ระบบจุดระเบิดอิเล็กทรอนิกส์

Posted on : 10-11-2012 | By : Author | In : การทำงานของเครื่องยนต์

ข้อดีของระบบจุดระเบิดอิเล็กทรอนิกส์

ในปัจจุบันเครื่องยนต์จำนวนมากใช้ระบบจุดระเบิดอิเล็กทรอนิกส์ (electronic ignition system หรือ EIS) ซึ่งมักจะเรียกว่า การจุดระเบิดโซลิดสเตต (solid-state ignition หรือ SSI) ระบบจุดระเบิดอิเล็กทรอนิกส์จะใช้ทรานซิสเตอร์และเซมิคอนดักเตอร์ทำหน้าที่แทนหน้าทองขาว

เมื่อไม่มีหน้าทองขาวที่จะสึกหรอและไม่มีการปรับและการเปลี่ยน จึงทำให้การบริการของระบบจุดระเบิดอิเล็กทรอนิกส์น้อยลง นอกจากนี้ ระบบจุดระเบิดอิเล็กทรอนิกส์จะให้แรงดันไฟฟ้าสูงกว่าระบบจุดระเบิดแบบทองขาว สิ่งนี้สำคัญมากเพราะว่าแรงดันไฟฟ้าสูงจะทำให้เครื่องยนต์ทำงานได้ดีขึ้นเมื่อส่วนผสมบาง ระบบจุดระเบิดอิเล็กทรอนิกส์ที่ให้แรงดันไฟฟ้าสูง ในวงจรทุติยภูมิมักเรียกว่า ระบบจุดระเบิดพลังงานสูง (high-energy ignition หรือ HEI)

วงจรทุติยภูมิของระบบจุดระเบิดอิเล็กทรอนิกส์ใช้สายไฟที่มีฉนวนหนากว่าระบบจุดระเบิดแบบทองขาว ดังนั้นสายไฟแรงดันสูงจะมีขนาด 8 mm ในขณะที่แบบทองขาวใช้ขนาด 7 mm ฉนวนทำด้วยสารประกอบซิลิคอน ซึ่งมีคุณสมบัติในการเป็นฉนวนที่ดีสำหรับไฟแรงดันสูง

ส่วนประกอบของระบบจุดระเบิดอิเล็กทรอนิกส์

รูปที่ 17.11 แสดงส่วนประกอบของระบบจุดระเบิดอิเล็กทรอนิกส์ในรถยนต์ โดยมีส่วนประกอบพื้นฐานเช่นเดียวกันกับระบบจุดระเบิดแบบหน้าทองขาว ดังแสดงในรูปที่ 17.12

ทั้ง 2 ระบบประกอบด้วยแบตเตอรี่หรืออัลเทอร์เนเตอร์ สวิตช์กุญแจ จานจ่ายจุดระเบิด คอยล์จุดระเบิด สายไฟ และหัวเทียน แต่ระบบจุดระเบิดอิเล็กทรอนิกส์จะประกอบด้วยชุดควบคุม อิเล็กทรอนิกส์ (electronic control unit หรือ ECU) หรือแผงควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ (electronic control module หรือ ECM)

ในระบบจุดระเบิดอิเล็กทรอนิกส์ จานจ่ายจะมีอุปกรณ์ซึ่งสร้างสัญญาณกระตุ้นและส่งเข้าสู่ ECU เพื่อเปิดวงจรปฐมภูมิ ในขณะที่กระแสไฟฟ้าในวงจรปฐมภูมิหยุดไหล สนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นรอบคอยล์จุดระเบิดจะสลายตัว ทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าสูงซึ่งจะผ่านสายไฟแรงสูง โรเตอร์ และฝาครอบจานจ่ายไปยังหัวเทียนในแต่ละกระบอกสูบ

ระบบจุดระเบิดของรถยนต์ส่วนมาก (ทั้งแบบทองขาวและแบบอิเล็กทรอนิกส์) เป็นระบบจุดระเบิดแบบเหนี่ยวนำ (inductive ignition system) อย่างไรก็ตามการเปิดและปิดวงจรปฐมภูมิของระบบจุดระเบิดอิเล็กทรอนิกส์อาจแตกต่างกันไปบ้างซึ่งจะได้กล่าวต่อไป

ผู้ผลิตอาจเรียกซื่อชิ้นส่วนในระบบจุดระเบิดอิเล็กทรอนิกส์แตกต่างกันไป เช่น บางรายเรียกชิ้นส่วนที่หมุนว่า อาร์มาเจอร์ (armature) และบางรายเรียก รีลักเตอร์ (reluctor) รูปที่ 17.13 เป็นแผนภาพแสดงซื่อต่าง ๆ ของชิ้นส่วนในระบบจุดระเบิดอิเล็กทรอนิกส์

ผู้ผลิต

ชื่อชิ้นส่วน

เอเอ็มซี (AMC) ทริกเกอร์วิล (trigger wheel) เซนเซอร์ (sensor) ชุดควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ (electronic control unit หรีอ ECU)
ไครส์เลอร์ (Chrysler) รีลักเตอร์ (reluctor) ปิกอัปคอยล์ (pickup coil) ชุดควบคุมอิเลกทรอนิกส์ (electronic control unit หรือ ECU)
ฟอร์ด (Ford) อาร์มาเจอร (armature) แมกเนติกปิกอัป หรือ สเตเตอร์ (magnetic pickup or stator)

แผงจุดระเบิดหรือแผงขยายแรงดัน (ignition or amplifier module)

เจเนอรัลมอเตอร์ (General Motors) ไทเมอร์คอร์ (timer core) แมกเนติกปิกอัป (magnetic pickup) ชุดควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ (electronic control module หรือ ECU)

รูปที่ 17.13 ชื่อของชิ้นส่วนต่าง ๆ ซึ่งเรียกแตกต่างกันไปตามผู้ผลิตแต่ละราย

การทำงานบองระบบจุดระเบิดอิเล็กทรอนิกส์

รูปที่ 17.14 แสดงจานจ่ายอิเล็กทรอนิกส์โดยทั่วไปซึ่งถอดฝาครอบออก ชุดคอยล์ปิกอัป ประกอบด้วยแม่เหล็กถาวรและคอยล์ซึ่งพันรอบแท่งโลหะซึ่งเรียกว่าขั้ว

รีลักเตอร์มีลักษณะคล้ายเฟืองและยึดติดกับส่วนบนของเพลาจานจ่าย คล้ายกับลูกเบี้ยวของจานจ่ายที่ใช้ทองขาว รีลักเตอร์ทำด้วยเหล็กและมีจำนวนฟันเท่ากับจำนวนกระบอกสูบ ฟันของรีลักเตอร์จะมีระยะช่องว่างเล็กน้อยห่างจากชุดคอยล์ปิกอัป ดังนั้นชิ้นส่วนทั้งสองจะไม่สัมผัสกัน

รีลักเตอร์ไม่ใช่แม่เหล็ก เมื่อฟันของรีลักเตอร์เข้าสู่สนามแม่เหล็ก ฟันของรีลักเตอร์จะเป็นเส้นทางเดินของสนามแม่เหล็กดีกว่าอากาศโดยรอบ สิ่งนี้จะทำให้รีลักแตนช์ (reluctance) ลดลง ซึ่งรีลักแตนช์ก็คือความต้านทานการไหลของเส้นแรงแม่เหล็กไปตามเส้นทางแม่เหล็ก

แม่เหล็กถาวรในชุดคอยล์ปิกอัปสร้างสนามแม่เหล็กซึ่งมีความเข้มตํ่า สนามแม่เหล็กนี้ ผ่านขดลวดของคอยล์ปิกอัปซึ่งพันโดยรอบขั้ว (ดูรูปที่ 17.15 (ก)) สนามแม่เหล็กนี้ค่อนข้างอ่อน เมื่อระยะช่องว่างระหว่างขั้วกับฟันของรีลักเตอร์มีขนาดกว้าง

ในขณะที่ฟันของรีลักเตอร์เข้าใกล้คอยล์ปิกอัป ระยะช่องว่างนั้นลดลง เส้นทางเดินของสนามแม่เหล็กจะดีขึ้น (ดูรูปที่ 17.15 (ข)) ในขณะนี้ความเข้มของสนามแม่เหล็กรอบคอยล์ปิกอัป เริ่มเพิ่มขึ้น การเปลี่ยน (การเพิ่ม) ความเข้มของสนามแม่เหล็กจะเหนี่ยวนำให้เกิดแรงดันไฟฟ้า บวกที่ขั้วหนึ่งของขั้วคอยล์ปิกอัป

แรงดันไฟฟ้าบวกจะเข้มขึ้นอย่างต่อเนื่องจนกระทั่ฟันของรีลักเตอร์อยู่ตรงกันข้ามกับขั้วในตำแหน่งนี้จะมีระยะช่องว่างระหว่างขั้วกับฟันของรีลักเตอร์น้อยที่สุด

หลังจากที่ฟันของรีลักเตอร์เคลื่อนที่ผ่านขั้วไปแล้ว ระยะช่องว่างนั้นจะเพิ่มขึ้น (ดูรูปที่ 17.15 (ค)) สิ่งนี้ทำให้ความเข้มของสนามแม่เหล็กโดยรอบคอยล์ปิกอัปเริ่มลดลงหรือสลายตัว การลดลงของความเข้มสนามแม่เหล็กจะเหนี่ยวนำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าลบที่ขั้วเดิมของคอยล์ปิกอัป แรงดันไฟฟ้านี้จะเป็นสัญญาณป้อนเข้าสู่ ECU

สัญญาณแรงดันไฟฟ้าปิกอัป

แรงดันไฟฟ้าจะเกิดขึ้นในคอยล์ปิกอัปเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงความเข้มของสนามแม่เหล็ก (อาจเพิ่มขึ้นหรือลดลง) จะไม่มีแรงดันไฟฟ้าเกิดขึ้นถ้ารีลักเตอร์ไม่เคลื่อนที่ การเพิ่มขึ้นหรือการลดลงของสนามแม่เหล็กในขณะที่ฟันของรีลักเตอร์เคลื่อนที่เข้าใกล้และออกห่างจากขั้วจะทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าบวกและลบสลับกันที่ขั้วของคอยล์ปิกอัป แรงดันไฟฟ้านี้ทำหน้าที่คล้ายกับเป็นสัญญาณสวิตช์ ซึ่งจะมีผลทำให้ ECU ยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านขดลวดปฐมภูมิของคอยล์ จุดระเบิดและหยุดการไหลของกระแสไฟฟ้าซึ่งจะเกิดขึ้นสลับกัน

แรงดันไฟฟ้าที่เหนี่ยวนำเกิดขึ้นในคอยล์ปิกอัปเรียกว่า แรงดันไฟฟ้าปิกอัป (pickup voltage) แรงดันไฟฟ้านี้มีค่าน้อยแต่เป็นสัญญาณที่มีความเที่ยงตรงสูงที่ป้อนเข้าสู่ ECU ซึ่ง ECU จะยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านขดลวดปฐมภูมิของคอยล์จุดระเบิดตราบเท่าที่สัญญาณ แรงดันไฟฟ้าปิกอัปมีค่าเป็นบวก ในระบบจุดระเบิดอิเล็กทรอนิกส์ กระแสไฟฟ้าจากแบตเตอรี่จะไหลผ่านขดลวดปฐมภูมิของคอยล์จุดระเบิดและผ่าน ECU ลงสู่สายดิน ซึ่ง ECU จะยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านขดลวดปฐมภูมิลงสู่สายดิน จนกระทั่งมีสัญญาณแรงดันไฟฟ้าลบจากคอยล์ปิกอัป

เมื่อสัญญาณแรงดันไฟฟ้าเป็นลบ ECU จะหยุดการไหลของกระแสไฟฟ้าที่ผ่านขดลวดปฐมภูมิ (วงจรเปิด) ดูรูปที่ 17.16 ในขณะนี้ไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน ECU ลงสู่สายดิน จึงมีผลทำให้สนามแม่เหล็กโดยรอบคอยล์จุดระเบิดสลายตัว สิ่งนี้จะเหนี่ยวนำทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าสูง ในขดลวดทุติยภูมิของคอยล์ ซึ่งทำให้หัวเทียนเกิดประกายไฟ หลักการนี้เช่นเดียวกันกับวงจรทุติยภูมิของระบบจุดระเบิดแบบทองขาว

บาลลาสต์รีซิสเตอร์แบบคู่ (dual-ballast resistor) ดังแสดงในรูปที่ 17.16 นั้น จะทำหน้าที่รักษากระแสไฟฟ้าที่ไหลผานวงจรปฐมภูมิให้มีค่าคงที่ถึงแม้ว่ารอบเครื่องยนต์จะเปลี่ยนแปลงก็ตาม สิ่งนี้จะทำให้ประกายไฟที่หัวเทียนมีความแรงสมํ่าเสมอ กระแสไฟฟ้าจะไม่ผ่าน

รีซิสเตอร์ ในขณะสตาร์ตเครื่องยนต์ ทั้งนี้เพราะว่าต้องการให้แรงดันไฟฟ้าจากแบตเตอรี่ป้อนเข้าสู่คอยล์จุดระเบิดได้เต็มที่ ทำให้มั่นใจได้ว่าจะเกิดประกายที่มีความแรงมากเพียงพอต่อการสตาร์ต

ระบบจุดระเบิดอิเล็กทรอนิกส์แบบอื่นใช้ฮอลส์เอฟเฟกต์เซนเซอร์ (Hall-effect sensor) แทนการใช้คอยล์ปิกอัป

ข้อสังเกต  ระบบจุดระเบิดอิเล็กทรอนิกส์ส่วนมากไม่ใช้รีซิสเตอร์ปฐมภูมิ

ดเวลล์และไทมิ่งในระบบจุดระเบิดอิเล็กทรอนิกส์

ดังที่ได้กล่าวมาแล้วว่า ECU จะเป็นตัวกำหนดระยะเวลาการไหลของกระแสไฟฟ้าในวงจรปฐมภูมิก่อนที่จะหยุดการไหลของกระแสไฟฟ้า สิ่งนี้จะคล้ายกับดเวลส์ (dwell) หรือมุมปิดของหน้าทองขาวในระบบจุดระเบิดแบบทองขาว เนื่องจาก ECU ปิดผนึกและไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว ดังนั้นดเวลส์จึงไม่เปลี่ยนแปลง ECU คอยล์ปิกอัป และรีลักเตอร์จะทำงานร่วมกัน ในการกำหนดระยะเวลาการไหลของกระแสไฟฟ้าในวงจรปฐมภูมิ (ระยะเวลาดังกล่าวคือดเวลล์นั่นเอง) และเมื่อใดจึงจะตัดกระแสไฟฟ้า

ในระบบจุดระเบิดอิเล็กทรอนิกส์ การเพิ่มของรอบเครื่องยนต์อาจทำให้ค่าดเวลส์เพิ่มขึ้น ลดลง หรือยังคงเดิม ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับคุณลักษณะของการออกแบบระบบจุดระเบิดอิเล็กทรอนิกส์นั้น ๆ เช่น ระบบ HE1 ของ GM ค่าดเวลล์จะเพิ่มขึ้นตามการเพิ่มของรอบเครื่องยนต์

ไทมิ่งจุดระเบิดถูกควบคุมด้วยการตั้งจานจ่ายตั้งแต่เริ่มต้นและถูกควบคุมด้วยกลไกปรับล่วงหน้าแบบสุญญากาศและแบบแรงเหวี่ยง ทั้งหมดจะควบคุมความสัมพันธ์ระหว่างตำแหน่งของฟันรีลักเตอร์กับตำแหน่งของเพลาข้อเหวี่ยงและลูกสูบ

ระบบจุดระเบิดรุ่นใหม่จำนวนมากจะมีไทมิ่งจุดระเบิดอิเล็กทรอนิกส์ (electronic spark I timing หรือ EST) หรือการปรับล่วงหน้าอิเล็กทรอนิกส์ (electronic spark advance หรือ ESA) แต่จะไม่มีกลไกปรับล่วงหน้าทั้งแบบสุญญากาศและแบบแรงเหวี่ยงยึดกับจานจ่ายไทมิ่ง จุดระเบิดหาได้จากระบบคอมพิวเตอร์ ในบางระบบจะไม่มีจานจ่าย (ระบบจุดระเบิดแบบไม่มีจานจ่าย) ในแบบอื่น ๆ จานจ่ายจะทำหน้าที่เป็นเพียงกระจายแรงดันไฟฟ้าสูงไปยังหัวเทียนต่าง ๆ

จานจ่ายอิเล็กทรอนิกส์บางแบบมีชุดคอยล์ปิกอัปแม่เหล็ก 2 ชุด ชุดหนึ่งเป็นสตาร์ตปิกอัป (start pickup) สำหรับการสตาร์ต ส่วนอีกชุดหนึ่งเป็นรันปิกอัป (run pickup) ตำแหน่งของสตาร์ตปิกอัปทำให้เกิดการหน่วงไทมิ่งจุดระเบิดเล็กน้อยในระหว่างการสตาร์ต สิ่งนี้จะช่วยทำให้สตาร์ตเครื่องยนต์ได้ง่ายขึ้น

จานจ่ายฮอลล์เอฟเฟ็กต์

รถยนต์บางคันมีจานจ่ายอิเล็กทรอนิกส์ซึ่งใช้ฮอลส์เอฟเฟ็กต์เซนเซอร์ (Hall effect sensor) แทนคอยล์ปิกอัปแม่เหล็ก ดังแสดงในรูปที่ 17.17

ชิ้นเซมิคอนดักเตอร์ซึ่งมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านจะถูกวางในตำแหน่งทำมุมฉากกับสนามแม่เหล็ก แรงดันไฟฟ้าจะเกิดขึ้นที่ขอบของคอนดักเตอร์ แรงดันไฟฟ้าเรียกว่า แรงดันไฟฟ้าฮอลล์ (Hall voltage)

แรงดันไฟฟ้าฮอลล์เป็นสัดส่วนโดยตรงกับกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านคอนดักเตอร์ และความเข้มของสนามแม่เหล็ก แรงดันไฟฟ้านี้ไม่มีผลเนื่องจากอัตราเร็วซึ่งสนามแม่เหล็กตัดขวางคอนดักเตอร์

ฮอลล์เอฟเฟ็กต์เซนเซอร์ (Hall-effect sensor) ยึดติดกับแผ่นรองในจานจ่าย (ดูรูปที่ 17.18) แม่เหล็กถาวรขนาดเล็กก็ติดตั้งบนแผ่นรองในจานจ่ายด้วยเช่นกันโดยหันหน้าเข้าหาเซนเซอร์ ซึ่งมีระยะช่องว่างเล็กน้อยระหว่างชิ้นส่วนทั้งสอง โรเตอร์ยึดติดกับเพลาจานจ่าย โรเตอร์จะมีจำนวนชัตเตอร์ (อาจเรียกว่าแทป (tab) หรือเวน (vane)) เท่ากับจำนวนกระบอกสูบ ระยะช่องว่างระหว่างชัดเตอร์เหล่านั้นเรียกว่า วินโดว์ (window) ในขณะที่เพลาหมุน ชัดเตอร์และวินโดว์จะหมุนผ่านระยะช่องว่างระหว่างแม่เหล็กและเซนเซอร์

เมื่อวินโดว์อยู่ในช่องว่าง เซนเซอร์จะถูกกระทำด้วยสนามแม่เหล็กอย่างอ่อนจากแม่เหล็กถาวร ในขณะที่สนามแม่เหล็กกระทำกับเซนเซอร์ มันจะส่งสัญญาณแรงดันไฟฟ้าจำนวนน้อยไปยัง ECU สัญญาณแรงดันไฟฟ้านี้จะทำให้ ECU รักษาให้วงจรปฐมภูมิไม่ครบวงจร จึงไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านขดลวดปฐมภูมิของคอยล์จุดระเบิด อย่างไรก็ตามในขณะที่ชัตเตอร์เข้าไปอยู่ในช่องว่าง ผลของสนามแม่เหล็กบนเซนเซอร์จะถูกตัดออก จึงทำให้แรงดันไฟฟ้าฮอลล์ลดลงจนเป็นศูนย์

เมื่อไม่มีสัญญาณแรงดันไฟฟ้าจากเซนเซอร์ ECU จะทำให้วงจรปฐมภูมิครบวงจร กระแสไฟฟ้าจะไหลผ่านขดลวดปฐมภูมิของคอยล์จุดระเบิด สิ่งนี้จะทำให้เกิดสนามแม่เหล็กโดยรอบคอยล์ กระแสไฟฟ้ายังคงไหลต่อไปตราบเท่าที่ชัดเตอร์อยู่ระหว่างแม่เหล็กกับเซนเซอร์ ในขณะที่ชัตเตอร์เคลื่อนที่ออกจากช่องว่าง วงจรปฐมภูมิจะถูกตัด ซึ่งทำให้สนามแม่เหล็กโดยรอบคอยล์จุดระเบิดสลายตัว สิ่งนี้จะเหนี่ยวนำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าสูงขึ้นในวงจรทุติยภูมิไปยังหัวเทียน

ค่าดเวลล์หรือระยะเวลาที่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านในวงจรปฐมภูมิสามารถหาได้จากความกว้างของชัดเตอร์แต่ละอัน (ดูรูปที่ 17.18) ในขณะที่ชัตเตอร์เข้าสู่ช่องว่างจะมีกระแสไฟฟ้าไหลในวงจรปฐมภูมิ แต่เมื่อชัดเตอร์ออกจากช่องว่าง กระแสไฟฟ้าจะหยุดไหล

ฮอลล์เอฟเฟ็กต์เซนเซอร์ช่วยทำให้ไม่ต้องมีกลไกปรับล่วงหน้าแบบแรงเหวี่ยงในจานจ่าย ความยาวและความถี่ของสัญญาณแรงดันไฟฟ้าควบคุมโดย ECU เพื่อให้เกิดประกายไฟล่วงหน้า สัมพันธ์กับรอบเครื่องยนต์

ระบบจุดระเบิดอิเล็กทรอนิกส์ของไครส์เลอร์

ระบบจุดระเบิดอิเล็กทรอนิกส์หลายแบบที่ใช้ในรถยนต์ผลิตขึ้นโดยไครส์เลอร์ ดังเช่นที่ได้กล่าวมาแล้วในหัวข้อที่ 17.14 และหัวข้อที่ 17.15 จานจ่ายของระบบอิเล็กทรอนิกส์ของไครส์เลธร์ แสดงในรูปที่ 17.14 ส่วนการทำงานแสดงในรูปที่ 17.15 และรูปที่ 17.16

ระบบจุดระเบิดอิเล็กทรอนิกส์แบบอื่น ๆ ของไครส์เลอร์ ได้แก่ ระบบที่ใช้ฮอลส์เอฟเฟ็กต์เซนเซอร์ในจานจ่าย และที่ใช้คอมพิวเตอร์ควบคุมการจุดระเบิดแทนการใช้ ECU คอมพิวเตอร์ ควบคุมการจุดระเบิด (spark-control computer) จะช่วยในการปรับการจุดระเบิดล่วงหน้า

ระบบจุดระเบิดอิเล็กทรอนิกส์ของฟอร์ด

ฟอร์ดมีระบบจุดระเบิดอิเล็กทรอนิกส์ 4 ระบบ ได้แก่ ดูราสปาร์ก I (Duraspark I) ดูราสปาร์ก II ดูราสปาร์ก III และดูราสปาร์ก IV สำหรับดูราสปาร์ก I และดูราสปาร์ก II นั้นคล้ายกันมาก การทำงานเหมือนกับระบบที่ได้กล่าวมาแล้วในหัวข้อที่ 17.14 และหัวข้อที่ 17.15 ทั้ง 2 ระบบมีกลไกปรับล่วงหน้าแบบแรงเหวี่ยงและแบบสุญญากาศที่จานจ่าย อย่างไรก็ตาม ดูราสปารก II, III และ IV เป็นระบบจุดระเบิดพลังงานสูง (high-energy ignition system)

รูปที่ 17.19 แสดงวงจรของระบบดูราสปาร์ก II ฟอร์ดเรียก ECU ว่าแผงจุดระเบิด(ignition module)

ชิ้นส่วนต่างๆ ของจานจ่ายแสดงตามรูปที่ 17.20 และรูปที่ 17.21

ฝาครอบจานจ่ายของดูราสปาร์ก II มีขนาดใหญ่กว่าจานจ่ายแบบทองขาว (ดูรูปที่ 17.22) ทำให้มีเนื้อที่ว่างเพียงพอสำหรับคอยล์ปิกอัปและชิ้นส่วนอื่น ๆ ในจานจ่าย และทำให้ขั้วมีช่องว่างห่างกันเพียงพอเพื่อลดโอกาสที่จะเกิดการรั่วไหลของแรงดันไฟฟ้าสูงระหว่างขั้วแรงดันไฟฟ้าสูง นั้นอาจมีค่าสูงถึง 47,000 โวลต์

ระบบจุดระเบิดพลังงานสูงของ GM

ระบบจุดระเบิดพลังงานสูง (high-energy ignition หรือ HEI) เป็นอุปกรณ์มาตรฐาน ซึ่งติดตั้งในรถยนต์ของเจเนอรัลมอเตอร์ตั้งแต่ปี ค.ศ. 1975 ที่เรียกชื่อดังกล่าวเพราะว่าระบบผลิต แรงดันไฟฟ้าสูง (พลังงานสูง) มากกว่า 35,000 โวลต์ คอยล์จุดระเบิดติดตั้งในส่วนบนของฝาครอบจานจ่าย ดังแสดงในรูปที่ 17.23

เมื่อใช้ระบบกับเครื่องยนต์กระบอกสูบวี สิ่งนี้ทำให้วงจรการต่อของสายไฟง่ายขึ้น (ดู รูปที่ 17.24) การต่อระหว่างคอยล์จุดระเบิดและจานจ่าย และแผงอิเล็กทรอนิกส์อยู่ภายในจานจ่ายทั้งหมด (ดูรูปที่ 17.23)

จานจ่าย HEI มีชุดปิกอัปแม่เหล็กอยู่ภายในจานจ่าย (ดูรูปที่ 17.23) ชุดปิกอัปประกอบด้วยแม่เหล็กถาวร ขั้วพร้อมด้วยฟันภายใน (ฟันแต่ละอันสำหรับแต่ละกระบอกสูบ) และคอยล์ปิกอัป (ดูรูปที่ 17.25) ไทเมอร์คอร์ (timer core) ชึ่งมีฟันยื่นออกมาสำหรับแต่ละกระบอกสูบ ยึดติดกับเพลาจานจ่าย ทุกครั้งเมื่อฟันบนไทเมอร์คอร์ตรงกับฟันบนขั้วแล้วเคลื่อนที่ออกจากแนวดังกล่าว จะเกิดแรงดันไฟฟ้าขึ้นในคอยล์ปิกอัป (ดูรูปที่ 17.26) สิ่งนี้จะเป็นสัญญาณป้อนเข้า ECU เพื่อตัดการไหลของกระแสไฟฟ้าในวงจรปฐมภูมิ

คาพาซิเตอร์ (capacitor) ในจานจ่าย HEI (ดูรูปที่ 17.23) ทำหน้าที่ลดเสียงรบกวนที่มีต่อวิทยุ จานจ่ายมีกลไกปรับล่วงหน้าแบบแรงเหวี่ยงและแบบสุญญากาศ โดยไม่มีไทมิ่งจุดระเบิดอิเล็กทรอนิกส์

การปรับไทมิ่งจุดระเบิดล่วงหน้าอิเล็กทรอนิกส์

ระบบจุดระเบิดอิเล็กทรอนิกส์รุ่นใหม่จำนวนมากมีการปรับไทมิ่งจุดระเบิดล่วงหน้าด้วยการควบคุมของอิเล็กทรอนิกส์ สิ่งนี้ใช้แทนกลไกปรับล่วงหน้าแบบแรงเหวี่ยงและแบบสุญญากาศ ที่อยู่ในหรือยึดติดกับจานจ่าย ดังนั้นจานจ่ายจึงมีหน้าที่เพียงจ่ายแรงดันไฟฟ้าสูงไปยังหัวเทียนต่าง ๆ ตามลำดับที่เหมาะสม (ดูรูปที่ 17.27) ระบบนี้เรียกว่าไทมิ่งจุดระเบิดอิเล็กทรอนิกส์ (electronic spark timing หรือ EST) หรือการปรับล่วงหน้าอิเล็กทรอนิกส์ (electronic spark advance หรือ ESA)

เมื่อใช้การปรับล่วงหน้าอิเล็กทรอนิกส์เซนเซอร์ต่าง ๆ จะส่งข้อมูลอย่างต่อเนื่องไปยัง ECU หรือคอมพิวเตอร์จุดระเบิด ข้อมูลเหล่านี้ได้แก่ รอบเครื่องยนต์ ตำแหน่งลูกสูบ อุณหภูมิ เครื่องยนต์ และสุญญากาศในท่อร่วมไอดี ซึ่ง ECU จะใช้ข้อมูลต่าง ๆ คำนวณไทมิ่งจุดระเบิดตามสภาพการทำงานในขณะนั้น

การควบคุมจุดระเบิดอิเล็กทรอนิกส์ (ESC) ของไครส์เลอร์

ระบบนี้ (ดูรูปที่ 17.28) ประกอบด้วยจานจ่ายอิเล็กทรอนิกส์ซึ่งไม่มีกลไกปรับล่วงหน้า คอมพิวเตอร์ควบคุมการจุดระเบิดเซนเซอร์ต่าง ๆ และคาร์บูเรเตอร์แบบฟีดแบ็กหรือระบบ EFI จุดประสงค์ของการควบคุมจุดระเบิดอิเล็กทรอนิกส์ก็เพื่อให้เกิดประกายไฟที่หัวเทียนตรงตามเวลาที่ถูกต้อง สิ่งนี้ทำให้ส่วนผสมมีการเผาไหม้สมบูรณ์มากขึ้น ช่วยประหยัดนํ้ามันเชื้อเพลิง และเดินเบาราบเรียบมากขึ้น

ระบบของไครส์เลอร์จะปรับเวลาจุดระเบิดด้วยอิเล็กทรอนิกส์เพื่อให้เหมาะสมกับสภาพการทำงาน โดยใช้ข้อมูลเกี่ยวกับรอบเครื่องยนต์ อุณหภูมิเครื่องยนต์ สุญญากาศในท่อร่วมไอดี และอุณหภูมิของไอดี ดังนั้นระบบจะใช้คอมพิวเตอร์ควบคุมการจุดระเบิด จานจ่ายอิเล็กทรอนิกส์ พร้อมด้วยเซนเซอร์หนึ่งหรือสองชุด (ดูรูปที่ 17.29) และเซนเซอร์อื่นๆ ที่จะได้กล่าวต่อไปนี้

1. คอมพิวเตอร์ควบคุมการจุดระเบิด (spark-control computer) อุปกรณ์นี้ติดตั้งที่กรองอากาศ (ดูรูปที่ 17.30) คอมพิวเตอร์มีโหมดควบคุม 2 โหมดซึ่งได้แก่ สตาร์ตโหมด (start mode) และรันโหมด (run mode) สตาร์ตโหมดนั้นใช้สำหรับการสตาร์ตเครื่องยนต์ ปริมาณการปรับล่วงหน้าหาได้จากตำแหน่งของจานจ่าย โดยใช้ไทมิ่งพื้นฐานที่ตั้งไว้เท่านั้น หลังจากเครื่องยนต์สตาร์ตติดแล้ว รันโหมดจะรับช่วงการทำงานต่อจากสตาร์ตโหมด มันจะรับสัญญาณจากเซนเซอร์ต่าง ๆ ทำให้คอมพิวเตอร์คำนวณไทมิ่งจุดระเบิดได้อย่างถูกต้องตามสภาพการทำงาน

คอมพิวเตอร์จะปรับไทมิ่งจุดระเบิดซึ่งอาจเป็นการปรับล่วงหน้าหรือการปรับหน่วงก็ได้ ระบบนี้มีความละเอียดและรวดเร็วกว่าการใช้กลไกปรับล่วงหน้าแบบแรงเหวี่ยงและแบบสุญญากาศ (ดูรูปที่ 17.20)

2. จานจ่ายจุดระเบิด จานจ่ายที่ใช้ในเครื่องยนต์คาร์บูเรเตอร์มีเซนเซอร์ปิกอัป 2 ชุด (ดูรูปที่ 17.29) สตาร์ตปิกอัปเซนเซอร์ (start-pickup sensor) ทำงานในช่วงการสตาร์ตเครื่องยนต์ ซึ่งใช้ไทมิ่งจุดระเบิดคงที่ หลังจากเครื่องยนต์สตาร์ตติดแล้ว รันปิกอัปเซนเซอร์จะรับช่วงแทน หลังจากวิเคราะห์สัญญาณต่าง ๆ จากเซนเซอร์แล้ว คอมพิวเตอร์จะคำนวณไทมิ่งจุดระเบิดที่เหมาะสม

3. เซนเซอร์ ระบบ ESC ของไครส์เลอร์มีเซนเซอร์จำนวน 7 หรือ 8 ชุด เซนเซอร์แต่ละชุดส่งข้อมูลไปยังคอมพิวเตอร์เพื่อคำนวณไทมิ่งจุดระเบิดที่เหมาะสม เซนเซอร์เหล่านี้ได้แก่

1. เซนเซอร์อุณหภูมินํ้าหล่อเย็น

2. เซนเซอร์อุณหภูมิไอดี

3. เซนเซอร์หยุดเดินเบา

4. เซนเซอร์สุญญากาศท่อร่วมไอดี

5. เซนเซอร์การเผาไหม้ผิดปกติ (การน็อก)

6. สตาร์ตและรันปิกอัปเซนเซอร์ในจานจ่าย

7. เซนเซอร์ออกซิเจน

ระบบควบคุมเครื่องยนต์อิเล็กทรอนิกส์ของฟอร์ด

ระบบควบคุมเครื่องยนต์อิเล็กทรอนิกส์ (electronic engine control หรือ EEC) นี้ (ดูรูปที่ 17.31) ใช้ไมโครโปรเซสเซอร์และมีหลายอย่างคล้ายกับระบบ ESC ของไครส์เลอร์ นอกจากการควบคุมไทมิ่งจุดระเบิดแล้ว ระบบ EEC ของฟอร์ดยังควบคุมวาล์ว EGR (การไหลเวียนก่าซไอเสีย) และระบบการฉีดอากาศ ระบบการควบคุมไอเสียทั้งสองนี้ช่วยลด HC, CO และ NOx ในก๊าชไอเสีย

ไมโครโปรเซสเซอร์ในระบบ EEC ได้รับข้อมูลจากเซนเซอร์ต่าง ๆ ซึ่งส่งข้อมูลเกี่ยวกับสิ่งต่อไปนี้

1. อุณหภูมิอากาศเข้า

2. ตำแหน่งวาล์วปีกผีเสื้อ

3. อุณหภูมินํ้าหล่อเย็น

4. ความดันบรรยากาศ

5. สุญญากาศท่อร่วมไอดี

6. ตำแหน่งลูกสูบและเพลาข้อเหวี่ยง

7. รอบเครื่องยนต์

ในกระบวนการต่อเนื่อง สัญญาณจากเซนเซอร์แต่ละชุดจะถูกวิเคราะห์โดยไมโครโปรเซสเซอร์ ซึ่งจะให้ไทมิ่งจุดระเบิดที่เหมาะสมกับการทำงานของเครื่องยนต์ในขณะนั้น

ระบบ EEC ที่ใช้ในรถยนต์รุ่นใหม่มีคาร์บูเรเตอร์แบบฟีดแบ็ก มันจะปรับปริมาณนํ้ามันเชื้อเพลิงอย่างอัตโนมัติจนกระทั่งส่วนผสมของไอดีเหมาะสมที่สุดในขณะนั้น

ไทมิ่งจุดระเบิดอิเล็กทรอนิกส์ (EST) ของ GM

ระบบนี้คล้ายกับระบบของไครส์เลอร์และฟอร์ดที่ได้กล่าวไปแล้ว ระบบประกอบด้วยวงจรควบคุมภายใน ECM และจานจ่าย HEI พร้อมด้วยแผงพิเศษที่มีขั้ว 7 ขั้ว (ดูรูปที่ 17.32) จานจ่ายนี้ไม่มีกลไกปรับล่วงหน้าแบบแรงเหวี่ยง รุ่นแรก ๆ ของระบบนี้เรียกว่า ระบบ micro­processed sensing and automatic regulation (MISAR) ปัจจุบันนี้ใช้ระบบควบคุมคำสั่งคอมพิวเตอร์ (computer command control หรือ CCC) แผงควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ (ECM) จะรับสัญญาณต่าง ๆ จากเซนเซอร์อย่างต่อเนื่อง แล้วปรับไทมิ่งจุดระเบิดให้ดีที่สุดสำหรับการประหยัดนํ้ามันเชื้อเพลิง การขับขี่ และก๊าชพิษในไอเสียน้อยที่สุด เซนเซอร์ต่าง ๆ เหล่านี้ได้แก่

1. เซนเซอร์รอบเครื่องยนต์และตำแหน่งจานจ่าย

2. เซนเซอร์นํ้าหล่อเย็นเครื่องยนต์

3. เซนเซอร์สุญญากาศท่อร่วมไอดี

4. เซนเซอร์ความดันบรรยากาศ

ในการทำงาน ECM รับสัญญาณจากเซนเซอร์ แล้วคำนวณไทมิ่งจุดระเบิด และส่งสัญญาณไปยังแผง HEI ในจานจ่าย สัญญาณนี้ทำให้แผง HEI สั่งการให้หัวเทียนจุดระเบิด ด้วยเวลาที่เหมาะสม

ระบบจุดระเบิดไร้จานจ่าย

ในปี ค.ศ. 1984 รถยนต์ของบูอิก (Buick) เริ่มใช้ระบบจุดระเบิดที่ไม่มีจานจ่ายกับเครื่องยนต์ V-6 เทอรโบชาร์จเจอร์ขนาด 3.8 ลิตร (ดูรูปที่ 17.33) ระบบนี้เรียกว่า computer- controlled coil ignition (CCCI) คอยล์จุดระเบิดมี 3 ชุด และเป็นแบบปลายคู่ แต่ละชุดจะทำหน้าที่จุดระเบิดหัวเทียน 2 อันในเวลาเดียวกัน โดยมาจากปลายบวกและปลายลบของคอยล์

ลำดับการจุดระเบิดของเครื่องยนต์บูอิก V-6 คือ 1-6-5-4-3-2 (ดูรูปที่ 17.34) ลูกสูบ แต่ละคู่เคลื่อนที่ขึ้นและลงพร้อมกันคือ 1 กับ 4,6 กับ 3 และ 5 กับ 2 หัวเทียนในแต่ละคู่ของกระบอกสูบดังกล่าวจะเกิดประกายไฟพร้อมกัน แต่กระบอกสูบหนึ่งเป็นตำแหน่งใกล้ TDC ของ จังหวะอัด ส่วนอีกกระบอกสูบหนึ่งเป็นตำแหน่งใกล้ TDC ของจังหวะคายซึ่งจะเป็นการสูญเปล่า เพราะประกายไฟเกิดขึ้นในก๊าชไอเสีย

กระบอกสูบ

ฮอลล์เอฟเฟ็กต์เซนเซอร์ทำหน้าที่คล้ายกับเป็นสวิตช์ในการเปิดและปิดวงจรปฐมภูมิและจ่ายผลของแรงดันไฟฟ้าสูง นอกจากนี้ระบบยังประกอบด้วยแผงอิเล็กทรอนิกส์ 2 ชุด (ดูรูปที่ 17.33) ซึ่งได้แก่แผงคอยล์อิเล็กทรอนิกส์ (electronic coil module) ในชุดคอยล์และแผงควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ (electronic control module)

เซนเซอร์เพลาลูกเบี้ยว (camshaft sensor) จะส่งสัญญาณแรงดันไฟฟ้าไปยังแผงควบคุมอิเล็กทรอนิกส์เมื่อกระบอกสูบที่หนึ่งอยู่ในจังหวะอัด ข้อมูลนี้ถูกใช้โดยแผงควบคุมอิเล็กทรอนิกส์เพื่อปรับไทมิ่งจุดระเบิดและการฉีดนํ้ามันเชื้อเพลิงให้เหมาะสม  เซนเซอร์เพลาข้อเหวี่ยง (crankshaft sensor) ส่งสัญญาณไปยังแผงคอยล์อิเล็กทรอนิกส์ซึ่งจะบอกตำแหน่ง TDC ของแต่ละลูกสูบ จากนั้น แผงคอยล์อิเล็กทรอนิกส์จะจ่ายแรงดันไฟฟ้าสูง โดยตัดวงจรปฐมภูมิของแต่ละคอยล์ที่เวลาอันเหมาะสม

เซนเซอร์การเผาไหม้ผิดปกติ (detonation sensor) จะทำหน้าที่เปลี่ยนการสั่นสะเทือน ซึ่งเกิดขึ้นเนื่องจากการเผาไหม้ผิดปกติ (การน็อก) ไปเป็นสัญญาณไฟฟ้าซึ่งจะถูกส่งไปยังแผงควบคุมอิเล็กทรอนิกส์เพื่อหน่วงไทมิ่งจุดระเบิด กรองอิเล็กทรอนิกส์ (ดูรูปที่ 17.33) ซึ่งอยู่ใน ระบบทำหน้าที่กรองการสั่นสะเทือนต่าง ๆ ที่ไม่ได้เกิดจากการชิงจุดระเบิด (preignition) หรือ การเผาไหม้ผิดปกติ

ระบบควบคุมการเผาไหม้ผิดปกติ

ระบบนี้อาจเรียกว่า ระบบควบคุมการจุดระเบิดอิเล็กทรอนิกส์ (electronic spark- control (ESC) system) ระบบนี้จะหน่วงไทมิ่งจุดระเบิดอย่างอัตโนมัติเพื่อป้องกันไม่ให้เครื่องยนต์เสียหายเนื่องจากการเผาไหม้ผิดปกติ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเครื่องยนต์เทอร์โบชาร์จเจอร์

รูปที่ 17.35 แสดงชิ้นส่วนต่างๆ ในระบบควบคุมการเผาไหม้ผิดปกติ เมื่อเครื่องยนต์ใช้เทอร์โบชาร์จเจอร์ การเผาไหม้ผิดปกติอาจเกิดขึ้นได้ สิ่งนี้จะเกิดขึ้นเนื่องจากเทอร์โบชาร์จเจอร์ ป้อนส่วนผสมเข้ากระบอกสูบมากเกินไป ซึ่งไม่เหมาะกับไทมิ่งจุดระเบิดในขณะนั้น

เซนเซอร์การเผาไหม้ผิดปกติมักติดตั้งบนเครื่องยนต์ตรงบริเวณท่อร่วมไอดี เซนเซอร์นี้เป็นอุปกรณ์ไพโซอิเล็กทริก (piezoelectric device) ซึ่งมีผลึกอยู่ภายใน ผลึกนี้จะสร้างแรงดันไฟฟ้า เล็กน้อยเมื่อมีความดันหรือแรงกระทำกับผลึกนั้น ถึงแม้ว่าจะเกิดการเผาไหม้ผิดปกติเพียงเล็กน้อยเท่านั้น เซนเซอร์จะส่งสัญญาณแรงดันไฟฟ้าไปยังตัวควบคุม ESC (ดูรูปที่ 17.35) หรือไปยังคอมพิวเตอร์ควบคุมการจุดระเบิด (ดูรูปที่ 17.28) ตัวควบคุมหรือคอมพิวเตอร์จะหน่วงไทมิ่งจุดระเบิด เพื่อป้องกันการเผาไหม้ผิดปกติ (การน็อก)

ระบบจุดระเบิดซีดีไอ

ระบบจุดระเบิดที่กล่าวมาแล้วนั้นเป็นระบบจุดระเบิดแบบเหนี่ยวนำคือ พลังงานปฐมภูมิ ถูกเก็บไว้ในรูปของสนามแม่เหล็กรอบคอยล์จุดระเบิด

ระบบจุดระเบิดแบบที่สองคือ ระบบซีดีไอ (capacitor-discharge ignition หรือ CDI) พลังงานปฐมภูมิถูกเก็บไว้ในคาพาซิเตอร์ขนาดใหญ่ เมื่อต้องการประกายไฟที่หัวเทียน คาพาซิเตอร์ จะปล่อยพลังงานออกมา ซึ่งทำให้มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านขดลวดปฐมภูมิของคอยล์จุดระเบิด ในขณะที่สนามแม่เหล็กเกิดขึ้น แรงดันไฟฟ้าสูงจะถูกเหนี่ยวนำขึ้นในขดลวดทุติยภูมิ เมื่อแรงดันไฟฟ้ามีขนาดสูงมากเพียงพอ จะเกิดประกายไฟที่หัวเทียน

ระบบจุดระเบิดแบบเหนี่ยวนำแตกต่างจากระบบซีดีไอคือ ในขณะที่เกิดแรงดันไฟฟ้าสูง ในวงจรทุติยภูมิ วงจรปฐมภูมิจะถูกตัด ส่วนของระบบซีดีไอนั้นวงจรปฐมภูมิจะครบวงจรในขณะที่เกิดแรงดันไฟฟ้าสูงในวงจรทุติยภูมิ

ระบบซีดีไอมักนิยมใช้กันมากกับรถจักรยานยนต์และเครื่องยนต์เล็ก อย่างไรก็ตาม ระบบซีดีไอใช้กันไม่มากกับรถยนต์ทั่วไป

ระบบจุดระเบิดตรงของซาบ (Saab direct ignition หรือ SDI)

ซาบ (Saab) ได้พัฒนาระบบซีดีไอแบบไม่มีจานจ่ายขึ้นดังแสดงในรูปที่ 17.36 หัวเทียน แต่ละอันมีคอยล์และคอนเดนเซอร์ของตัวเองโดยรวมอยู่ในชุดจุดระเบิดซึ่งติดตั้งเหนือหัวเทียน (ดูรูปที่ 17.37) แรงดันไฟฟ้าที่ได้จะสูงถึง 40,000 โวลต์ และป้อนเข้าหัวเทียนโดยตรง ทำให้ลดปัญหาเกี่ยวกับการรั่วไหลของแรงดันไฟฟ้าสูงได้

แบตเตอรี่ 12 โวลต์ทำให้มีกระแสไฟฟ้าจำนวนน้อยไหลผ่านคอยล์ เมื่อกระแสไฟฟ้าหยุดไหล คาพาซิเตอร์จะถูกประจุด้วยแรงดันไฟฟ้าสูงถึง 400 โวลต์ ซึ่งปรากฏในวงจรปฐมภูมิ ฮอลล์เอฟเฟ็กต์เซนเซอร์ที่ด้านหน้าของเพลาข้อเหวี่ยงจะส่งข้อมูลเกี่ยวกับอัตราเร็วรอบและตำแหน่งของเพลาข้อเหวี่ยงไปยัง ECU เซนเซอร์ความดันในท่อร่วมไอดีจะส่งข้อมูลไปยัง ECU ด้วยเช่นกัน จากข้อมูลเหล่านี้ ECU จะกำหนดเวลาว่าเมื่อใดคาพาซิเตอร์ควรจะปล่อยประจุออกมา (สิ่งนี้คือ ไทมิ่งจุดระเบิด)

เมื่อเวลาเหมาะสม ECU จะต่อวงจรปฐมภูมิเข้ากับคาพาซิเตอร์ คาพาซิเตอร์จะปล่อยประจุอย่างรวดเร็ว และทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าสูงเข้าสู่หัวเทียน

บทความอื่น ๆ ที่น่าสนใจ:

Share this :

  • Stumble upon
  • twitter

Comments are closed.