เครื่องยนต์แก๊สเป็นเครื่องยนต์สันดาปภายในที่ใช้เชื้อเพลิงเป็นก๊าซ ( เชื้อเพลิง ในรูปก๊าซ ) เช่นก๊าซถ่านหินก๊าซจากกระบวนการผลิตก๊าซชีวภาพก๊าซจากหลุมฝังกลบก๊าซธรรมชาติหรือไฮโดรเจนในสหราชอาณาจักรและ ประเทศที่ใช้ ภาษาอังกฤษแบบบริติช คำนี้มีความหมายชัดเจน ในสหรัฐอเมริกาเนื่องจากการใช้คำว่า "gas" อย่างแพร่หลายเพื่อย่อคำว่าgasoline (น้ำมันเบนซิน) เครื่องยนต์ประเภทนี้จึงบางครั้งถูกเรียกด้วยคำที่ชัดเจนกว่า เช่นเครื่องยนต์ที่ใช้เชื้อเพลิงก๊าซหรือเครื่องยนต์ ก๊าซธรรมชาติ

โดยทั่วไปในการใช้งานสมัยใหม่ คำว่าเครื่องยนต์แก๊สหมายถึงเครื่องยนต์อุตสาหกรรมสำหรับงานหนักที่สามารถทำงานได้อย่างต่อเนื่องที่โหลดเต็มที่เป็นระยะเวลาประมาณ 8,760 ชั่วโมงต่อปี ซึ่งแตกต่างจากเครื่องยนต์เบนซินสำหรับรถยนต์ซึ่งมีน้ำหนักเบา รอบสูง และโดยทั่วไปแล้วจะทำงานไม่เกิน 4,000 ชั่วโมงตลอดอายุการใช้งาน กำลังโดยทั่วไปมีตั้งแต่ 10 กิโลวัตต์ (13 แรงม้า) ถึง 4 เมกะวัตต์ (5,364 แรงม้า) ^{[ 1 ]}

มีการทดลองเกี่ยวกับเครื่องยนต์แก๊สมากมายในศตวรรษที่ 19 แต่เครื่องยนต์สันดาปภายใน ที่ใช้แก๊สเป็นเชื้อเพลิงเครื่องแรกที่ใช้งานได้จริงนั้น สร้างขึ้นโดยวิศวกรชาวเบลเยียมÉtienne Lenoirในปี พ.ศ. 2303 ^{[ 2 ]}อย่างไรก็ตาม เครื่องยนต์ Lenoir ประสบปัญหาเรื่องกำลังขับต่ำและการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงสูง

งานของเลอนัวร์ได้รับการวิจัยและพัฒนาเพิ่มเติมโดยวิศวกรชาวเยอรมันนิโคเลาส์ ออกัสต์ ออตโตผู้ซึ่งต่อมาได้ประดิษฐ์เครื่องยนต์สี่จังหวะเครื่องแรกที่เผาไหม้เชื้อเพลิงได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยตรงในห้องลูกสูบ ในเดือนสิงหาคม ค.ศ. 1864 ออตโตได้พบกับยูจีน ลังเกนผู้ซึ่งได้รับการฝึกฝนด้านเทคนิคและมองเห็นศักยภาพในการพัฒนาของออตโต และหนึ่งเดือนหลังจากการพบปะ เขาได้ก่อตั้งโรงงานผลิตเครื่องยนต์แห่งแรกของโลก NA Otto & Cie ในเมืองโคโลญ ในปี ค.ศ. 1867 ออตโตได้จดสิทธิบัตรการออกแบบที่ได้รับการปรับปรุงของเขา และได้รับรางวัลใหญ่ในงานนิทรรศการโลกปารีสปี ค.ศ. 1867 เครื่องยนต์บรรยากาศนี้ทำงานโดยการดูดส่วนผสมของก๊าซและอากาศเข้าไปในกระบอกสูบแนวตั้ง เมื่อลูกสูบขึ้นไปได้ประมาณแปดนิ้ว ส่วนผสมของก๊าซและอากาศจะถูกจุดโดยเปลวไฟนำร่องขนาดเล็กที่ลุกไหม้อยู่ด้านนอก ซึ่งจะดันลูกสูบ (ซึ่งเชื่อมต่อกับแร็คฟันเฟือง) ขึ้นด้านบน ทำให้เกิดสุญญากาศบางส่วนอยู่ด้านล่าง การทำงานจะไม่เกิดขึ้นในจังหวะขึ้นด้านบน การทำงานเกิดขึ้นเมื่อลูกสูบและแร็คฟันเฟืองเคลื่อนลงภายใต้แรงดันบรรยากาศและน้ำหนักของตัวเอง ทำให้เพลาหลักและล้อช่วยแรงหมุนตามไปด้วย ข้อดีเหนือเครื่องยนต์ไอน้ำที่มีอยู่คือสามารถเริ่มและหยุดได้ตามต้องการ ทำให้เหมาะสำหรับงานที่ไม่ต่อเนื่อง เช่น การขนถ่ายสินค้าขึ้นหรือลงเรือ^{[ 3 ]}

เครื่องยนต์แบบใช้แก๊สในบรรยากาศถูกแทนที่ด้วยเครื่องยนต์สี่จังหวะ ของออตโต การเปลี่ยนไปใช้เครื่องยนต์สี่จังหวะนั้นรวดเร็วอย่างน่าทึ่ง โดยเครื่องยนต์แบบใช้แก๊สในบรรยากาศรุ่นสุดท้ายผลิตขึ้นในปี 1877 ต่อมาไม่นานก็มีเครื่องยนต์ที่ใช้เชื้อเพลิงเหลวตามมา โดยใช้ดีเซล (ประมาณปี 1898) หรือน้ำมันเบนซิน (ประมาณปี 1900)

ผู้ผลิตเครื่องยนต์แก๊สที่มีชื่อเสียงที่สุดในสหราชอาณาจักรคือCrossleyแห่งแมนเชสเตอร์ ซึ่งในปี พ.ศ. 2412 ได้รับสิทธิ์ในสหราชอาณาจักรและทั่วโลก (ยกเว้นเยอรมนี) สำหรับสิทธิบัตรของ Otto และ Langen สำหรับเครื่องยนต์บรรยากาศที่ใช้แก๊สเป็นเชื้อเพลิงแบบใหม่ ในปี พ.ศ. 2419 พวกเขาได้รับสิทธิ์ในเครื่องยนต์แบบสี่จังหวะที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นของ Otto เครื่องยนต์ดังกล่าวจัดแสดงอยู่ที่ พิพิธภัณฑ์วิทยาศาสตร์และอุตสาหกรรมแมนเชสเตอร์^{[ 4 ]}

นอกจากนี้ยังมีบริษัทอื่นๆ อีกหลายแห่งที่ตั้งอยู่ใน พื้นที่ แมนเชสเตอร์ บริษัท Tangye Ltd.แห่ง Smethwick ใกล้เมืองเบอร์มิงแฮม ได้จำหน่ายเครื่องยนต์แก๊สเครื่องแรก ซึ่งเป็น แบบสองจังหวะ ขนาด 1 แรงม้าในปี พ.ศ. 2424 และในปี พ.ศ. 2433 บริษัทได้เริ่มผลิตเครื่องยนต์แก๊สแบบสี่จังหวะ^{[ 5 ]}

พิพิธภัณฑ์เครื่องยนต์แอนสันในเมืองพอยน์ตันใกล้กับเมืองสต็อกพอร์ตประเทศอังกฤษมีคอลเล็กชันของเครื่องยนต์หลายเครื่อง รวมถึงเครื่องยนต์แก๊สที่ใช้งานได้จริงหลายเครื่อง รวมถึงเครื่องยนต์บรรยากาศครอสลีย์ที่ใหญ่ที่สุดเท่าที่เคยสร้างมา เครื่องยนต์โรบินสัน 3/4 AE & H จัดแสดงอยู่ที่ พิพิธภัณฑ์วิทยาศาสตร์และอุตสาหกรรมแมนเชสเตอร์^{[ 6 ]}

ผู้ผลิตเครื่องยนต์ก๊าซ ได้แก่Hyundai Heavy Industries , Rolls-Royce ร่วมกับ MTU, Bergen-Engines AS , Kawasaki Heavy Industries , Liebherr , MTU Friedrichshafen , INNIO Jenbacher , Caterpillar Inc. , Perkins Engines , MWM , Cummins , Wärtsilä , INNIO Waukesha , Guascor Energy, Deutz , Everllence (เดิมชื่อ MAN Energy Solutions), Scania AB , Fairbanks-Morse , Doosan, Eaton (ผู้สืบทอดจาก Cooper Industriesซึ่งเป็นอดีตผู้ถือครองส่วนแบ่งการตลาดรายใหญ่) และYanmarกำลังการผลิตมีตั้งแต่ประมาณ 10 กิโลวัตต์ (13 แรงม้า) สำหรับระบบผลิตความร้อนและไฟฟ้าแบบผสมผสานขนาดเล็ก (CHP) ไปจนถึง 18 เมกะวัตต์ (24,000 แรงม้า) ^{[ 7 ]}โดยทั่วไปแล้ว เครื่องยนต์ก๊าซความเร็วสูงสมัยใหม่สามารถแข่งขันกับกังหันก๊าซได้ถึงประมาณ 50 เมกะวัตต์ (67,000 แรงม้า) ขึ้นอยู่กับสถานการณ์ และเครื่องยนต์ที่ดีที่สุดนั้นประหยัดเชื้อเพลิงกว่ากังหันก๊าซมาก Rolls-Royce กับเครื่องยนต์ Bergen, Caterpillar และผู้ผลิตรายอื่นๆ อีกมากมายใช้บล็อกเครื่องยนต์ดีเซลและเพลาข้อเหวี่ยงเป็นพื้นฐานสำหรับผลิตภัณฑ์ของตน INNIO Jenbacher และ Waukesha เป็นเพียงสองบริษัทเท่านั้นที่มีเครื่องยนต์ที่ออกแบบและใช้งานเฉพาะกับก๊าซเท่านั้น

การใช้งานทั่วไป ได้แก่ การผลิตไฟฟ้า แบบโหลดพื้นฐานหรือแบบชั่วโมงสูง รวมถึงการผลิตความร้อนและไฟฟ้าแบบผสมผสาน (สำหรับตัวเลขประสิทธิภาพทั่วไป โปรดดู^{[ 8 ]} ) ก๊าซจากหลุมฝังกลบก๊าซจากเหมือง ก๊าซจาก หัวบ่อ และก๊าซชีวภาพซึ่งความร้อนเหลือทิ้งจากเครื่องยนต์อาจใช้เพื่อทำให้เครื่องย่อยร้อน สำหรับพารามิเตอร์การติดตั้งเครื่องยนต์ก๊าซชีวภาพทั่วไป โปรดดู^{[ 9 ]}สำหรับพารามิเตอร์ของระบบ CHP เครื่องยนต์ก๊าซขนาดใหญ่ ตามที่ติดตั้งในโรงงาน โปรดดู^{[ 10 ]}เครื่องยนต์ก๊าซไม่ค่อยได้ใช้สำหรับการใช้งานสำรอง ซึ่งส่วนใหญ่ยังคงเป็นหน้าที่ของเครื่องยนต์ดีเซล ข้อยกเว้นประการหนึ่งคือเครื่องกำเนิดไฟฟ้าฉุกเฉินขนาดเล็ก (<150 kW) ที่มักติดตั้งโดยฟาร์ม พิพิธภัณฑ์ ธุรกิจขนาดเล็ก และที่อยู่อาศัย เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเหล่านี้สามารถเชื่อมต่อกับก๊าซธรรมชาติจากสาธารณูปโภคหรือโพรเพนจากถังเก็บในสถานที่ และสามารถตั้งค่าให้เริ่มทำงานโดยอัตโนมัติเมื่อไฟฟ้าดับ

เครื่องยนต์ ก๊าซธรรมชาติเหลว (LNG)กำลังขยายตัวเข้าสู่ตลาดเรือเดินทะเล เนื่องจากเครื่องยนต์ก๊าซเผาไหม้แบบลีนสามารถตอบสนองความต้องการการปล่อยมลพิษใหม่ได้โดยไม่ต้องใช้ระบบบำบัดเชื้อเพลิงหรือระบบทำความสะอาดไอเสียเพิ่มเติม การใช้เครื่องยนต์ที่ใช้ก๊าซธรรมชาติอัด (CNG) ก็กำลังเติบโตใน ภาคส่วน รถโดยสาร เช่นกัน ผู้ใช้งานในสหราชอาณาจักร ได้แก่Reading Busesการใช้รถโดยสารที่ใช้ก๊าซได้รับการสนับสนุนโดย Gas Bus Alliance ^{[ 11 ]}และผู้ผลิต ได้แก่Scania AB ^{[ 12 ]}

เนื่องจากก๊าซธรรมชาติโดยเฉพาะมีเทนเป็นเชื้อเพลิงที่ประหยัดและหาได้ง่ายมานานแล้ว เครื่องยนต์อุตสาหกรรมจำนวนมากจึงได้รับการออกแบบหรือดัดแปลงให้ใช้ก๊าซแทนน้ำมันเบนซินการทำงานของเครื่องยนต์เหล่านี้ก่อให้เกิดมลพิษจากไฮโดรคาร์บอนที่ซับซ้อนน้อยกว่า และเครื่องยนต์มีปัญหาภายในน้อยกว่า ตัวอย่างหนึ่งคือ เครื่องยนต์ที่ใช้ ก๊าซปิโตรเลียมเหลวโดยเฉพาะโพรเพน ซึ่งใช้ในรถ ยกจำนวนมากการใช้คำว่า "gas" ในสหรัฐอเมริกาโดยทั่วไปเพื่อหมายถึง "gasoline" จำเป็นต้องระบุอย่างชัดเจนว่าเป็นเครื่องยนต์ที่ใช้ก๊าซธรรมชาติ นอกจากนี้ยังมีสิ่งที่เรียกว่า "น้ำมันเบนซินธรรมชาติ" ^{[ 13 ]}แต่คำนี้ซึ่งหมายถึงกลุ่มย่อยของของเหลวก๊าซธรรมชาติแทบจะไม่พบเห็นนอกอุตสาหกรรมการกลั่นเลย

เครื่องยนต์แก๊สแตกต่างจากเครื่องยนต์เบนซินในวิธีการผสมเชื้อเพลิงและอากาศ เครื่องยนต์เบนซินใช้คาร์บูเรเตอร์หรือระบบฉีดเชื้อเพลิงแต่เครื่องยนต์แก๊สมักใช้ ระบบ เวนทูรี แบบง่ายๆ เพื่อนำแก๊สเข้าสู่กระแสอากาศ เครื่องยนต์แก๊สรุ่นแรกๆ ใช้ระบบวาล์วสามตัว โดยมีวาล์วไอดีแยกกันสำหรับอากาศและแก๊ส

จุดอ่อนของเครื่องยนต์เบนซินเมื่อเทียบกับเครื่องยนต์ดีเซลคือวาล์วไอเสีย เนื่องจากก๊าซไอเสียของเครื่องยนต์เบนซินมีอุณหภูมิสูงกว่ามากเมื่อเทียบกับกำลังขับที่เท่ากัน ซึ่งจำกัดกำลังขับ ดังนั้น เครื่องยนต์ดีเซลจากผู้ผลิตรายเดียวกันมักจะมีกำลังขับสูงสุดสูงกว่าเครื่องยนต์เบนซินที่มีขนาดบล็อกเครื่องยนต์เท่ากัน โดยทั่วไปแล้ว เครื่องยนต์ดีเซลจะมีอัตราการทำงานสามระดับ คือ อัตราการทำงานขณะสแตนด์บาย อัตราการทำงานขณะใช้งาน และอัตราการทำงานต่อเนื่อง หรือที่รู้จักกันในชื่ออัตราการทำงาน 1 ชั่วโมง อัตราการทำงาน 12 ชั่วโมง และอัตราการทำงานต่อเนื่องในสหราชอาณาจักร ในขณะที่เครื่องยนต์เบนซินโดยทั่วไปจะมีเพียงอัตราการทำงานต่อเนื่อง ซึ่งมักจะน้อยกว่าอัตราการทำงานต่อเนื่องของเครื่องยนต์ดีเซล

มีการใช้ระบบจุดระเบิดหลายแบบ รวมถึงระบบจุดระเบิดแบบท่อความร้อนและระบบจุดระเบิดด้วยประกายไฟเครื่องยนต์แก๊สสมัยใหม่บางรุ่นเป็นเครื่องยนต์แบบใช้เชื้อเพลิงสองชนิด โดยแหล่งพลังงานหลักคือส่วนผสมของแก๊สและอากาศ แต่จะจุดระเบิดด้วยการ ฉีด เชื้อเพลิงดีเซลในปริมาณเล็กน้อย

เครื่องยนต์แก๊สที่ใช้ก๊าซธรรมชาติโดยทั่วไปจะมีประสิทธิภาพเชิงความร้อนระหว่าง 35-45% ( ตามค่า LHV ) ^{[ 14 ]}ณ ปี 2018 เครื่องยนต์ที่ดีที่สุดสามารถบรรลุประสิทธิภาพเชิงความร้อนได้ถึง 50% (ตามค่า LHV) ^{[ 15 ]}เครื่องยนต์แก๊สเหล่านี้มักจะเป็นเครื่องยนต์ความเร็วปานกลางเครื่องยนต์เบอร์เกนพลังงานเชื้อเพลิงเกิดขึ้นที่เพลาส่งออก ส่วนที่เหลือจะปรากฏเป็นความร้อนเหลือทิ้ง^{[ 10 ]}เครื่องยนต์ขนาดใหญ่มีประสิทธิภาพมากกว่าเครื่องยนต์ขนาดเล็ก เครื่องยนต์แก๊สที่ใช้ก๊าซชีวภาพโดยทั่วไปจะมีประสิทธิภาพต่ำกว่าเล็กน้อย (~1-2%) และก๊าซสังเคราะห์จะลดประสิทธิภาพลงไปอีก เครื่องยนต์ J624 ของ GE Jenbacher จากปี 2013 เป็นเครื่องยนต์แก๊ส 24 สูบประสิทธิภาพสูงเครื่องแรกของโลกที่ใช้ก๊าซมีเทนเป็นเชื้อเพลิง^{[ 16 ]}

เมื่อพิจารณาประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ ควรพิจารณาว่าประสิทธิภาพนั้นวัดจากค่าความร้อนต่ำ (LHV) หรือค่าความร้อนสูง (HHV)ของก๊าซ โดยทั่วไปแล้ว ผู้ผลิตเครื่องยนต์จะระบุประสิทธิภาพโดยอิงจากค่าความร้อนต่ำของก๊าซ นั่นคือ ประสิทธิภาพหลังจากหักพลังงานที่ใช้ในการระเหยความชื้นภายในก๊าซแล้ว ในขณะที่เครือข่ายการจำหน่ายก๊าซจะคิดค่าบริการโดยอิงจากค่าความร้อนสูงของก๊าซนั่นคือพลังงานทั้งหมด ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ที่ระบุโดยอิงจาก LHV อาจอยู่ที่ 44% ในขณะที่เครื่องยนต์เดียวกันอาจมีประสิทธิภาพ 39.6% เมื่อวัดจาก HHV โดยใช้ก๊าซธรรมชาติ สิ่งสำคัญคือต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าการเปรียบเทียบประสิทธิภาพนั้นเป็นไปในลักษณะเดียวกัน ตัวอย่างเช่น ผู้ผลิตบางรายใช้ปั๊มที่ขับเคลื่อนด้วยกลไก ในขณะที่บางรายใช้ปั๊มที่ขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าเพื่อขับเคลื่อนน้ำหล่อเย็นของเครื่องยนต์ และบางครั้งอาจละเลยการใช้พลังงานไฟฟ้า ทำให้ได้ประสิทธิภาพที่ปรากฏสูงเกินจริงเมื่อเทียบกับเครื่องยนต์ที่ขับเคลื่อนโดยตรง

ความร้อนเหลือทิ้งจากเครื่องยนต์สามารถนำไปใช้ในการทำความร้อนอาคารหรือกระบวนการผลิตได้ ในเครื่องยนต์ ความร้อนเหลือทิ้งประมาณครึ่งหนึ่ง (จากเสื้อสูบเครื่องยนต์ คูลเลอร์น้ำมัน และวงจรอาฟเตอร์คูลเลอร์) จะกลายเป็นน้ำร้อน ซึ่งมีอุณหภูมิสูงถึง 110 องศาเซลเซียส ส่วนที่เหลือจะกลายเป็นความร้อนอุณหภูมิสูง ซึ่งสามารถนำไปสร้างน้ำร้อนหรือไอน้ำแรงดันสูงได้โดยใช้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน จากก๊าซ ไอเสีย

เครื่องยนต์สองประเภทที่พบได้บ่อยที่สุดคือเครื่องยนต์ระบายความร้อนด้วยอากาศและ เครื่องยนต์ ระบายความร้อนด้วยน้ำปัจจุบันเครื่องยนต์ระบายความร้อนด้วยน้ำจะใช้น้ำยาหล่อเย็นในเครื่องยนต์สันดาปภายใน

เครื่องยนต์บางประเภท (ทั้งแบบใช้อากาศหรือแบบใช้น้ำ) มีระบบระบายความร้อนน้ำมันเครื่อง เพิ่มเติม

จำเป็นต้องมีการระบายความร้อนเพื่อขจัดความร้อนส่วนเกิน เนื่องจากความร้อนสูงเกินไปอาจทำให้เครื่องยนต์เสียหายได้ ซึ่งมักเกิดจากการสึกหรอ การแตกร้าว หรือการบิดเบี้ยว

สูตรนี้แสดงถึงปริมาณการไหลของก๊าซที่จำเป็นสำหรับเครื่องยนต์ก๊าซในสภาวะปกติที่โหลดเต็มที่

${\displaystyle Q={\frac {P}{\eta }}\cdot {\frac {1}{LHV_{gas}}}}$

ที่ไหน:

• ${\displaystyle Q}$อัตราการไหลของก๊าซในสภาวะปกติ
• ${\displaystyle {P}}$กำลังเครื่องยนต์
• ${\displaystyle {\eta }}$คือประสิทธิภาพเชิงกล
• LHV คือค่าความร้อนต่ำของก๊าซ

• เครื่องยนต์แก๊สโบราณ
• 
  เครื่องยนต์แก๊สธรรมดาขนาด 36 แรงม้าของบริษัทแห่งชาติ ปี 1905
• 
  เครื่องยนต์แก๊ส Körting ปี 1903
• 
  เครื่องยนต์แก๊สแบบตั้งตรงของแบคคัส
• 
  เครื่องยนต์ก๊าซแนวนอนออตโต
• 
  เครื่องยนต์ก๊าซแนวตั้งออตโต
• 
  เครื่องยนต์แก๊สเวสติงเฮาส์
• 
  เครื่องยนต์แก๊สและไดนาโมของครอสลีย์
• 
  โรงไฟฟ้าพลังงานไฟฟ้าเครื่องยนต์ก๊าซคู่ชั้นนำ
• 
  เครื่องยนต์เบนซิน 125 แรงม้า และไดนาโม
• 
  บริษัท ครอสลีย์ บราเธอร์ส จำกัด, ปี 1886 เครื่องยนต์หมายเลข 1, เครื่องยนต์เบนซิน 4 จังหวะ สูบเดียว ขนาด 4.5 แรงม้า, 160 รอบต่อนาที
• 
  เครื่องยนต์เบนซินครอสลีย์ ปี 1915 (รุ่น GE130 หมายเลข 75590) กำลัง 150 แรงม้า
• 
  เครื่องยนต์ก๊าซแห่งชาติ
• 
  เครื่องยนต์แก๊สแบบคู่ขนานกำลังสูงสำหรับกวาดล้างของเสียระดับพรีเมียร์
• 
  เครื่องยนต์แก๊สเตาหลอมเหล็กพร้อมกระบอกสูบเป่าลม
• 
  เครื่องยนต์แก๊สสต็อกพอร์ตและไดนาโมแบบขับเคลื่อนด้วยสายพาน

• ออโต้แก๊ส
• คำสั่ง CHP
• การผลิตพลังงานร่วม
• กังหันก๊าซ
• ประวัติความเป็นมาของเครื่องยนต์สันดาปภายใน
• รายชื่อรถยนต์ที่ใช้ก๊าซธรรมชาติ
• พิพิธภัณฑ์เครื่องยนต์แอนสัน
• พิพิธภัณฑ์วิทยาศาสตร์และอุตสาหกรรม