เครื่องยนต์สี่จังหวะมีจังหวะการทำงานสี่จังหวะอะไรบ้าง?

เครื่องยนต์สี่จังหวะมีจังหวะการทำงานสี่จังหวะอะไรบ้าง?

เครื่องยนต์แบบสี่จังหวะ เครื่องยนต์สันดาปภายในใช้การเคลื่อนที่ของลูกสูบสี่จังหวะ (ดูด อัด เผาไหม้ และคายไอเสีย) เพื่อให้ครบหนึ่งรอบการทำงาน ลูกสูบจะเคลื่อนที่ครบสองจังหวะในกระบอกสูบเพื่อให้ครบหนึ่งรอบการทำงาน หนึ่งรอบการทำงานต้องให้เพลาข้อเหวี่ยงหมุนสองรอบ หรือ 720 องศา

เครื่องยนต์แบบสี่จังหวะเป็นประเภทที่พบได้บ่อยที่สุด เครื่องยนต์ขนาดเล็กเครื่องยนต์สี่จังหวะจะทำงานครบห้าจังหวะในหนึ่งรอบการทำงาน ได้แก่ จังหวะดูด จังหวะอัด จังหวะจุดระเบิด จังหวะกำลัง และจังหวะคายไอเสีย

จังหวะดูด

กระบวนการดูดอากาศหมายถึงช่วงเวลาที่ส่วนผสมของอากาศและเชื้อเพลิงถูกนำเข้าไปเติมเต็มห้องเผาไหม้ กระบวนการดูดอากาศเกิดขึ้นเมื่อลูกสูบเคลื่อนที่จากจุดศูนย์ตายบนไปยังจุดศูนย์ตายล่าง และวาล์วไอดีเปิด การเคลื่อนที่ของลูกสูบไปยังจุดศูนย์ตายล่างทำให้เกิดความดันต่ำในกระบอกสูบ ความดันบรรยากาศโดยรอบจะดันส่วนผสมของอากาศและเชื้อเพลิงเข้าไปในกระบอกสูบผ่านวาล์วไอดีที่เปิดอยู่เพื่อเติมเต็มบริเวณความดันต่ำที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของลูกสูบ กระบอกสูบจะยังคงเติมเต็มต่อไปเล็กน้อยหลังจากจุดศูนย์ตายล่าง เนื่องจากส่วนผสมของอากาศและเชื้อเพลิงยังคงไหลด้วยแรงเฉื่อยของตัวเอง และลูกสูบเริ่มเปลี่ยนทิศทาง หลังจากจุดศูนย์ตายล่าง วาล์วไอดีจะยังคงเปิดอยู่เป็นเวลาไม่กี่องศาของการหมุนของเพลาข้อเหวี่ยง ขึ้นอยู่กับการออกแบบเครื่องยนต์ จากนั้นวาล์วไอดีจะปิดลงและส่วนผสมของอากาศและเชื้อเพลิงจะถูกปิดผนึกไว้ภายในกระบอกสูบ

จังหวะอัด คือช่วงเวลาที่ส่วนผสมของอากาศและเชื้อเพลิงที่ถูกกักไว้ถูกอัดภายในกระบอกสูบ ห้องเผาไหม้ถูกปิดผนึกเพื่อสร้างประจุ ประจุคือปริมาตรของส่วนผสมของอากาศและเชื้อเพลิงที่ถูกอัดอยู่ภายในห้องเผาไหม้พร้อมสำหรับการจุดระเบิด การอัดส่วนผสมของอากาศและเชื้อเพลิงจะปลดปล่อยพลังงานมากขึ้นในระหว่างการจุดระเบิด วาล์วไอดีและไอเสียต้องปิดเพื่อให้แน่ใจว่ากระบอกสูบถูกปิดผนึกเพื่อให้เกิดการอัด การอัดคือกระบวนการลดหรือบีบประจุในห้องเผาไหม้จากปริมาตรมากไปสู่ปริมาตรที่เล็กลง ล้อช่วยแรงช่วยรักษาโมเมนตัมที่จำเป็นในการอัดประจุ

เมื่อลูกสูบของเครื่องยนต์อัดอากาศและเชื้อเพลิง แรงอัดที่เพิ่มขึ้นจากการทำงานของลูกสูบจะส่งผลให้เกิดความร้อน การอัดและการให้ความร้อนแก่ไอระเหยของอากาศและเชื้อเพลิงในส่วนผสม ส่งผลให้อุณหภูมิของส่วนผสมเพิ่มขึ้นและการระเหยของเชื้อเพลิงเพิ่มขึ้น การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิส่วนผสมเกิดขึ้นอย่างสม่ำเสมอทั่วทั้งห้องเผาไหม้ ทำให้เกิดการเผาไหม้ที่เร็วขึ้น (การออกซิเดชันของเชื้อเพลิง) หลังจากการจุดระเบิด

การระเหยของเชื้อเพลิงจะเพิ่มขึ้นเมื่อหยดเชื้อเพลิงขนาดเล็กระเหยอย่างสมบูรณ์มากขึ้นเนื่องจากความร้อนที่เกิดขึ้น พื้นที่ผิวที่เพิ่มขึ้นของหยดเชื้อเพลิงที่สัมผัสกับเปลวไฟทำให้เกิดการเผาไหม้ที่สมบูรณ์ยิ่งขึ้นในห้องเผาไหม้ มีเพียงไอของน้ำมันเบนซินเท่านั้นที่จะติดไฟ พื้นที่ผิวที่เพิ่มขึ้นของหยดเชื้อเพลิงทำให้เบนซินปล่อยไอออกมามากขึ้นแทนที่จะคงสภาพเป็นของเหลว

ยิ่งโมเลกุลไอที่มีประจุถูกอัดแน่นมากเท่าไร พลังงานที่ได้จากกระบวนการเผาไหม้ก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น พลังงานที่ใช้ในการอัดแน่นประจุนั้นน้อยกว่าพลังงานที่เพิ่มขึ้นจากการเผาไหม้มาก ตัวอย่างเช่น ในเครื่องยนต์ขนาดเล็กทั่วไป พลังงานที่ใช้ในการอัดแน่นประจุมีเพียงหนึ่งในสี่ของพลังงานที่เกิดขึ้นระหว่างการเผาไหม้เท่านั้น

อัตราส่วนการอัดของเครื่องยนต์คือการเปรียบเทียบปริมาตรของห้องเผาไหม้เมื่อลูกสูบอยู่ที่จุดศูนย์ตายล่างกับปริมาตรของห้องเผาไหม้เมื่อลูกสูบอยู่ที่จุดศูนย์ตายบน พื้นที่นี้เมื่อรวมกับดีไซน์และรูปแบบของห้องเผาไหม้ จะเป็นตัวกำหนดอัตราส่วนการอัด เครื่องยนต์เบนซินโดยทั่วไปแล้วเครื่องยนต์เบนซินจะมีอัตราส่วนการอัดอยู่ที่ 6 ต่อ 1 ถึง 10 ต่อ 1 ยิ่งอัตราส่วนการอัดสูง เครื่องยนต์ก็จะยิ่งประหยัดน้ำมันมากขึ้น อัตราส่วนการอัดที่สูงขึ้นมักจะเพิ่มแรงดันการเผาไหม้หรือแรงที่กระทำต่อลูกสูบอย่างมาก อย่างไรก็ตาม อัตราส่วนการอัดที่สูงขึ้นจะเพิ่มแรงที่ผู้ใช้งานต้องใช้ในการสตาร์ทเครื่องยนต์ เครื่องยนต์ขนาดเล็กบางรุ่นมีระบบที่ช่วยลดแรงดันในระหว่างจังหวะการอัดเพื่อลดแรงที่ผู้ใช้งานต้องใช้เมื่อสตาร์ทเครื่องยนต์

เหตุการณ์การจุดติดไฟ (การเผาไหม้) เกิดขึ้นเมื่อเชื้อเพลิงถูกจุดติดและเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันอย่างรวดเร็วผ่านปฏิกิริยาเคมีเพื่อปลดปล่อยพลังงานความร้อน การเผาไหม้เป็นปฏิกิริยาเคมีออกซิเดชันอย่างรวดเร็วซึ่งเชื้อเพลิงรวมตัวทางเคมีกับออกซิเจนในบรรยากาศและปลดปล่อยพลังงานในรูปของความร้อน

การเผาไหม้ที่เหมาะสมนั้นเกี่ยวข้องกับช่วงเวลาสั้นๆ แต่จำกัด ที่เปลวไฟจะกระจายไปทั่วห้องเผาไหม้ ประกายไฟจากหัวเทียนจะเริ่มต้นการเผาไหม้เมื่อเพลาข้อเหวี่ยงหมุนไปประมาณ 20° ก่อนถึงจุดศูนย์ตายบน ออกซิเจนในบรรยากาศและไอระเหยของเชื้อเพลิงจะถูกเผาไหม้โดยแนวเปลวไฟที่เคลื่อนที่ไปข้างหน้า แนวเปลวไฟเป็นกำแพงที่แยกส่วนผสมเชื้อเพลิงออกจากผลพลอยได้จากการเผาไหม้ แนวเปลวไฟจะเคลื่อนที่ผ่านห้องเผาไหม้จนกว่าส่วนผสมเชื้อเพลิงทั้งหมดจะถูกเผาไหม้หมด

จังหวะกำลัง

จังหวะกำลัง (Power Stroke) คือจังหวะการทำงานของเครื่องยนต์ ซึ่งก๊าซร้อนที่ขยายตัวจะดันหัวลูกสูบออกจากฝาสูบ แรงและการเคลื่อนที่ของลูกสูบจะถูกส่งผ่านก้านสูบไปสร้างแรงบิดให้กับเพลาข้อเหวี่ยง แรงบิดที่เกิดขึ้นจะทำให้เพลาข้อเหวี่ยงหมุน ปริมาณแรงบิดที่เกิดขึ้นนั้นขึ้นอยู่กับแรงดันที่กระทำต่อลูกสูบ ขนาดของลูกสูบ และระยะชักของเครื่องยนต์ ในระหว่างจังหวะกำลัง วาล์วทั้งสองจะปิดอยู่

จังหวะไอเสีย จังหวะไอเสียเกิดขึ้นเมื่อก๊าซไอเสียถูกขับออกจากห้องเผาไหม้และปล่อยสู่บรรยากาศ จังหวะไอเสียเป็นจังหวะสุดท้ายและเกิดขึ้นเมื่อวาล์วไอเสียเปิดและวาล์วไอดีปิด การเคลื่อนที่ของลูกสูบจะขับก๊าซไอเสียออกสู่บรรยากาศ

เมื่อลูกสูบเคลื่อนที่ถึงจุดศูนย์ตายล่างในจังหวะกำลัง การเผาไหม้จะเสร็จสมบูรณ์และกระบอกสูบจะเต็มไปด้วยก๊าซไอเสีย วาล์วไอเสียจะเปิด และแรงเฉื่อยของล้อช่วยแรงและชิ้นส่วนเคลื่อนที่อื่นๆ จะดันลูกสูบกลับไปยังจุดศูนย์ตายบน บังคับให้ก๊าซไอเสียถูกปล่อยออกทางวาล์วไอเสียที่เปิดอยู่ เมื่อสิ้นสุดจังหวะไอเสีย ลูกสูบจะอยู่ที่จุดศูนย์ตายบนและรอบการทำงานจะเสร็จสมบูรณ์