เครื่องยนต์ดีเซลทำงานโดยการดึงอากาศเข้าไป และอัดให้เป็นอัตราส่วนที่สูงมาก (โดยทั่วไปจะอยู่ระหว่าง 14:1 และ 23:1 ) จากนั้นฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงโดยตรงเข้าไปในอากาศอัดที่ร้อน เพื่อให้เกิดการติดไฟได้เองโดยไม่ต้องใช้หัวเทียน กระบวนการนี้เรียกว่าการจุดระเบิดด้วยการอัด เป็นคุณสมบัติที่กำหนดแยกเครื่องยนต์ดีเซลออกจากเครื่องยนต์เบนซิน และเป็นเหตุผลที่โรงไฟฟ้าดีเซลได้รับความนิยมในรถบรรทุก เครื่องกำเนิดไฟฟ้า เรือเดินทะเล และอุปกรณ์ก่อสร้างขนาดใหญ่ ซึ่งแรงบิดและประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงมีความสำคัญมากกว่าสมรรถนะรอบสูง
สี่จังหวะเบื้องหลังเครื่องยนต์ดีเซลทุกตัว
เครื่องยนต์ดีเซลทุกตัวไม่ว่าจะมีขนาดเท่าใดก็ตาม จะเป็นไปตามลำดับสี่จังหวะเดียวกันซึ่งแปลงพลังงานเคมีในเชื้อเพลิงเป็นการหมุนเชิงกลที่เพลาข้อเหวี่ยง
จังหวะการบริโภค
ลูกสูบจะเคลื่อนลงด้านล่างภายในกระบอกสูบในขณะที่วาล์วไอดีเปิด โดยดึงเฉพาะอากาศบริสุทธิ์เท่านั้น โดยไม่มีเชื้อเพลิงผสมอยู่ในขั้นตอนนี้ ซึ่งแตกต่างจากเครื่องยนต์เบนซินที่มักจะผสมเชื้อเพลิงและอากาศก่อนเข้าห้อง
จังหวะการบีบอัด
วาล์วไอดีปิดและลูกสูบเคลื่อนขึ้นด้านบน บีบอากาศให้มีปริมาตรน้อยลงมาก เนื่องจากอัตราส่วนกำลังอัดของดีเซลสูงมาก อุณหภูมิอากาศภายในกระบอกสูบจึงสามารถสูงขึ้นได้ 700 องศาเซลเซียส ซึ่งร้อนพอที่จะจุดไฟน้ำมันดีเซลได้โดยไม่ต้องใช้ประกายไฟจากภายนอก
พาวเวอร์สโตรก
ใกล้กับด้านบนของจังหวะการอัด หัวฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงจะพ่นหมอกดีเซลละเอียดลงสู่อากาศที่ร้อนยวดยิ่งโดยตรง เชื้อเพลิงจะติดไฟเกือบจะในทันที และการขยายตัวที่เกิดขึ้นจะบังคับให้ลูกสูบถอยกลับลงมา ทำให้เกิดแรงหมุนจนไปถึงล้อหรือเพลาขับในที่สุด
จังหวะไอเสีย
ลูกสูบเพิ่มขึ้นอีกครั้ง วาล์วไอเสียจะเปิด และก๊าซเผาไหม้ที่ใช้แล้วจะถูกผลักออกจากกระบอกสูบผ่านท่อร่วมไอเสีย หลังจากนั้นวงจรจะเริ่มต้นใหม่ด้วยจังหวะไอดีใหม่
เหตุใดการกำหนดเวลาการฉีดเชื้อเพลิงจึงตัดสินประสิทธิภาพ
ระบบฉีดเชื้อเพลิงถือเป็นระบบที่สำคัญที่สุด ชิ้นส่วนรถยนต์ ในเครื่องยนต์ดีเซล เนื่องจากจังหวะและแรงดันของการฉีดจะควบคุมกำลังขับ เสียง และการปล่อยไอเสียโดยตรง
เครื่องยนต์ดีเซลสมัยใหม่ใช้ระบบหัวฉีดคอมมอนเรล ซึ่งเชื้อเพลิงจะถูกกักเก็บไว้ที่แรงดันสูงมาก ซึ่งมักจะอยู่ระหว่างนั้น 1,500 และ 2,500 บาร์ ภายในรางที่ใช้ร่วมกันก่อนที่จะกระจายไปยังหัวฉีดที่ควบคุมด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์แต่ละตัว การตั้งค่านี้ช่วยให้หน่วยควบคุมเครื่องยนต์ยิงพัลส์การฉีดขนาดเล็กหลายจังหวะต่อรอบ แทนที่จะฉีดระเบิดขนาดใหญ่เพียงครั้งเดียว ซึ่งจะทำให้การเผาไหม้ราบรื่นขึ้นและลดการน็อคของเครื่องยนต์ดีเซล
| ระบบหัวฉีด | ความดันทั่วไป | การใช้งานทั่วไป |
|---|---|---|
| คอมมอนเรล | 1,500 ถึง 2,500 บาร์ | รถบรรทุกโดยสาร, SUV |
| ยูนิตหัวฉีด | สูงถึง 2,000 บาร์ | รถบรรทุกทางหลวงสำหรับงานหนัก |
| ปั๊มจำหน่าย | 300 ถึง 1,000 บาร์ | เครื่องยนต์ดีเซลรุ่นเก่า อุปกรณ์การเกษตร |
เทอร์โบชาร์จเจอร์และด้านอากาศของการเผาไหม้
เครื่องยนต์ดีเซลจะเผาไหม้ได้อย่างมีประสิทธิภาพพอๆ กับอากาศที่ได้รับเท่านั้น ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมเครื่องยนต์ดีเซลสมัยใหม่เกือบทุกรุ่นจึงอาศัยเทอร์โบชาร์จเจอร์เพื่ออัดอากาศส่วนเกินเข้าไปในกระบอกสูบ เทอร์โบชาร์จเจอร์หมุนโดยใช้พลังงานไอเสียที่อาจสูญเปล่า และล้อคอมเพรสเซอร์ที่หมุนอยู่นั้นจะบรรจุออกซิเจนมากขึ้นในแต่ละจังหวะไอดี
- อากาศที่มากขึ้นทำให้สามารถเผาผลาญเชื้อเพลิงได้มากขึ้นต่อรอบ ทำให้มีกำลังเพิ่มขึ้นโดยไม่ทำให้เสื้อสูบใหญ่ขึ้น
- อินเตอร์คูลเลอร์มักจะตั้งอยู่ระหว่างเทอร์โบและท่อร่วมไอดีเพื่อทำให้อากาศอัดเย็นลง เนื่องจากอากาศเย็นที่มีความหนาแน่นมากกว่าจะกักเก็บโมเลกุลออกซิเจนไว้มากกว่าอากาศร้อนที่มีปริมาตรเท่ากัน
- เทอร์โบชาร์จเจอร์รูปทรงแปรผันจะปรับมุมใบพัดเพื่อเพิ่มกำลังในช่วงความเร็วรอบเครื่องยนต์ที่กว้างขึ้น ช่วยให้เครื่องยนต์ดีเซลดึงอย่างแรงจาก RPM ต่ำ
นี่เป็นเหตุผลหนึ่งที่ทำให้เครื่องยนต์ดีเซลผลิตแรงบิดสูงที่รอบเครื่องยนต์ต่ำ ซึ่งมักจะถึงจุดสูงสุดได้ดี 2,000 รอบต่อนาที ซึ่งทำให้เหมาะสมกับงานลากจูงและลากจูง
ชิ้นส่วนรถยนต์ที่ทำให้การจุดระเบิดด้วยการอัดเป็นไปได้
ชิ้นส่วนรถยนต์หลายชิ้นทำงานร่วมกันเพื่อรักษากระบวนการจุดระเบิดด้วยการอัดภายในเครื่องยนต์ดีเซล และแต่ละชิ้นมีบทบาททางกลที่แตกต่างกัน
- หัวเผาจะทำให้ห้องเผาไหม้อุ่นขึ้นในระหว่างการสตาร์ทขณะเครื่องเย็น เนื่องจากอากาศเย็นเพียงอย่างเดียวอาจไม่ถึงอุณหภูมิการจุดระเบิดเมื่อเครื่องยนต์เย็น
- หัวฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงจะพ่นดีเซลให้เป็นรูปแบบสเปรย์ที่ละเอียด เพื่อให้ผสมกับอากาศอัดได้อย่างเท่าเทียมกัน
- เพลาข้อเหวี่ยงและก้านสูบแปลการเคลื่อนที่ของลูกสูบขึ้นและลงเป็นเอาท์พุตการหมุน
- วาล์วหมุนเวียนก๊าซไอเสียเปลี่ยนเส้นทางส่วนหนึ่งของก๊าซไอเสียกลับเข้าไปในท่อไอดี เพื่อลดอุณหภูมิการเผาไหม้และลดการก่อตัวของไนโตรเจนออกไซด์
- ตัวกรองอนุภาคดีเซลจะดักจับอนุภาคเขม่าจากกระแสไอเสียก่อนที่ก๊าซจะออกจากท่อไอเสีย
เหตุใดเครื่องยนต์ดีเซลจึงทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่าเครื่องยนต์เบนซิน
ข้อได้เปรียบด้านประสิทธิภาพเชิงความร้อนของเครื่องยนต์ดีเซลนั้นมาจากอัตราส่วนกำลังอัดที่สูงกว่าโดยตรง จากข้อมูลทางวิศวกรรมที่เผยแพร่โดยกระทรวงพลังงานของสหรัฐอเมริกา เครื่องยนต์ดีเซลสามารถแปลงสภาพได้โดยประมาณ 30 ถึง 35 เปอร์เซ็นต์ ของพลังงานเชื้อเพลิงไปใช้งานได้จริง เทียบกับประมาณ 20 ถึง 25 เปอร์เซ็นต์สำหรับเครื่องยนต์เบนซินทั่วไป เนื่องจากกำลังอัดที่สูงขึ้นทำให้ก๊าซเผาไหม้ขยายตัวไปปะทะลูกสูบได้สมบูรณ์ยิ่งขึ้น
เชื้อเพลิงดีเซลยังมีพลังงานต่อแกลลอนมากกว่าน้ำมันเบนซิน ซึ่งทำให้ได้เปรียบด้านระยะทาง การผสมผสานระหว่างประสิทธิภาพการอัดที่สูงขึ้นและพลังงานเชื้อเพลิงที่มีความหนาแน่นมากขึ้นนี้ อธิบายได้ว่าทำไมรถบรรทุกระยะไกล เครื่องยนต์ทางทะเล และเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบอยู่กับที่ เกือบทั้งหมดจึงพึ่งพาพลังงานดีเซลมากกว่าน้ำมันเบนซิน
เจ้าของจุดสึกหรอทั่วไปควรดู
การทำให้เครื่องยนต์ดีเซลทำงานได้อย่างราบรื่นนั้นขึ้นอยู่กับการตรวจสอบชิ้นส่วนรถยนต์จำนวนหนึ่งที่ประสบกับความเครียดมากที่สุดเมื่อเวลาผ่านไป
ไส้กรองน้ำมันเชื้อเพลิง
หัวฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงดีเซลทำงานด้วยพิกัดความเผื่อที่จำกัดมาก ดังนั้นแม้แต่เศษหรือน้ำในน้ำมันเชื้อเพลิงเพียงเล็กน้อยก็อาจทำให้หัวฉีดสึกหรอได้ ควรเปลี่ยนไส้กรองน้ำมันเชื้อเพลิงตามช่วงเวลาที่ระบุไว้ในคู่มือสำหรับเจ้าของรถ เพื่อป้องกันระบบหัวฉีด
ซีลเทอร์โบชาร์จเจอร์
เพราะเทอร์โบชาร์จเจอร์หมุนด้วยความเร็วที่เกินขีดจำกัด 100,000 รอบต่อนาที ตลับลูกปืนและซีลภายในมีความอ่อนไหวต่อคุณภาพน้ำมัน การใช้เกรดน้ำมันที่ผู้ผลิตกำหนดช่วยให้เทอร์โบมีอายุการใช้งานยาวนานเท่ากับเครื่องยนต์ดีเซลที่เหลือ
สภาพหัวเผา
หัวเทียนที่ชำรุดอาจทำให้การสตาร์ทขณะเครื่องเย็นยากขึ้นอย่างเห็นได้ชัด โดยเฉพาะอย่างยิ่งในอุณหภูมิต่ำ เนื่องจากห้องเผาไหม้จะไม่ถึงอุณหภูมิการจุดระเบิดอย่างรวดเร็วหากไม่ได้รับความช่วยเหลือ
