การเลือกใช้หัวเทียนให้เหมาะกับเครื่องยนต์

Posted on : 07-11-2012 | By : Author | In : การดูแลรักษารถ

หัวเทียนอาจพูดได้ว่า เป็นหัวใจของระบบจุดระเบิดของเครื่องยนต์แก๊สโซลีน (Gasoline engine)เนื่องจากเป็นตัวให้ประกายไฟจุดระเบิดส่วนผสมของน้ำมันและอากาศในห้องเผาไหม้ให้เกิดกำลังในการขับเคลื่อนเครื่องยนต์ หัวเทียนมีส่วนช่วยให้ระบบจุดระเบิดทำงานได้อย่างถูกต้อง ณ ตำแหน่งและเวลาที่แน่นอน ดังนั้นในการเลือกใช้หัวเทียนจึงจำเป็นที่จะต้องเลือกให้เหมาะสมกับเครื่องยนต์แต่ละชนิด การใช้หัวเทียนที่ไม่เหมาะสมอาจเกิดผลเสียได้ เช่น การใช้หัวเทียนร้อนเกินไป อาจทำให้เกิดการจุดระเบิดก่อน (Preignition) ซึ่งจะมีผลเสียต่อลูกสูบและก้านสูบ หรือถ้าหากใช้หัวเทียนเย็นเกินไป  อาจทำให้คราบสกปรกจับที่บริเวณเขี้ยวหัวเทียนได้ (Befoulment) ทั้งนี้จะมีตัวกำหนดที่เรียกว่า “ช่วงความร้อน” (Heat range)เป็นตัวแสดงความร้อนเย็นที่เหมาะสมกับเครื่องยนต์

โครงสร้างของหัวเทียน

หัวเทียนจะทำงานในห้องเผาไหม้ ซึ่งมีสภาวะที่รุนแรงมาก กล่าวคือ ต้องทนต่ออุณหภูมิซึ่งสูงถึงประมาณ 2500°ซ (4500°ฟ) และความดันประมาณ 50 กก.ตร.ซม. (771 ปอนด์/ตร.นิ้ว) ขณะเมื่อส่วนผสมเกิดการจุดระเบิด และต่อจากนั้นอุณหภูมิและความดันจะลดลงจนถึงระดับปกติขณะเมื่อลิ้นไอเสียเปิดให้ไอเสียออกและลิ้นไอดีดูดไอดีเข้ามา  ดังนั้นจะเห็นว่าการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วของอุณหภูมิและความดันที่แตกต่างกันมาก ทำให้ต้องสร้างหัวเทียนให้ทนต่อสภาวะเช่นนี้ได้ และยังต้องทนต่อแรงดันไฟฟ้า การสั่นของเครื่องยนต์และปฏิกิริยาเคมีที่สูงๆ ได้อีกด้วย

จุ๊บเสียบ (Terminal nut) เป็นส่วนที่ต่อกับสายไฟแรงสูงจากจานจ่าย มี 2 ชนิด คือ แบบถอดได้ และถอดไม่ได้

ฉนวนลูกฟูก (Corrugated insulator) ทำด้วยสารอลูมิน่าซึ่งมีคุณสมบัติที่สามารถทนต่ออุณหภูมิและแรงดันไฟที่สูงๆ ได้ ทั้งยังทนต่อการสั่นสะเทือน และการสึกกร่อนได้ดีอีกด้วย  ฉนวนนี้จะทำเป็นลักษณะลูกฟูก เพื่อป้องกันไม่ให้ไฟรั่วเล็ดลอดออกมา โดยปกติจะทำเป็นลูกฟูก 4 ชั้น นอกจากนี้ยังทำให้การแผ่กระจายความร้อนเป็นไปอย่างดีอีกด้วย

ซีลลิ่งเพาเดอร์ (Sealing powder) ใช้เพื่อป้องกันการรั่วของส่วนผสม ซึ่งจะทำให้ความดันภายในห้องเผาไหม้ถูกต้อง และรักษาให้ช่วงความร้อนแน่นอนด้วย

ปะเก็นเหล็ก (Gasket) ซึ่งจะถูกออกแบบเพื่อให้สามารถกันการรั่วของไอเสียไม่ให้เล็ดลอดออกมา โดยประเก็นเหล็กจะบีบตัวเองกระชับแน่นระหว่างหัวเทียนกับฝาสูบ ดังนั้นในการขันหัวเทียนควรใช้กุญแจปอนด์ช่วย เพื่อให้ประเก็นเหล็กบีบตัวได้อย่างเหมาะสม

      แกนทองแดง (Copper core) ทำด้วยแท่งทองแดงหรือแท่งเหล็ก ซึ่งจะเป็นแกนกลางต่อระหว่างจุ๊บเสียบกับขั้วกลางของหัวเทียน  เพื่อช่วยให้การนำความร้อนดีขึ้น และยังป้องกันไม่ให้ปลายขั้วกลางร้อนเกินไปอีกด้วย

ช่องอากาศ (Gas volume) เป็นช่องว่างระหว่างฉนวนบริเวณปลายกับเกลียวของหัวเทียน เพื่อให้เกิดการหมุนเวียนของส่วนผสมดีขึ้น ทั้งยังสามารถลดการติดคราบสกปรกของหัวเทียนได้อีกด้วย ช่องอากาศนี้มีผลต่ออุณหภูมิของหัวเทียนอย่างมาก

      ขั้วกลาง (Ground electrode) ทำด้วยโลหะผสมนิเกิลที่สามารถทนต่อการสึกกร่อนและความร้อนที่สูงๆ ได้ดี ทำให้อายุของหัวเทียนยาวขึ้น ขั้วกลางนี้จะเป็นขั้วบวก

เขี้ยว (Ground electrode) ทำด้วยโลหะผสมเช่นเดียวกัน แต่จะเป็นขั้วลบ

ระยะเขี้ยวหัวเทียน (Sparking gap) เป็นระยะระหว่างขั้วกลางกับเขี้ยวหัวเทียน ซึ่งต้องปรับให้ถูกต้อง เพื่อให้ประกายไฟสามารถกระโดดข้ามได้ ณ ค่าแรงดันไฟฟ้าที่ระบบจุดระเบิดจะจ่ายให้แก่หัวเทียน

ช่วงความร้อน (Heat Range)

ช่วงความร้อน หมายถึง ช่วงอุณหภูมิที่หัวเทียนจะไม่ร้อนและเย็นเกินไป  จนทำให้บริเวณปลายหัวเทียนเสียหายได้ ช่วงความร้อนนี้จะแปรผันตามชนิดและสภาพการทำงานของเครื่องยนต์  การทำงานของหัวเทียนจะมีความสัมพันธ์กับความเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิในห้องเผาไหม้ ดังนั้นช่วงความร้อนจะถูกกำหนดให้อยู่ในช่วง 2 ช่วง ซึ่งมีคุณสมบัติต่างกันคือ

1. ช่วงการจุดระเบิดก่อน (Preignition region) ช่วงความร้อนนี้จะต้องไม่สูงเกินช่วงการจุดระเบิดก่อน อันจะทำให้หัวเทียนร้อนจัดเกินไป ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติในการต้านทานความร้อน หรือการระบายความร้อนของหัวเทียนเอง

      2. ช่วงการติดคราบสกปรก (Befoulment region) ช่วงความร้อนจะต้องไม่ต่ำกว่าช่วงการติดคราบสกปรก อันจะทำให้หัวเทียนเย็นเกินไป จนคราบสกปรกต่างๆ สามารถจับเกาะอยู่ได้ ดังนั้นหัวเทียนจะต้องมีคุณสมบัติในการต้านทานการติดคราบสกปรก

ในระหว่างช่วงทั้งสองนี้ คือ ช่วงความร้อนที่ใช้กำหนดสำหรับหัวเทียน หัวเทียนแต่ละชนิดจะมีช่วงความร้อนไม่เท่ากัน บางชนิดมีช่วงความร้อนแคบ บางชนิดกว้างและบางชนิดอาจกว้างจนสามารถใช้หัวเทียนนั้นตั้งแต่ความเร็วต่ำจนกระทั่งความเร็วสูงสุดได้

หัวเทียนร้อนและหัวเทียนเย็น

หัวเทียนร้อน หมายถึง หัวเทียนที่สามารถระบายความร้อนออกได้น้อย อันจะเป็นผลให้ตัวมันเองสะสมความร้อนเอาไว้มากกว่าที่จะระบายทิ้งไป จึงทำให้หัวเทียนร้อน

หัวเทียนเย็น หมายถึง หัวเทียนที่สามารถระบายความร้อนออกได้ง่ายและมาก จึงทำให้ตัวมันเองเย็น

ความแตกต่างของหัวเทียนทั้งสองชนิดอยู่ที่ความยาวของฉนวนบริเวณปลายหัวเทียนจากรูปที่ 4 แน่นอนหัวเทียนร้อนต้องมีฉนวนที่ยาวกว่า  เพื่อให้ทางผ่านของความร้อนยาวและแคบ ทำให้การระบายความร้อนเป็นไปด้วยความลำบาก ดังนั้นความร้อนจะสะสมเพิ่มขึ้นจนทำให้หัวเทียนร้อน  ในทางกลับกันหัวเทียนเย็นก็จะมีการสะสมความร้อนเช่นกันแต่น้อยกว่ามาก เนื่องจากฉนวนที่บริเวณปลายหัวเทียนสั้นกว่า

จากรูปที่ 5 จะเห็นได้ว่า ที่ความเร็วต่ำ (เส้น A) การติดคราบสกปรกจะเกิดที่หัวเทียนเย็นก่อน

และที่ความเร็วสูง (เส้น B) การจุดระเบิดก่อนจะเกิดที่หัวเทียนร้อนก่อน

ดังนั้นจึงเป็นการเหมาะสมที่จะใช้หัวเทียนร้อนสำหรับรถที่มีความเร็วต่ำ และใช้หัวเทียนเย็นสำหรับรถซึ่งมีความเร็วสูงหรือที่ใช้ในสภาพหนัก เช่น ไต่เขาเป็นเวลานานๆ หรือรถที่บรรทุกของหนัก

ชนิดต่างๆ ของหัวเทียน

หัวเทียนแบบธรรมดา หัวเทียนแบบนี้จะสังเกตได้ง่าย เนื่องจากฉนวนที่ปลายหัวเทียนจะไม่ยื่นออกมา แต่จะผลุบลงไปต่ำกว่าขอบเกลียว

หัวเทียนแบบP ลักษณะของหัวเทียนแบบนี้จะมีฉนวนที่บริเวณปลายหัวเทียนโผล่ยื่นออกมามาก ข้อดีของมันสังเกตดูได้จากรูป ซึ่งเปรียบเทียบหัวเทียนแบบธรรมดากับแบบ P จะเห็นได้ว่าระยะเขี้ยวหัวเทียนของแบบ P จะยื่นเข้าไปในห้องเผาไหม้ได้ลึกกว่าแบบธรรมดาดังนั้นการจุดระเบิดและการเผาไหม้จะเร็วกว่า ทำให้ค่าไทม์มิ่งน้อยกว่าแบบธรรมดาประมาณ 3-5° และที่รอบต่ำหัวเทียนแบบ P จะร้อนเร็วกว่า ทำให้สามารถต้านทานการติดคราบสกปรกได้ดีกว่าขณะเครื่องมีอุณหภูมิต่ำสำหรับที่รอบสูงก็ไม่ทำให้ร้อนจัดเกินไปด้วย

      หัวเทียนแบบไม่มีเขี้ยว  ความจริงหัวเทียนแบบนี้มีเขี้ยว แต่เขี้ยวถูกเปลี่ยนไปเป็นแผ่น ทำให้ฉนวนบริเวณปลายหัวเทียนน้อยมาก และช่วงความร้อนก็ต่ำมาก ซึ่งจะเป็นผลทำให้การจุดระเบิดก่อนมีโอกาสเกิดน้อยมากเนื่องจากหัวเทียนจะมีแนวโน้มที่จะเย็นตลอดเวลา

      หัวเทียนแบบ V แบบนี้ฉนวนบริเวณปลายหัวเทียนไม่ยื่นยาวออกมามากเหมือนแบบ P อีกทั้งขั้วกลางยังเรียวเล็กผอม มีลักษณะเป็นจุดขึ้น ซึ่งจะทำให้สามารถสปาร์คได้ที่แรงดันไฟฟ้าไม่สูงมากนัก สังเกตดูรูปที่ 11 จะเห็นว่าหากขั้วกลางซึ่งมีเส้นผ่าศูนย์กลางต่ำลง แรงดันไฟฟ้าที่ต้องการในการสปาร์คก็จะยิ่งลดลง

หัวเทียน 2 เขี้ยว หัวเทียน 2 เขี้ยวนี้ เป็นแบบหนึ่งที่ใช้ในเครื่องโรตารี่ แต่ก็มีใช้ในเครื่องยนต์ธรรมดาเช่นกัน การทำงานของมันจะช่วยลดการบอดได้ เนื่องจากมันมี 2 เขี้ยว ดังนั้นหากเขี้ยวหนึ่งไม่สปาร์ค อีกเขี้ยวอาจจะสปาร์คได้ หัวเทียนแบบนี้จะทนสภาพรุนแรงได้ดีกว่าและให้ประสิทธิภาพที่ดีกว่าด้วย

หัวเทียนแบบมีรีซีสเตอร์  หัวเทียนแบบนี้จะมีความต้านทานรีซีสเตอร์ต่ออยู่ภายในดังรูปที่ 14 ซึ่งจะมีค่าความต้านประมาณ 5 กิโลโอห์ม ข้อดีของหัวเทียนแบบมีรีซีสเตอร์ คือป้องกันเสียงรบกวนที่จะเข้าไปในวิทยุติดรถ ซึ่งเกิดขึ้นเนื่องจากการจุดระเบิด นอกจากนี้ยังสามารถใช้งานได้ยาวนานขึ้นอีกด้วย

แรงดันไฟฟ้าของหัวเทียน

      แรงดันไฟสูงที่สามารถทำให้หัวเทียนสปาร์คเกิดประกายไฟกระโดดข้ามช่องว่างระหว่างเขี้ยวได้ เราเรียกว่าแรงดันที่หัวเทียนต้องการ  การที่หัวเทียนบอดอาจเป็นผลจากความสัมพันธ์ระหว่างแรงดันที่หัวเทียนต้องการกับแรงดันที่ระบบจุดระเบิดจ่ายให้ไม่เหมาะสม เช่นว่า แรงดันที่หัวเทียนต้องการมากแต่ระบบจุดระเบิดจ่ายให้ไม่พอ ทั้งนี้อาจเกิดเนื่องจากระยะห่างเขี้ยวหัวเทียนมากเกินไป หรือเขี้ยวหัวเทียนสึกกร่อน หรือในขณะต้องการเร่งความเร็ว ซึ่งในกรณีเช่นนี้หัวเทียนจะต้องการแรงดันที่สูงกว่าปกติ

จะเห็นว่าหากความเร็วรถเพิ่มขึ้น แรงดันที่ระบบจุดระเบิดจ่ายให้จะตกลงดังเส้นที่ 1 แต่ขณะเมื่อเร่งความเร็วหัวเทียนจะต้องการแรงดันที่สูงขึ้น ดังนั้นหากใช้หัวเทียนที่สึกกร่อน (เส้นที่ 2) เมื่อเร่งความเร็วแล้ว จุดประของเส้นที่ 2 เลยเส้นที่ 1 ขึ้นไป จะทำให้หัวเทียนบอด

นอกจากนี้ หากมีคราบเขม่าจับที่เขี้ยวหัวเทียนกับขั้วกลางจนเป็นทางเดินต่อถึงกัน ทำให้กระแสไหลผ่านได้พูดง่ายๆ ก็คือ ทำให้กระแสไฟไหลผ่านขั้วกลางกับเขี้ยวได้เลย  โดยไม่กระโดดข้ามช่องว่าง ดังนั้นจะไม่เกิดประกายไฟระหว่างช่องว่าง เป็นผลให้หัวเทียนบอดได้

ที่มา:สมชาย  กังวารจิตต์

บทความอื่น ๆ ที่น่าสนใจ:

Share this :

  • Stumble upon
  • twitter

Comments are closed.