การทำงานของเครื่องยนต์รถยนต์นั้นเป็นอย่างไร

ขุมพลังหรือเครื่องยนต์ถือเป็นหัวใจสำคัญที่ทำให้รถยนต์เคลื่อนที่ได้ด้วยตัวเองโดยไม่ต้องอาศัยสัตว์ลากจูงอย่างในอดีต แม้ในปัจจุบันเครื่องยนต์จะดูเป็นของธรรมดา ไม่น่าตื่นเต้น ด้วยความเคยชินและใกล้ตกยุคเข้าไปทุกที เหมือนเทปคาสเซ็ต แผ่น CD รวมถึงสิ่งอื่น ๆ อีกมากมายซึ่งสิ้นอายุเมื่อมีสิ่งใหม่เข้ามาทดแทนอย่างไฟฟ้าไปตามความถึงพร้อมของเทคโนโลยี

แต่ในฐานะที่ระบบเครื่องยนต์สันดาปภายในเป็นขุมพลังหลักในรถยนต์มานานนับร้อยปีสิ่งนี้ยังคงเป็นความน่าทึ่งอย่างหนึ่งที่มนุษย์ได้สร้างขึ้น มันทำงานอย่างไร เหตุใดถึงเอาชนะขุมพลังรูปแบบอื่นและยืนยงมาได้นับร้อยปี เราลองมาทำความรู้จักกันเป็นครั้งสุดท้ายเสียหน่อยดีไหม เผื่อว่าใครอาจจะยังไม่เคยสนใจมันเลย

วิวัฒนาการของเครื่องยนต์

จากรถเทียมม้าสู่มอเตอร์คาร์หรือ “รถยนต์” ซึ่งเคลื่อนที่ได้ด้วยตัวเองโดยไม่ต้องอาศัยการลากจูง (ทั้งคนและสัตว์) ได้มีความพยายามคิดค้นขุมพลังหลากหลายรูปแบบ ทั้งลม ไอน้ำ ไฟฟ้ามาก่อน แต่ในที่สุดผู้ชนะคือเครื่องยนต์แบบสันดาปภายในที่ใช้เชื้อเพลิงเหลวจากซากฟอสซิล

รถยนต์เครื่องยนต์สันดาปภายนอกเกิดขึ้นก่อนมานานแล้ว ขับเคลื่อนด้วยไอน้ำ

รถไฟฟ้าก็ไม่ใช่ของใหม่ แต่เมื่อ 100 กว่าปีก่อน ไม่สามารถเอาชนะรถเชื้อเพลิงเหลวได้

นับตั้งแต่นั้นมาจนถึงวันนี้เป็นเวลาเกินหนึ่งศตวรรษ เครื่องยนต์สันดาปภายในกลายเป็นขุมพลังหลักสำหรับรถยนต์มาตลอดจนถึงปัจจุบัน เครื่องยนต์สันดาปภายในที่ผ่านวิวัฒนาการมายาวนานและกำลังจะสิ้นยุคในไม่ช้านับจากนี้จึงยังคงสำคัญมากในแง่ของประวัติศาสตร์ยานยนต์

การทำงานของเครื่องยนต์รถยนต์

เครื่องยนต์รถยนต์ในที่นี้หมายถึง เครื่องยนต์แบบสันดาปภายในหรือมีการจุดระเบิดและเผาไหม้เพื่อให้เกิดพลังงานภายในตัวของมันเองเพื่อขับเคลื่อนตัวรถ ซึ่งต้องอาศัยเชื้อเพลิงเหลว (จะเบนซิน ดีเซล อะไรก็ว่าไป) อากาศ ป้อนเข้าสู่เครื่องยนต์และทำให้เกิดการจุดระเบิดในห้องเผ้าไหม้ (กระบอกสูบ) ดันให้ลูกสูบในกระบอกสูบเคลื่อนที่หมุนเพลาข้อเหวี่ยง ผ่านเกียร์ เพื่อไปหมุนล้อให้รถเคลื่อนที่เอง

โครงสร้างของเครื่องยนต์สันดาปภายใน

เป็นเรื่องปกติเมื่อเครื่องยนต์สันดาปภายในถูกใช้ในรถยนต์มายาวนานทะลุร้อยปี ย่อมมีการพัฒนาและมีความหลากหลายแตกย่อยออกไปมากมายหลายรูปแบบ ตามจุดประสงค์ของผู้ค้นคิดเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ต่างกัน แต่เราจะว่ากันเฉพาะแบบที่ได้รับความนิยมแพร่หลาย เข้าใจง่าย พบเห็นได้ทั่วไป

1. ฝาสูบ (Cylinder Head)

ฝาสูบ จะติดตั้งอยู่ด้านบนของเสื้อสูบ เหมือนหลังคาบ้าน ซึ่งมีห้องใต้หลังคาเป็นที่อยู่ของอุปกรณ์จำพวกชุดวาล์ว ซึ่งมีแท่งเพลาลูกเบี้ยว (Cam Shaft) จะกี่แท่งก็ว่าไป คอยกำหนดจังหวะลิ้นปิด-เปิด บนฝาสูบคล้ายฝาขนมครกปล่อยให้อากาศ (ไอดี) ไหลผ่านเข้าไปผสมกับเชื้อเพลิง จุดระเบิดในกระบอกสูบหรือห้องเผาไหม้และคายไอเสียออกมา

2. เสื้อสูบ (Cylinder Block)

เสื้อสูบ คือส่วนที่คล้ายผนังของตัวบ้าน มีภายในเป็นห้องเผาไหม้หรือกระบอกสูบแยกเป็นห้องตามจำนวนสูบของเครื่องยนต์

3. ลูกสูบ (Piston)

ที่อยู่ของลูกสูบจะอยู่ในกระบอกสูบ สามารถเคลื่อนที่ขึ้น-ลงได้ภายในกระบอกสูบ ประหนึ่งข้าวเหนียวในกระบอกข้าวหลาม

4. ก้านสูบ (Piston Rod)

ลูกสูบและก้านสูบ

ทั้งนี้ ลูกสูบแต่ละตัวจะมีแขนหรือ ก้านสูบ (Piston Rod) เกาะอยู่กับแท่งเพลาข้อเหวี่ยง (ที่เขาเรียกว่าช่วงชัก) ซึ่งอยู่ด้านล่าง

5. เพลาข้อเหวี่ยง (Crankshaft)

แท่งเพลาข้อเหวี่ยงของเครื่องยนต์ 4 สูบ 2 สูบ หัวท้ายจะมีจุดยึดต่างกับ 2 สูบ ตรงกลาง

เมื่อมีการจุดระเบิด (โดยหัวเทียน) ในห้องเผาไหม้แต่ละห้อง ลูกสูบจะถูกถีบให้เคลื่อนที่ขึ้นลงเป็นคู่ ๆ ในกระบอกสูบ ก้านสูบที่เชื่อมต่ออยู่ก็จะไปหมุนแท่งเพลาข้อเหวี่ยง (คล้ายถีบจักรยาน) รถยนต์ก็จะสามารถเคลื่อนที่ได้จากตรงนี้ถ้ามีระบบส่งกำลังเข้ามาเกี่ยวข้อง

มองง่าย ๆ เป็นการถีบจักรยาน รถจะเคลื่อนที่ได้ต้องมีโซ่กับเฟือง แต่รถยนต์จะเป็นเฟืองที่ซับซ้อน ตัวตัดต่อกำลัง (Fly Wheel) และเพลา จุดนี้คือเหมือนออกแรงถีบโดยไม่มีโซ่ ถีบให้ตายรถก็ยังไม่วิ่งเพราะไม่มีระบบส่งกำลังไปล้อ

6. อ่างน้ำมันเครื่อง (Oil Sump)

เอาไว้เก็บน้ำมันเครื่อง จะมีหน้าที่เก็บน้ำมันเครื่องเอาไว้ด้านล่างของเครื่องยนต์เพื่อดึงไปใช้หล่อลื่นและระบายความร้อนชิ้นส่วนที่เป็นโลหะดังที่กล่าวมาขณะเครื่องยนต์ทำงาน

7. ประเก็น (Gasket)

ประเก็น เป็นตัวคั่นกลางระหว่างหน้าสัมผัสของโลหะให้แนบสนิท เพื่อป้องกันการรั่วซึมของน้ำมันเครื่อง เช่น ประเก็นฝาสูบ, ประเก็นอ่างน้ำมันเครื่อง ประเก็นนี้มีหลายแบบถึงเวลาหมดอายุก็ต้องเปลี่ยนด้วย

อย่างไรตามการทำงานของเครื่องยนต์ของรถยนต์ มีชิ้นส่วน โครงสร้าง ส่วนประกอบการทำงานซับซ้อนยิบย่อยมากกว่าที่อธิบายมาข้างต้นมาก และจะยิ่งวุ่นวาย ละเอียดอ่อน ยากต่อการทำความเข้าใจหากไม่มีพื้นฐาน เพราะบนโลกใบนี้มีเครื่องยนต์หลากหลายรูปแบบ หลากประเภทเชื้อเพลิง จำนวนกระบอกสูบ แม้แต่วัฏจักรการจุดระเบิด ตลอดจนเทคโนโลยีแต่ละผู้ผลิตยังแตกต่างกันไปเสียอีก ดังนั้น สำหรับคนที่ไม่ใช่ช่าง เอาง่าย ๆ พอเข้าใจคร่าว ๆ เพื่อไว้อาลัยไปแบบนี้แหละ