โครงสร้างเครื่องยนต์:เสื้อสูบ

Posted on : 30-10-2012 | By : Author | In : การทำงานของเครื่องยนต์

เครื่องยนต์แก๊สโซลีนและดีเซลมีลักษณะโครงสร้างคล้าย ๆ กันคือ มีเสื้อสูบ ฝาสูบ เพลาข้อเหวี่ยง และแบริ่ง นอกจากนี้เครื่องยนต์ทั้ง 2 ชนิดยังมีลูกสูบ ก้านสูบ และกลไกวาล์ว ซึ่งจะได้กล่าวต่อไป

เสื้อสูบ (cylinder block) ของเครื่องยนต์ ซึ่งหล่อเย็นด้วยนํ้าเป็นโครงฐานของเครื่องยนต์ รูปที่ 4.1 จะแสดงเสื้อสูบสำหรับเครื่องยนต์ 3 สูบ สำหรับชิ้นส่วนอื่น ๆ ของเครื่องยนต์จะนำมาประกอบเข้ากับหรือยึดกับเสื้อสูบ

เสื้อสูบ

เสื้อสูบมักหล่อเป็นชิ้นเดียวกันด้วยเหล็กหล่อหรือเหล็กหล่อผสม ซึ่งผสมกับโลหะอื่น ๆ เช่น นิกเกิล โครเมียม โมลิบดีนัม หรือดีบุก เสื้อสูบบางอันหล่อจากอะลูมิเนียมผสม

ในการหล่อเสื้อสูบจะใช้แม่พิมพ์ ซึ่งมีโพรงภายในสำหรับเติมโลหะเหลวเข้าไปเพื่อหล่อออกมาเป็นเสื้อสูบ ในรูปที่ 4.2 จะแสดงครึ่งล่างของแม่พิมพ์สำหรับเสื้อสูบของเครื่องยนต์ 6 สูบ 2 ชุดพร้อมแกน (cores) ซึ่งจะเป็นส่วนของโพรงนํ้าและเรือนเครื่องยนต์

แกนโพรงน้ำ

เมื่อนำครึ่งบนของแม่พิมพ์เข้าประกบกับครึ่งล่าง แล้วเทโลหะเหลวลงไปในแม่พิมพ์ โลหะเหลวจะไหลเข้าไปแทรกในช่องว่างภายในแม่พิมพ์ หลังจากโลหะเหลวแข็งตัวแล้ว แม่พิมพ์จะถูกเปิดออกแล้วนำโครงเสื้อสูบออกจากแม่พิมพ์ แกนของแม่พิมพ์ซึ่งมักทำด้วยทรายจะแตกตัวออกเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อยและไหลออกทางรูระบายเศษแกน และเมื่อเศษแกนถูกระบายออกจนหมด แล้วจะอุดรูด้วยปลั๊ก ดังแสดงในรูปที่ 4.3

เครื่องยนต์

1. การแต่งเสื้อสูบ หลังจากนำเสื้อสูบออกจากแม่พิมพ์และทำความสะอาดแกนจนหมดแล้ว จะนำเสื้อสูบไปตกแต่งด้วยเครื่องจักร ซึ่งได้แก่ การคว้าน การเจาะ การทำเกลียวในรู และการปรับผิวเรียบ ทั้งหมดนี้สามารถสรุปเป็นหัวข้อต่าง ๆ ได้คือ

1. การเจาะรูและทำเกลียวสำหรับการยึดของชิ้นส่วนต่าง ๆ

2. คว้านกระบอกสูบ

3. เจาะรูสำหรับแบริ่งของเพลาลูกเบี้ยว (ในกรณีที่เพลาลูกเบี้ยวอยู่ในเสื้อสูบ)

4. ปรับผิวหน้าบางส่วนให้เรียบ ซึ่งผิวหน้านี้จะมีชิ้นส่วนอื่นมายึดต่อ

5. เจาะรูน้ำมันหล่อลื่น

6. เจาะรูสำหรับลูกกระทุ้ง (ในกรณีที่เพลาลูกเบี้ยวอยู่ในเสื้อสูบ)

7. คว้านรูสำหรับแบริ่งเพลาข้อเหวี่ยง

2. ชิ้นส่วนที่ยึดกับเสื้อสูบแบบกระบอกสูบเรียง ชิ้นส่วนหลายชิ้นยึดติดกับเสื้อสูบ ดังแสดงในรูปที่ 4.4 เพลาข้อเหวี่ยงยึดอยู่บนส่วนล่างของเสื้อสูบด้วยแบริ่งและฝาประกับแบริ่ง ปลายด้านหน้าของเพลาข้อเหวี่ยงมีล้อเฟืองและพูลเลย์ (pulley) ยึดติดอยู่

ล้อเฟืองบนเพลาข้อเหวี่ยงต่อกับล้อเฟืองบนเพลาลูกเบี้ยวด้วยโซ่ไทมิ่งซึ่งทำหน้าที่ขับเพลาลูกเบี้ยว โซ่ไทมิ่งและตัวกดโซ่ (ถ้าใช้) มีฝาครอบป้องกันความเสียหาย ปลายด้านหลังของเพลาข้อเหวี่ยงมีล้อช่วยแรงซึ่งถ่ายทอดกำลังต่อไปยังแผ่นคลัตช์ แต่ถ้าเป็นเกียร์อัตโนมัติจะมี แผ่นขับยึดบนเพลาข้อเหวี่ยงแทนการใช้ล้อช่วยแรง

ปั๊มนํ้ามันหล่อลื่นยึดติดกับเสื้อสูบด้วยสลักเกลียว รอบอ่างนํ้ามันหล่อลื่นมีปะเก็นและซีลเพื่อป้องกันการรั่วไหลของนํ้ามันหล่อลื่น ดังนั้นส่วนล่างของเสื้อสูบจะถูกครอบด้วยอ่างนํ้ามัน หล่อลื่นและยึดด้วยหมุดเกลียว ดังแสดงในรูปที่ 4.5

ถ้าเครื่องยนต์เป็นแบบก้านกระทุ้ง เพลาลูกเบี้ยวจะติดตั้งในเสื้อสูบ (ดูรูปที่ 4.4) ดังนั้น จะมีรูสำหรับแบริ่งเพลาลูกเบี้ยว

หลังจากได้ประกอบลูกสูบและก้านสูบเข้าด้วยกันในเสื้อสูบแล้ว นำฝาสูบประกบเข้าบนเสื้อสูบ ระหว่างฝาสูบและเสื้อสูบจะมีปะเก็นสอดอยู่ตรงกลางเพื่อป้องกันการรั่วไหลของความดันในกระบอกสูบและนํ้าหล่อเย็นดังแสดงในรูปที่ 4.6

สำหรับตัวเลขที่แสดงในรูปที่ 4.6 นั้นหมายถึงลำดับการขันสลักเกลียวบนฝาสูบคือ ให้เริ่มขันตั้งแต่หมายเลข 1, 2, 3 และต่อไปตามลำดับ

3. ชิ้นส่วนที่ยึดกับเสื้อสูบแบบกระบอกสูบวี รูปที่ 4.7 จะแสดงชิ้นส่วนต่าง ๆ ที่ยึดติดกับเสื้อสูบแบบกระบอกสูบวี เครื่องยนต์ดังกล่าวเป็นแบบก้านกระทุ้งซึ่งมีเพลาลูกเบี้ยว อยู่ในเสื้อสูบ เครื่องยนต์มีฝาสูบ 2 อัน แต่ละอันอยู่บนแต่ละข้างของแถวกระบอกสูบ ช่องไอดีในฝาสูบอยู่ทางด้านใน ดังนั้นจึงสามารถรับไอดีได้โดยตรงจากท่อร่วมไอดี ซึ่งติดตั้งอยู่ระหว่างฝาสูบทั้งสองตรงกลางรูปตัววี (V)

4. เสื้อสูบอะลูมิเนีอม เครื่องยนต์บางเครื่องมีเสื้อสูบซึ่งทำจากอะลูมิเนียมผสม valluminium alloy) อะลูมิเนียมเป็นโลหะเบา มีนํ้าหนักเพียงหนึ่งในสามของเหล็กหล่อและสามารถนำความร้อนได้ดีกว่าเหล็กหล่อ เหตุผลดังกล่าวทั้งสองจึงทำให้อะลูมิเนียมถูกนำมาใช้ทำเสื้อสูบ อย่างไรก็ตามอะลูมิเนียมเป็นโลหะอ่อนเกินไปที่จะใช้เป็นผนังกระบอกสูบ ดังนั้นเสื้อสูบอะลูมิเนียม จึงใช้ปลอกสูบเหล็กหล่อ หรือหล่อจากอะลูมิเนียมผสมซึ่งมีอนุภาคซิลิกอนผสมอยู่ ปลอกสูบ (cylinder liner) เป็นปลอกซึ่งอาจหล่อเข้ากับเสื้อสูบหรือติดตั้งเข้าไปภายหลัง

ในกรณีของปลอกสูบซึ่งหล่อเข้ากับเสื้อสูบนั้น จะต้องติดตั้งปลอกสูบเข้าไปในแม่พิมพ์ ก่อนการหล่อ หลังจากเทอะลูมิเนียมเหลวลงในแม่พิมพ์ ปลอกสูบจะยึดแน่นเป็นส่วนหนึ่งของเสื้อสูบ

สำหรับปลอกสูบแบบที่ติดตั้งภายหลังมี 2 แบบคือ แบบแห้งและแบบเปียก ปลอกสูบแบบแห้งจะถูกอัดเข้าไปในเสื้อสูบและสัมผัสกับกระบอกสูบตลอดแนวความยาว สำหรับปลอกสูบแบบเปียกนั้นจะสัมผัสกับเสื้อสูบเฉพาะส่วนบนและส่วนล่างเท่านั้น ส่วนที่เหลือของปลอกสูบ สัมผัสกับนํ้าหล่อเย็นโดยตรง ปลอกสูบแบบเปียกถ้าสึกหรอหรือเสียหายสามารถถอดเปลี่ยนได้ ปลอกสูบแบบเปียกใช้กันอย่างกว้างขวางในเครื่องยนต์ดีเซลของรถบรรทุก เครื่องยนต์ดีเซลที่ใช้ ปลอกสูบแบบเปียกแสดงดังรูปที่ 4.8

5. เสื้อสูบอะลูมิเนียมแบบไร้ปลอกสูบ จะใช้ในเครื่องยนต์ของเมอร์ซีเดสเบนซ์ (Mercedes-Benz) พอร์ช (Porsche) และอื่นๆ เสื้อสูบแบบนี้ทำจากอะลูมิเนียมผสม ซึ่งผสมด้วยอนุภาคซิลิกอนที่มีความแข็งมาก หลังจากหล่อเสื้อสูบแล้ว กระบอกสูบจะถูกขัดจนเรียบ แล้วใช้ สารเคมีกัดผิวอะลูมิเนียมออกเล็กน้อย ดังนั้นจะมีผิวซิลิกอนเท่านั้นที่ยื่นออกมาสัมผัสกับแหวนลูกสูบและลูกสูบ การสึกหรอของกระบอกสูบจึงเกิดขึ้นน้อยมาก ดังแสดงในรูปที่ 4.9

เครื่องยนต์บางเครื่องใช้ลูกสูบซึ่งทำจากอะลูมิเนียมผสมที่ผสมด้วยอนุภาคซิลิกอน ดูรายละเอียดในหัวข้อที่ 5.12

6. โครงสร้างของเครื่องยนต์หล่อเย็นด้วยอากาศ ในเครื่องยนต์หล่อเย็นด้วยอากาศ กระบอกสูบจะแยกจากกันและมีครีบโดยรอบ ครีบทำหน้าที่ระบายความร้อนออกจากกระบอกสูบ กระบอกสูบสามารถถอดออกจากเรือนเครื่องยนต์ได้ ในการประกอบเครื่องยนต์ จะนำกระบอกสูบติดตั้งเข้ากับเรือนเครื่องยนต์ และฝาสูบติดตั้งเข้ากับส่วนบนของกระบอกสูบ ดังแสดงในรูปที่ 4.10

7. อ่างน้ำมันหล่อลื่น จากรูปที่ 4.5 จะแสดงอ่างนํ้ามันหล่อลื่นยึดติดกับส่วนล่างของเสื้อสูบ โดยทำหน้าที่ป้องกันความเสียหายที่จะเกิดขึ้นกับเพลาข้อเหวี่ยงและชิ้นส่วนอื่น ๆ นอกจากนี้ อ่างนํ้ามันหล่อลื่นยังทำหน้าที่รองรับนํ้ามันหล่อลื่น ซึ่งอาจมีปริมาตรอยู่ระหว่าง 3.5 ถืง 8.5 ลิตร โดยขึ้นอยู่กับขนาดและการออกแบบเครื่องยนต์ ปะเก็นและซีลจะติดตั้งระหว่างอ่างนํ้ามันหล่อลื่น และเสื้อสูบเพื่อป้องกันไม่ให้น้ำมันหล่อลื่นรั่วไหล

8. ปะเก็น เป็นชั้นของวัตถุอ่อน เช่น กระดาษ ไม้ก๊อก ยาง หรือทองแดง ซึ่งปะเก็นจะสอดอยู่ระหว่างผิวหน้าเรียบเพื่อให้การซีลแน่นขึ้น เมื่อปะเก็นถูกอัดแน่นระหว่างผิวหน้าทั้งสอง  เนื้อปะเก็นจะแทรกตัวเข้าไปตามผิวหน้าซึ่งไม่เรียบหรือเป็นหลุมเป็นบ่อ สิ่งนี้จะช่วยป้องกันการ รั่วไหลของก๊าช ของเหลว สุญญากาศ หรือความดัน บางครั้งอาจใช้ปะเก็นเป็นแผ่นรองเพื่อเพิ่มเนื้อที่

เครื่องยนต์จะใช้ปะเก็นหลายชนิดในบริเวณต่าง ๆ กัน เช่น ปะเก็นฝาสูบ ปะเก็นอ่างนํ้ามัน ปะเก็นปั๊มน้ำ และปะเก็นท่อร่วมไอดีและไอเสีย ดังแสดงในรูปที่ 4.11

9. ปะเก็นน้ำยา ปัจจุบันนี้ได้มีการนำปะเก็นนํ้ายามาใช้กันมาก โดยใช้แทนปะเก็น แผ่นของไม้ก๊อก ยาง หรือกระดาษ ปะเก็นนํ้ายาสามารถใช้ได้ดีบนฝาครอบวาล์ว เสื้อเทอร์โมสตัด ปั๊มนํ้า ฝาครอบเพลา และส่วนอื่น ๆ ปะเก็นนํ้ายาเป็นวัตถุคล้ายพลาสติกเหลว โดยใส่ปะเก็น นํ้ายาตรงบริเวณที่ต้องการปะเก็น โดยช่างเครื่องยนต์จะบีบปะเก็นนํ้ายายางซิลิโคน RTV ออกจากหลอดและใส่ตรงบริเวณที่ต้องการ ดังแสดงในรูปที่ 4.12

ปะเก็นนํ้ายามี 2 ชนิด ได้แก่ แอโรบิก (aerobic) และแอนแอโรบิก (anaerobic) ปะเก็นนํ้ายาแบบแอโรบิกสามารถแห้งได้เองในบรรยากาศ จึงนิยมเรียกว่า self curing หรือ room-temperature-vulcanizing (RTV) ส่วนปะเก็นนํ้ายาแบบแอนแอโรบิกนั้นจะแข็งตัวได้ก็ต่อเมื่ออยู่ภายใต้ความดันและปราศจากอากาศเท่านั้น ดังนั้นปะเก็นนํ้ายาทั้ง 2 ชนิดจึงแตกต่างกัน จะนำมาใช้แทนกันไม่ได้ ซึ่งสามารถอธิบายรายละเอียดของปะเก็นทั้งสองได้ดังนี้

(1) ปะเก็นน้ำยาแอโรบิกหรือปะเก็นนํ้ายายางซิลิโคน RTV จากรูปที่ 4.12 แสดง ช่างเครื่องยนต์บีบนํ้ายายางซิลิโคน RTV ลงบนผิวหน้าที่ต้องการปะเก็น นํ้ายาจะเริ่มแห้งเป็นชั้นภายใน 15 นาทีหลังจากสัมผัสกับอากาศ และจะแห้งจนสัมผัสได้ภายใน 1 ชั่วโมง และจะแห้งสนิท เข้าที่ภายใน 24 ชั่วโมง

ปะเก็นนํ้ายา RTV มักใช้กับผิวหน้าที่หยุ่นตัวได้หรือมีการสั่นสะเทือนเล็กน้อย เช่น ฝาครอบวาล์ว ปะเก็นนํ้ายา RTV สามารถใช้ร่วมกับปะเก็นก็ได้ โดยทานํ้ายาดังกล่าวลงบนผิวหน้าทั้งสองของปะเก็นแผ่นแล้วประกบเข้าที่ทันที ถ้าไม่ใช้ปะเก็นแผ่นให้ทานํ้ายาบนผิวหน้าข้างหนึ่งแล้วรอสักครู่เพื่อให้แห้งเป็นชั้นปะเก็น แล้วจึงประกบเข้าด้วยกัน น้ำยาที่บีบลงบนผิวหน้า ควรมีลักษณะแบบราบ จึงจะช่วยให้การซีลดีขึ้น ปะเก็นนํ้ายา RTV ไม่สามารถใช้ได้กับบริเวณที่มีอุณหภูมิหรือความดันสูง เช่น ปะเก็นฝาสูบ

(2) ปะเก็นน้ำยาแอนแอโรบิก สามารถแห้งและแข็งตัวได้ก็ต่อเมื่ออยู่ภายใต้ความดันและปราศจากอากาศ ดังนั้นปะเก็นจะแข็งตัวก็ต่อเมื่อถูกอัดแน่นระหว่างผิวหน้าทั้งสอง ถ้าปล่อยทิ้งไว้เฉย ๆ ในอากาศโดยไม่มีฝาครอบก็จะไม่แข็งตัว

ปะเก็นนํ้ายาแอนแอโรบิกอาจใช้เป็นกาวเชื่อมต่อผิวหน้าที่อัดติดกัน และไม่ควรใช้บนชิ้นส่วนที่มีการขยับตัวได้

รูปที่ 4.13 จะแสดงการทาปะเก็นนํ้ายาแอนแอโรบิกบนผิวด้านนอกของบูช เมื่อสวมบูชเข้าที่ นํ้ายาจะบรรจุเต็มในช่องว่างระหว่างรูกับบูช นํ้ายาจะแห้งและยึดบูชติดแน่นกับรูปะเก็น นํ้ายาแอนแอโรบิกมักใช้กับอุปกรณ์ประเภทสลักเกลียว แป้นเกลียว และหมุดเกลียว

การคลายหมุดเกลียวที่ใช้ปะเก็นนํ้ายาแอนแอโรบิก จะต้องทำให้นํ้ายาอ่อนตัวก่อน โดยให้ความร้อนแก่หมุดเกลียวโดยรอบด้วยหัวแร้งไฟฟ้า อย่าใช้เปลวไฟเผา บางครั้งใช้วิธีหยอดนํ้ายาใหม่ลงไปที่นํ้ายาเก่า ก็จะทำให้นํ้ายาเก่าอ่อนตัวได้

บทความอื่น ๆ ที่น่าสนใจ:

Share this :

  • Stumble upon
  • twitter

Comments are closed.