การควบคุมการจุดระเบิดล่วงหน้า

Posted on : 14-05-2013 | By : Author | In : ระบบต่าง ๆ ในรถยนต์

เมื่อส่วนผสมของนํ้ามันเชื้อเพลิงกับอากาศ (ไอดี) ถูกจุดระเบิดด้วยประกายไฟที่กระโดดข้ามเขี้ยวหัวเทียน ไอดีจะไม่เป็นเปลวไฟแผ่กระจายไปทั่วห้องเผาไหม้ในทันทีทันใด แต่จะต้องใช้ระยะเวลาหนึ่งที่แน่นอนในการแผ่กระจายออกไป ซึ่งจะทำให้เกิดความล่าช้าในการจุดระเบิด เนื่องจากกำลังงานสูงสุดที่ได้จากเครื่องยนต์จะได้เมื่อยังมีกำลังอัดสูงสุดในห้องเผาไหม้ ฉะนั้นจึงจะต้องหาจังหวะเวลาในการจุด ระเบิดที่แน่นอนและเหมาะสมเพื่อที่จะให้ได้กำลังงานสูงสุดจากเครื่องยนต์ (ประมาณ 10 องศา หลัง TDC) เวลาที่ล่าช้าสำหรับเปลวไฟที่จะแผ่กระจายออกไปหลังการจุดระเบิดไอดีจึงต้องถูกจุดระเบิดก่อนจุดศูนย์ตายบน (TDC) ซึ่งเราเรียกว่า จังหวะการจุดระเบิด (ignition timing) ดังรูปที่ 5.22
จังหวะการจุดระเบิดของระบบไฟจุดระเบิดมีความจำเป็นที่จะต้องมีการเปลี่ยนแปลงเพื่อปรับให้สัมพันธ์กับความเร็วรอบของเครื่องยนต์ ภาระ ฯลฯ (จุดระเบิดล่วงหน้าหรือช้าลง) ซึ่งในระบบไฟจุดระเบิด ใช้กลไกควบคุมการจุดระเบิดล่วงหน้า 2 แบบคือ แบบสุญญากาศ (vacuum advancer) และแบบกลไกอัตโนมัติหรือแรงเหวี่ยงหนีศูนย์ (governor advancer)
จังหวะการจุดระเบิดพื้นฐานคือ จังหวะการจุดระเบิดที่เครื่องยนต์เดินเบาและขณะนั้นกลไกควบคุม การจุดระเบิดล่วงหน้าทั้ง 2 แบบยังไม่ทำงานดังรูปที่ 5.22


รูปที่ 5.22 กราฟแสดงกระบวนการการเผาไหม้
กลไกควบคุมการจุดระเบิดล่วงหน้าแบบสุญญากาศจะควบคุมจังหวะการจุดระเบิดให้สอดคล้องกับภาระของเครื่องยนต์ และกลไกควบคุมการจุดระเบิดล่วงหน้าแบบแรงเหวี่ยงหนีศูนย์จะควบคุมจังหวะการจุดระเบิดให้สอดคล้องกับความเร็วของเครื่องยนต์ ซึ่งกลไกควบคุมการจุดระเบิดล่วงหน้าทั้งสองแบบจะออกแบบให้สอดคล้องกับชนิดของเครื่องยนต์ เพื่อให้เครื่องยนต์เครื่องนั้นๆ ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ


รูปที่ 5.23 กราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างกลไกควบคุมการจุดระเบิดล่วงหน้ากับมุมล่วงหน้าของจานจ่าย
ในรูปที่ 5.23 ถ้าความเร็วรอบของจานจ่าย 1,000 รอบต่อนาที และสุญญากาศที่ท่อร่วมไอดี 150 มิลลิเมตรปรอท กลไกควบคุมการจุดระเบิดล่วงหน้าแบบสุญญากาศจะปรับไปที่ 4 องศา ก่อน TDC และกลไกควบคุมการจุดระเบิดล่วงหน้าแบบแรงเหวี่ยงหนีศูนย์จะปรับไปที่ 6 องศาก่อน TDC ดังนั้น ร่วมองศาการจุดระเบิดล่วงหน้าจะเป็น 10 องศา ซึ่งมุมล่วงหน้าของจานจ่ายจะมีค่าครึ่งหนึ่งของมุมเพลาข้อเหวี่ยง ดังนั้นมุมรวมทั้งหมดจำนวน 20 องศาจะแสดงบนฝาครอบโซ่หรือฝาครอบสายพานของเครื่องยนต์
กลไกควบคุมการจุดระเบิดล่วงหน้าแบบสุญญากาศ
กลไกควบคุมการจุดระเบิดล่วงหน้าแบบสุญญากาศจะปรับจังหวะการจุดระเบิดโดยแรงสุญญากาศ ที่แปรผันในท่อร่วมไอดีภายใต้ภาระของเครื่องยนต์ที่แปรผัน เมื่อภาระของเครื่องยนต์น้อย ลิ้นปีกผีเสื้อของคาร์บูเรเตอร์จะเปิดน้อย ดังนั้นสุญญากาศในท่อร่วมไอดีจะมาก แต่ประสิทธิภาพในการดูดไอดีตํ่า ทำให้ไอดีถูกดูดเข้าไปในกระบอกสูบน้อย เป็นผลให้ความเร็วในการแผ่กระจายเปลวไฟช้าหลังการจุดประกายไฟ
เมื่อภาระของเครื่องยนต์เพิ่มขึ้น สุญญากาศในท่อร่วมไอดีจะลดลง แต่ประสิทธิภาพในการดูดไอดีจะดีขึ้น ทำให้การแผ่กระจายของเปลวไฟเร็วขึ้นหลังการจุดประกายไฟ
ดังนั้นกลไกควบคุมการจุดระเบิดล่วงหน้าแบบสุญญากาศจะปรับจังหวะการจุดระเบิดล่วงหน้า เมื่อภาระของเครื่องยนต์น้อย และมั่นใจว่าจะได้กำลังงานสูงสุดจากการเผาไหม้ที่เกิดขึ้นที่ 10 องศา หลัง TDC เสมอๆ ดังรูปที่ 5.24


รูปที่ 5.24 การต่อท่อสุญญากาศจากคาร์บูเรเตอร์ไปกลไกควบคุมการจุดระเบิดล่วงหน้าแบบสุญญากาศ
หมายเหตุ ท่อสุญญากาศจะติดตั้งอยู่เหนือปีกผีเสื้อ เมื่อปีกผีเสื้อปิดกลไกควบคุมการจุดระเบิดล่วงหน้าจะไม่ทำงานระหว่างเดินเบา
โครงสร้างของกลไกควบคุมการจุดระเบิดล่วงหน้าแบบสุญญากาศ
กลไกควบคุมการจุดระเบิดล่วงหน้าแบบสุญญากาศประกอบด้วยไดอะแฟรม สปริง และแผ่นรองรับชุดหน้าทองขาว ในชุดควบคุมจะแบ่งออกเป็น 2 ห้องคือ ห้องบรรยากาศและห้องสุญญากาศ โดยไดอะแฟรม เมื่อสุญญากาศในท่อร่วมไอดีเกิดขึ้นและเกิดสุญญากาศในห้องสุญญากาศ ก้านไดอะแฟรมจะถูกดึง ซึ่งทำให้ร่องในก้านไดอะแฟรม ที่ต่อกับหมุดของแผ่นรองรับชุดหน้าทองขาวจะถูกดึงมาทางขวามือดังรูปที่ 5.25


รูปที่ 5.25 แสดงส่วนประกอบของกลไกควบคุมการจุดระเบิดล่วงหน้าแบบสุญญากาศ
การทำงาน เมื่อขณะเครื่องยนต์เดินเบา ปีกผีเสื้อจะปิด ท่อสุญญากาศที่ติดดั้งอยู่บนปีกผีเสื้อจะยังไม่เกิดสุญญากาศ กลไกควบคุมการจุดระเบิดจะไม่ทำงาน และเมื่อปีกผีเสื้อเปิดเล็กน้อยสุญญากาศจะเกิดขึ้นที่ท่อสุญญากาศ แรงสุญญากาศจะดึงแผ่นไดอะแฟรมชนะแรงสปริงยุบตัวดึงแกนไดอะแฟรมเคลื่อนที่ตามไปด้วย เป็นผลให้แผ่นรองรับชุดทองขาวเคลื่อนที่หมุนในทิศทางตรงข้ามกับการหมุนของลูกเบี้ยว ดังนั้น จังหวะการจุดระเบิดจะเกิดขึ้นก่อนล่วงหน้าดังรูปที่ 5.26 และรูปที่ 5.27
คุณลักษณะพิเศษของกลไกควบคุมการจุดระเบิดล่วงหน้าแบบสุญญากาศขึ้นอยู่กับความต้องการพื้นฐานที่เหมาะสมของเครื่องยนต์ การเคลื่อนที่ล่วงหน้าของแผ่นรองรับชุดหน้าทองขาวจะมากหรือน้อย ขึ้นอยู่กับความแข็งของสปริงไดอะแฟรมดังรูปที่ 5.26


รูปที่ 5.26 ขณะยังไม่เกิดสุญญากาศ


รูปที่ 5.27 ขณะเกิดสุญญากาศแผ่นรองรับหน้าทองขาวจะถูกดึงเกิดมุมการจุดระเบิดล่วงหน้าขึ้น
กลไกควบคุมการจุดระเบิดล่วงหน้าแบบแรงเหวี่ยงหนีศูนย์
กลไกควบคุมการจุดระเบิดล่วงหน้าแบบแรงเหวี่ยงหนีศูนย์จะทำงานปรับจังหวะการจุดระเบิด เมื่อความเร็วรอบของเครื่องยนต์เพิ่มขึ้น เวลาในการแผ่กระจายของเปลวไฟจะคงที่ไม่ว่าความเร็วรอบของเครื่องยนต์จะเปลี่ยนแปลงอย่างไร (เมื่ออัตราส่วนผสมของนํ้ามันกับอากาศคงที่) มุมเพลาข้อเหวี่ยงในช่วงเวลาที่เปลวไฟแผ่กระจายจะเพิ่มขึ้นเมื่อความเร็วรอบของเครื่องยนต์เพิ่มขึ้น และเวลาที่เปลวไฟแผ่กระจายจะยาวนานขึ้น ดังนั้นเส้นโค้งที่แสดงมุมเพลาข้อเหวี่ยงและกำลังดันสูงสุดจากการเผาไหม้จะเลื่อนออกไป ทางขวาดูเส้นโค้งเส้นประในรูปที่ 5.28


รูปที่ 5.28 กราฟแสดงกำลังดันสูงสุดจากการเผาไหม้ที่เกิดขึ้นหลัง 10 องศา หลัง TDC
เพราะฉะนั้นกลไกควบคุมการจุดระเบิดล่วงหน้าแบบแรงเหวี่ยงหนีศูนย์จะปรับจังหวะการจุดระเบิดล่วงหน้าขึ้น เมื่อความเร็วรอบของเครื่องยนต์เพิ่มขึ้น เพื่อให้กำลังดันสูงสุดจากการเผาไหม้เกิดขึ้นที่ตำแหน่ง 10 องศา หลัง TDC เสมอๆ
โครงสร้างและการทำงาน ตุ้มนํ้าหนักจะถูกติดตั้งบนเพลาจานจ่ายและสวมอยู่บนสลักลูกเบี้ยว และแผ่นรองรับตุ้มนํ้าหนักจะสวมอยู่บนเพลาจานจ่ายและถูกยึดด้วยสกรู ซึ่งจะทำงานสัมพันธ์กัน
กลไกควบคุมการจุดระเบิดล่วงหน้าแบบแรงเหวี่ยงหนีศูนย์จะหมุนลูกเบี้ยวให้สัมพันธ์กับเพลาจานจ่าย เมื่อเพลาจานจ่ายหมุนตุ้มนํ้าหนักที่ติดตั้งอยู่บนเพลาจานจ่ายก็จะหมุนไปด้วย ทำให้เกิดแรงเหวี่ยง หนีศูนย์ ซึ่งตุ้มนํ้าหนักจะดันให้ลูกเบี้ยวหมุนไปในทิศทางเดียวกับเพลาจานจ่ายแต่หมุนเคลื่อนที่ไปล่วงหน้า เพลาจานจ่ายดังรูปที่ 5.29


รูปที่ 5.29 ภาพแยกแสดงส่วนประกอบต่างๆ ของกลไกควบคุมการจุดระเบิดล่วงหน้าแบบแรงเหวี่ยงหนีศูนย์
สปริงดึงตุ้มนํ้าหนักจะเกี่ยวที่สลักยึดตุ้มนํ้าหนักบนเพลาจานจ่าย และอีกปลายด้านหนึ่งของสปริง จะเกี่ยวที่สลักบนแผ่นรองรับลูกเบี้ยว ซึ่งจะดึงให้ตุ้มนํ้าหนักชิดติดกับแผ่นรองรับลูกเบี้ยวตลอดเวลาขณะที่ ความเร็วรอบของเครื่องยนต์ตํ่าดังรูปที่ 5.30 (ก)
เมื่อเพลาจานจ่ายหมุน ตุ้มนํ้าหนักจะเหวี่ยงออกโดยมีจุดหมุนอยู่ที่สลักที่เพลาจานจ่าย ซึ่งจะทำให้แผ่นรองรับลูกเบี้ยวถูกตุ้มนํ้าหนักดันให้เคลื่อนที่ตามไปด้วย จนกระทั่งแรงเหวี่ยงหนีศูนย์เกิดความสมดุล กับแรงของสปริง ซึ่งการที่ลูกเบี้ยวถูกรวมกับแผ่นรองรับมันจึงหมุนไปในทิศทางเดียวกัน แต่จะหมุนไปล่วงหน้าเพลาจานจ่าย ดังนั้นหน้าทองขาวจะเปิดเป็นมุมล่วงหน้าทุกๆ จังหวะการจุดระเบิด สลักบังคับที่ ติดตั้งมีไว้เพื่อกำหนดค่ามุมล่วงหน้าสูงสุด เมื่อส่วนบากบนแผ่นรองรับลูกเบี้ยวหมุนมาสัมผัสกับสลักบังคับ ก็จะไม่เกิดการหมุนล่วงหน้าเพิ่มขึ้น ฉะนั้นการจุดระเบิดล่วงหน้าก็จะไม่เพิ่มขึ้นดังรูปที่ 5.30 (ข)

รูปที่ 5.30
หมายเหตุ มุมการจุดระเบิดล่วงหน้าจะถูกควบคุมด้วยสปริง ฉะนั้นในการถอด-ประกอบจานจ่าย จะต้องมั่นใจว่าสปริงจะไม่ยืด ล้า หรือลดแรงสปริงลงไป
ข้อควรระวัง การตั้งจังหวะการจุดระเบิดล่วงหน้าผิดพลาดจะเป็นผลเสียกับเครื่องยนต์คือ
-ถ้าตั้งจังพวะการจุดระเบิดล่วงหน้ามากเกินไป กำลังดันสูงสุดจากการเผาไหม้จะเกิดขึ้นก่อน 10 องศา หลัง TDC ซึ่งกำลังดันในกระบอกสูบจะเกิดขึ้นสูงกว่าจังหวะการจุดระเบิดที่เหมาะสม จะทำให้ เกิดการชิงจุดและการเคาะของเครื่องยนต์ การเคาะของเครื่องยนต์จะทำให้เกิดความเสียหายกับลิ้นลูกสูบ และแหวน หัวเทียน และชิ้นส่วนต่างๆ ของเครื่องยนต์ดังรูปที่ 5.31
2. ถ้าตั้งจังหวะการจุดระเบิดช้าเกินไป กำลังดันสูงสุดจากการเผาไหม้จะเกิดขึ้นหลัง 10 องศา หลัง TDC (ณ จุดนี้ลูกสูบได้เลื่อนลงมามาก) เมื่อเปรียบเทียบกับจังหวะการจุดระเบิดที่เหมาะสม กำลังดัน ภายในกระบอกสูบจะลดลงมาก ดังนั้นกำลังงานที่ได้จากการจุดระเบิดของเครื่องยนต์จะตกลงและสิ้นเปลืองนํ้ามันเชื้อเพลิงและปัญหาต่างๆ จะเกิดขึ้นตามมาดังรูปที่ 5.31


รูปที่ 5.31 กราฟแสดงผลจากการจุดระเบิดล่วงหน้ามากเกินไปและช้าเกินไป

บทความอื่น ๆ ที่น่าสนใจ:

Share this :

  • Stumble upon
  • twitter

Comments are closed.