เครื่องยนต์โรตารี

Posted on : 29-10-2012 | By : Author | In : การทำงานของเครื่องยนต์

เครื่องยนต์แอเดียแบติก

ได้เคยมีผู้ออกแบบเครื่องยนต์ดีเซล โดยที่จะให้ได้เครื่องยนต์ที่มีประสิทธิภาพสูงกว่า ที่มีอยู่ในปัจจุบัน เช่น ใช้เซรามิก (ceramics) แทนโลหะ เครื่องยนต์ประเภทนี้เรียกว่า เครื่องยนต์ แอเดียแบติก (adiabatic engine)

คำว่า “แอเดียแบติก” (adiabatic) หมายถึงปราศจากการสูญเสียความร้อน เนื่องจากในปัจจุบัน พลังงานความร้อนในเครื่องยนต์อย่างน้อย 1 ใน 3 ส่วนสูญเสียไปกับระบบหล่อเย็น ดังนั้นถ้าเครื่องยนต์สามารถทำงานโดยปราศจากการสูญเสียพลังงานความร้อน (ไม่มีระบบหล่อเย็น) ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์จะสูงขึ้นอีกมาก ถ้าเครื่องยนต์แอเดียแบติกได้พัฒนาจนประสบความสำเร็จ ในอนาคตก็จะมีเครื่องยนต์ดีเซลที่มีกำลังสูง

เครื่องยนต์โรตารี

เครื่องยนต์โรตารี (rotary engine) ใช้โรเตอร์แทนลูกสูบ โรเตอร์จะหมุนอยู่ภายในเครื่องยนต์ด้วยการเผาไหม้นํ้ามันเชื้อเพลิง โดยทั่วไปเครื่องยนต์โรตารีมี 2 แบบคือ เครื่องยนต์แก๊สเทอร์ไบน์ (gas turbine) และเครื่องยนต์แวนเคล (wankel)

1. เครื่องยนต์แก๊สเทอร์ไบน์ ประกอบด้วยชิ้นส่วนพื้นฐาน 2 ชิ้น ได้แก่

1. ชุดใบพัดคอมเพรสเซอร์และกังหันขับคอมเพรสเซอร์

2. กังหันกำลัง ดังแสดงในรูปที่ 3.26

เครื่องยนต์

การออกแบบเครื่องยนต์แก๊สเทอร์ไบน์มีได้หลายแบบ และการทำงานของเครื่องยนต์แก๊สเทอร์ไบน์สามารถกล่าวได้พอสังเขปดังนี้

อากาศจากภายนอกไหลเข้าช่องอากาศเนื่องจากแรงดูดของใบพัดคอมเพรสเซอร์ อากาศออกจากคอมเพรสเซอร์ด้วยความดันสูงขึ้นประมาณ 4 เท่า หลังจากนั้นอากาศจะไหลผ่านรีเจเนอเรเตอร์ (regenerator) เพื่อรับความร้อน อากาศร้อนจะไหลเข้าหัวเผาซึ่งบรรจุหัวฉีดและระบบจุดระเบิด นํ้ามันเชื้อเพลิงถูกฉีดอย่างต่อเนื่องจากหัวฉีดและจุดระเบิด นํ้ามันเชื้อเพลิงเผาไหม้ที่ อุณหภูมิสูงถึง 1052°c (1925°F) ก๊าซร้อนที่เกิดจากการเผาไหม้ไหลผ่านกังหันขับคอมเพรสเซอร์ และผ่านกังหันกำลัง ทำให้กังหันทั้งสองหมุนด้วยอัตราเร็วรอบสูง กังหันขับคอมเพรสเซอร์ทำหน้าที่ขับใบพัดคอมเพรสเซอร์ ส่วนกังหันกำลังจะถ่ายทอดกำลังผ่านชุดเฟืองซึ่งต่อไปยังล้อรถยนต์ ในเครื่องยนต์แก๊สเทอร์ไบน์บางชนิด กังหันกำลังอาจหมุนรอบจัดถึง 70,000 rpm หรือมากกว่า ดังนั้น จึงต้องมีชุดเฟืองทดรอบ

ในขณะที่ก๊าซร้อนออกจากกังหันกำลัง ก๊าซจะผ่านส่วนหลังของรีเจเนอเรเตอร์ซึ่งจะดึงความร้อนที่เหลือออกจากก๊าช แล้วจึงออกสู่ท่อไอเสีย แกนรีเจเนอเรเตอร์จะหมุนเพื่อให้ความร้อนที่ได้รับจากก๊าชไอเสียถ่ายเทให้กับอากาศที่ถูกส่งออกจากคอมเพรสเซอร์ สิ่งนี้จะช่วยประหยัดนํ้ามันเชื้อเพลิงและลดอุณหภูมิของก๊าซไอเสีย

เครื่องยนต์แก๊สเทอร์ไบน์ประสบความสำเร็จในการใช้งานในเครื่องบินเฮลิคอปเตอร์ และโรงจักรไฟฟ้า ซึ่งเป็นการใช้งานที่อัตราเร็วรอบคงที่เป็นส่วนใหญ่ เครื่องยนต์แก๊สเทอร์ไบน์ ไม่เหมาะสมกับการใช้ในรถยนต์เพราะว่าการตอบสนองต่อการเร่งเครื่องยนต์ไม่ดี และกังหันซึ่งอยู่ภายใต้อุณหภูมิสูงและอัตราเร็วสูงต้องทำจากวัสดุที่มีราคาแพง ดังนั้นจึงทำให้เครื่องยนต์แก๊สเทอร์ไบน์มีราคาแพงกว่าเครื่องยนต์แบบลูกสูบมาก

2. เครื่องยนต์แวนเคล มีโรเตอร์คล้ายรูปสามเหลี่ยมซึ่งหมุนอยู่ภายในเสื้อรูปไข่ เครื่องยนต์แวนเคลอาจเรียกว่า เครื่องยนต์เผาไหม้โรตารี (rotary combustion engine หรือ RC engine) หรือเรียกสั้น ๆ ว่า เครื่องยนต์โรตารี ทั้งนี้เพราะว่าส่วนหนึ่งของห้องเผาไหม้อยู่บน โรเตอร์ ดังแสดงในรูปที่ 3.27 โรเตอร์มีซีล (seal) ซึ่งสัมผัสกับเสื้อรูปไข่ ซีลทำหน้าที่คล้ายกับแหวนลูกสูบของเครื่องยนต์แบบลูกสูบ โรเตอร์แต่ละอันจะสวมอยู่บนเพลาข้อเหวี่ยงโดยเฟืองฟันนอก และเฟืองฟันใน

เครื่องยนต์

เครื่องยนต์แวนเคลทำงาน 4 จังหวะคือ จังหวะดูด จังหวะอัด จังหวะกำลัง และจังหวะคาย จังหวะเหล่านี้เกิดขึ้นพร้อม ๆ กันโดยรอบโรเตอร์แต่ละอันในขณะที่เครื่องยนต์หมุน ดังรูปที่ 3.28 จะแสดงการทำงานของเครื่องยนต์แวนเคล ซึ่งปลาย A, B และ C ของโรเตอร์มีซีลซึ่งแนบสนิทกับเสื้อโรเตอร์มีร่องอยู่บนหน้าทั้งสามซึ่งการเผาไหม้เกิดขึ้นในร่องนี้ ดังนั้นจึงเรียกร่องนี้ว่า ห้องเผาไหม้ (combustion chamber)

จากรูปที่ 3.28 ในขณะที่ปลาย A ของโรเตอร์เคลื่อนที่ผ่านช่องไอดี (ดูรูปที่ 3.28 (ก)) ไอดีเริ่มไหลเข้าดังแสดงด้วยหมายเลข 1 เมื่อโรเตอร์หมุนต่อไป (ดูรูปที่ 3.28 (ข)) ช่องว่างระหว่างปลาย A และ C เพิ่มขึ้นดังแสดงที่หมายเลข 2 การเคลื่อนที่นี้ทำให้เกิดสุญญากาศ ซึ่งไอดีจะถูกดูดเข้าช่องว่างหมายเลข 2 เหตุการณ์นี้สามารถเปรียบเทียบได้กับจังหวะดูดของเครื่องยนต์แบบลูกสูบ

ในรูปที่ 3.28 (ค) ไอดียังคงไหลเข้าในขณะที่ช่องว่างระหว่างปลาย A และ C ขยายใหญ่ขึ้นเป็นหมายเลข 3 จากนั้นปลาย C เริ่มเคลื่อนที่ผ่านช่องไอดีดังแสดงในรูปที่ 3.28 (ง) เมื่อ C เคลื่อนที่ต่อไปอีกเล็กน้อย ไอดีจะถูกกักอยู่ระหว่างปลาย A และ C ในหมายเลข 4

จากนั้นเราก็มาดูสิ่งที่เกิดขึ้นกับไอดี โดยย้อนกลับไปที่รูป 3.28 (ก) ไอดีจะถูกกักอยู่ระหว่างปลาย A และ B ที่หมายเลข 5 ไอดีจะถูกอัดจนมีขนาดเล็กลงเป็นหมายเลข 6 และ หมายเลข 7 ดังรูปที่ 3.28 (ข) และ (ค) ตามลำดับ เหตุการณ์นี้เปรียบเทียบได้กับจังหวะอัดของเครื่องยนต์แบบลูกสูบ

หัวเทียนเกิดประกายไฟเริ่มจุดระเบิดเผาไหม้ไอดีในช่องหมายเลข 7 แรงที่เกิดขึ้นจากการเผาไหม้ จะดันให้โรเตอร์เคลื่อนที่หมุนไปโดยรอบดังรูปที่ 3.28 (ง) เหตุการณ์นี้เปรียบเทียบได้กับจังหวะกำลังของเครื่องยนต์แบบลูกลูบ

ก๊าชร้อนที่เกิดจากการเผาไหม้จะดันให้โรเตอร์หมุนต่อไปจากหมายเลข 8 เป็นหมายเลข 9 และเป็นหมายเลข 10 ดังรูปที่ 3.28 (ง) (ก) และ (ข) ตามลำดับ ช่องว่างระหว่าง B และ C จะลดลงเรื่อย ๆ ในขณะที่โรเตอร์หมุน ไอเสียจะถูกขับออกไปเป็นหมายเลข 11 และหมายเลข 12 ดังรูป (ค) และ (ง) ซึ่งสามารถเปรียบเทียบได้กับจังหวะคายของเครื่องยนต์แบบลูกสูบ

เนื่องจากโรเตอร์มีหน้า 3 หน้าและมุม 3 มุม ดังนั้นจังหวะดูด จังหวะอัด จังหวะกำลัง และจังหวะคาย เกิดขึ้นในเวลาเดียวกัน เครื่องยนต์ถ่ายทอดกำลังเกือบต่อเนื่องในเครื่องยนต์ แวนเคลที่มีโรเตอร์หนึ่งอัน สามารถเปรียบเทียบได้กับเครื่องยนต์แบบลูกสูบชนิด 3 สูบ แต่ถ้ามีโรเตอร์ 2 อันสามารถเปรียบเทียบได้กับเครื่องยนต์ 6 สูบ

บทความอื่น ๆ ที่น่าสนใจ:

Share this :

  • Stumble upon
  • twitter

Comments are closed.