|
|
V-Tech |
หัวใจ (ใครเอ่ย)
โดย V040
เครื่องยนต์ที่ใช้กันอยู่นี้ แม้ว่าจะมีอยู่หลายแบบหลายชนิดแต่ก็มีหลักการทำงานเหมือนกันคือ
4 จังหวะพื้นฐาน เริ่มจาก ดูด (ประจุไอดี) อัด(เพิ่มความร้อนให้ไอดี) ระเบิด(เผาไหม้ไอดี)
และ คาย(ไอเสียออก) ซึ่งการที่จะได้พลังงานจากเครื่องยนต์มาใช้นั้นก็ต้องอาศัยอุปกรณ์
อีกหลายๆ อย่างมาช่วย
ในภาคนี้ก็อยากจะแนะนำอุปกรณ์ที่เป็นส่วนสำคัญในการที่จะทำให้การเผาไหม้เชื้อเพลิง
สมบูรณ์ หรือจะพูดว่ามันคือหัวใจของเครื่องยนต์ก็ได้นะครับ และ ก็ขอเล่าถึงเฉพาะ
เครื่องยนต์ที่ใช้น้ำมัน Benzene ก่อนเท่านั้นนะครับ (เอาไว้มีเพื่อนๆ หันมาใช้เครื่อง
Diesel กันมากๆ แล้วจะเล่าให้ฟังต่อครับ)
ในปัจจุบันนี้มีอยู่ 2 ระบบ ซึ่งทั้ง 2 ระบบนี้ต่างก็มีหน้าที่อันเดียวกัน คือ ต้องจ่ายไอดี
ที่มีส่วนผสมระหว่าง น้ำมันกับอากาศ(ไม่ว่าจะมีค่า Octane เท่าไรก็ตาม) ให้ถูกต้อง
ตามภาระที่เครื่องยนต์ต้องการ โดยพื้นฐานการเผาไหม้ที่สมบูรณ์จะเกิดจากน้ำมันผสม
กับอากาศ (Oxygen) ในอัตราส่วน 1:15 โดยน้ำหนัก หรือ 1:14.7 โดยปริมาตร
นั่นคือต้องใช้อากาศประมาณ 14.7 ลูกบาศก์เมตร (อากาศ 1 ลูกบาศก์เมตร หรือ 1000 ลิตร
จะมีน้ำหนักประมาณ 1.2 กิโลกรัม) ก็ประมาณสักห้องนอนเล็กๆ ขนาด 2.5 X 2.5 X 2.5
เมตร เพื่อช่วยในการเผาไหม้น้ำมัน Benzene เพียง 1 ลิตร (น้ำมัน Benzene 1 ลิตร
มีน้ำหนักประมาณ 0.85 กิโลกรัม) โดยไม่มีมลพิษใดๆ เกิดขึ้น
แต่ในบางครั้งก็จำเป็นที่จะต้องจ่ายน้ำมันเชื้อเพลิงที่มีอัตราส่วนผิดไปจากนี้ เพื่อที่จะต้อง
การเอาชนะภาระที่เกิดขึ้น เช่น ในขณะออกตัว เร่งแซง มีน้ำหนักบรรทุกมาก หรือ
แม้กระทั่งที่ความเร็วสูงๆ ซึ่งทั้งหมดที่กล่าวมานี้ เครื่องยนต์ต้องการให้มีการจ่ายน้ำมัน
เชื้อเพลิงมากขึ้น (ในขณะที่จำนวนอากาศเท่าเดิม) เราจะเรียกส่วนผสมไอดีแบบนี้ว่า
ส่วนผสมหนา (Fuel rich) และสิ่งที่ตามมาก็คือเครื่องยนต์จะเผาไหม้เชื้อเพลิงได้ไม่
สมบูรณ์ จึงก่อให้เกิดเขม่าดำ(เหมือนควันดำจากการเร่งแซงของรถบรรทุก) ในทางตรง
กันข้าม ถ้าน้ำมันน้อยกว่าอัตราส่วนปกติจะเรียกว่า ส่วนผสมบาง (Fuel lean) ก็จะมีผล
ทำให้ไม่สามารถเร่งแซงได้ หรือ เครื่องยนต์จะไม่ค่อยมีแรง ดังนั้นอุปกรณ์ผสมไอดีนี้จะต้อง
ตอบสนองต่อสิ่งที่ผมกล่าวมาแล้วให้ได้อย่างแม่นยำ และยังเป็นตัวกำหนดความสิ้นเปลือง
น้ำมันอีกด้วย ฉะนั้นแล้วเจ้าอุปกรณ์ชิ้นนี้จึงนับว่าสำคัญไม่น้อย จึงพอจะเรียกได้ว่ามันเป็น
หัวใจของเครื่องยนต์
มีหลักการทำงานง่ายๆ เหมือนกับกระบอกฉีดยากันยุง (ชนิดน้ำ) แบบเก่า ที่เติมน้ำยาไว้ใน
กระปุกด้านหน้ากระบอกสูบลม จากนั้นเมื่อเราเริ่มอัดลมผ่านบริเวณคอคอด ซึ่งปลายท่อ
อีกด้านหนึ่งจุ่มลงในน้ำ ปลายท่อที่ลมผ่านก็จะมีฝอยละอองน้ำยาพ่นออกไป (สมัยนี้คงหาดู
ได้อยากสักหน่อยนะครับ) หรือถ้าจะพูดให้เป็นหลักการสักหน่อยก็ต้องกล่าวว่า ความเร็ว
ของลม ที่ไหลผ่านคอคอด (ช่องเล็กๆ) จะทำให้ความดันโดยรอบลดลง ดังนั้นเมื่อนำปลายท่อ
ไปจุ่มยังน้ำมัน จึงทำให้น้ำมันนั้นถูกดูดขึ้นมาได้ ซึ่งยิ่งอากาศไหลเข้าเร็วมาก (ปริมาณอากาศ
มาก) ก็จะยิ่งมีแรงดูดเอาน้ำมันออกมามากเช่นกัน นั่นคือ อัตราส่วนของอากาศและน้ำมัน
จะค่อนข้างคงที่ (1:15) โดยทั่วไปแล้ว Carburetor จะมีโครงสร้างและระบบการ
ทำงานอยู่ 4 ระบบคือ
ก็มีทั้งแบบกลไก และ ไฟฟ้า (ขอละไว้ก่อน ที่จะกล่าวถึงรายละเอียดนะครับ) จะทำหน้าที่
สูบน้ำมันจากถังด้านหลังรถมายังห้องสำรองน้ำมัน หรือ ช่างจะเรียกว่าห้องลูกลอย
เพราะที่ห้องนี้จะมีลูกลอยสำหรับ เปิด-ปิด น้ำมัน เพื่อรักษาระดับในห้องนี้ให้คงที่ เนื่องจาก
ระดับน้ำมันในห้องนี้จะมีผลต่อการจ่ายน้ำมันเข้าเครื่องยนต์ (รายละเอียด เอาไว้คุยกัน
ในเรื่องของการแก้ไขปัญหา หรือ การปรับแต่งก็แล้วกันนะครับ) และ ก่อนที่น้ำมันจะถูก
สูบด้วย Pump ก็จะต้องผ่านกรองน้ำมันเชื้อเพลิงเสียก่อน เพื่อป้องกันสิ่งสกปรกที่อาจจะ
ทำให้ Pump หรือ ชิ้นส่วนอื่นๆ เสียหายได้
2.ระบบเดินเบา เป็นระบบที่มีการจ่ายน้ำมันเชื้อเพลิงให้ผสมกับอากาศ ในปริมาณที่
เพียงพอต่อการที่เครื่องยนต์จะสามารถหมุนได้ในรอบต่ำ ประมาณ 800 - 850 RPM
ซึ่งในบางครั้งอาจจะเร่งเพิ่มขึ้นเล็กน้อยในกรณีที่มีภาระอื่นเพิ่มขึ้น เช่น ระบบปรับอากาศ
ระบบบังคับเลี้ยวกำลัง (Power streering หรือ ที่นิยมเรียกกันว่า พวงมาลัยเพาเวอร์)
เป็นต้น
น้ำมันเชื้อเพลิงจะถูกดูดผ่าน Idle nozzle (ภาษาช่างมักเรียกว่า นมหนูเดินเบา)
ซึ่งอยู่ที่ฐาน Carburetor โดย Idle nozzle นี้จะเป็นตัวกำหนดปริมาณการไหลของน้ำมัน
ให้มาผสมกับอากาศ ที่ไหลผ่านลิ้นอากาศ (Air throttle) เพื่อไหลเข้าสู่ห้องเผาไหม้ต่อไป
ในระบบนี้ ลิ้นบังคับปริมาณการไหลของอากาศ(Air throttle หรือ ช่างมักจะเรียกว่า ลิ้นปีกผีเสื้อ) จะเปิดเพียงเล็กน้อยเท่านั้น
3.ระบบหลักหรือระบบเร่ง เป็นระบบที่เพิ่มการจ่ายปริมาณไอดีให้สูงขึ้นจากรอบ
เดินเบา โดยการบังคับให้ลิ้นอากาศเปิดกว้างขึ้น ซึ่งอากาศจะไหลผ่านคอคอดมากขึ้น
ดังนั้นจึงทำให้เกิดแรงดูดน้ำมันเชื้อเพลิงมากตามไปด้วย อัตราส่วนของอากาศ ต่อน้ำมัน
อาจจะลดลงมาเล็กน้อย (น้ำมันมากกว่าอากาศ หรือ ส่วนผสมหนาก็เรียกกันนะครับ)
ก็ขึ้นอยู่กับภาระที่เครื่องยนต์ต้องเอาชนะ โดยปกติจะอยู่ประมาณ 1:10 - 1:13 แล้วแต่กรณี
ในระบบนี้หัวฉีดน้ำมัน (Main nozzle หรือ นมหนูหลัก) จะมีขนาดใหญ่กว่า
หัวฉีดของระบบเดินเบา เพราะว่าเครื่องยนต์ต้องการปริมาณน้ำมันเชื้อเพลิงมากกว่าเดิม
และเมื่อเครื่องยนต์เร่งขึ้นไปที่รอบสูงประมาณ 2500 - 2800 RPM ปริมาณอากาศ
ที่ไหลเข้าสู่เครื่องยนต์จะไม่เพียงพอต่อการที่จะเพิ่มรอบขึ้นไปอีก ดังนั้นจะมีกลไกไปบังคับ
ให้ลิ้นอากาศตัวที่ 2 เปิด เพื่อช่วยให้อากาศไหลได้มากขึ้น (นั่นก็คือสาเหตุของการ
สิ้นเปลืองน้ำมันเชื้อเพลิง)
4.ระบบช่วย Start ขณะเครื่องเย็น หรือ บางครั้งเรียกว่า ระบบ Choke ระบบนี้จะช่วยให้การติดเครื่องยนต์ในขณะมีอุณหภูมิต่ำๆ ได้ง่ายขึ้น ก็คือที่ช่องทางเข้า
ของอากาศด้านบน จะมีกลไกต่อกับอุปกรณ์วัดอุณหภูมิที่ทำจากโลหะ นำมาขดเป็นวงกลม
คล้ายลานนาฬิกา เมื่ออุณหภูมิขณะนั้นต่ำ ขดโลหะนี้ก็จะบังคับให้ลิ้นอากาศ(ตัวบน) ปิด
จึงทำให้เกิดสูญกาศระหว่างลิ้นอากาศทั้งสอง เป็นผลให้น้ำมันเชื้อเพลิงถูกดูดออกมา
มากกว่าปกติ (ส่วนผสมจะหนาขึ้นเป็น 1:10) ดังนั้นแล้วการเผาไหม้ในเครื่องยนต์
ก็จะรุนแรงกว่าเดิม เครื่องยนต์จึงติดได้ง่ายขึ้น และ เมื่อเครื่องยนต์ทำงานจนกระทั่ง
อุณหภูมิสูงขึ้นแล้ว กลไกที่ขดโลหะก็จะบังคับให้ลิ้นอากาศตัวบนเปิดอย่างเต็มที่ คือ
กลับไปใช้ลิ้นอากาศของระบบเดินเบาตามเดิม อัตราส่วนของอากาศต่อน้ำมันก็จะเป็น
ไปตามปกติเช่นกัน
ระบบหัวฉีด หรือ Injector ระบบนี้ก็มีหลักการทำงานคล้ายๆ กับ Carburetor
ต่างกันตรงที่ระบบหัวฉีดนี้ จะมีการทำงานร่วมกับระบบไฟฟ้า หรือ Electronics
เพิ่มเติมเข้ามา เช่น ในส่วนของ การวัดค่าต่างๆ ที่จะนำมาคำนวณการฉีดจ่ายน้ำมันเชื้อเพลิง
ซึ่งใน Carburetor จะใช้กลไกล้วนๆ
ระบบหัวฉีดนี้ยังแบ่งย่อยออกไปอีก 2 ระบบ (แล้วจะนำมาเล่าให้ฟังนะครับ) แต่ก็ยังคง
มีอุปกรณ์หลักๆ ที่ทำงานเหมือนกันดังนี้
หน่วยควบคุมการฉีดจ่ายน้ำมันด้วย Electronics หรือที่ช่างเรียกว่า กล่อง ECU
(Electronic Control Unit) ซึ่งนับว่าเป็นหัวใจของระบบทีเดียวครับ กล่อง ECU นี้
จะรับข้อมูลต่างๆ มาประเมินผล แล้วจึงสั่งให้หัวฉีด ทำการฉีดน้ำมันในปริมาณที่เหมาะสม
ซึ่งข้อมูลต่างๆ ก็จะมาจาก อุปกรณ์ตรวจวัดการไหลของอากาศ หรือ ช่างมักจะเรียกว่า
Air flow (meter) ตำแหน่งของลิ้นอากาศ อุปกรณ์วัดปริมาณ Oxygen ในไอเสีย
อุณหภูมิเครื่องยนต์ (น้ำหล่อเย็น) รอบการหมุนของเครื่องยนต์ ตำแน่งของ Gear (ในกรณี
Automatic gear) แรงดันน้ำมันเชื้อเพลิง เป็นต้น (สำหรับหลักการทำงานของแต่ละ
อุปกรณ์ตรวจวัด จะได้อธิบายโดยละเอียดอีกครั้ง ในหัวข้อเฉพาะของเรื่องนั้นๆ ต่อไป)
4 ระบบ ซึ่งก็จะมีส่วนคล้ายคลึงกันกับ Carburetor ดังนี้
1.ระบบจ่าย และ สำรองน้ำมัน (แรงดัน) ระบบนี้ก็คล้ายกับของ Carburetor
เพียงแต่ว่าเปลี่ยนจากการสำรองน้ำมันในลักษณะของการรักษาระดับในห้องลูกลอย
มาเป็นรักษาแรงดันในท่อสำรองน้ำมันแทน นั่นก็คือเมื่อ Pump สูบจ่ายน้ำมันเข้าสู่ระบบ
ซึ่งจะเป็นท่อโลหะขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 2 เซนติเมตร ยาวประมาณ 30
เซนติเมตร (เท่ากับความยาวของฝาสูบ) ที่ท่อนี้จะมีกลไกควบคุมแรงดัน (Pressure
regulator) อยู่ที่ด้านท้าย จะรักษาแรงดันด้วยแรงกดของ Spring ให้คงที่ที่ประมาณ
25 PSI (ปอนด์ต่อตารางนิ้ว) และที่ท่อนี้จะมีท่อแยกออกไปอีก 4 ท่อ(ตามจำนวนสูบที่มี)
ดังนั้นน้ำมันนี้ก็จะไหลไปรอที่หัวฉีดเพื่อที่จะจ่ายเข้าไปผสมกับอากาศในท่อไอดี
ในระบบนี้อุปกรณ์ที่สำคัญก็คงหนีไม่พ้น Pump ชุดควบคุมแรงดัน และกรองน้ำมัน
เชื้อเพลิง การทำงานทั้งหมดในระบบนี้จะเป็นแบบกลไกล้วนๆ ยกเว้น Pump น้ำมัน
เชื้อเพลิงที่ใช้ไฟฟ้าในกาสั่งงานเท่านั้น ซึ่งในระบบต่อไปจะเป็นการควบคุมด้วย
Electronics ซะเป็นส่วนใหญ่
2.ระบบเดินเบา ก็ยังคงมีหน้าที่เหมือนในระบบเดินเบาของ Carburetor คือรักษา
อัตราส่วนของน้ำมันเชื้อเพลิงกับอากาศให้ได้ตามภาระที่ต้องการ หากแต่ว่าในระบบหัวฉีด
นี้จะรักษาปริมาณการฉีดน้ำมัน โดยอาศัยการคำนวณปริมาณการไหลของอากาศ มาเปรียบ
เทียบ จากนั้น ECU จะสั่งให้หัวฉีดจ่ายน้ำมันออกมาตามที่กำหนดไว้ในหน่วยความจำ
ฉะนั้นจะไม่มีการผสมไอดีในชุดหัวฉีด แต่อากาศกับน้ำมันจะผสมกันก่อนเข้าห้องเผาไหม้
จึงทำให้ประสิทธิภาพของการเผาไหม้จะต้องขึ้นอยู่กับการออกแบบ ท่อไอดี และ ทางเข้า
ห้องเผาไหม้ เพื่อที่จะทำให้อากาศ และ น้ำมันผสมเข้ากันอย่างดีซะก่อน (ต่างจาก
Carburetor ที่มีการผสมอากาศและน้ำมันก่อนเข้าท่อไอดี)
อย่างไรก็ตามด้วยความเร็วของอากาศ และ ลักษณะน้ำมันที่ถูกฉีดออกมาภายใต้ความดัน จะทำให้น้ำมันเป็นละอองเล็กกว่า การฉีดในแบบ Carburetor ก็ทำให้อากาศผสม
กับน้ำมันได้ดีพอควร
ปริมาณการไหลของอากาศ และ ตำแหน่งของระบบส่งกำลัง(เฉพาะ Automatic gear)
ซึ่งจะมีสัญญาณเสริมอื่นๆ เพื่อช่วยให้มีการปรับค่าชดเชยของการกำหนดปริมาณการฉีด
จ่ายน้ำมัน เช่น อุณหภูมิเครื่อง และ น้ำหล่อเย็น ปริมาณ Oxygen ในไอเสีย ตำแหน่งการ
จ่ายกระแสไฟฟ้าแรงสูงให้หัวเทียน(จังหวะจุดระเบิด) เป็นต้น โดยรอบที่ควบคุมก็ยังคง
เท่าๆ กับระบบของ Carburetor คือ ประมาณ 800 - 850 RPM ทั้งนี้ก็ขึ้นอยู่กับการ
ตั้งค่า Duty (เป็นค่าที่กำหนดการฉีดจ่ายน้ำมัน หรือ อัตราส่วนผสมในระบบเดินเบา
ซึ่งต้องใช้เครื่อง Computer ของศูนย์เป็นตัวปรับค่าครับ) ของรถแต่ละคัน แต่ก็ใช่ว่า
เราจะไม่สามารถปรับแต่งได้เอง เพียงแต่ว่าการปรับความเร็วรอบที่เราปรับเองนั้น
มันเป็นการปรับชดเชยปริมาณการไหล ไม่ใช่การปรับส่วนผสมครับ
3.ระบบหลัก ในระบบนี้สัญญาณที่เข้ามาประเมินใน ECU ก็ยังคงเป็นเช่นเดียวกันกับ
ระบบเดินเบา เพียงแต่ว่าจะเพิ่มการรับค่าสัญญาณ เช่น ความเร็วของรถ หรือภาระที่เกิดขึ้น
เช่นการเร่งแซง น้ำหนักบรรทุก เป็นต้น การสั่งงานต่างๆ ยังคงคล้ายคลึงกัน แต่ว่าจะมี
ระบบป้องกันความเร็วรอบสูงเพิ่มเข้ามา (ในระบบ Carburetor จะใช้กลไกในการกำหนด
รอบสูงสุดไว้ที่แกนบังคับของลิ้นอากาศ) เพื่อป้องกันไม่ให้เครื่องยนต์หมุนที่รอบสูงเกินไป
จากระบบ Carburetor จะอาศัยแรงดูดของอากาศที่ไหลผ่านคดคอดเล็กๆ
(ยังคงจำได้นะครับ) แต่ในระบบหัวฉีดน้ำมันจะถูกตั้งความดันให้คงที่(ในท่อเหนือหัวฉีด)
จากนั้น ECU จะเป็นตัวสั่งงานปริมาณที่ฉีดน้ำมันด้วยการกำหนดระยะเวลาการเปิด
ของหัวฉีด ก็คือ ถ้าต้องการให้น้ำมันถูกฉีดออกมามาก Solenoid หัวฉีดก็จะมีกระแส ไฟฟ้าไฟไหลเข้ามานาน เพื่อยกเข็มในหัวฉีดเปิดทางให้น้ำมันไหลได้นานเช่นกันและการเปิด
ของหัวฉีดจะสั้นลง(หรือปิดเร็ว) เมื่อ ECU สั่งให้มีการฉีดน้ำมันน้อยลง ง่ายๆแค่นี้เองครับ
4.ระบบช่วย Start ขณะเครื่องเย็น เมื่อ ECU ได้รับสัญญาณอุณหภูมิของเครื่อง
ที่ต่ำกว่าปกติ มันก็จะสั่งให้มีการฉีดน้ำมันเพิ่มขึ้น เพื่อที่จะทำให้เกิดการเผาไหม้ที่รุนแรง
อันจะช่วยให้ลูกสูบสามารถชนะแรงเสียดทานต่างๆ รวมทั้งเป็นการเร่งให้เครื่องยนต์
มีอุณหภูมิสูงขึ้นและพร้อมที่จะใช้งาน (แล้วจะเล่าให้ฟังว่าทำไม เครื่องยนต์ต้องทำงาน
ที่อุณหภูมิสูง) และจากนั้น ECU จะสั่งให้การฉีดน้ำมันค่อยๆ ลดลง เมื่ออุณหภูมิ
ของเครื่องสูงขึ้น โดยปกติความเร็วก็จะอยู่ที่ประมาณ 1200 - 1500 RPM แล้วแต่
สภาพอากาศ และ การ Set-up ของ ECU เองครับ
สำหรับเรื่องของอุปกรณ์ผสมไอดี ก็ขอยุติแต่เพียงสังเขปเท่านี้ก่อนนะครับ เพราะว่ายังมี
เรื่องอื่นมาเข้าแถวรออยู่อีกหลายเรื่องครับ เช่น ระบบส่งกำลัง ห้ามล้อ(Brake)
บังคับเลี้ยว แต่ว่าเห็นมีเพื่อนหลายๆ คนประสบปัญหาเรื่อง ระบบปรับอากาศ กันมาก
งั้นผมว่าเรามาคุยเรื่องนี้กันในตอนต่อไปละกันนะครับ สวัสดี