V-Tech
 
เดินหน้า ถอยหลัง ได้ยังไง? (1)
โดย V040
ในรถยนต์คันหนึ่งจะประกอบไปด้วยระบบ และชิ้นส่วนต่างๆ มากมาย อุปกรณ์บางชิ้นมีหลักการทำงานง่ายดาย ในขณะที่อีกหลายสิ่งอาจจะสลับซับซ้อนขึ้นบ้าง
อุปกรณ์บางอย่างมีทั้งการทำงานที่ง่าย และสลับซับซ้อนในคราวเดียวกัน ดังที่จะมาคุยกันในครั้งนี้ ด้วยระบบที่จะกล่าวถึงก็คือ ระบบซึ่งมีหน้าที่ในการถ่ายทอดกำลังขับเคลื่อนจากเครื่องยนต์ ส่งไปยังล้อรถเพื่อให้รถสามารถแล่นไปได้อย่างนุ่มนวล และต่อเนื่องตามความเร็วที่เราต้องการ เรียกว่า ‘ระบบส่งกำลัง’

โดยปกติแล้วระบบส่งกำลังจะกินความตั้งแต่ อุปกรณ์ที่รับกำลังจากเครื่องยนต์ ไล่เรียงไปจนกระทั่งทำให้ล้อหมุนเลยทีเดียว แต่ผู้ที่ใช้รถทั่วๆ ไป มักคิดถึงเพียงอุปกรณ์ที่ ทำหน้าที่ปรับเปลี่ยนความเร็ว หรือ เรียกเป็นภาษาง่ายๆ ว่า Gear (เกียร์) ดังนั้นแล้ว เพื่อให้มีความเข้าใจตรงกัน จึงจะขอคุยถึงทั้งระบบ แต่ก็จะเน้นไปในเรื่องของอุปกรณ์ ปรับเปลี่ยนความเร็ว หรือ Gear นี้ และอุปกรณ์ตัดต่อกำลัง หรือ Clutch (คลัทช์)

  
  ระบบส่งกำลังในรถทั้งอดีต และปัจจุบันนี้ แบ่งออกเป็น 2 ระบบด้วยกัน คือ

1. ระบบเปลี่ยนความเร็วด้วยมือ (Manual Transmission; MT) หรือ ภาษาที่คนทั่วๆ ไปใช้ว่า เกียร์ธรรมดา
2. ระบบเปลี่ยนความเร็วอัตโนมัติ (Automatic Transmission; AT) หรือ เกียร์อัตโนมัติ

แม้นคำว่า Gear อันเป็นคำที่นิยมใช้กันอย่างแพร่หลาย แต่มันก็ไม่ได้สื่อความหมายของระบบส่งกำลังเท่าที่ควร เพราะโดยแท้จริงแล้วคำว่า Gear นั้น หมายถึง เฟือง มิได้หมายถึงการส่งกำลังทั้งระบบ แต่เพื่อเป็นการสื่อสารที่ง่าย และเป็นที่คุ้นเคยกันมานาน จึงจำเป็นต้องใช้เรียกขานระบบส่งกำลังในบทความนี้ไปพรางก่อน

เหตุที่มาของระบบส่งกำลัง ในอดีตนั้นรถยนต์ยังไม่มีระบบส่งกำลังที่สามารถปรับเปลี่ยนความเร็วได้ ซึ่งภาพที่ชัดเจนที่สุดเห็นจะเป็นตัวอย่างของจักรยานในปัจจุบันนี้ (จักรยานธรรมดาที่ใช้จ่ายกับข้าวนะครับ) คือถ้าต้องการให้จักรยานแล่นเร็วขึ้น เราก็ต้องออกแรงปั่นมากขึ้นตาม ซึ่งสุดท้ายแล้วเราก็ไม่สามารถปั่นจักรยานให้เร็วได้ดั่งใจต้องการ เพราะความเร็วในการปั่นมีจำกัด

 
ถ้าเปรียบเป็นรถแล้ว ในการทำให้รถเคลื่อนที่ก็จะใช้สายพานที่รับแรงหมุนจากเครื่องยนต์ผ่านกงล้อ หรือจานล้อ (Pulley) แล้วค่อยๆ ปรับให้สายพานตึงขึ้นเรื่อยๆ เครื่องยนต์จึงสามารถส่งแรงขับด้วยความฝืดของสายพาน ไปยังล้อ จากนั้นเมื่อต้องการให้รถวิ่งเร็วขึ้นก็เพียงแต่เร่งเครื่องยนต์ให้มีรอบสูงขึ้น ซึ่งก็ไม่ได้มีความเร็วเพิ่มมากขึ้นเท่าใดนัก คล้ายกับจักรยานที่ต้องออกแรงปั่นเพิ่มขึ้นไปเรื่อยๆ ดังนั้นจึงเกิดมีข้อจำกัด 2 เรื่อง คือ
1. การที่จะให้รถเคลื่อนที่ในตอนรถหยุดนิ่งนั้น จำต้องใช้กำลังงานมากกว่าตอนที่รถเคลื่อนที่ไปแล้ว
2. ความต้องการที่จะใช้ความเร็วสูงขึ้นจากในอดีตมาก

ด้วยปัจจัยทั้ง 2 เรื่อง วิศวกรยานยนต์ในยุคต่อมาจึงได้ประดิษฐ์ระบบส่งกำลังขึ้น เพื่อตอบสนองความต้องการของผู้ใช้งาน เพื่อให้สามารถเข้าใจระบบได้อย่างต่อเนื่อง จึงขอเริ่มต้นที่เรื่องระบบตัด-ต่อกำลังระหว่างเครื่องยนต์ กับ ชุดเฟืองส่งกำลังก่อน นั่นคือ Clutch

Clutch
ทำหน้าที่เป็นอุปกรณ์ตัด-ต่อกำลังจากเครื่องยนต์ไปสู่ระบบส่งกำลัง เพื่อที่ช่วยให้การเปลี่ยนความเร็ว (อัตราทด) ในชุดเฟืองส่งกำลังเป็นไปด้วยความนุ่มนวล และต่อเนื่อง

Clutch ในปัจจุบันนี้แบ่งเป็น 2 แบบคือ
1. Clutch ในระบบเกียร์ธรรมดา (Manual Transmission; MT) และ
2. ใช้ในระบบเกียร์อัตโนมัติ (Automatic Transmission; AT) ซึ่งมีชื่อเฉพาะว่า Torque Converter

  
Clutch ในระบบเกียร์ธรรมดา ยังแบ่งออกเป็น 2 แบบ คือ แบบเปียก และ แบบแห้ง แต่ก็มีหลักการทำงานเหมือนกันทุกประการ เพียงแต่แบบเปียกนั้นจะมีแผ่น Clutch หลายแผ่นเรียงซ้อนกัน และ แช่อยู่ในน้ำมัน นิยมใช้ในรถจักรยานยนต์ (Motor Cycle) เพราะมีข้อจำกัดในเรื่องพื้นที่ และความนุ่มนวล ส่วนในรถยนต์จะเป็นแบบแห้ง ซึ่งมีแผ่น Clutch เพียง 1 หรือ 2 แผ่น เท่านั้น สำหรับหลักการทำงาน และ อุปกรณ์มีดังนี้

การทำงานของ Clutch นั้นอาศัยอุปกรณ์หลักๆ อยู่ 3 ส่วน คือ

1. แผ่น Clutch หรือ Clutch Dish จะมีลักษณะเป็นจานกลมบาง เส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 25-30 เซนติเมตร ประกอบด้วยแผ่นเหล็กทำเป็นไส้กลาง และ มีผ้า Clutch เป็นรูปวงแหวนประกบทั้งสองด้านโดยใช้หมุดย้ำ (คล้ายกับขนมปังที่ทำเป็น Sandwich)

ผ้า Clutch นี้ทำจากวัสดุที่มีความฝืด และ ทนความร้อนสูง ประเภท ใยหิน (มีงานวิจัยทางการแพทย์ระบุว่าใยหินเป็นสารที่ก่อให้เกิดมะเร็งในระบบทางเดินหายใจ และ ปอด) ใยโลหะของทองแดง และทองเหลือง เป็นต้น บริเวณแกนกลางของแผ่นเหล็กจะเจาะรู โดยทำเป็นร่องฟันเฟืองสำหรับให้เพลาของระบบส่งกำลังสามารถสวมเข้าไปเพื่อรับ-ส่งกำลัง

 
2. แผ่นกด Clutch หรือ Pressure Plate มักได้ยินช่างโดยทั่วไปเรียกว่า ‘หวี Clutch’ ที่เป็นชื่อนี้ก็ด้วยว่าลักษณะของกลไกที่ทำหน้าที่กดแผ่น Clutch นั้นมีซี่ฟันอยู่โดยรอบ คล้ายกับซี่ของหวี (แต่เป็นซี่ที่เป็นวงกลม คล้ายกับซี่กงล้อของเกวียน) นั่นเอง ซึ่งนอกจากกลไกการกดแบบ ‘หวี’ แล้ว ยังมีลักษณะอื่นอีก เช่น ‘ตีนผี’ คือ กลไกการกดที่เป็นเหล็กทำมุมฉาก คล้ายเท้าคน (แต่ทำไมเรียก ตีนผี ก็ไม่รู้ได้นะครับ!) ทั้งนี้จะไม่ขออธิบายในรายละเอียดไปมากกว่านี้ เนื่องจากใน VITARA หรือ รถเก๋งโดยทั่วไป จะเป็นกลไกแบบ ‘หวี’

แผ่นกดนี้ ประกอบด้วย เหล็กวงแหวน (ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง และความกว้างของวงแหวนจะเท่ากับแผ่น Clutch) มีกลไกสำหรับบังคับ คือ ลูกปืน กับ กระเดื่อง ทำให้วงแหวนเคลื่อนที่ออก (เพื่อกดแผ่น Clutch) หรือ เคลื่อนที่เข้า (เพื่อปล่อยให้แผ่น Clutch เป็นอิสระ) แผ่นกด หรือ ‘หวี Clutch’ เป็นเหล็กที่มีความยืดหยุ่นสูง หรือ Spring อยู่โดยรอบ ซึ่งทำเป็นซี่ๆ คล้ายกับ ‘หวี’ แต่วางตัวอยู่ในรูปวงกลมต่อจากเหล็กวงแหวน

 
3. กลไกควบคุม มี 2 แบบ คือ ใช้สายดึง (Sling Cable) และ ใช้น้ำมัน (Hydraulic) ในระบบแบบสายดึง ที่ปลายด้านติดกับ Clutch จะมีก้านดึงกระเดื่อง เพื่อทำหน้าที่กดตัว ‘หวี’ หรือ กลไกกด Pressure Plate ผ่านลูกปืน แต่ถ้าเป็นระบบที่ใช้น้ำมัน ก้านดึงจะเปลี่ยนเป็นลูกสูบเล็กๆ เคลื่อนที่เข้า-ออกแทนก้านดึง แต่ยังมีกระเดื่องทำหน้าที่เช่นเดิม

Clutch ทำงานโดยมีแผ่น Clutch อยู่ระหว่าง ล้อช่วยแรง (Flywheel) ของเครื่องยนต์ กับ แผ่นกด เมื่อเราเหยียบแป้น Clutch กลไกจะไปกดที่ ‘หวี’ ดังนั้นเหล็กวงแหวนจึงถูกยกตัวออกจากแผ่น Clutch ทำให้แผ่น Clutch เป็นอิสระ อันเป็นจังหวะที่เราต้องการปรับเปลี่ยนความเร็ว หรือ อัตราทดในชุดเฟืองส่งกำลัง

เมื่อเราปล่อยแป้นเหยียบ Clutch ทำให้ไม่มีแรงกดที่ ‘หวี’ ดังนั้น Spring ในแผ่นกด Clutch จึงไร้แรงต้านทาน เหล็กวงแหวนจึงเลื่อนเข้าหาแผ่น Clutch เพื่อกดให้มันแนบสนิทกับล้อช่วยแรงของเครื่องยนต์อีกครั้ง

ด้วยการทำงานที่กล่าวมานี้ จะเห็นได้ว่าประสิทธิภาพการทำงานของ Clutch จะอยู่ที่อุปกรณ์ 2 ชิ้น คือ ความฝืดของผ้า Clutch (ซึ่งรวมทั้งความหนาด้วย) และ แรงกดที่แผ่นกด Clutch

ปัจจัยที่จะทำให้ประสิทธิภาพ หรือ ความหนาของแผ่น Clutch ลดลงอย่างรวดเร็ว มีอยู่ 3-4 ข้อ คือ
1. บรรทุกน้ำหนักมากเกินกว่าที่ระบุไว้ในหนังสือคู่มือ ซึ่งรวมไปทั้งน้ำหนักที่เกิดจากการลากจูงด้วย
2. การออกรถด้วยความเร็ว หรือ กระชากรถ (แบบพวกนักซิ่งทั้งหลาย)
3. ตั้งระยะอิสระ (Free Play) กลไกกด Clutch น้อยเกินไป ทำให้แรงกดที่แผ่น Clutch น้อยกว่าปกติ
4. เผลอวางเท้าอยู่ที่แป้นเหยียบ Clutch ซึ่งเป็นผลคล้ายกับข้อที่ 3
 
  Torque Converter
ต่อไปก็เป็นเรื่องของการตัด-ต่อกำลัง ในระบบส่งกำลังแบบอัตโนมัติ หรือ AT ซึ่งเป็น Clutch ชนิดหนึ่งแต่มีชื่อเรียกว่า Torque Converter (ในที่นี้จะเรียกสั้นๆ ว่า Torque นะครับ)

โดยหน้าที่แล้วจะเหมือนกับ Clutch ทุกประการ เพียงแต่หลักการทำงานนั้นจะค่อนข้างซับซ้อนกว่าเล็กน้อย ซึ่งในการทำงานของ Torque นั้นเปรียบเหมือนพัดลม 2 เครื่องที่หันหน้าเข้าหากัน โดยพัดลมเครื่องแรก (สมมติให้เป็นด้านเครื่องยนต์) จะสร้างกระแสลมเป่าให้กับพัดลมอีกเครื่องหนึ่ง (สมมติให้เป็นด้านชุดเฟืองส่งกำลัง) ถ้าพัดลมเครื่องแรกหมุนด้วยความเร็วสูงขึ้น กระแสลมก็จะแรงขึ้น ดังนั้นพัดลมเครื่องหลังจึงหมุนเร็วขึ้นเป็นลำดับ แต่เราก็สามารถที่จะบังคับไม่ให้พัดลมเครื่องหลังหมุนตามได้ ด้วย 2 วิธีคือ

1. ออกแรงต้าน หรือ พยายามจับเพลาของพัดลมเครื่องหลัง เพราะกระแสลมจากพัดลมเครื่องแรกสามารถที่จะหมุนย้อนอยู่ในใบพัดของมันเองได้
2. ระบายลมออกไปด้านข้าง แทนที่จะเป่าให้พัดลมเครื่องหลังทั้งหมด

ในการทำงานจริงของ Torque จะเปลี่ยนพัดลมเป็นกังหันที่มีใบพัดละเอียด และมีจำนวนใบพัดมากกว่าพัดลม ส่วนอากาศที่ใช้เป็นสื่อกลางของแรงลมก็เปลี่ยนเป็นน้ำมัน ซึ่งไม่สามารถยุบตัวได้ จึงทำให้มีความรวดเร็ว และมีประสิทธิภาพสูงขึ้น
 
  การตัด-ต่อกำลังใน Torque จะใช้หลักการสมดุลแรงดัน คือ เมื่อใบพัดด้านเครื่องยนต์หมุน จะทำให้เกิดแรงเหวี่ยงในน้ำมัน จากนั้นน้ำมันที่ถูกเหวี่ยงจะไปผลักใบใบพัดอีกด้านหนึ่ง ซึ่งยึดติดกับชุดเฟืองส่งกำลัง ทำให้เฟืองหมุนต่อไป แต่ในกรณีที่เราหยุดรถ โดยเท้ายังเหยียบอยู่ที่แป้นเหยียบ อีกทั้งยังไม่ได้ปลดคันโยกบังคับชุดเฟืองมาอยู่ที่ตำแหน่ง N (ไม่ว่าจะค้างอยู่ที่ตำแหน่ง D หรือ R ก็ตาม) ใบพัดด้านชุดเฟืองจึงไม่สามารถหมุนได้ ดังนั้นน้ำมันที่ถูกส่งมาผลักใบพัดด้านนี้จึงที่แรงดันสูงขึ้น ในห้อง Torque จะมีลิ้นระบายแรงดันส่วนเกิน (Relief Valve) เมื่อแรงดันสูงจนกระทั่งถึงระดับที่กำหนดไว้ ก็จะถูก Relief Valve นี้ระบายแรงดันออกไป แต่น้ำมันจะมีอุณหภูมิสูงขึ้น

หากโยกคันบังคับไปที่ตำแหน่ง N หรือ P ใบพัดทั้ง 2 ด้านใน Torque จะหมุนไปตามกันตลอดเวลา เพียงแต่กลไกภายในชุดเฟืองส่งกำลัง จะหมุนเป็นอิสระจึงไม่ทำให้รถเคลื่อนที่ได้ ดังนั้นแรงดันภายในห้อง Torque จึงเป็นปกติ ผลที่ตามมา คือ น้ำมันจะมีอุณหภูมิต่ำลง การไหลเวียนของน้ำมันราบเรียบขึ้น ลิ้นระบายแรงดันทำงานน้อยลง และเมื่อแรงดันลดลงโอกาสที่น้ำมันจะทำให้เศษผงโลหะ (เกิดจากการใช้งานซึ่งเป็นเรื่องปกติของการเสียดสีในเฟืองโลหะ) ฟุ้งกระจายได้น้อยลง

ในกรณีที่โยกคันบังคับไปยังตำแหน่ง D, R, 2 หรือ L ก็ตาม หากปล่อยให้รถแล่นไปตามปกติแล้ว กังหันใน Torque ทั้ง 2 ด้านย่อมหมุนไปพร้อมๆ กัน ฉะนั้นแรงดันน้ำมันในห้อง Torque จะเป็นปกติเช่นกัน

จากเหตุผลที่กล่าวมานี้ จึงควรหลีกเลี่ยงการค้างตำแหน่งคันบังคับที่ตำแหน่ง D ในขณะที่รถหยุดนิ่ง แต่การจราจรที่ติดขัด บางครั้งอาจจะเป็นการเคลื่อนรถในระยะสั้นๆ แล้วหยุด ซึ่งอาจจะไม่สะดวกต่อการโยกคันบังคับกลับไป-มา เพื่อให้สะดวก และป้องกันผลเสียในห้อง Torque ได้บ้าง จึงพอใช้หลักง่ายๆ คือ หากเห็นว่าจะหยุดรถเกิน 10 วินาที (ตัวเลขนี้กำหนดไว้เพื่อให้เป็นค่าแบบกลางๆ ก็อาจจะนับ 1-10 ในใจนะครับ) ให้ปลดมาที่ตำแหน่ง N แต่ถ้าน้อยกว่านี้ อาจจะเหยียบแป้น Brake ค้างไว้รอจังหวะการเคลื่อนรถต่อไปได้
 
   
อ่านหน้าต่อไป