ระบบจุดระเบิดแบบทองขาว

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

วงจรปฐมภูมิและทุติยภูมิ

ระบบจุดระเบิดมีวงจรไฟฟ้าแยกเป็น 2 วงจรได้แก่ วงจรปฐมภูมิ (primary circuit) หรือวงจรไฟแรงตํ่า และวงจรทุติยภูมิ (secondary circuit) หรือวงจรไฟแรงสูง วงจรไฟแรงต่ำ หรือวงจรปฐมภูมิประกอบด้วยแบตเตอรี่ แอมมิเตอร์ สวิตช์กุญแจ รีซิสเตอร์ (ตัวความต้านทาน) – ขดลวดปฐมภูมิของคอยล์จุดระเบิด หน้าทองขาวและคอนเดนเซอร์ ตัวถังหรือโครงรถยนต์ และสายไฟในวงจรปฐมภูมิ ดังแสดงในรูปที่ 17.4

วงจรทุติยภูมิประกอบด้วย ขดลวดทุติยภูมิของคอยล์จุดระเบิด ฝาครอบจานจ่ายและโรเตอร์ สายหัวเทียน หัวเทียน และตัวถังหรือโครงรถยนต์ ดังแสดงในรูปที่ 17.5

เมื่อสวิตช์กุญแจอยู่ที่ตำแหน่ง ON จะมีกระแสไฟฟ้าจากแบตเตอรี่ไหลผ่านวงจรปฐมภูมิ กระแสไฟฟ้าจะไหลผ่านขดลวดปฐมภูมิของคอยล์และหน้าทองขาว (หน้าทองขาวปิด) ลงสู่สายดิน และกลับส่แบตเตอรี่ ลูกเบี้ยวซึ่งติดตั้งบนเพลาจานจ่ายทำให้หน้าทองขาวเปิดและปิดสลับกัน มุมการหมุนของลูกเบี้ยวที่ทำให้หน้าทองขาวยังคงปิดอยู่นั้นเรียกว่า มุมปิดหน้าทองขาว (dwell angle) ดังแสดงในรูปที่ 17.6

คอยล์จุดระเบิด

คอยล์จุดระเบิดมีขดลวด 2 ชุดได้แก่ ขดลวดปฐมภูมิและขดลวดทุติยภูมิ เมื่อหน้าทองขาวสัมผัสกัน กระแสไฟฟ้าจะไหลผ่านขดลวดปฐมภูมิของคอยล์ซึ่งจะทำให้เกิดสนามแม่เหล็กขึ้นในคอยล์

(ดูรูปที่ 1 7.5) แต่เมื่อหน้าทองขาวแยกจากกัน กระแสไฟฟ้าจะหยุดไหล สนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นนั้นจะสลายตัว การสลายตัวนี้ทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าสูงในขดลวดทุติยภูมิของคอยล์ ฝาครอบจานจ่ายและโรเตอร์จะทำหน้าที่เป็นสวิตช์หมุนในการจ่ายแรงดันไฟฟ้าสูงไปยังหัวเทียนต่าง ๆ ทำให้เกิดประกายไฟที่หัวเทียน ประกายไฟต้องเกิดที่เวลาอันเหมาะสมเพื่อเริ่มต้นจังหวะกำลัง

หน้าทองขาวและคอนเดนเซอร์

ประกายไฟที่หัวเทียนจะเกิดขึ้นในเวลาใกล้เคียงกับการเปิดของหน้าทองขาว (ดูรูปที่ 17.6) เมื่อหน้าทองขาวเริ่มแยกจากกัน จะเกิดแรงดันไฟฟ้าสูงถึง 250 โวลต์ในวงจรปฐมภูมิ แรงดันไฟฟ้านี้จะทำให้เกิดประกายไฟเล็กน้อยบริเวณหน้าทองขาวในขณะที่หน้าทองขาวกำลังแยกออกจากกัน สิ่งนี้จะทำให้หน้าทองขาวเสียหายและอายุการใช้งานสั้นลง

เพื่อลดการเกิดประกายไฟดังกล่าว จึงต่อคอนเดนเซอร์ (หรือคาปาซิเตอร์) คร่อมหน้าทองขาว การใช้คอนเดนเซอร์มีจุดประสงค์ 2 ประการดังนี้

1. ช่วยทำให้กระแสไฟฟ้าที่ไหลในวงจรปฐมภูมิหยุดไหลได้อย่างรวดเร็ว ซึ่งจะช่วยเสริม การสลายตัวของสนามแม่เหล็ก

2. ช่วยป้องกันหรือลดการเกิดประกายไฟบริเวณหน้าทองขาว ทำให้อายุการใช้งานของหน้าทองขาวยาวนานขึ้น

แรงดันไฟฟ้าสูง

แรงดันไฟฟ้าสูงจะไหลจากขดลวดทุติยภูมิของคอยล์ข้ามช่องว่างระหว่างโรเตอร์กับฝาครอบจานจ่ายไปยังหัวเทียนและจะเกิดประกายไฟที่บริเวณขั้วหัวเทียน (เขี้ยวหัวเทียน) ดูรูปที่ 17.7 ในขณะที่เกิดประกายไฟที่ขั้วหัวเทียน (ขั้วกลางกับขั้วดิน) ส่วนผสมของอากาศกับนํ้ามันเชื้อเพลิงจะจุดระเบิดและเผาไหม้ เพื่อเริ่มจังหวะกำลังโรเตอร์จะจ่ายแรงดันไฟฟ้าสูงไปยังกระบอกสูบต่าง ๆ ตามลำดับการจุดระเบิด

ข้อสังเกต เพลาจานจ่ายถูกขับเคลื่อนด้วยเพลาลูกเบี้ยวและหมุนด้วยอัตราเร็วรอบเท่ากับเพลาลูกเบี้ยว ดังนั้นเพลาจานจ่ายหมุนด้วยอัตราเร็วรอบเพียงครึ่งหนึ่งของเพลาข้อเหวี่ยง

หัวเทียนมีเปลือกนอกเป็นโลหะและมีฉนวนกระเบื้องเคลือบอยู่ภายใน ขั้วกลางยื่นผ่านศูนย์กลางของฉนวน เปลือกโลหะมีขั้วดินยึดติดอยู่ ขั้วดินและขั้วกลางจะต้องมีระยะห่างที่เหมาะสม (ระยะห่างนี้มักเรียกว่า ระยะเขี้ยวหัวเทียน)

หัวเทียนบางชนิดมีรีซิสเตอร์อยู่ในขั้วกลาง (ดูรูปที่ 17.7) รีซิสเตอร์ทำหน้าที่ลดคลื่นรบกวนของไฟฟัาแรงดันสูงที่มีต่อวิทยุและโทรทัศน์ การรบกวนนี้เรียกว่า การรบกวนความถี่วิทยุ (radio-frequency interference) หรือมักเรียกว่า RFI

ความต้านทานปฐมภูมิ

เพื่อป้องกันไม่ให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านวงจรปฐมภูมิมากเกินไป จึงมักติดตั้งความต้านทาน ระหว่างแบตเตอรี่กับขดลวดปฐมภูมิของคอยล์  ในระบบจุดระเบิดแบบทองขาวจำนวนมาก มีรีซิสเตอร์ในวงจรระหว่างสวิตช์กุญแจกับขั้วปฐมภูมิของคอยล์ รีซิสเตอร์นี้อาจเป็นลวดความต้านทานซึ่งต่อภายนอก หรือเป็นความต้านทานภายในคอยล์ รีซิสเตอร์นี้มีหน้าที่ป้องกันการเกิดประกายไฟและการไหม้ของหน้าทองขาวเนื่องจากกระแสไฟฟ้าไหลมากเกินไป ในขณะที่สตาร์ตเครื่องยนต์นั้นจะมีแรงดันไฟฟ้าเต็มที่จากแบตเตอรี่เข้าถึงขดลวดปฐมภูมิ ทำให้การสตาร์ตง่ายขึ้น แต่ในขณะเดินเบา รีซิสเตอร์จะลดแรงดันไฟฟ้าให้เหลือเพียง 5 ถึง 8 โวลต์

มีบางระบบใช้รีซิสเตอร์ภายนอกซึ่งกระตุ้นด้วยอุณหภูมิ ในขณะที่รอบเครื่องยนต์ตํ่า การไหลของกระแสไฟฟ้าในวงจรปฐมภูมิจะใช้ช่วงเวลายาวนานกว่า สิ่งนี้ทำให้รีซิสเตอร์ร้อนขึ้น ซึ่งทำให้ความต้านทานเพิ่มขึ้นและลดปริมาณกระแสไฟฟ้า แต่ในขณะที่รอบเครื่องยนต์สูงขึ้น การไหลของกระแสไฟฟ้าจะใช้ช่วงเวลาสั้นลง รีซิสเตอร์จะเย็นลงซึ่งทำให้ความต้านทานลดลง และเพิ่มปริมาณกระแสไฟฟ้า

การเกิดประกายไฟล่วงหน้า

เมื่อเครื่องยนต์เดินเบา ประกายไฟที่หัวเทียนแต่ละอันจะเกิดขึ้นตามจังหวะเวลาที่เหมาะสม คือ ที่ตำแหน่งก่อนที่ลูกสูบจะเคลื่อนที่ถึง TDC (ศูนย์ตายบน) เล็กน้อยในจังหวะอัด (ดูรูปที่ 17.8) เมื่อรอบเครื่องยนต์สูงกว่ารอบเดินเบา ไทมิ่งจุดระเบิดจะเกิดขึ้นล่วงหน้า (ไฟแก่) ทำให้มีเวลามากเพียงพอต่อการเผาไหม้ไอดี จานจ่ายส่วนมากมีกลไกปรับล่วงหน้าแบบแรงเหวี่ยง (centrifugal-advance mechanism) กลไกนี้จะทำให้หน้าทองขาวเปิดเร็วกว่าปกติ เมื่อรอบ เครื่องยนต์เพิ่มขึ้น ดังนั้นการเกิดประกายไฟที่หัวเทียนจึงเกิดขึ้นล่วงหน้ามากขึ้น

ในขณะที่เครื่องยนต์ทำงานด้วยวาล์วปีกผีเสื้อเปิดบางส่วน ส่วนผสมที่เข้ากระบอกสูบมีปริมาณน้อย ทำให้ห้องเผาไหม้มีปริมาณนํ้ามันเชื้อเพลิงน้อย ส่วนผสมจะเผาไหม้ช้าลงหลังจากจุดระเบิดแล้ว จึงจำเป็นต้องปรับไทมิ่งจุดระเบิดให้เกิดขึ้นล่วงหน้า โดยหน้าที่ของชุดปรับล่วงหน้าแบบสุญญากาศ (vacuum-advance unit) ดังแสดงในรูปที 17.9

ชุดปรับล่วงหน้าสุญญากาศจะทำให้แผ่นรองหน้าทองขาวขยับตัวในทิศทางที่ทำให้หน้าทองขาวเปิดออกเร็วกว่าปกติ สุญญากาศที่ใซ้ควบคุมการทำงานของชุดปรับล่วงหน้าแบบสุญญากาศ นั้นมาจากท่อร่วมไอดี

การทำงานร่วมกันของกลไกปรับล่วงหน้าแบบแรงเหวี่ยงและแบบ สุญญากาศ

เมื่อเครื่องยนต์มีรอบสูงมากขึ้น การจุดระเบิดจะเกิดขึ้นล่วงหน้าเนื่องจากการทำงานของกลไกปรับล่วงหน้าแบบแรงเหวี่ยง ที่รอบเครื่องยนต์อยู่ในช่วงระหว่างรอบเดินเบากับเร่งเต็มที่นั้น จะมีการปรับไทมิ่งจุดระเบิดล่วงหน้าเนื่องจากกลไกปรับล่วงหน้าแบบสุญญากาศ การปรับล่วงหน้าจะมีค่ามากหรือน้อยขึ้นอยู่กับปริมาณสุญญากาศในท่อร่วมไอดี

รูปที่ 17.10 แสดงเส้นกราฟของการปรับล่วงหน้าทั้งหมด ซึ่งได้แก่การปรับล่วงหน้าแบบสุญญากาศและแบบแรงเหวี่ยงรวมกัน

ที่อัตราเร็ว 64 km/h กลไกปรับล่วงหน้าแบบแรงเหวี่ยงจะทำให้ไทมิ่งจุดระเบิดเกิดขึ้นล่วงหน้า 15 องศา และในขณะที่เครื่องยนต์ทำงานเมื่อวาล์วปีกผีเสื้อเปิดบางส่วน ไทมิ่งจุดระเบิด เนื่องจากสุญญากาศจะเกิดขึ้นล่วงหน้าอีก 15 องศา ดังนั้นไทมิ่งจุดระเบิดรวมจึงเป็น 30 องศา (15+15) นั่นคือจะเกิดประกายไฟที่หัวเทียนเมื่อลูกสูบเคลื่อนที่ถึงตำแหน่ง 30 องศาก่อนถึงศูนย์ตายบน กราฟในรูปที่ 17.10 นั้นอาจมีความแตกต่างกันไปตามการทำงานของเครื่องยนต์

บทความอื่น ๆ ที่น่าสนใจ:

Share this :

  • Stumble upon
  • twitter

Comments are closed.