ระบบและชิ้นส่วนที่สำคัญของเครื่องยนต์ดีเซล

เครื่องยนต์ดีเซลทั่ว ๆ ไปจะประกอบด้วยชิ้นส่วนและระบบที่สำคัญดังนี้

1.     ตัวเครื่องยนต์

ตัวเครื่องยนต์เป็นส่วนที่เหมือนกันของเครึ่องยนต์ ไม่ว่าจะเป็นเครื่องยนต์ที่ผลิดจากโรงงานผลิตใด ตัวเครื่องยนต์จะเป็นกลไกที่ทำหน้าที่ในการเปลี่ยนพลังงานความร้อนที่เกิดจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงให้เป็นงาน  ซึ่งประกอบด้วยชิ้นส่วนที่สำคัญคือ

1.1   ฝาสูบ (cylinder head) คือ ส่วนที่ปิดด้านบน (สำหรับเครื่องยนต์สูบเรียงและสูบวี) หรือด้านนอกสุด (สำหรับเครื่องยนต์แบบสูบนอน) เพื่อทำให้เกิดห้องเผาไหม้ (combustion chamber) ซึ่งเป็นห้องที่เกิดจากส่วนล่างของฝาสูบ ส่วนบนของกระบอกสูบ และส่วนบนขอ ลูกสูบ ฝาสูบจะถูกขันติดกับเสื้อสูบ โดยใช้หมุดเกลียวและใช้ปะเก็นฝาสูบวางอยู่ระหว่างเสื้อสูบ และฝาสูบเพื่อกันมิให้ก๊าชรั่วจากห้องเผาไหม้ และกันมิให้น้ำรั่วเช้าห้องเผาไหม้ในกรณีที่เป็น เครื่องยนต์หล่อเย็นด้วยนํ้า

1.2   เสื้อสูบ (cylinder block) เป็นส่วนที่ทำหน้าที่รองรับและหุ้มห่อชิ้นส่วนต่าง ๆ ของเครื่องยนต์ โดยชิ้นส่วนต่าง ๆของเครื่องยนต์ที่เคลื่อนที่จะเคลื่อนที่อยู่ภายในเสื้อสูบนี้

1.3   ลิ้นและกลไกของลิ้น (valve and valve mechanism) ลิ้นและกลไกของลิ้นทำหน้าที่ ปิดและเปิดช่องไอดีและไอเสียที่จะเข้าและออกจากกระบอกสูบ ให้เข้าและออกตามกำหนดเวลาที่ต้องการ

1.4   กระบอกสูบ (cylinder) เป็นส่วนที่ทำหน้าที่เป็นตัวนำให้ลูกสูบเคลื่อนที่ขึ้นลง และส่วนบนจะทำหน้าที่เป็นส่วนหนึ่งของห้องเผาไหม้ด้วย

1.5   ลูกสูบและแหวน (piston and piston rings) ลูกสูบทำหน้าที่รับแรงที่เกิดจากการเผาไหม้ และถ่ายทอดแรงไปยังข้อเหวี่ยงโดยผ่านก้านสูบ รวมทั้งมีร่องสำหรับใส่แหวนลูกสูบอีกด้วย ส่วนแหวนลูกสูบทำหน้าที่เป็นซีล (seal) กันก๊าซรั่วระหว่างลูกสูบและกระบอกสูบ ทำหน้าที่ถ่ายเทความร้อนจากลูกสูบไปยังกระบอกสูบ และทำหน้าที่ควบคุมการหล่อลื่นระหว่างลูกสูบและผนังของกระบอกสูบ

1.6   ก้านสูบ (connecting rod) เป็นส่วนที่เชื่อมระหว่างลูกสูบและข้อเหวี่ยง ทำหน้าที่ในการถ่ายทอดกำลังขับดันจากลูกสูบไปยังข้อเหวี่ยง

1.7   ข้อเหวี่ยง (crankshaft) เป็นชิ้นส่วนหนึ่งซึ่งเมื่อต่อเชื่อมกับลูกสูบโดยใช้ก้านสูบแล้ว จะเปลี่ยนการเคลื่อนที่ขึ้นลงของลูกสูบให้เป็นการหมุน

1.8   เมนแบริ่งและแบริ่งก้านสูบ (main and connecting rod bearing) เป็นส่วนที่ใช้รองรับเพลาข้อเหวี่ยงและก้านสูบ

1.19 ฟลายวีล (flywheel) เป็นส่วนที่ทำหน้าที่สะสมพลังงานเพื่อทำให้รอบหมุนของเพลาข้อเหวี่ยงสมํ่าเสมอ และทำหน้าที่ในการถ่ายทอดกำลัง

1.10 ชุดขับเคลื่อนเพื่อกำหนดเวลา (timing drives) เป็นส่วนที่ทำหน้าที่กำหนดเวลา การทำงานของชิ้นส่วนต่าง ๆ ให้สอดคล้องกัน เช่น ให้ลิ้นไอดีและไอเสียปิดเปิดตามตำแหน่ง ของลูกสูบที่ต้องการ

2.     ระบบนํ้ามันเชื้อเพลิง

เป็นระบบหนึ่งที่จำเป็นสำหรับเครื่องยนต์ โดยจะทำหน้าที่เกี่ยวกับนํ้ามันเชื้อเพลิงทั้งหมด ระบบน้ำมันเชื้อเพลิงของเครื่องยนต์ดีเซลประกอบด้วยส่วนที่สำคัญ คือ

2.1   ถังนํ้ามัน (fuel tank) ใช้เก็บนํ้ามันและรับนํ้ามันที่ไหลกลับจากหัวฉีด

2.2   ปั๊มส่งนํ้ามันเชื้อเพลิง (fuel transfer pump) บางครั้งเรียกปั๊มแรงดันตํ่า ใช้ในการปั๊มนํ้ามันจากถังผ่านหม้อกรองนํ้ามันเชื้อเพลิงไปยังปั๊มฉีดนํ้ามันเชื้อเพลิง

2.3   หม้อกรองน้ำมันเชื้อเพลิง (fuel filters) ใช้ในการกรองฝุ่นผงที่ปนอยู่กับนํ้ามัน ก่อนที่จะส่งนํ้ามันไปยังปั๊มหัวฉีด

2.4   ปั๊มฉีดน้ำมันเชื้อเพลิง (injection pump) บางครั้งเรียกปั๊มแรงดันสูง ใช้ในการปั๊มนํ้ามันด้วยความดันสูงไปยังหัวฉีด ด้วยปริมาณและตามกำหนดเวลาที่ต้องการ

2.5   หัวฉีด (injection nozzles) ใช้ในการทำให้นํ้ามันเป็นละอองและฉีดเข้าห้องเผาไหม้

หน้าที่ของระบบนํ้ามันเชื้อเพลิงของเครื่องยนต์ดีเซล จะทำหน้าที่ 5 ประการ คือ

1.      จะต้องส่งนํ้ามันเข้าห้องเผาไหม้ด้วยปริมาณที่ถูกต้อง เพื่อให้เกิดการเผาไหม้และให้งานออกมาตามที่ต้องการ

2.      จะต้องส่งนํ้ามันเข้าห้องเผาไหม้ตามกำหนดเวลาเพื่อให้ได้กำลังสูงสุด ซึ่งในการฉีดนํ้ามันเข้าก่อนหรือหลังเวลาที่เหมาะสมจะทำให้เครื่องยนต์สูญเสียกำลังที่ควรจะได้ไป

3.      จะต้องส่งนํ้ามันเข้าห้องเผาไหม้ด้วยอัตราที่เหมาะสม เพื่อให้เกิดการเผาไหม้อย่างราบรื่นตามสภาวะการทำงานของเครื่องยนต์

4.      จะต้องส่งนํ้ามันเข้าห้องเผาไหม้เป็นละอองฝอย เพื่อให้สามารถระเหยและผสมกับอากาคอย่างรวดเร็ว

5.      จะต้องส่งนํ้ามันเข้าห้องเผาไหม้อย่างทั่วถึง เพื่อให้สามารถผสมกับออกซิเจนให้ได้มากที่สุด ซึ่งจะทำให้เครื่องยนต์เดินอย่างราบเรียบและให้กำลังออกมาสูงสุด

3.     ระบบไอดีและไอเสีย

สำหรับระบบไอดีทำหน้าที่นำเอาอากาศที่สะอาดเข้ากระบอกสูบตามปริมาตรที่ต้องการ ส่วนระบบไอเสียทำหน้าที่นำไอเสียออกจากกระบอกสูบและลดเสียงที่จะเกิดจากไอเสียด้วย

ระบบไอดีของเครื่องยนต์ดีเซลทั่ว ๆ ไปจะประกอบด้วย

1.     เครื่องกรองอากาศ (air cleaner) จะทำหน้าที่กรองฝุ่นผงและสิ่งสกปรกในอากาศ ก่อนที่จะเข้ากระบอกสูบ สำหรับเครื่องยนต์ดีเซลขนาดใหญ่ที่ใช้ในที่มีฝุ่นมาก นิยมใช้เครื่องกรองอากาศขั้นแรก (pre cleaner) ซึ่งจะทำหน้าที่กรองฝุ่นผงและสิ่งสกปรกขนาดใหญ่ในอากาศก่อนที่จะให้อากาศผ่านเข้าไปในเครื่องกรองอากาศ ทำให้อายุการใช้งานของเครื่องกรองอากาศยืนยาวขึ้น

2.     ท่อไอดี (intake manifold) จะทำหน้าที่นำอากาศที่ผ่านจากเครื่องกรองแล้วเข้าสู่กระบอกสูบ ในกรณีที่เป็นเครื่องยนต์ดีเซลแบบหลายสูบก็จะมีท่อแยกเข้าแต่ละสูบ

3.     ลิ้นไอดีหรือช่องไอดี (intake valves or intake ports) ลิ้นไอดีหรือช่องไอดีกับลูกสูบจะทำหน้าที่เปิดให้อากาศจากท่อไอดี เข้าสู่กระบอกสูบตามกำหนดเวลาที่ต้องการ

นอกจากอุปกรณ์ดังกล่าวข้างต้นแล้ว ระบบไอดีของเครื่องยนต์ดีเซลอาจจะประกอบด้วย ซูเปอร์ชาร์จเจอร์ (supercharger) ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่ใช้ในการเพิ่มกำลังของเครื่องยนต์โดยการ อัดอากาศเข้าเครื่องยนต์ ซึ่งจะทำให้ปริมาณของอากาศที่เข้าเครื่องยนต์สามารถเข้าได้มากกว่า ที่จะดูดเข้าเอง เป็นผลให้ด้วยขนาดความจุของกระบอกสูบของเครื่องยนต์เท่ากัน เครื่องยนต์ที่ติดซูเปอร์ชาร์จเจอร์จะให้กำลังมากกว่าเครื่องยนต์ที่มิได้ติดซูเปอร์ชาร์จเจอร์

ส่วนระบบไอเสียจะประกอบด้วย

1.     ลิ้นไอเสีย (exhaust valves) ทำหน้าที่เปิดให้ไอเสียออกจากกระบอกสูบตามกำหนดเวลา

2.     ท่อไอเสีย (exhaust manifold) จะรับไอเสียที่ออกจากกระบอกสูบ ถ้าเป็นเครื่องยนต์แบบหลายสูบก็จะมีท่อไปรับทุกสูบแล้วนำมารวมกัน

3.     หม้อพัก (muffer) ทำหน้าที่ลดเสียงที่เกิดจากการไหลของไอเสียออกจากเครื่องยนต์ นอกจากนี้แล้วระบบไอเสียอาจจะประกอบด้วยส่วนของเทอร์โบชาร์จเจอร์ (turbocharger)คือส่วนที่เรียกว่าเทอร์ไบน์ (turbine) โดยไอเสียจะไหลผ่านเข้าไปขับใบพัดเพื่อไปหมุนเพลา ขับเครื่องอ้ดอากาศ (compressor) ด้านระบบไอดี

4 . ระบบหล่อลื่น

เป็นอีกระบบหนึ่งที่มีความจำเป็นต่อเครื่องยนต์ดีเซล โดยจะทำหน้าที่ 5 ประการคือ

1.      ลดความฝืดระหว่างชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว

2.      ระบายและถ่ายเทความร้อน

3.      กันมิให้ก๊าชรั่วออกจากช่องระหว่างแหวนลูกสูบและผนังกระบอกสูบ

4.      ทำความสะอาดโดยการชะล้างชิ้นส่วนต่าง ๆ

5.      ช่วยลดเสียงที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของชิ้นส่วนต่าง ๆ

สำหรับเครึ่องยนต์ดีเซลที่ใช้กับเครื่องจักรกลงานก่อสร้าง โดยทั่วไปจะเป็นเครื่องยนต์ดีเซลหมุนเร็วแบบหลายสูบ ซึ่งใช้ระบบหล่อลื่นแบบใช้แรงดันอย่างเดียว (full internal force feed system) โดยนํ้ามันหล่อลื่นจะถูกส่งไปชิ้นส่วนต่าง ๆ ของเครื่องยนต์ภายใต้แรงดัน ระบบนี้จะประกอบด้วยอุปกรณ์ที่สำคัญ ๆ คือ

4.1   ปั๊มน้ำมันหล่อลื่น (oil pump) ทำหน้าที่ดันนํ้ามันหล่อลื่นให้ไหลไปยังส่วนต่าง ๆ ของเครื่องยนต์ที่ต้องการการหล่อลื่น

4.2   หม้อกรองน้ำมันหล‘อลื่น (oil filter) ทำหน้าที่กรองสิ่งสกปรกที่ปนอยู่ในนํ้ามันหล่อลื่นออก

4.3   ลิ้นควบคุม (lubricating valves) ทำหน้าที่ควบคุมความดันของนํ้ามันหล่อลื่นในระบบไม่ให้เกินความดันที่กำหนด

นอกจากอุปกรณ์ที่สำคัญ 3 อย่างข้างต้นแล้ว ระบบหล่อลื่นของเครื่องยนต์ดีเซลขนาดใหญ่อาจจะมีอุปกรณ์เพิ่มเติมคือ เครื่องหล่อเย็นน้ำมันหล่อลื่น (oil cooler) เพื่อใช้ในการระบายความร้อนออกจากนํ้ามันหล่อลื่น

5.     ระบบหล่อเย็น

ระบบหล่อเย็นของเครื่องยนต์ดีเซลจะทำหน้าที่ 2 ประการคือ

1.      เพื่อป้องกันไม่ให้เครื่องยนต์ร้อนจนเกินไป โดยทั่วไปชิ้นส่วนต่างๆ ของเครื่องยนต์ ดีเซลจะถูกออกแบบให้ทำงานภายใต้อุณหภูมิสูงสุดอุณหภูมิหนึ่ง หากอุณหภูมิของเครื่องยนต์ร้อนจนเกินไปก็จะทำให้ชิ้นส่วนของเครื่องยนต์บางชิ้นหลอมละลาย และทำให้เครื่องยนต์ชำรุด ระบบหล่อเย็นจะทำหน้าที่นำเอาความร้อนส่วนที่เกินออกไปจากเครื่องยนต์

2.      เพื่อควบคุมอุณหภูมิของตัวเครื่องยนต์ให้อยู่ในระดับที่เหมาะสม หากเครื่องยนต์ร้อน เกินไป ชิ้นส่วนบางชิ้นอาจหลอมละลายได้ และหากเครื่องยนต์เย็นเกินไปคืออุณหภูมิของตัว เครื่องยนต์ต่ำเกินไปก็จะเป็นผลเสียต่อเครื่องยนต์เช่นกัน คือ จะเกิดการสึกหรอมากเนื่องจากระบบหล่อลื่นทำงานได้ไม่เต็มที่ นอกจากนี้การสิ้นเปลืองนํ้ามันเชื้อเพลิงก็จะสูงขึ้นด้วย

ระบบหล่อเย็นของเครื่องยนต์ดีเซลจะแบ่งออกเป็น 2 แบบคือ

5.1   ระบบหล่อเย็นด้วยอากาศ ซึ่งจะให้อากาศไหลผ่านเครื่องยนต์ โดยความร้อนจากเครื่องยนต์จะถ่ายเทให้กับอากาศที่ไหลผ่านโดยตรง

5.2    ระบบหล่อเย็นด้วยของเหลว ซึ่งจะให้ของเหลว (โดยทั่วไปจะใช้น้ำ ) ไหลผ่านช่องต่าง ๆ ที่จัดทำขึ้นในตัวเครื่องยนต์ เพื่อให้ความร้อนจากเครื่องยนต์ถ่ายเทให้กับนํ้า แล้วนํ้าที่ร้อนก็จะไหลผ่านหม้อนํ้าซึ่งความร้อนจากนํ้าจะถูกถ่ายเทให้อากาศอีกทีหนึ่ง หลังจากนั้นนํ้าก็จะไหลกลับเข้าเครื่องยนต์อีก

ในระบบหล่อเย็นด้วยของเหลวหรือนํ้า ประกอบด้วยอุปกรณ์ที่สำคัญ ๆ คือ

ก. หม้อน้ำ (radiator) ซึ่งจะเป็นตัวถ่ายเทความร้อนจากน้ำไปสู่อากาศโดยรอบและจะเป็นถังเก็บนํ้าเพื่อให้นํ้ามีปริมาณเพียงพอที่จะใช้ในการหมุนเวียน

ข.พัดลม (fan) ซึ่งจะทำหน้าที่บังคับให้อากาศไหลผ่านหม้อนํ้าด้วยปริมาณที่เพียงพอ

ค. ปั๊มน้ำ (water pump) ซึ่งจะทำหน้าที่ให้น้ำไหลหมุนเวียนด้วยปริมาณที่เพียงพอ

ง. เทอร์โมสตัต (thermostat) ซึ่งจะทำหน้าที่ควบคุมอุณหภูมิของนํ้าที่ไหลผ่านเครื่องยนต์ ให้อยู่ในช่วงที่เหมาะสม

6.     ระบบและลอุปกรณ์อื่นๆ

นอกจากระบบที่สำคัญ ๆ ตามที่กล่าวมาแล้ว เครื่องยนต์ดีเซลยังอาจประกอบด้วย ระบบควบคุมความเร็ว (governing system) ทำหน้าที่รักษาความเร็วของเครื่องยนต์ให้คงที่หรือควบคุมความเร็วเดินเบาและความเร็วสูงสุด ระบบการหมุนติดเครื่องด้วยมอเตอร์ไฟฟ้า (starting motor system) ทำหน้าที่หมุนเครื่องยนต์ให้เครื่องยนต์ติด และระบบการประจุไฟฟ้า (electricalcharging system) ทำหน้าที่ในการประจุไฟฟ้าให้กับแบตเตอรี่และจ่ายไฟฟ้าให้กับอุปกรณ์ต่าง ๆ