ในเครื่องยนต์แบบลูกสูบ 4 จังหวะ จะประกอบไปด้วยจังหวะการทำงานดังต่อไปนี้
(ที่มารูป kids.britannica.com)
- จังหวะดูด วาว์ลไอดีเปิดออก ลูกสูบเคลื่อนที่ลงรอรับส่วนผสมของอากาศกับน้ำมันไหลเข้าสู่กระบอกสูบ
- จังหวะอัด วาว์ลไอดีปิด ลูกสูบเคลื่อนที่ขึ้นเพื่ออัดส่วนผสมของอากาศกับน้ำมันให้มีปริมาตรเล็กลง ความดันและอุณหภูมิในกระบอกสูบตอนนี้จะเพิ่มสูงขึ้นเรื่อยๆ เพื่อเตรียมความพร้อมเพื่อเอื้อต่อการจุดระเบิดได้ง่ายขึ้น
- จังหวะระเบิด เมื่อลูกสูบเคลื่อนที่ขึ้นเพื่อบีบอัดส่วนผสมของอากาศกับน้ำมันจนถึงจุดที่เหมาะสม(มีอุณหภูมิที่สูงพอแล้ว) หัวเทียนก็จะสร้างประกายไฟ ประกายไฟจากหัวเทียนก็จะทำปฏิกิริยากับส่วนผสมของอากาศกับน้ำมันที่กำลังอยู่ในสภาวะที่พร้อมจะเผาไหม้นี้เพื่อก่อให้เกิดการระเบิดหรือการเผาไหม้ โดยพลังงานจากการระเบิดนี้เองก็จะถูกส่งต่อไปยังลูกสูบเพื่อหมุนเพลาข้อเหวี่ยงของเครื่องยนต์ เกิดเป็นต้นกำลังขับเคลื่อนรถยนต์
- จังหวะคาย วาว์ลไอเสียก็จะเปิดออก พร้อมๆกับการดันตัวขึ้นของลูกสูบเพื่อผลักดันไอเสียออกจากกระบอกสูบต่อไป
ในสภาวะที่เครื่องยนต์ทำงานปกติลูกสูบจะเคลื่อนที่บีบอัดส่วนผสมของอากาศกับน้ำมันเพื่อให้เกิดการระเบิดที่จังหวะระเบิดซึ่งตรงกับตอนที่หัวเทียนสร้างประกายไฟ แต่ถ้าหากส่วนผสมของอากาศกับน้ำมันเกิดการจุดระเบิดขึ้น(เอง)ก่อนที่ลูกสูบจะเคลื่อนตัวถึงจุดระเบิด เราเรียกสภาวะนี้ว่า “การชิงจุดระเบิดก่อน”
การชิงจุดระเบิดก่อน
คือ สภาวะที่ส่วนผสมของน้ำมัน/อากาศเกิดการจุดระเบิดด้วยตัวเองก่อนหัวเทียนสร้างประกายไฟที่จังหวะจุดระเบิด
เมื่อส่วนผสมของน้ำมันกับอากาศเกิดการระเบิดก่อนกำหนด จะส่งผลให้เกิดแรงผลักดันให้ลูกสูบเคลื่อนที่ลงในขณะที่เพลาข้อเหวี่ยงนั้นกลับกำลังดันลูกสูบเคลื่อนที่ขึ้นตาม“จังหวะอัด” จึงส่งผลให้เกิดเสียงดังขึ้น โดยเสียงดังจากการทำงานที่ผิดจังหวะนี้หากปล่อยทิ้งไว้ก็จะยิ่งสร้างความเสียหายให้กับเครื่องยนต์ เพราะความดันส่วนเกินที่เกิดขึ้นนี้จะสร้างความเสียหายให้กับทั้งลูกสูบ,วาล์วและประเก็นต่างๆ หรือที่ภาษาช่างเรียกว่า “เครื่องน็อค”
อย่างไรก็ตาม นอกจากการจุดระเบิดก่อนแล้วยังมีอีกอาการที่คล้ายๆกัน และหลายๆคนยังเข้าใจผิด นั่นคือ การจุดระเบิดซ้ำ
การจุดระเบิดซ้ำ
คนส่วนใหญ่มักเข้าใจผิดว่าการจุดระเบิดซ้ำกับการชิงจุดระเบิดก่อนนั้นเหมือนกัน ทั้งๆที่จริงๆแล้วรูปแบบของมันไม่เหมือนกันเลย โดยในสภาวะการเผาไหม้ปกติ เมื่อหัวเทียนสร้างประกายไฟเพื่อเผาไหม้ส่วนผสมอากาศกับน้ำมัน เปลวไฟจะเคลื่อนที่ผ่านไปทั่วห้องเผาไหม้ กดดันและเผาไหม้น้ำมันตั้งแต่ที่ส่วนหัวของหัวเทียน โดยการเผาไหม้นี้จะเกิดขึ้นต่อเนื่องจนเผาส่วนผสมอากาศกับน้ำมันจนหมด ดังนั้น กระบวนการจุดระเบิดตามปกติแบบนี้จะสร้างแรงดันที่ราบเรียบเหมาะสมให้กับระบบ
แต่หากเกิดการระเบิดขึ้นซ้ำอีกครั้งทั้งๆที่หัวเทียนเพิ่งสร้างประกายไฟจุดระเบิดไปแล้ว(แต่ยังคงไม่ถึงจุดระเบิดในวงรอบจังหวะต่อไป) ผลก็คือการเผาไหม้ส่วนผสมของน้ำมันกับอากาศในจังหวะการจุดระเบิดจะไม่ราบเรียบเหมือนเดิม แม้รูปแบบของการจุดระเบิดซ้ำจะแตกต่างจากการชิงจุดระเบิดก่อน แต่อาการที่ปรากฏออกมาก็คือเสียงเครื่องน็อคและสร้างความเสียหายไม่ต่างกับการชิงจุดระเบิดก่อน
(ที่มารูปประกอบwww.blogofthebiker.com)
อัตราส่วนกำลังอัดคืออะไร? ทำไมเครื่องยนต์จึงต้องมีการกำหนดให้เติมน้ำมัน 91 หรือ 95
อัตราส่วนกำลังอัดคืออัตราส่วนของปริมาตรของกระบอกสูบทั้งกระบอกเทียบกับปริมาตรห้องเผาไหม้ ตัวอย่างเช่น ถ้ากระบอกสูบของเครื่องยนต์มีปริมาตร 80 ลูกบาศก์นิ้วและห้องเผาไหม้มีปริมาตร 10 ลูกบาศก์นิ้ว ดังนั้นอัตราส่วนกำลังอัดจะมีค่า 8 ต่อ 1 โดยผู้ออกแบบเครื่องยนต์จะเพิ่มอัตราส่วนกำลังอัดของเครื่องยนต์ให้มีค่าสูงๆ เพราะจะเป็นการช่วยเพิ่มสมรรถนะของเครื่องยนต์ แต่ถึงแม้การบีบอัดน้ำมันและอากาศให้หดเล็กลงมากๆ(ที่อัตราส่วนกำลังอัดสูงๆนี้)จะให้พลังงานที่มากขึ้น แต่ก็เพิ่มโอกาสที่เครื่องยนต์จะน็อคจากการจุดระเบิดก่อนหรือการจุดระเบิดซ้ำมากขึ้นด้วยเช่นกัน นี่คือเหตุผลที่เครื่องยนต์ที่มีสมรรถนะสูงๆจึงต้องการน้ำมันที่มีออกเทนสูงๆ เพราะน้ำมันที่มีค่าออกเทนสูงๆก็จะมีจุดติดไฟด้วยตนเองสูงขึ้น ซึ่งจะเป็นการป้องกันการชิงจุดระเบิดของน้ำมันด้วยตนเอง
นอกจากนี้ผู้ผลิตรถยนต์ยังพิจารณาจากปัจจัยอื่นๆในการกำหนดค่าออกเทนของน้ำมันที่เหมาะสมต่อเครื่องยนต์ ทั้งเวลาในการเปิดปิดวาว์ลไอดีไอเสีย, จังหวะเวลาในการจุดระเบิด(สร้างประกายไฟ)ของหัวเทียนและองค์ประกอบอื่นๆที่เกี่ยวข้อง ค่าออกเทนของน้ำมันที่เหมาะสมไม่เพียงช่วยปกป้องเครื่องยนต์ด้วยการควบคุมอัตราการเผาไหม้ของน้ำมันให้ไม่เร็วหรือช้าเกินไปแล้ว ยังเป็นผลดีต่อช่วงเวลาในการเปิด/ปิดวาว์ลเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องยนต์
ถึงแม้เราจะเติมน้ำมันให้กับเครื่องยนต์ด้วยน้ำมันที่มีค่าออกเทนถูกต้องแล้ว แต่เครื่องยนต์ก็ยังมีโอกาสที่จะน็อคได้ ดังนั้นผู้ผลิตรถยนต์จึงได้สร้างระบบ/อุปกรณ์อื่นๆเพื่อช่วยในการป้องกันไม่ให้เกิดการชิงจุดระเบิดก่อนและการจุดระเบิดซ้ำดังต่อไปนี้
Exhaust Gas Re-circulation (EGR)
EGR คือระบบที่ช่วยควบคุมการชิงจุดระเบิดที่ไม่เหมาะสมและยังช่วยลดมลพิษในการเผาไหม้ของเครื่องยนต์
เพราะระบบนี้จะทำงานเมื่อเครื่องยนต์กำลังจะเกิดการเผาไหม้ที่จะทำให้เครื่องน็อค โดยเมื่อระบบทำงาน วาว์ลไอเสียจะเปิดออกและถ่ายไอเสียเข้าสู่ท่อร่วมไอดีเพื่อลดอุณหภูมิระหว่างการเผาไหม้ อุณหภูมิที่ลดต่ำลงจะช่วยในการควบคุมไม่ให้เกิดการชิงจุดระเบิดก่อนละการจุดระเบิดซ้ำ นอกจากนี้ยังช่วยเพิ่มอัตราการเผาไหม้ที่ปกติของส่วนผสมอากาศกับน้ำมันในกระบอกสูบให้เพิ่มสูงขึ้น และEGRยังช่วยลดออกไซด์ของไนโตรเจนที่เกิดจากการชิงจุดระเบิดก่อนซึ่งเป็นการลดมลพิษอีกด้วย
Knock sensor
ถือเป็นอีกอุปกรณ์ที่ช่วยในการป้องกันเครื่องน็อค โดยเซนเซอร์ตัวนี้จะรายงานไปยัง ECU เมื่อตรวจพบการน็อคของเครื่องยนต์ เช่น เสียงเครื่องน็อคหรือวาว์ลกระทบกันอย่างผิดปกติ โดยเมื่อECUได้รับสัญญาณแล้วก็จะทำการปรับแต่งการจุดระเบิดและรวมไปถึงปรับจังหวะเวลาการเปิดปิดวาว์ล(ลิ้นไอดีลิ้นไอเสีย)ให้เหมาะสม
TopSpeedTraining 