โรงไฟฟ้าดีเซล

โรงงานไฟฟ้าพลังงานดีเซล (Diesels Power Plant)

โรงงานไฟฟ้าพลังงานดีเซล เป็นโรงไฟฟ้าที่ได้รับพลังงานจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงของเหลว คือ น้ำมันดีเซลโดยการเปลี่ยนพลังงานความร้อนให้เป็นพลังงานกล นำไปขับหรือหมุนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าอีกทีหนึ่ง เครื่องยนต์ส่วนมากมักจะใช้กับเครื่องกำเนิดขนาดเล็ก เหมาะสำหรับผู้ใช้ไฟที่ต้องการแหล่งกำเนิดไฟฟ้า สำหรับกรณีฉุกเฉิน หรือ ใช้ช่วยจ่าโหลดในช่วงระเวลาอันสั้นๆ ขนาดของเครื่องยนต์มีตั้งแต่แรงม้าน้อยๆ จนถึงมากกว่าหนึ่งหมื่นแรงม้า
ส่วนประกอบที่สำคัญคือ
เครื่องยนต์ดีเซล เป็นเครื่องยนต์ชนิดที่มีการเผาไหม้ภายใน คือ มีพลังงานความร้อนเกิดขึ้นภายในกระบอกสูบโดยตรง แรงดันจากการระเบิด จะกระทำบนลูกสูบ ส่งกำลังผ่านก้านสูบไปหมุดเพลาข้อเหวี่ยงเพื่อทำงานต่อไป ส่วนเครื่องยนต์ที่มีชนิดการเผาไหม้ภายนอก เช่น เครื่องจักรไอน้ำ หรือเครื่องกังหันไอน้ำ พลังงานความร้อนจะเกิดขึ้น ภายนอกกระบอกสูบ โดยการเผาน้ำในหม้อน้ำให้เดือดกลายเป็นไอน้ำ แล้วจึงนำไอน้ำ ไปดันลูกสูบ หรือปีกังหัน ซึ่งอยู่อีกที่หนึ่งให้ทำงาน
ส่วนประกอบของเครื่องยนต์ดีเซล
1. โครงเครื่อง (Frame) คือ ชิ้นส่วนที่อยู่กับที่ทั้งหมดที่ยึดเครื่องยนต์ไว้ให้เป็น รูปร่าง รวมทั้งเป็นที่ติดตั้งชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่ ขณะเดียวกันก็ต้านแรงที่เกิดขึ้นจากการทำงานของเครื่องยนต์ ซึ่งได้แก่ กำลังที่ดันที่เกิดจากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิง ที่พยายามจะดันฝาสูบ และแบริ่งของเพลาข้อเหวี่ยงให้แยกจากกัน และยังทำให้เครื่องยนต์เคลื่อนที่ไปบนแท่นที่รองรับอีกด้วย โครงเรื่องจึงต้องสร้างให้มีความแข็งแรงและมั่นคงเพื่อ ต้านทานแรงเหล่านั้น โครงเครื่องที่ติดตั้งใช้งานอยู่กับที่ โดยทั่วไปจะทำเป็นสองส่วนโดยตอนล่างจะทำหน้าที่เป็นฐานเครื่อง ใช้เป็นที่ติดตั้งแบริ่งเพลาข้อเหวี่ยง (Malingering) และปิดห้องเพลาข้อเหวี่ยงด้ายล่าง ซึ่งเป็นที่รองรับน้ำมันหล่อลื่นด้วย ส่วนตอนบนเป็นห้องเพลาข้อเหวี่ยงและเสื้อสูบ ทั้งสองส่วนจะหล่อเป็นรูปคล้ายกล่อง มีสันหรือคานขวาง และครีบเพื่อให้เกิดความมั่นคง แข็งแรง วัสดุที่ใช้มักเป็นเหล็กหล่อ 2. กระบอกสูบ (Cylinder) ทำจากเหล็กหล่อหรืออะลูมิเนียมผสม (Cast Aluminum Alloy) จะต้องมีความต้านทานต่อการศึกหล่อ และมีการระบายความร้อนอย่างดี เนื่องจากผิวโลหะด้านในของกระบอกสูบได้รับการเสียดสีจากแหวนลุกสูบ และเกิดความร้อนสูงจากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิง โดยเฉพาะอย่างยิ่งตอนบนของกระบอกสูบ และยังได้รับแรงเบียดทางข้างของลูกสูบด้วย
3. ปลอกสูบ (Liner) ในเครื่องยนต์ขนาดเล็ก กระบอกสูบ และปลอกสูบจะเป็น ชิ้นเดียวกัน แต่เครื่องขนาดกลางและขนาดใหญ่ จะสร้างแยกจากกัน แล้วจึงนำมาสวมเข้าด้วยกันภายหลัง ปลอกสูบมีสองแบบคือ แบบเปียกและแบบแห้ง โดยแบบเปียกนั้นผิวนอกของปลอกสูบจะสัมผัสกับน้ำระบายความร้อนโดยตรง ทำให้ต้องอุปกรณ์กันน้ำรั่วซึมลงไปยังอ่างน้ำมันหล่อลื่น ส่วนแบบแห้งผิวนอกของปลอกสูบไม่สัมผัสกับน้ำระบายความร้อน แต่สัมผัสกับเนื้อโลหะของกระบอกสูบ บางครั้งอาจเคลือบผิวภายนอกของปลอกสูบด้วยทองแดง เพื่อให้แนบสนิทกับกระบอกสูบทำให้การถ่ายเทความร้อนได้ดีและง่ายต่อการถอดและใส่ วัสดุที่ใช้ทำปลอกสูบ ส่วนมากทำด้วยเหล็กหล่อผสมนิกเกิลและแมงกานีส ผิวด้านในปลอกสูบจะมีการกลึง เจียระไน และขัดอย่างดี และนำไปชุบผิวให้แข็ง โดยทำให้ผิวมีรูพรุนเล็กๆ ทั่วไป (มองด้วยตาเปล่าไม่เห็น) เพื่อเป็นที่เก็บน้ำมันหล่อลื่นผนังปลอกสูบ
4. ฝาสูบ (Cylinder Head) ทำหน้าที่ปิดกระบอกสูบและกดปลอกสูบไว้ให้ แน่นเพื่อป้องกันมิให้แก๊สที่เกิดจากเผาไหม้รั่วออกมาได้โดยจะมีปะเก็นกั้นระหว่างฝาสูบกับกระบอกไว้ ฝาสูบมักทำด้วยอะลูมิเนียมผสม หรือเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ (Low Cast Steel) ซึ่งจะต้องมีความคงทนต่อความดันและความรอนที่เกิดจากการเผาไหม้ในกระบอกสูบ และจะต้องมีการระบายความร้อนอย่างดี เพื่อป้องกันมิให้ฝาสูบร้าว
5. ลูกสูบ (Piston) ทำหน้าที่รับแรงดันแก๊สที่เกิดจากการลุกไหม้ส่งไปยังก้าน สูบ และถ่ายเทความร้อนของแก๊สไปยังระบบระบายความร้อน เพื่อให้อุณหภูมิของโลหะลดต่ำลงอยู่ในเกณฑ์ปลอดภัย วัสดุที่ใช้ทำลูกสูบ จะต้องเบา แข็งแรง นำความร้อนได้ดี ขยายตัวน้อยเมื่อได้รับความร้อนและทนต่อการสึกหรอ ที่นิยมใช้มากที่สุด คือ ทำจากอะลูมิเนียมผสม หรืออะลูมิเนียมเผาอัดขึ้นรูป (Drop Forged) นอกจากนี้ยังทำจากเหล็กหล่อ (Cast Iron) และเหล็กเหนียวผสม (Cast Iron Alloy) ด้วย
6. แหวนลูกสูบ (Piston Ring) ทำหน้าที่ดังต่อไปนี้ - ส่งถ่ายความร้อนจากลูกสูบ ไปยังน้ำระบายความร้อนโดยผ่านผนังกระบอกสูบ - กวาดน้ำมันที่เคลือบผิวกระบอกสูบ ให้ลงไปยังอ่างน้ำมันหล่อลื่น - ป้องไม่ให้อากาศที่ถูกอัดตัว และความดันของแก๊สที่เกิดจากการเผาไหม้ รั่วลงสู่เพลาข้อเหวี่ยง แหวนลูกสูบแบ่งออกเป็นแหวนอัด (Compression Ring) และแหวนกวาด น้ำมัน (Oil Control Ring) แหวนอัดโดยทั่วไปจะเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า ผิวหน้าเรียบเป็นมัน เพื่อให้ สัมผัสกับกระบอกสูบได้ดี ทำด้วยเหล็กหล่อผสมสีเทา บางชนิดอาจเคลือบผิวหน้าด้วยโลหะ ที่มีความฝืดน้อย หรือใช้ทางเคมี เพื่อเป็นการช่วยให้แหวนใหม่ปรับตัวเข้ากับกระบอกสูบที่มีรอยหยาบเล็ก ๆ เป็นแห่ง ๆ อยู่ทั่วไปนั้น สึกออกไปอย่างสม่ำเสมอ ทำให้แหวนและผนังกระบอกสูบ แนบสนิททั่วกัน ไม่มีความฝืดเกิดขึ้นมากที่จุดใดจุดหนึ่ง แหวนกวาดน้ำมันทำด้วยเหล็กหล่อ มีผิวหนังแคบ เพื่อให้ได้แรงกดที่กระทำต่อผนังกระบอกสูบมาก ขอบล่างเว้าเข้าเพื่อให้ขอบกวาดน้ำมันลงข้างล่างตรงกลางหน้าแหวนจะถูกเซาะเป็นร่องโดยรอบ ภายในร่องถูกเจาะทะลุเป็นช่วงยาวเป็นตอน ๆ ส่วนในร่องแหวนกวาดน้ำมันที่ถูกลูกสูบจะเจาะรูระบายน้ำมันตลอดแนว โดนเจาะทะลุเข้าไปด้านในของลูกสูบ น้ำมันที่กวาดลงมาก็จะไหลลงทางรูที่เจาะไว้อย่างรวดเร็ว ถ้าหากไม่มีรูน้ำมันไหลลง น้ำมันส่วนนี้จะทำให้เกิดแรงดันต้านแรงดันแหวน ให้ถอยกลับไปอยู่ในร่องแหวนด้านใน ซึ่งทำให้การกวาดน้ำมันไม่เป็นผล ทำให้สิ้นเปลืองน้ำมันหล่อลื่น เพราะน้ำมันหล่อลื่นจะถูกเผาไปกับน้ำมันเชื้อเพลิง
7. ก้านสูบ (Connecting Rod) ทำหน้าที่รับแรงจากลูกสูบ แล้วส่งให้กับเพลา ข้อเหวี่ยง ก้านสูบทำจาเหล็กกล้าผสมชนิดทนแรงได้สูงมีพื้นที่หน้าตัดรูปตัวไอ (I) เพื่อให้มีความแข็งแรง น้ำหนักเบาจากปลายล่างถึงปลายบนเจาะรูไว้เพื่อให้น้ำมันหล่อลื่นซึมไปยังสลักลูกสูบ ก้านสูบเครื่องดีเซลขนาดใหญ่จะสร้างเป็นแบบปรับความโตของแบริ่งได้ชุดแบริ่งจะยึดติดกับบปลายก้านสูบด้วยสลักเกลียว ระหว่างชุดแบริ่งกับก้านสูบจะมีแผ่นรองคั่นอยู่เพื่อใช้ปรับกำลังอัดในกระบอกสูบคือ ถ้าแผ่นรองหนากำลังจะสูงขึ้นเพราะหัวลูกสูบอยู่ใกล้ฝาสูบมาก แต่ถ้าใส่แผ่นรองบบาง กำลังอัดจะลดลง เพราะหัวลูกสูบอยู่ห่างจากฝาสูบออกมา
8. สลักลูกสูบ (Wristpin) ทำหน้าที่ต่อลูกสูบกับก้านสูบให้ติดกัน โดยปกติรู สลักที่ลูกสูบจะมีบู๊ชทำหน้าที่เป็นแบริ่งของสลักลูกสูบ แต่ถ้าลูกสูบเป็นอะลูมิเนียมผสม จะใช้เนื้อโลหะของลูกสูบเป็นแบริ่งในตัว การยึดสลักลูกสูบจะต้องมีแหวนล็อคที่ปลายทั้งสองข้าง เพื่อป้องกันไม่ให้สลักเลื่อนอกมา บางแบบอาจใช้ฝาปิดรูสลักแทนแหวนล็อคเพราะช่วยป้องกันไม่ให้น้ำมันหล่อลื่นที่สลักลูกสูบไหลออกมาที่ผนังกระบอกสูบด้วย
9. เพลาข้อเหวี่ยง (Crankshaft) เป็นส่วนที่สำคัญของเครื่องยนต์ ทำจากเหล็ก กล้าที่มีคาร์บอนสูง หรือเหล็กกล้าผสมนิดเกิล โครเมียม และโมลิบดินั่ม ใช้วิธีเผา ตีขึ้นรูป แล้วใช้เครื่องมือกล กัด กลึง ให้เป็นรูปตามต้องการ ในเครื่องยนต์ขนาดใหญ่ที่จัดวางสูบเป็นแถวเดียว และมีหลายสูบ เพลาข้อเหวี่ยงอาจทำเป็นสองท่อนมีหน้าแปลนตรองปลายสำหรับยึดให้ติดกัน เพลาข้อเหวี่ยงจะต้องแข็งแรงต้านทานแรงที่จะทำให้เพลาคดหรือโค้งได้ นั่นคือ แรงที่กระทำเป็นเส้นตรงจากลูกสูบผ่านก้านสูบมายังเพลาข้อเหวี่ยงและยังต้องทนต่อแรงบิดที่เกิดจากก้านสูบ ซึ่งพยายามดันให้เพลาข้อเหวี่ยงหมุนรอบตัวด้วย เพลาข้อเหวี่ยงจะต้องนำมาชุบแข็ง เพื่อลดแรงดันที่เกิดขึ้นในเนื้อโลหะ ซึ่งเกิดจากการตีขึ้นรูป และเป็นการเพิ่มความแข็งแรงให้กับเนื้อโลหะด้วย การชุบแข็งที่ใช้พลังงานไฟฟ้าทำให้เนื้อโลหะด้านนอกร้อนเร็ว นิยมใช้ชุบผิวเพลาข้อเหวี่ยงส่วนที่จะต้องเกิดการเสียดสี ให้มีผิวแข็ง ทนทานต่อการสึกหรอ แต่เนื้อโลหะภายในยังคงเหนียวเหมือนเดิม ผิวของเลาส่วนที่หมุนในแบริ่งจะต้องได้รับการเจียระนัย และขัดเป็นพิเศษเพื่อให้ได้ผิวที่เรียบจริง ๆ
10. แบริ่ง (bearing) ทำหน้าที่รองรับเพลา และชิ้นส่วนอื่น ๆ ที่เคลื่อนที่ เพื่อลด ความฝืด จากการสัมผัสกันของชิ้นส่วนต่าง ๆ โดยมีเยื่อบาง ๆ ของน้ำมันหล่อลื่นคั่นอยู่ระหว่างกลาง และยังทำหน้าที่ถ่ายเทความร้อนที่เกิดขึ้นจากการเสียดสีนั้นด้วยแบริ่งที่ใช้กับเพลาข้อเหวี่ยงเป็นแบบเนื้อเรียบ แบ่งเป็นสองส่วนนำมาประกบเข้าด้วยกัน เนื้อแบริ่งเป็นโลหะอ่อน เช่น ดีบุก หรือตะกั่ว หลอมหรือหล่อติดกับฝาแบริ่ง จากนั้นนำไปกลึงให้ได้ขนาดตามที่ต้องการ และเซาะร่องให้น้ำมันเข้าไปหล่อลื่นได้ แบริ่งที่ใช้กับสลักลูกสูบเป็นแบบปลอกทองเหลือง หรือบรอนซ์ โดยการกลึงแล้วเซาะร่องน้ำมันหล่อลื่นไว้ภายใน แบบบอื่นก็มีใช้กันบ้างเช่น แบบลูกปืนกลม (Ball Bearing) และแบบลูกกลิ้ง (Roller Bearing)
11. ล้อช่วยแรง (Fly Wheel) มีหน้าที่ทำให้เกิดแรงบิดเสมอในการหมุนของ เพลาข้อเหวี่ยง สำหรับเครื่องยนต์รอบบช้าจะมีล้อช่วยแรงขนาดใหญ่กว่าเครื่องยนต์ที่มีความเร็วสูง ล้อช่วยแรงเป็นลูกล้อหรือจานที่มีน้ำหนักมาก ประกอบติดอยู่กับเพลาข้อเหวี่ยง เมื่อเพลาข้อเหวี่ยงหมุน ล้อจะช่วยแรงจะได้รับพลังงานจลน์ และสะสมเพิ่มมากขึ้นเรื่อยๆ เมื่อความเร็วเพิ่มมากขึ้น พลังที่สะสมไว้จะถูกนำออกมาใช้เมื่อเพลาข้อเหวี่ยงหมุนช้าลงพลังงานที่ลูกสูบส่งให้กับเพลาข้อเหวี่ยงนั้นไม่เป็นไปอย่างสม่ำเสมอโดยจะส่งมามากที่สุดเมื่อลูกสูบอยู่ในตำแหน่งเริ่มจังหวะกำลังส่วนในจังหวะอื่นจะไม่มีพลังงานส่งมาเลยจึงเป็นเหตุให้เครื่องยนต์หมุนช้าบ้างเร็วบ้างการใช้ล้อช่วยแรงเป็นการช่วยให้เครื่องยนต์มีความเร็วสม่ำเสมอดีขึ้นเครื่องยนต์ที่มีลูกสูบเดียวจะต้องใช้ล้อช่วยแรงขนาดใหญ่เพราะพลังงานที่เกิดขึ้นในแต่ละจังหวะจะแตกต่างกันมากส่วนเครื่องยนต์ที่มีหลายสูบพลังงานที่เกิดขึ้นจะเป็นไปอย่างต่อเนื่องล้อช่วยแรงจึงมีขนาดเล็กลงได้
12. ลิ้น (Valve) มีหน้าควบคุมอากาศที่เข้ากระบอกสูบของเครื่องยนต์ 4 จังหวะควบคุมการปล่อยไอเสียออกจากกระบบอกสูบของเครื่องยนต์ทั้ง 4จังหวะและ2 จังหวะบางแบบ นอกจากนี้ก็ยังมีลิ้นปล่อยน้ำมันเชื้อเพลิงเข้า ลิ้นปล่อยอากาศอัดเข้าสตาร์ทสำหรับเครื่องยนต์ขนาดใหญ่ โดยปกติเครื่องยนต์ 4 จังหวะ จะมีลิ้นไอดีและลิ้นไอเสียอย่างเท่ากัน แต่ถ้าต้องการให้เครื่องยนต์ที่มีความเร็วรอบสูงขึ้น จะต้องออกแบบลิ้นไอดีให้มีขนาดใหญ่กว่าลิ้นไอเสียประมาณ25-35 เปอร์เซ็นต์ เพื่อให้อากาศไหลเร็ว และสะดวกขึ้น เครื่องยนต์ 4 จังหวะบางแบบจะใช้ลิ้นไอดีและไอเสียอย่างละ 2 ตัว ต่อเนื่องกระบอกสูบ เนื่องจากมีข้อดีคือ - ที่ฝาสูบมีเนื้อที่ของลิ้นกว้างขึ้น - ลิ้นต้องไม่เปิดมาก เพราะขนาดของลิ้นเล็กลง จึงทำให้ลิ้นปิด-เปิดได้เร็วขึ้น - ความร้อนสามารถถ่ายเทไปยังบ่าลิ้นได้เร็วทำให้อุณหภูมิของลิ้นไม่สูงมากนัก ตัวลิ้นและบ่าจะต้องทนต่อการสึกหรอเป็นอย่างดี โดยเฉพาะลิ้นไอเสีย จะต้องทนต่ออุณหภูมิสูงๆ ได้เพราะจะต้องเปิดให้ก๊าซที่มีอุณหภูมิสูงไหลผ่านออก ส่วนมากทำด้วยเหล็กกล้าผสมซิลิคอนและโครเมี่ยมหรือเหล็กกล้าผสมนิกเกิลและโครเมี่ยม ส่วนลิ้นไอดีไม่ค่อยมีปัญหามากนัก เพราะถึงแม้ว่าจะได้รับความร้อนจากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงโดยตรง แต่ก็ได้รับการระบายความร้อนจากอากาศที่ไหลผ่านเมื่อลิ้นเปิด โลหะที่ใช้ทำ ได้แก่ เหล็กกล้าผสมคาร์บอน
13. กลไกยกลิ้น (Valve Gear) มีหน้าที่บังคับการปิด-เปิด ลิ้นไอดีและลิ้นไอเสีย นอกจากนั้นอาจใช้บังคับลิ้นฉีดน้ำมันหรือลิ้นลมสตาร์ทกลไกยกลิ้นของเครื่องยนต์ส่วนมากประกอบด้วย -กระเดื่องสำหรับกดลิ้น ขณะทำงานปลายทั้งสองข้างจะกระดกขึ้น-ลง โดยมีเพลากระเดื่องเป็นจุดหมุน ปลายกระเดื่องข้างหนึ่งรับกำลังงานจากก้านส่งลิ้น อีกข้างหนึ่งทำหน้าที่บังคับลิ้น โดยแตะที่ปลายก้านลิ้น -สปริงลิ้น ทำหน้าที่บังคับลิ้นให้ปิด โดยสปริงลิ้นจะต้องมีแรงมากพอที่จะเอาชนะแรงเฉื่อยของกลไกยกลิ้น ซึ่งเกิดจากการเคลื่อนไหวที่อย่างรวดเร็ว แรงสปริงลิ้นเข้าที่แล้วสปิงลิ้นจะต้องอยู่ในสภาพที่ถูกบีบหรือกดตลอดเวลา -ก้านส่งลิ้น จำทำด้านล่างของก้านเป็นแบบหัวบานเรียบๆ เป็นรูปดอกเห็ดวางอยู่บนลูกเบี้ยว ปลายด้านบนจะรับกับปลายกระเดื่องกดลิ้น มักทำข้างในกลวงเพื่อลดน้ำหนักแต่ต้องมีความแข็งแรงพอที่จะใช้งานได่ดี -เพลาลูกเบี้ยว ทำหน้าที่บังคับลิ้นไอดีและลิ้นไอเสีย ทำงานสัมพันธ์กับเพลาข้อเหวี่ยง โดยจะมีเฟื่องปรกอบติดอยู่กับเพลาลูกเบี้ยว ซึ่งจะต้องสร้างอย่างประณีต มีความคงทนต่อการสึกหรอ เพื่อให้การส่งแรงขับสม่ำเสมอ และมีเสียงดังไม่มาก ฟันเฟืองที่ใช้จะเป็นแบบฟันเฉียง (Helical Teeth) บางแบบอาจใช้ไฟเบอร์ ทำเฟืองหัวเบี้ยว ทำให้ไม่มีเสียงดัง เมื่อสึกหรอก็เปลี่ยนเฉพาะเฟืองไฟเบอร์เท่านั้น แต่บางแบบก็ใช้โซ่เป็นตัวถ่ายกำลัง ซึ่งจำเป็นต้องมีอุปกรณ์ปรับโซ่ติดตั้งอยู่ด้วย นอกจากเพลาลูกเบี้ยวใช้สำหรับบังคับลิ้นไอดีและลิ้นไอเสียแล้ว อาจมีลูกเบี้ยวสำหรับหัวฉีด,ปั๊มน้ำมันเชื้อเพลิง และลิ้นลมสตาร์ทด้วย เครื่องยนต์บางแบบมีเพลาลูกเบี้ยว 2 เพลา เพลาหนึ่งสำหรับลิ้นไอดีและลิ้นไอเสีย ส่วนอีกเพลาหนึ่งสำหรับปั๊มน้ำมันเชื้อเพลิงและอุปกรณ์ช่วยอื่น ๆ
14. หัวฉีดน้ำมันเชื้อเพลิง (Injector Or Fuel Nozzle) ทำหน้าที่ฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงให้แตกตัวเป็นฝอยละอองเข้าไปในห้องเผาไหม้ ให้ถูกต้องตามจังหวะการทำงานของเครื่องยนต์ ตรงตามเวลาที่เหมาะสม การออกแบบหัวฉีดเป็นงานที่ซับซ้อน และยุ่งยากเพราะจะต้องคำนึงถึงฝาสูบ ห้องเผาไหม้ และตำแหน่งที่ติดตั้งหัวฉีด ซึ่งมีผลต่อการหมุนวนของอากาศอัดด้วย การออกแบบเครื่องยนต์และชนิด จะต้องใช้หัวฉีดแบบพิเศษโดยเฉพาะ ปัจจุบันจึงมีหัวฉีดแตกต่างกันหลายแบบ และคุณสมบัติในการฉีดกระจายเชื้อเพลิงแตกต่างกันด้วย หัวฉีดแบ่งออกเป็นแบบใหญ่ๆ ได้ 2 ชนิด คือ - หัวฉีดแบบเปิด (Open Type) แบบนี้ไม่มีลิ้นปิดกั้นการไหลของน้ำมันเชื้อเพลิงจากหัวฉีด การจ่ายเชื้อเพลิงทั้งหมดถูกควบคุม โดยปั๊มน้ำมันเชื้อเพลิง แต่จะมีลิ้นกับกลับติดตั้งไว้ เพื่อป้องกันก๊าซไอเสียจากห้องเผาไหม้เข้าไปในหัวฉีด ข้อดีของหัวฉีดแบบนี้ คือ ไม่ทำให้เกิดการอุดตันได้ง่าย เพราะการฉีดเชื้อเพลิงแรงดันสูงจะทำให้หัวฉีดสะอาดอยู่เสมอ ส่วนข้อเสียคือ ฝอยละอองของเชื้อเพลิงไม่ค่อยละเอียด ทำให้มีควันไอเสียมากและน้ำมันเชื้อเพลิงจะเกิดการหยด หรือรั่วออกจากหัวฉีดได้ง่าย จึงไม่ค่อยนิยมใช้กันมากนัก มักใช้กับเครื่องยนต์รุ่นเก่า - หัวฉีดแบบปิด (Closed Type) แบบนี้จะมีลิ้นหรือเข็มโดยใช้สปริงดันลิ้นไว้ให้ปิด ลิ้นนี้จะอยู่ใกล้กับรูเล็กๆ ที่ปลายหัวฉีด ซึ่งเป็นรูให้น้ำมันเชื้อเพลิง ถูกฉีดออกไปยังห้องเผาไหม้ เมื่อถึงตำแหน่งหรือจังหวะในหารฉีดน้ำมันเชื้อเพลิง กลไกก็จะยกให้เข็มนมหนู (Needle Valve) พ้นจากบ่า น้ำมันก็จะฉีดเข้าไปในห้องเผาไหม้ ข้อดีของเข็มหัวฉีดแบบนี้คือ น้ำมันเชื้อเพลิงจะไม่รั่วออกจากหัวฉีดได้ง่าย ซึ่งอาจเป็นต้นเหตุให้เกิดการชิงจุด (Pre-ignition) ได้ ถ้าน้ำมันเชื้อเพลิงมีหยดตกค้างอยู่ที่ปลายหัวฉีด จะทำให้เกิดเขม่าจับสะสม รวมตัวกันภายหลังการเผาไหม้ และยังทำให้เกิดการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงด้วย สำหรับข้อเสียของหัวฉีดแบบนี้คือ อาจดเกิดการอุดตันที่ลิ้นได้ง่ายเพราะมีสิ่งสกปรกปนอยู่ในน้ำมันเชื้อเพลิง แต่สามารถป้องกันได้โดยการกรองน้ำมันเชื้อเพลิงให้สะอาด หลักการทำงานของเครื่องยนต์ 4 จังหวะ หลักการที่สำคัญของเครื่องยนต์ดีเซลคือ การเปลี่ยนพลังงานเคมีของเชื้อเพลิงให้เป็นพลังงานกล โดยไม่ใช้การจุดระเบิดด้วยประกายไฟฟ้า แต่ใช้อากาศที่ถูกอัดตัวจนมีกำลังดันสูง โดยการเคลื่อนที่ของลูกสูบภายในกระบอกสูบ ซึ่งเป็นผลทำให้อุณหภูมิสูงมากประมาณ 1,000 องศาฟาเร็นไฮท์ เมื่อฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงเข้าไป น้ำมันจะติดไฟเกิดการเผาไหม้ได้เอง

การทำงานของเครื่องยนต์ 4 จังหวะ หมายถึง การทำงานของลูกสูบเลื่อนขึ้นลงรวม 4 ครั้ง หรือเพลาข้อเหวี่ยงหมุนไปครบ 2 รอบ หรือ 720 องศา เป็นการทำงานครบกลวัตร (Cycle) ในการเลื่อนขึ้นลงของลูกสูบแต่ละครั้งจะผ่านศูนย์ตายบบนและศนย์ตายล่าง คำว่า “ศูนย์ตาย” หมายถึง ตำแหน่งที่ลูกสูบเลื่อนในกระบอกสูบขึ้นไปได้สูงที่สุดเรียกว่า จุดศูนย์ตายบน (Top Dead Center, T.D.C.) และถ้าเลื่อนลงมาต่ำสุด เรียกว่า ศูนย์ตายล่าง (Bottom Dead Center, B.D.C.) ที่ตำแหน่งทั้งสองนี้ จะไม่มีแรงบิดเกิดขึ้นที่เพลาข้อเหวี่ยง ลูกสูบไม่สามารถเคลื่อนที่ไปได้ด้วย กำลังของก๊าซ เพราะแนวแรงที่ส่งผ่านลูกสูบ มายังก้านสูบในระดับแนวเดียวกับเพลาข้อเหวี่ยง ซึ่งเป็นจุดหมุน จังหวะการทำงานของเครื่องยนต์ทั้ง 4 จังหวะ มีดังนี้
1. จังหวะดูด (Intake Or Suction Stroke) ในจังหวะนี้จะเริ่มจากลูกสูบอยูที่ศูนย์ตายบน ลิ้นไอดีจะเปิด ส่วนลิ้นไอเสียปิด เพลาข้อเหวี่ยงถูกหมุนไปทางขวามือ ดึงก้านสูบซึ่งอยู่ติดกับลูกสูบ ทำให้ลูกสูบเลื่อนลง เกิดสูญญากาศขึ้นภายในกระบอกสูบ อากาศบริสุทธิ์ถูกดูดผ่านลิ้นไอดีเข้ามาในกระบอกสูบ จนกระทั่งลูกสูบเลื่อนลงมาอยู่ที่ศูนย์ตายล่าง ลิ้นไอดีจะปิด และลิ้นไอเสียก็ยังคงปิดอยู่เช่นเดิม จังหวะนี้เพลาข้อเหวี่ยงหมุนไป 180 องศา ลูกสูบเลื่อนจากศูนย์ตายบนถึงศูนย์ตายล่าง เป็นการสิ้นสุดจังหวะดูด
2. จังหวะอัด (Compression Stroke) เมื่อลูกสูบเคลื่อนที่ผ่านศูนย์ตายล่าง เริ่มต้อนจังหวะอัด ลูกสูบถูกผลักดันให้เลื่อนขึ้นโดยข้อเวี่ยงและก้านสูบอากาศที่อยู่ภายในกระบอกสูบไม่สามารถหนีออกจากกระบอกสูบได้ เพราะทั้งลิ้นไอดีและลิ้นไอเสียที่ยังปิดอยู่ อากาศจึงถูกอัดตัวมีกำลังดันและความร้อนสูงขึ้น โดยมีกำลังดันประมาณ 450-650 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว และอุณหภูมิประมาณ 1,000 องศาฟาเร็นไฮท์ อากาศที่ถูกอัดตัวนี้จะมีปริมาณเหลือเพียง1/16 ของปริมาตรเดิมเท่านั้น อัตราส่วนการอัด (Compression Ratio) ของเครื่องยนต์ดีเซล โดยทั่วไป ประมาณ 14:1 ถึง 23:1 จังหวะนี้เพลาข้อเหวี่ยงหมุนต่อไปอีก 180 องศา ลูกสูบตายล่างถึงศูนย์ตายบน เป็นการสิ้นสุดจังหวะอัด
3. จังหวะกำลังหรือจังหวะงาน (Power Stroke) เมื่อลูกสูบเลื่อนขึ้นถึงศูนย์ตายบน เริ่มต้นจังหวะกำลัง หัวฉีดจะฉีดเชื้อเพลิงเป็นฝอยละอองเข้าไปในกระบอกสูบ ละอองเชื้อเพลิงจะผสมคลุกเคล้ากับอากาศอัดที่ร้อนภายในห้องเผาไหม้และเกิดการเผาไหม้อย่างรวดเร็ว กรรมวิธีการเผาไหม้ทำให้ส่วนผสมที่กำลังลุกไม้ร้อนยิ่งขึ้นเนื่องจากก๊าซที่ร้อนนี้เกิดขึ้นในพื้อนที่เล็กๆ ระหว่างด้านบนของลูกสูบกับด้านบนของกระบอกสูบกำลังดันของก๊าซจะเพิ่มขึ้นด้วย กำลังดันของก๊าซจะเพิ่มขึ้นด้วย กำลังดันนี้กระทำบนหัวลูกสูบ ผลักดันลูกสูบให้เลื่อนลงในจังหวะกำลัง กำลังดันจะส่งต่อผ่านก้านสูบไปยังเพลาข้อเหวี่ยง ทำให้เพลาข้อเหวี่ยงหมุนไป จังหวะนี้เพลาข้อเหวี่ยงหมุนต่อไปอีก 180 องศา ลูกสูบเลื่อนจากศูนย์ตายบนถึงศูนย์ตายล่าง เป็นสิ้นสุดจังหวะกำลัง
4. จังหวะคาย (Exhaust Stroke) ดูรูปที่ ง. เริ่มต้นจังหวะคาย ลิ้นไอเสียจะถูกเปิดเมื่อใกล้จะสิ้นสุดจังหวะกำลังก๊าซที่เผาไหม้ให้กำลังงานแล้ว ในกระบอกสูบจะหนีออกไปนอกกระบอกสูบเป็นการคายไอเสียที่ปริมาตรคงที่ (Constant Volume) จนกรัทั่งกำลังดันของก๊าซลดลงเหลือสูงกว่ากำลังดันของบรรยากาศภายนอกเพียงเล็กน้อยเท่านั้น แต่ในกระบอกสูบยังคงมีก๊าซที่มีกำลังดันน้อยอยู่เต็ม ซึ่งจะต้องผลักดันออกจากกระบอกสูบให้หมด เพื่อเปิดทางให้อากาศบริสุทธิ์เข้ามาบรรจุได้เต็มที่ ดังนั้นการเลื่อนขึ้นของลูกสูบในจังหวะนี้จะผลักดันก๊าซที่ตกค้างนี้ ให้ออกไปจากกระบอกสูบ โดยผ่านทางลิ้นไอเสียซึ่งเปิดอยู่ เมื่อลูกสูบเลื่อนขึ้นจนถึงศูนย์ตายบน ก๊าซไอเสียจะถูกดันออกไปจากกระบอกสูบจนหมด การเลื่อนขึ้นของลูกสูบจากศูนย์ตายล่างถึงศูนย์ตายบน เพื่อขับไล่ก๊าซไอเสียนี้ เป็นการคายไอเสียที่กำลังดันคงที่ (Constant Pressure) จังหวะนี้เพลาข้อเหวี่ยงหมุนต่อไปอีก 180 องศา ลูกสูบเลื่อนจากศูนย์ตายล่างไปยังศูนย์ตายบน เป็นการสิ้นสุดการทำงานจังหวะคายไอเสีย การทำงาน ทั้ง 4 จังหวะนี้ครบ 1 กลวัตร เพลาข้อเหวี่ยงจะหมุนไปรวมทั้งสิ้น 720 องศา จากนั้นลิ้นไอดีจะเริ่มเปิดอีกครั้งหนึ่ง ลูกสูบจะเลื่อนจากศูนย์ตายบน ลงสู่ศูนย์ตายล่าง เป็นการเริ่มจังหวะดูดใหม่อีกครั้ง และการทำงานของเครื่องยนต์ดีเซล 4 จังหวะ ก็จะหมุนเวียนเป็นดังนี้เรื่อยไป เวลาการปิด-เปิดลิ้น (Valve Timing)
จากหลังการทำงานของเครื่องยนต์ 4 จังหวะที่กล่าวมาแล้ว จะเห็นว่าจังหวะการปิดเปิดลิ้นไอดี และไอเสีย จะอยู่ระหว่างช่วงต่อของจังหวะดูดและคายไอเสีย เมื่อลูกสูบเลื่อนมาอยู่ที่ตำแหน่งศูนย์ตายบนและศูนย์ตายล่างพอดี ซึ่งเป็นเพียหลักการเท่านั้นในทางปฏิบบัติถ้าให้ลิ้นไอดีและลิ้นไอเสีย เปิด ปิด ที่ตำแหน่งดังกล่าว จะทำให้เครื่องไม่มีกำลัง เพราะอากาศเข้าสูบน้อย การเผาไหม้อากาศกับเชื้อเพลิงไม่หมดสมบูรณ์ รวมทั้งการกวาดล้างก๊าซเสียออกจากกระบอกสูบไม่หมด ดังนั้นการทำงานของเครื่องยนต์ในทางปฏิบัติจริง ควรไปเป็นดังตามในรูป คือ จะเห็นว่าลิ้นไอดี เริ่มต้นเปิดก่อนที่ลูกสูบจะเคลื่อนที่ถึงศูนย์ตายบน 20 องศา และจะปิดเมื่อลูกสูบผ่านศูนย์ตายล่าง 35 องศา เพื่อให้อากาศซึ่งมีความเร็วสูงที่กำลังไหลผ่านลิ้นไอดีเข้าไปในกระบอกสูบดำเนินต่อไป แม้ว่าลูกสูบเคลื่อนที่ขึ้นในจังหวะอัดแล้วก็ตาม การปิดของลิ้นไอดีตามที่กำหนดไว้นี้ เพื่อป้องกันอากาศในกระบอกสูบไม่ให้ไหลกลับเข้าไปในท่อไอดี ลูกสูบยังคงเคลื่อนขึ้นอัดอากาศต่อไปในจังหวะอัด การฉีดเชื้อเพลิงจะเริ่มต้นก่อนที่ลูกสูบจะขึ้นไปถูงศูนย์ตายบนเล็กน้อย โดยจะฉีดเชื้อเพลิงต่อไป จนกระทั่งลูกสูบเคลื่อนที่ผ่านศูนย์ตายบนเล็กน้อย มุดที่เริ่มต้นการฉีดเชื้อเพลิงก่อนศูนย์ตายบน เรียกว่า “มุมล่วงหน้าในการฉีดเชื้อเพลิง” ซึ่งมีความจำเป็นเพราะความล่าช้าในการจุดให้ลุกไหม้ ด้วยมุมที่เพลาข้อเหวี่ยงหมุนไปประมาณ 30 องศา ซึ่งเป็นช่วงคาบเกี่ยวระหว่างจังหวะอัดและจังหวะกำลัง พลังงานที่ได้รับจากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงจะผลักดันลูกสูบทันที ในขณะที่ลูกสูบกำลังเลื่อนลงในจังหวะกำลัง เมื่อลูกสูบเลื่อนลงในจังหวะกำลัง จนถึงศูนย์ตายล่าง 35 องศา ลิ้นไอเสียจะเริ่มต้นเปิดให้ไอเสียไหลออกไปยังท่อไอเสีย ขณะนี้กำลังดันในกระบอกสูบจะลดต่ำลงทันที จนเกือบเท่ากำลังดันของบรรยากาศ ลูกสูบเคลื่อนผ่านศูนย์ตายล่าง และเริ่มเคลื่อนขึ้นในจังหวะคายไอเสีย ลูกสูบจะเลื่อนขึ้นผลักดันก๊าซไอเสียที่ตกค้างอยู่ภายในกระบอกสูบ ให้ออกไปทางไอลิ้นเสีย ลิ้นไอเสียจะปิดเมื่อลูกสูบเคลื่อนผ่านศูนย์ตายบนไปแล้ว 20 องศา เพื่อปล่อยให้ก๊าซไอเสีย ที่ยังมีความเร็วสูงอยู่ไหลออกจากกระบอกสูบต่อไปเป็นการกำจัดก๊าซไอเสียให้ออกจากกระบอกสูบได้มากที่สุด ดังนั้นจะเห็นว่ามีการเปิดลิ้นไอดี และลิ้นไอเสียพร้อมกันในระหว่างช่วงจังหวะดูดและคายไอเสีย โดยที่เพลาข้อเหวี่ยงหมุนไปถึง 40 องศา ซึ่งเป็นการช่วยการไหลของอากาศบริสุทธิ์ ที่เข้าไปในกระบอกสูบ และช่วยการไหลของก๊าซไอเสียที่ออกจากกระบอกสูบโดยไม่ทำให้อากาศบริสุทธิ์ และก๊าซไอเสียเข้าผสมกัน ตามรูป เป็นเพียงตัวอย่างแสดงมุมของการเปิด-ปิดลิ้นของเครื่องยนต์แบบหนึ่งเท่านั้น โดยในจังหวะดูดเพลาข้อเหวี่ยงจะหมุนไป 235 องศา จังหวะอัด 145 องศา จังหวะกำลัง 145 องศา และจังหวะคาย 235 องศา ถ้าเครื่องยนต์ต่างชนิดกันหรือต่างรุ่นกัน มุมต่างๆ เหล่านี้ย่อมแตกต่างกันด้วย ความเร็วของเครื่องยนต์มีผลต่อเวลาการปิด-เปิดลิ้น และเวลาของการฉีดเชื้อเพลิงล่วงหน้า ถ้าเครื่องยนต์ยิ่งมีความเร็วสูง มุมก่อนถึงศูนย์ตายล่างและหลังศูนย์ตายล่างจะต้องกว้างขึ้น