การจัดวางวาล์วและกลไกวาล์วเครื่องยนต์

Posted on : 28-10-2012 | By : Author | In : การทำงานของเครื่องยนต์

วาล์วสามารถจัดวางได้หลายวิธีทั้งในฝาสูบหรือเสื้อสูบดังแสดงในรูปที่ 3.18

กลไกวาล์วก็สามารถจัดวางได้หลายวิธีเช่นกัน ซึ่งการจัดวางวาล์วที่นิยมใช้กันมากคือ แบบโอเวอร์เฮดวาล์ว (overhead-valve) หรืออาจเรียกว่า แบบหัวไอ (I-head) หรือวาล์วอินเฮด (valve-in-head) ซึ่งสามารถอธิบายได้ดังนี้

1. เครื่องยนต์โอเวอร์เฮดวาล์ว (overhead-valve engine) เครื่องยนต์โอเวอร์เฮดวาล์ว (OHV) มีวาล์วอยู่ในฝาสูบ ในกรณีของเครื่องยนต์กระบอกสูบเรียง วาล์วมักจะเรียงเป็นแถวเดียว (ดูรูปที่ 3.12) ส่วนเครื่องยนต์กระบอกสูบวี วาล์วในแต่ละแถวของกระบอกสูบอาจเรียงเป็นแถวเดี่ยว (ดูรูปที่ 3.16) หรือเรียงเป็นแถวคู่ดังรูปที่ 3.18 (จ)

เครื่องยนต์โอเวอร์เฮดวาล์วมีอัตราส่วนการอัดและประสิทธิภาพสูงกว่าเครื่องยนต์แบบหัวแอล (L-head) เพราะปริมาตรห้องเผาไหม้ (clearance volume) ของเครื่องยนต์โอเวอร์เฮดวาล์วสามารถทำให้เล็กกว่าแบบหัวแอล ปริมาตรห้องเผาไหม้เป็นปริมาตรที่เหลืออยู่ในกระบอกสูบ ในขณะที่ลูกสูบอยู่ที่ตำแหน่งศูนย์ตายบนซึ่งได้แก่ ปริมาตร B ในรูปที่ 2.16

เครื่องยนต์โอเวอร์เฮดวาล์วบางรุ่นมีร่องบากบนหัวลูกสูบเพื่อเพิ่มช่องว่างไม่ให้วาล์วชนกับลูกสูบ (ดูรูปที่ 3.2)

2. เครื่องยนต์แคมชาฟต์อินบล็อก (camshaft-in-block engine) เครื่องยนต์ โอเวอร์เฮดวาล์วจำนวนมากที่มีเพลาลูกเบี้ยวอยู่ในเสื้อสูบ (ดูรูปที่ 3.15) การทำงานของวาล์ว ใช้ก้านกระทุ้งและกระเดื่องวาล์ว กลไกวาล์วแบบก้านกระทุ้งนี้แสดงดังรูปที่ 2.22

3. เครื่องยนต์โอเวอร์เฮดแคมชาฟต์ (overhead camshaft engine) เครื่องยนต์รุ่นใหม่มักได้รับการออกแบบเป็นโอเวอร์เฮดแคมชาฟต์ ทั้งนี้เพราะว่าก้านกระทุ้งและกระเดื่องวาล์วมีความเฉื่อยซึ่งมีผลต่อการทำงานของวาล์ว ดังนั้นกลไกวาล์วแบบก้านกระทุ้งจึงมีแนวโน้ม ที่จะต้านการเคลื่อนที่ จนกว่าจะมีแรงมากเพียงพอกระทำต่อกลไก ผลดังกล่าวจึงทำให้ก้านกระทุ้ง และกระเดื่องวาล์วหยุ่นตัวหรือโก่งตัวเล็กน้อยก่อนที่จะเปิดวาล์ว

ในขณะที่เครื่องยนต์มีอัตราเร็วรอบตํ่า การหยุ่นตัวหรือโก่งตัวจะมีผลเพียงเล็กน้อยเท่านั้น แต่เมื่ออัตราเร็วรอบเพิ่มขึ้นการหยุ่นตัวหรือโก่งตัวจะเพิ่มขึ้น ซึ่งมีผลทำให้การทำงานของวาล์วทิ้งช่วงห่างไปเล็กน้อยคือ วาล์วไม่เปิดหรือปิดทันทีตามการหมุนของเพลาลูกเบี้ยว สิ่งนี้มีแนวโน้มที่จะเป็นตัวจำกัดอัตราเร็วสูงสุดของเครื่องยนต์ อย่างไรก็ตามเมื่อย้ายเพลาลูกเบี้ยวมาอยู่ที่ฝาสูบแล้ว ลูกเบี้ยวสามารถส่งแรงกดได้โดยตรงบนกระเดื่องวาล์วหรือโดยตรงบนลูกกระทุ้ง ซึ่งมีผลทำให้การตอบสนองของการเปิดปิดวาล์วรวดเร็วทันใจมากขึ้น

เครื่องยนต์โอเวอร์เฮดวาล์วที่มีเพลาลูกเบี้ยวเพียงอันเดียว (ดูรูปที่ 3.18) เรียกว่า ซิงเกิล โอเวอร์เฮดแคมชาฟต์ (single-overhead camshaft) ซึ่งเรียกย่อ ๆ ว่า SOHC แต่ถ้ามีเพลาลูกเบี้ยว 2 อันเรียกว่า ดับเบิลโอเวอร์เฮดแคมชาฟต์ (double-overhead camshaft) ซึ่งเรียกย่อ ๆว่า DOHC หรือเรียกว่าทวินแคมชาฟต์ (twin camshaft) คือ เพลาลูกเบี้ยวอันหนึ่งทำหน้าที่ปิดเปิดวาล์วไอดี ส่วนอีกอันหนึ่งทำหน้าที่ปิดเปิดวาล์วไอเสีย

เครื่องยนต์

รูปที่ 3.19 แสดงเครื่องยนต์ V-8 ของ Ford Cosworth DFY Formula 1 สำหรับรถแข่ง ซึ่งเป็นเครื่องยนต์จุดระเบิดด้วยประกายไฟ แต่ละกระบอกสูบมี 4 วาล์ว อัตราส่วนการอัดสูงถึง 12.3: 1 อัตราเร็วสูงสุดของเครื่องยนต์สูงถึง 11,300 rpm

4. วาล์วเสริม (additional valve) เครื่องยนต์ที่ผลิตขึ้นอาจมีวาล์วจำนวน 2, 3, 4 หรือ 5 อันต่อหนึ่งกระบอกสูบ อย่างไรก็ตามวาล์วจำนวน 2 และ 4 อันต่อหนึ่งกระบอกสูบ นิยมใช้กันมาก

รูปที่ 3.20 แสดงเครื่องยนต์ 4 สูบเทอร์โบแบบดับเบิลโอเวอร์เฮดแคมชาฟต์ มีจำนวนวาล์วทั้งหมด 16 วาล์ว โดยแต่ละกระบอกสูบมี 4 วาล์ว แบ่งเป็นวาล์วไอดี 2 อันและวาล์วไอเสีย 2 อันดังแสดงในรูปที่ 3.21

เครื่องยนต์

วาล์วเสริมที่เพิ่มขึ้นดังกล่าวจะช่วยให้การไหลของไอดีและไอเสียสะดวกมากขึ้น ซึ่งช่วยเพิ่มกำลังให้กับเครื่องยนต์โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่อัตราเร็วสูง ๆ

เครื่องยนต์บางแบบมีวาล์วไอดีขนาดเล็กเพื่อเสริมไอดีที่มีส่วนผสมหนาเข้าสู่ห้องเผาไหม้ ตรงบริเวณใกล้หัวเทียนเพื่อเป็นจุดกำเนิดการเผาไหม้ไอดีส่วนอื่น ๆ ที่มีส่วนผสมบางกว่า วาล์วดังกล่าวเรียกว่า วาล์วไอดีช่วย (auxiliary intake valve) เครื่องยนต์บางรุ่นมีวาล์วเจ็ด (jet valve) ซึ่งเป็นวาล์วไอดีช่วยแบบหนึ่ง แต่วาล์วเจ็ตเป็นวาล์วเสริมอากาศเท่านั้น

บทความอื่น ๆ ที่น่าสนใจ:

Share this :

  • Stumble upon
  • twitter

Comments are closed.