มาทำความรู้จักความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับ เครื่องยนต์ดีเซล แบบละเอียด
เครื่องยนต์ดีเซล เป็นประเภทหนึ่งของเครื่องยนต์สันดาป ที่ใช้น้ำมันดีเซลเพื่อทำให้อากาศและเชื้อเพลิงภายในกระบอกสูบของเครื่องยนต์นั้นติดไฟ เครื่องยนต์นั้นจะมีกระบอกสูบหลายชุดที่มีส่วนผสมของเชื้อเพลิงและอากาศ เมื่อถูกจุดให้เผาไหม้ก็จะทำให้เกิดการระเบิดขึ้น การระเบิดนี้จะดันลูกสูบลง และส่งกำลังให้เพลิงและสร้างพลังงานกลนั่นเอง
วันนี้เราจะพาคุณไปรู้จักกับเครื่องยนต์ดีเซลกันมากขึ้น ไม่ว่าจะเป็นประวัติของมัน หลักการทำงาน ข้อดีข้อเสีย รวมไปถึงประโยชน์การใช้งานต่างๆ
ประวัติของเครื่องยนต์ดีเซล
เครื่องยนต์ดีเซลนั้นถูกคิดค้นโดย Rudolf Diesel วิศวกรชาวเยอรมันในช่วงปี 1800 ในช่วงเวลานั้นเครื่องยนต์ไอน้ำเป็นพลังงานรูปแบบหนึ่งที่ใช้กันมากที่สุดทั้งรถไฟและเรือ แต่นาย Diesel ก็มองเห็นว่าการใช้เครื่องยนต์ไอน้ำนั้นมีข้อเสีย และเขาเชื่อว่ามีตัวเลือกที่มีประสิทธิภาพมากกว่า จึงได้ออกแบบเครื่องยนต์ที่ใช้ความร้อนในการอัดอากาศและสร้างระเบิดเพื่อสร้างพลังงานแทนที่จะอาศัยแรงดันไอน้ำ
เครื่องยนต์ดีเซลต้นแบบเครื่องแรกถูกสร้างขึ้นในปี 1893 และถูกนำไปสาธิตในงาน Paris Exposition ในช่วงปี 1895 แม้ว่าในตอนแรกจะไม่ประสบความสำเร็จเท่าไหร่นักเนื่องจากข้อเสียหลายๆ อย่าง แต่ก็ถูกพัฒนาขึ้นเรื่อยๆ จนในช่วงปี 1930 เครื่องยนต์ดีเซลก็กลายเป็นรูปแบบของพลังงานที่ใช้การแพร่หลายมากที่สุด
หลักการทำงานและวิธีการทำงานของเครื่องยนต์ดีเซล
- ภายในกระบอกสูบจะเต็มไปด้วยอากาศและเชื้อเพลิง
- ลูกสูบจะอัดส่วนผสมของเชื้อเพลิงหมายถึงกระบอกสูบเพื่อเพิ่มอุณหภูมิและความดัน
- เมื่อลูกสูบถึงจุดสูงสุดของระยะชัก ระบบฉีดเชื้อเพลิงก็จะฉีดละอองน้ำมันดีเซลเข้าไปในกระบอกสูบ ทำให้เชื้อเพลิงทั้งหมดติดไฟและเผาไหม้ จากนั้นก็จะเกิดการระเบิดขึ้นมา กลายเป็นพลังงานกล
- ควันไอเสียที่เผาไหม้ก็จะถูกขับออกจากกระบอกสูบผ่านทางวาล์วไอเสีย
ข้อดีและจุดเด่นของเครื่องยนต์ดีเซลเมื่อเทียบกับเครื่องยนต์ประเภทอื่น
- มีประสิทธิภาพในการใช้เชื้อเพลิงมากกว่า : โดยทั่วไปแล้วเครื่องยนต์ดีเซลนั้นจะประหยัดเชื้อเพลิงมากกว่าเครื่องยนต์เบนซิน โดยเฉพาะในระหว่างการทำงานอย่างเต็มที่ เนื่องจากอัตรากำลังสูบของเครื่องดีเซลที่มากกว่า ทำให้เครื่องยนต์สามารถดึงพลังงานจากเชื้อเพลิงได้มากกว่า
- มีความทนทานที่มากกว่า : เครื่องยนต์ดีเซลนั้นขึ้นชื่อในเรื่องของความทนทานและอายุการใช้งานที่ยาวนานกว่าเครื่องยนต์ทั่วๆ ไป โดยปกติแล้วจะสามารถวิ่งได้ตั้งแต่ 100,000 – 200,000 กิโลเมตรก่อนที่จะต้องมีการซ่อมแซม และใช้งานต่อไปได้
- แรงบิดที่มากกว่า : เครื่องยนต์ดีเซลนั้นสามารถสร้างแรงบิดได้จำนวนมากเมื่อเทียบกับเชื้อเพลิงที่ใช้ จึงเหมาะสำหรับเป็นแรงขับเคลื่อนล้อของยานพาหนะหนักๆ เช่น รถบรรทุก รถโดยสาร
ข้อควรพิจารณาและข้อเสียของเครื่องยนต์ดีเซล
- ค่าใช้จ่ายที่สูงกว่า : แม้ว่าเครื่องยนต์ดีเซลจะประหยัดพลังงานกว่า แต่น้ำมันก็มีราคาที่แพงกว่าเบนซิน ซึ่งทำให้เพิ่มต้นทุนในการใช้งานยานพาหนะอย่างเห็นได้ชัด
- สร้างมลพิษ : เครื่องยนต์ดีเซลนั้นผลิตแก๊สไนโตรเจนออกไซด์และฝุ่นละอองมากกว่าเครื่องยนต์เบนซินมาก โดยการปล่อยมลพิษเหล่านี้สามารถก่อให้เกิดผลร้ายต่อสภาพแวดล้อม และส่งผลเสียต่อสุขภาพอย่างมาก อย่างไรก็ตามในปัจจุบันนี้เครื่องยนต์ดีเซลก็มีการพัฒนาให้ควบคุมการปล่อยมลพิษได้ดีมากยิ่งขึ้น
- เสียงรบกวนที่ดังกว่า : เครื่องยนต์ดีเซลนั้นมีเสียงที่ดังกว่าเครื่องยนต์เบนซินอย่างมากโดยเฉพาะเมื่อเครื่องเย็น ซึ่งเป็นปัญหาต่อการใช้งานอย่างเห็นได้ชัดโดยเฉพาะกับรถยนต์
ประโยชน์และการใช้งานของเครื่องยนต์ดีเซล
เครื่องยนต์ดีเซลนั้นถูกนำมาใช้งานอย่างแพร่หลาย ด้วยข้อดีมากมายของมันจึงทำให้ได้รับความนิยมอย่างมากไม่ว่าจะเป็น
- การขนส่ง รถบรรทุกขนาดใหญ่ รถโดยสาร รถไฟ รวมไปถึงรถยนต์ส่วนบุคคลบางประเภท เนื่องจากมีประสิทธิภาพในการใช้เชื้อเพลิงที่ดี และมีความสามารถในการสร้างแรงบิดระดับสูง
- อุปกรณ์ก่อสร้าง รถตักดิน รถขุด รถเครน
- การผลิตกระแสไฟฟ้า เครื่องยนต์ดีเซลนั้นถูกนำมาใช้เพื่อการผลิตกระแสไฟฟ้าในหลายส่วนของโลก เนื่องจากใช้งานและบำรุงรักษาง่าย
สรุปแล้ว เครื่องยนต์ดีเซลนั้นมีประโยชน์ต่อการพัฒนาของโครงสร้างพื้นฐานอย่างมาก ซึ่งมันก็ถูกพัฒนาให้มีประสิทธิภาพมากขึ้นเรื่อยๆ ทั้งในเรื่องของการใช้พลังงานและมลพิษต่อสิ่งแวดล้อม
เครื่องยนต์ดีเซลเมื่อเทียบกับเครื่องยนต์เบนซิน
เครื่องยนต์ดีเซลมีประสิทธิภาพมากกว่าเครื่องยนต์เบนซินด้วยเหตุผลสองประการ
- แรงดันกระบอกสูบ ที่สูงขึ้น และอุณหภูมิที่สูงขึ้นซึ่งสอดคล้องกันทำให้ประสิทธิภาพการระบายความร้อนดีขึ้นสำหรับเครื่องยนต์ดีเซล
- การควบคุมปริมาณอากาศที่จำเป็นในการควบคุมกำลังเครื่องยนต์เบนซินจะลดประสิทธิภาพของเครื่องยนต์และไม่ได้ใช้กับเครื่องยนต์ดีเซล
คนขับรถบรรทุกและเกษตรกรตระหนักดีถึงต้นทุนเชื้อเพลิงที่ลดลงซึ่งเกี่ยวข้องกับการใช้เครื่องยนต์ดีเซลเมื่อเทียบกับเครื่องยนต์เบนซิน รถบรรทุกและรถแทรกเตอร์มีอัตราทดเกียร์ที่หลากหลายเพื่อให้เครื่องยนต์ดีเซลทำงานที่ RPM (รอบต่อนาที) เกือบเหมาะสมที่สุดเมื่อโหลดเปลี่ยนแปลง
การประยุกต์ใช้ในการผลิตกระแสไฟฟ้าของ เครื่องยนต์ดีเซล
- เครื่องยนต์ดีเซลเป็นหนึ่งในเครื่องยนต์ลูกสูบที่พบมากที่สุดสำหรับใช้ในการผลิตกระแสไฟฟ้า
- เครื่องยนต์ดีเซลความเร็วสูงมักใช้เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าฉุกเฉินและสำรองเพื่อจ่ายพลังงานในช่วงที่ไฟฟ้าดับ
- ความสามารถของเครื่องยนต์ดีเซลในการสตาร์ทอย่างรวดเร็ว ซึ่งมักใช้เวลาน้อยกว่า 10 วินาที ทำให้เครื่องยนต์มีความน่าสนใจเป็นพิเศษในแง่นี้
- ในกรณีที่ต้องมีการตัดเข้าที่เร็วขึ้น เครื่องยนต์ดีเซลสามารถใช้ร่วมกับระบบกักเก็บพลังงาน ที่ออกฤทธิ์เร็ว เช่น ซุปเปอร์ คาปาซิเตอร์ หรือฟลายวีล
- เครื่องยนต์ดีเซลความเร็วสูงที่คล้ายคลึงกันยังใช้เพื่อจ่ายพลังงานให้กับชุมชนห่างไกลที่ไม่ได้เชื่อมต่อกับกริด การเติบโตของพลังงานหมุนเวียนพลังงานลมและพลังงานแสงอาทิตย์ช่วยลดการพึ่งพาเครื่องยนต์
- แต่ระบบออฟกริดสมัยใหม่มักจะใช้เครื่องยนต์ดีเซลเป็นตัวสำรองสำหรับการผลิตพลังงานหมุนเวียนเพื่อจัดหาพลังงานที่เชื่อถือได้
