความร้อนด้วยอากาศและ / หรือพัดลมในขณะที่เครื่องยนต์ขนาดใหญ่อาจมีการระบายความร้อนด้วยน้ำโดยเฉพาะเนื่องจากอยู่นิ่งและมีการจ่ายน้ำอย่างสม่ำเสมอ น้ำผ่านท่อน้ำประปาหรือน้ำจืดในขณะที่เครื่องยนต์เครื่องมือไฟฟ้าส่วนใหญ่และเครื่องยนต์ขนาดเล็กอื่น ๆ จะระบายความร้อนด้วยอากาศ เครื่องยนต์บางรุ่น (ระบายความร้อนด้วยอากาศหรือน้ำ) มีออยคูลเลอร์ด้วย ในเครื่องยนต์บางประเภทโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการระบายความร้อนด้วยใบพัดของเครื่องยนต์เทอร์ไบน์และการระบายความร้อนของเครื่องยนต์จรวดเหลวเชื้อเพลิงจะถูกใช้เป็นสารหล่อเย็นเนื่องจากมีการอุ่นก่อนที่จะฉีดเข้าไปในห้องเผาไหม้