โครงสร้างเครื่องยนต์:ฝาสูบ

Posted on : 30-10-2012 | By : Author | In : การทำงานของเครื่องยนต์

ฝาสูบ (cylinder head) จะใช้ปิดส่วนบนของกระบอกสูบและเป็นส่วนบนของห้องเผาไหม้ หัวลูกสูบและแหวนลูกสูบเป็นส่วนล่างของห้องเผาไหม้ ดังแสดงในรูปที่ 4.14 และรูปที่ 4.15

ฝาสูบมักหล่อเป็นชิ้นเดียวกันด้วยเหล็กหล่อ เหล็กหล่อผสม หรืออะลูมิเนียมผสม แต่ส่วนใหญ่จะเป็นเหล็กหล่อ ฝาสูบประกอบด้วยโพรงนํ้า ช่องไอดี และช่องไอเสีย การหล่อฝาสูบ มักใช้แม่พิมพ์ทรายคล้ายกับการหล่อเสื้อสูบ หลังจากได้ฝาสูบจากการหล่อเรียบร้อยแล้ว จะต้องนำฝาสูบมาแต่งซึ่งได้แก่

1. เจาะรูและทำเกลียวสำหรับหัวเทียน (หรือสำหรับหัวฉีดของเครื่องยนต์ดีเซล) และสำหรับยึดท่อร่วมไอดีและไอเสีย และสำหรับการยึดชิ้นส่วนอื่น ๆ

2. เจาะรูนํ้าหล่อเย็นและรูน้ำมันหล่อลื่น

3. ปรับผิวหน้าสัมผัสให้เรียบ

4. เจาะรูสำหรับปลอกนำวาล์ว

5. ปรับแต่งบ่าวาล์ว

6. คว้านรูสำหรับแบริ่งเพลาลูกเบี้ยว (สำหรับเครื่องยนต์โอเวอร์เฮดแคมชาฟต์)

1. ห้องเผาไหม้แบบหมุนวน ฝาสูบเป็นส่วนบนของห้องเผาไหม้ ดังนั้นจึงต้องออกแบบให้มีรูปทรงต่าง ๆ เหมาะสม เพื่อช่วยให้อากาศและไอนํ้ามันเชื้อเพลิงผสมเข้ากันได้ดี การเผาไหม้จึงจะสมบูรณ์มากขึ้น รูปที่ 4.16 แสดงห้องเผาไหม้รูปทรงต่าง ๆ ซึ่งเกิดจากรูปทรงของฝาสูบและหัวลูกสูบ

ฝาสูบ

ฝาสูบของเครื่องยนต์บางชนิดมีส่วนเสริมบางแห่งเพื่อช่วยให้การเผาไหม้ดีขึ้น เช่น ในรูปที่ 4.17 ฝาสูบมีช่องปั่นป่วน (turbulence-generating pot, TGP) จุดประสงค์ของช่องนี้เพื่อสร้างความปั่นป่วนหรือการหมุนวนของไอดีในระหว่างการเผาไหม้ ในช่วงจังหวะอัดไอดีบางส่วนจะถูกอัดเข้าไปในช่องปั่นป่วน ไอดีในช่องปั่นป่วนจะเริ่มเผาไหม้ก่อนส่วนอื่นเพราะอยู่ใกล้หัวเทียน เปลวไฟจากห้องปั่นป่วนจะแพร่กระจายออกมาด้วยความเร็วสูง ซึ่งจะช่วยกระจายเปลวไฟอย่าง รวดเร็วและมีผลทำให้การเผาไหม้สมบูรณ์มากขึ้น ดังแสดงในรูปที่ 4.17

เครื่องยนต์บางชนิดได้รับการออกแบบให้ท่อไอดีมีลักษณะคล้ายตัวเอส (S) และใช้บ่าวาล์วเสริม ซึ่งจะช่วยให้ไอดีหมุนวนได้ดีเมื่อไหลเข้าห้องเผาไหม้ บ่าวาล์วจะติดตั้งเยื้องศูนย์ เนื่องจากส่วนเสริมของบ่าวาล์ว และรูปทรงของวาล์วจะแตกต่างไปจากปกติ ดังแสดงในรูปที่ 4.18

การออกแบบในลักษณะอื่นใช้วาล์วควบคุมการหมุนวน (swirl-control valve) ซึ่งติดตั้งอยู่ในท่อไอดี วาล์วสามารถหมุนได้รอบแกนดิ่งและควบคุมด้วยสัญญาณจากชุดควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ (ECU) ซึ่งส่งมาจากสวิตช์สุญญากาศ ในขณะที่วาล์วปีกฝีเสื้อเปิดบางส่วน วาล์วดังกล่าวจะบังคับให้ไอดีไหลหมุนวนอย่างสูงเข้ากระบอกสูบ แต่เมื่อวาล์วปีกผีเสื้อเปิดกว้างมากขึ้น วาล์วควบคุมการหมุนวนจะเปิดกว้างเพื่อให้ไอดีไหลได้โดยตรงเข้ากระบอกสูบ ดังแสดงในรูปที่ 4.19

รูปที่ 4.20 เครื่องยนต์บางแบบใช้วาล์วไอดีเสริมเพื่อทำให้เกิดการหมุนวนสูง วาล์วไอดีเสริมนี้บางครั้งเรียกว่า วาล์วเจ็ต และมีขนาดเล็กกว่าวาล์วไอดีหลัก ทั้งวาล์วไอดีเสริมและวาล์วไอดีหลักจะเปิดออกพร้อมกัน วาล์วไอดีเสริมจะมีเฉพาะอากาศเท่านั้นที่ไหลผ่าน โดยอากาศไหลมาจากส่วนบนของคาร์บูเรเตอร์ดังแสดงในรูปที่ 4.21 ส่วนวาล์วไอดีหลักนั้นก็จะยอมให้ไอดีไหลผ่านตามปกติ อากาศที่ไหลผ่านวาล์วไอดีเสริมนั้นไม่มีวาล์วควบคุม ดังนั้นจึงไหลเข้ามาได้เต็มที่ และความเร็วสูง ซึ่งมีผลทำให้ไอดีในกระบอกสูบไหลวนด้วยความเร็วสูงและเสริมให้การเผาไหม้สมบูรณ์ขึ้น

วิธีอื่น ๆ ที่จะช่วยเสริมให้เกิดความปั่นป่วนของไอดีคือ ใช้ห้องเผาไหม้ล่วงหน้า เครื่องยนต์ดังกล่าวเรียกว่า เครื่องยนต์ส่วนผสมแยกชั้น

2. ฝาสูบฃองเครื่องยนต์ดีเซล รูปที่ 4.22 แสดงเครื่องยนต์ดีเซลซึ่งฝาสูบมีห้องเผาไหม้ล่วงหน้า การออกแบบในลักษณะนี้ใช้กันมากสำหรับเครื่องยนต์ดีเซลที่ใช้กับรถยนต์ ในฤดูหนาว ฝาสูบและเสื้อสูบจะค่อนข้างเย็นและจะดึงความร้อนออกจากอากาศที่ถูกอัดตัวภายใน กระบอกสูบ ทำให้อากาศไม่สามารถร้อนขึ้นได้เพียงพอต่อการจุดระเบิดนํ้ามันเชื้อเพลิง ดังนั้น ในห้องเผาไหม้ล่วงหน้าจึงติดตั้งหัวเผา (glow plug) ซึ่งเป็นตัวทำความร้อนไฟฟ้า หัวเผาจะใช้งานในช่วงเริ่มแรกก่อนการสตาร์ต โดยทำหน้าที่เพิ่มความร้อนให้กับอากาศในห้องเผาไหม้ เมื่อสตาร์ตเครื่องยนต์ติดแล้ว หัวเผาก็จะหยุดทำงาน ดังแสดงในรูปที่ 4.22

ข้อสังเกต เครื่องยนต์ดีเซลที่ใช้กับรถบรรทุกหรือรถยนต์ที่ใช้งานมักไม่มีห้องเผาไหม้ล่วงหน้า ส่วนมากมักเป็นการฉีดโดยตรง (direct injection) คือ นํ้ามันเชื้อเพลิงถูกฉีดเข้าห้องเผาไหม้โดยตรง สิ่งนี้เป็นการใช้นํ้ามันเชื้อเพลิงอย่างมีประสิทธิภาพ แต่เครื่องยนต์จะมีเสียงดัง

มากขึ้นและวิ่งไม่ค่อยเรียบ ด้วยเหตุผลนี้ ระบบฉีดโดยตรงจึงไม่นิยมใช้กันมากในเครื่องยนต์ดีเซลสำหรับรถเก๋งทั่วไป

3. ปะเก็นฝาสูบ รอยต่อระหว่างฝาสูบกับเสื้อสูบจะต้องเข้ากันสนิทและต้องซีลอย่างแน่นหนาเพื่อป้องกันไม่ให้ความดันรั่วไหลออกจากห้องเผาไหม้ ดังนั้นจึงต้องมีปะเก็นฝาสูบ (head gasket) สอดอยู่ระหว่างกลางของฝาสูบกับเสื้อสูบดังรูปที่ 4.6

ปะเก็นฝาสูบมี 2 แบบคือ แบบเหล็กกล้านูน (embossed-steel type) และแบบแซนด์วิช (sandwich type) ดังแสดงในรูปที่ 4.23 ในปัจจุบันเครื่องยนต์ใหม่นิยมใช้ปะเก็นแบบเหล็กกล้านูน ซึ่งมักประกอบด้วยแผ่นเหล็กกล้าที่มีความหนาประมาณ 0.5 mm และเคลือบด้วยสารต่าง ๆ เช่นเทฟลอน โดยเคลือบในระหว่างการผลิตสารเคลือบจะช่วยให้ปะเก็นอุดรอยรั่วได้ดีขึ้น สำหรับปะเก็นแบบแซนด์วิชนั้นมีแกนเป็นเหล็กกล้าบาง และประกบด้วยวัตถุนิ่มเพื่ออุดรอยรั่วตรงบริเวณช่องผ่านของนํ้าหล่อเย็นและนํ้ามันหล่อลื่น แต่ส่วนของปะเก็นบริเวณรอบ ๆ ห้องเผาไหม้จะเสริมด้วยโลหะ

เมื่อประกอบเครื่องยนต์เข้าด้วยกัน จะต้องใส่ปะเก็นฝาสูบระหว่างเสื้อสูบกับฝาสูบ แล้วขันสลักเกลียวฝาสูบด้วยทอร์กตามกำหนด ปะเก็นฝาสูบจะถูกบีบแน่นระหว่างฝาสูบกับเสื้อสูบ และอุดรอยรั่วของช่องต่าง ๆ

ในกรณีของเครื่องยนต์ 4 สูบโฟล์คสวาเกน ซึ่งหล่อเย็นด้วยอากาศนั้น  ไม่ใช้ปะเก็นฝาสูบตามที่ได้กล่าวมาแล้ว แต่จะใช้ปะเก็นวงแหวนสวมเข้าบนบ่าของกระบอกสูบและประกบด้วยฝาสูบ ดังแสดงในรูปที่ 4.24

4. ท่อร่วมไอเสีย เป็นชุดของท่อไอเสียที่นำก๊าซไอเสียจากกระบอกสูบเครื่องยนต์ รูปที่ 4.25 แสดงรายละเอียดของฝาสูบของเครื่องยนต์แก๊สโซลีน 6 สูบแบบโอเวอร์เฮดวาล์ว ท่อร่วม 2 ชุดซึ่งได้แก่ ท่อร่วมไอเสียและท่อร่วมไอดีติดตั้งบนข้างเดียวกันของฝาสูบ ในเครื่องยนต์บางแบบ ท่อร่วมไอเสียและท่อร่วมไอดีติดตั้งแยกกันคนละข้างของฝาสูบ (ดูรูปที่ 4.14)

เครื่องยนต์กระบอกสูบเรียงมีท่อร่วมไอเสียเพียงอันเดียว แต่เครื่องยนต์กระบอกสูบวี มีท่อร่วมไอเสีย 2 อัน แต่ละอันอยู่บนแต่ละแถวของกระบอกสูบ ท่อร่วมไอเสียยึดติดกับด้านนอกช่องฝาสูบ ท่อร่วมไอเสียทั้งสองเชื่อมต่อถึงกันด้วยท่อขวาง จากนั้นไอเสียจะไหลผ่านหม้อกำจัดก๊าชพิษและหม้อพักออกสู่บรรยากาศ ดังแสดงในรูปที่ 4.26

ท่อร่วมไอเสียของเครื่องยนต์กระบอกสูบเรียงบางแบบมีวาล์วควบคุมความร้อน (heat- control valve) ดังแสดงในรูปที่ 4.27 วาล์วนี้มีหน้าที่ป้อนความร้อนให้กับไอดีในขณะที่เครื่องยนต์ยังเย็นอยู่ ซึ่งจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในขณะที่เครื่องเย็น

5. ท่อร่วมไอดี เป็นชุดของท่อไอดีที่นำไอดีเข้าสู่กระบอกสูบ รูปที่ 4.25 จะแสดงท่อร่วมไอดีของเครื่องยนต์ 6 สูบกระบอกสูบเรียง เครื่องยนต์นี้จะใช้คาร์บูเรเตอร์ที่ติดตั้งอยู่เหนือท่อร่วมไอดี

เครื่องยนต์แก๊สโซลีนบางแบบไม่ใช้คาร์บูเรเตอร์ แต่ใช้ระบบหัวฉีดแทน สำหรับเครื่องยนต์ดีเซลนั้น ท่อร่วมไอดีจะเป็นท่อนำเฉพาะอากาศเข้าสู่กระบอกสูบ และนํ้ามันเชื้อเพลิงถูกฉีดเข้ากระบอกสูบ

ในเครื่องยนต์กระบอกสูบวี ท่อร่วมไอดีจะติดตั้งอยู่ระหว่างแถวของกระบอกสูบ 2 ข้าง ดูรูปที่ 4.7) และป้อนไอดีหรืออากาศเข้าสู่กระบอกสูบทั้ง 2 ข้าง

บทความอื่น ๆ ที่น่าสนใจ:

Share this :

  • Stumble upon
  • twitter

Comments are closed.