เครื่องยนต์สองและสี่จังหวะ

**เครื่องยนต์สองและสี่จังหวะ** () เป็นเครื่องยนต์ที่รวมองค์ประกอบจากทั้งเครื่องยนต์สองจังหวะและสี่จังหวะเข้าไว้ด้วยกัน โดยปกติแล้วเครื่องยนต์เหล่านี้จะมีลูกสูบสองตัว

## เครื่องยนต์ M4+2
**เครื่องยนต์ M4+2** หรือที่รู้จักในชื่อ **เครื่องยนต์สันดาปภายในลูกสูบคู่** (double-piston internal combustion engine) เป็นเครื่องยนต์สันดาปภายในประเภทหนึ่งที่คิดค้นโดยปิออตร์ เมิงชึก ผู้ถือสิทธิบัตรชาวโปแลนด์

เครื่องยนต์ M4+2 ได้ชื่อมาจากการรวมกันของเครื่องยนต์สองจังหวะและเครื่องยนต์สี่จังหวะ เครื่องยนต์สันดาปสองจังหวะมีลักษณะเด่นที่โครงสร้างเรียบง่ายและระบบแลกเปลี่ยนภาระอากาศ รวมถึงดัชนีกำลังขับที่สูงกว่า กระบอกสูบของทั้งสองมอดูลของเครื่องยนต์ลูกสูบคู่ถูกเชื่อมต่อกันตามแนวแกนเดียว โดยมีฝาสูบทั่วไปในรูปแบบวงแหวน ลูกสูบจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วแตกต่างกันและมีการกระจัดระยะที่เหมาะสม เพลาข้อเหวี่ยงทั้งสองเชื่อมต่อกันด้วยระบบส่งกำลังพิเศษที่หมุนเพลาข้อเหวี่ยงสี่จังหวะด้วยความเร็วเป็นสองเท่าของเพลาข้อเหวี่ยงสองจังหวะ ในเครื่องยนต์ M4+2 ประโยชน์ของการเชื่อมต่อเครื่องยนต์ทั้งสองชนิดเข้าด้วยกันนั้นชัดเจน ลูกสูบของเครื่องยนต์ที่ทำงานในกระบอกสูบเผาไหม้เดียวนั้นถูกตั้งตรงข้ามกันแต่ทำงานในวิถีแตกต่างกัน เครื่องยนต์ลูกสูบตรงข้าม (opposed-piston engines) เคยมีการทดลองมาก่อนทั้งในแบบ 2 จังหวะและ 4 จังหวะ แต่การรวมกันของวัฏจักรที่แตกต่างกันทั้งสองแบบนี้เป็นเอกลักษณ์เฉพาะของเครื่องยนต์นี้ เครื่องยนต์นี้มีประสิทธิภาพสูงกว่าค่าคุ้มทุนที่ทราบกันของเครื่องยนต์สันดาป (ประมาณ 35%) และใกล้เคียงประสิทธิภาพที่เกี่ยวข้องกับกังหันไอน้ำหรือเครื่องยนต์ไฟฟ้า (ประมาณ 70%)[thumb|200px|[ต้นแบบเครื่องยนต์ M4+2 ถูกสร้างขึ้นที่มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีซิเลเซียน ประเทศโปแลนด์]]

ข้อดี:
* การผลิตกำลังที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น (150 แรงม้าจากปริมาตร 1000 ซีซีในรุ่นพื้นฐาน)
* ความสามารถในการใช้เชื้อเพลิงประเภทต่าง ๆ (น้ำมันพืชธรรมชาติรวมถึงปิโตรเลียม)
* ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมที่ดีขึ้นมาก – การลดการปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์และแก๊สอื่น ๆ อย่างมหาศาล
* การกินเชื้อเพลิงที่ต่ำลง
* ระยะขยายจังหวะที่ยาวนานขึ้น
* ความเป็นไปได้ในการเปลี่ยนตัวแปรการอัดโดยไม่ต้องหยุดเครื่อง
* ความเรียบง่ายของโครงสร้าง

แนวคิดนี้ได้รับการพัฒนาที่มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีซิเลเซียน ประเทศโปแลนด์ ภายใต้การนำของอาดัม เชียชอว์เคียวิช ได้รับการอนุมัติสิทธิบัตรที่ 195052 โดยสำนักงานสิทธิบัตรโปแลนด์ งานเกี่ยวกับเครื่องยนต์สันดาปใหม่นี้ได้ดำเนินการโดยบริษัท IZOLING P.W. โดยความร่วมมือกับมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีซิเลเซียนในกลิวิซและยังมีการปรึกษาหารือกับนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเทคนิคคราคูฟ จนถึงขณะนี้ ได้มีการสร้างแบบจำลองเครื่องยนต์ที่ใช้งานได้แล้วสองแบบ แบบจำลองเบื้องต้นอ้างอิงจากเครื่องยนต์ที่มีอยู่สองตัว (เครื่องยนต์จักรยานยนต์สองจังหวะ และเครื่องยนต์เครื่องจักรขนาดเล็กสี่จังหวะ) แบบจำลองนี้ยืนยันแนวคิดของการเชื่อมต่อเครื่องยนต์สองจังหวะและสี่จังหวะ แบบจำลองที่สองคือแบบจำลองการทำงาน แนวทางใหม่สำหรับเครื่องยนต์สันดาปนี้ถูกนำเสนอในการประชุมวิทยาศาสตร์ (KONES '2002, สัมมนาเชื้อเพลิงชีวภาพ 2003, เป็นต้น) และในสื่อมวลชน (วารสาร หนังสือพิมพ์ TVP วิทยุ)

### วัฏจักรการทำงานของเครื่องยนต์ M4+2
thumb|500px|right|ภาพเคลื่อนไหววัฏจักรการทำงานของเครื่องยนต์ M4+2

ขั้นตอนของวัฏจักรการทำงาน:
* คายไอเสีย
* ดูดอากาศบริสุทธิ์ (สองขั้นตอน)
* อัดปานกลาง
* เผาไหม้สองขั้นตอน
* ขยายตัวแก๊ส

กระบวนการเติมเต็ม (The filling process) เกิดขึ้นในช่วงความดันเกิน โดยใช้เครื่องอัดแก๊สเชิงกลและลิ้นปีกผีเสื้อเพื่อวัตถุประสงค์ในการควบคุม

การแลกเปลี่ยนภาระ (load change) ได้รับความช่วยเหลือจากลูกสูบสี่จังหวะ ทำหน้าที่เป็นระบบเพิ่มกำลังแบบพลวัต และช่วยให้เกิดการไล่ไอเสียพื้นที่ทำงานที่ดี

มีความเป็นไปได้ในการเปลี่ยนตำแหน่งลูกสูบสัมพัทธ์ในระหว่างการทำงานของเครื่องยนต์ ซึ่งทำให้สามารถเปลี่ยนอัตราส่วนการอัดขึ้นอยู่กับระดับภาระชั่วคราว สิ่งนี้ชี้ให้เห็นถึงความเป็นไปได้ในการใช้เชื้อเพลิงที่แตกต่างกันสำหรับการสันดาป (น้ำมันเบนซินออกเทนต่ำ เชื้อเพลิงชีวภาพที่มีส่วนประกอบของพืชสูง)

วัฏจักรการทำงานมีลักษณะเด่นคือคุณลักษณะการสันดาปที่เกือบคงที่ของปริมาตรพื้นที่ทำงานที่เพิ่มขึ้นในระหว่างจังหวะขยายตัว

เครื่องยนต์นี้มีลักษณะเด่นคือ:
* การขยายตัวของแก๊สที่ยาวนานขึ้นและอุณหภูมิไอเสียที่ทางออกที่จำกัด
* ความแปรปรวนของอัตราส่วนการอัดและความเป็นไปได้ในการเปลี่ยนอัตราส่วนการอัดในระหว่างการทำงานของเครื่องยนต์ขึ้นอยู่กับภาระ
* การเปลี่ยนแปลงที่เป็นประโยชน์ของพื้นที่ทำงานระหว่างการอัดสารผสมด้วยตำแหน่งเชิงขั้วของเพลาข้อเหวี่ยงที่แตกต่างกัน สิ่งนี้ทำให้การสร้างแรงดันในกระบอกสูบเป็นไปได้ (ภายในขีดจำกัดที่สมเหตุสมผล)
* คุณลักษณะที่เกือบคงที่ของปริมาตรที่เพิ่มขึ้นในระหว่างจังหวะขยายตัวที่ตำแหน่งลูกสูบที่แตกต่างกัน (มีอิทธิพลต่อการขนส่งกำลังที่คงที่)

การคำนวณพิสูจน์ว่าเครื่องยนต์ใหม่นี้มีตัวแปรและตัวบ่งชี้การทำงานที่น่าพอใจยิ่งขึ้น:
* การเพิ่มขึ้นของประสิทธิภาพอุณหภาพของเครื่องยนต์ (แม้ประสิทธิภาพเชิงกลจะน้อยกว่าเครื่องยนต์ทั่วไป)
* ประสิทธิภาพสุทธิที่สูงขึ้น – คุณลักษณะประสิทธิภาพเอื้ออำนวยมากขึ้นที่ภาระปานกลาง สามารถเทียบได้กับประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ดีเซล ดังนั้นการกินเชื้อเพลิงในการใช้งานจริงจึงค่อนข้างน้อยกว่า
* แรงบิดที่สูงขึ้นและกำลังที่สูงขึ้นเมื่อเทียบกับเครื่องยนต์เอสไอสี่จังหวะที่มีปริมาตรจังหวะเดียวกัน
### เครื่องยนต์ริคาร์โด 2x4
วิถีสองวัฏจักรนี้กำลังอยู่ระหว่างการวิจัยที่ Ricardo Consulting Engineers ในสหราชอาณาจักร แนวคิดประกอบด้วยการสลับจากวิถีหนึ่งไปยังอีกวิถีหนึ่งขึ้นอยู่กับค่ารอบต่อนาที (rpm) เครื่องยนต์สี่จังหวะมีประสิทธิภาพมากกว่าเมื่อทำงานที่คันเร่งเต็มที่ ในขณะที่เครื่องยนต์สองจังหวะเป็นไปในทางตรงกันข้าม เมื่อรถยนต์ขนาดเล็กที่อยู่ภายใต้ภาระหนักทำงานที่ความเร็วครึ่งหนึ่ง เครื่องยนต์จะสลับไปเป็นวิถีสองวัฏจักรโดยอัตโนมัติ ซึ่งจะมีประสิทธิภาพมากกว่า การวิจัยในเรื่องนี้แสดงให้เห็นว่ามีการลดการกินเชื้อเพลิงลง 27%

เครื่องยนต์ M4+2 มีลูกสูบสี่จังหวะและลูกสูบสองจังหวะ เพลาของลูกสูบสี่จังหวะหมุนเร็วกว่าเพลาของลูกสูบสองจังหวะสองเท่า และส่วนสองจังหวะจะทำงานที่ความเร็วครึ่งหนึ่งเสมอ สิ่งนี้ช่วยให้มั่นใจได้ว่าทั้งสองส่วนทำงานได้อย่างเหมาะสมที่สุดเกี่ยวกับการกินเชื้อเพลิงตลอดเวลา หลักการเดียวกันนี้ใช้ได้กับการมีเครื่องยนต์ที่แตกต่างกันสองเครื่อง แต่การออกแบบของ M4+2 นั้นเรียบง่ายกว่ามาก

## ดูเพิ่ม
* เครื่องยนต์หกจังหวะ
* เครื่องยนต์โรทารี

## อ้างอิง

หมวดหมู่:เครื่องยนต์สันดาปภายในลูกสูบ
หมวดหมู่:เครื่องยนต์เสนอ