Featured Posts

ระบบไอเสีย

Comments Off on ระบบไอเสีย

อะไรคือวาล์วเพิ่มความร้อนและทำไมมันจึงมีความสำคัญ?
คล้ายกับการทำงานของเทอร์โมสตัตในระบบระบายความร้อน จุดประสงค์ของวาล์วเพิ่มความร้อนก็คือช่วยให้เครื่องยนต์ร้อนเร็วขึ้น และยังทำหน้าที่ช่วยให้การระเหยของนํ้ามันเชื้อเพลิงดีขึ้นในขณะที่เครื่องยนต์ยังเย็นอยู่ นอกจากนี้ยังทำหน้าที่เป็นวาล์วควบคุมความร้อน โดยทั่วไปแล้วจะติดตั้งอยู่บริเวณที่ซึ่งท่อไอเสียติดอยู่กับท่อร่วมไอเสีย ชิ้นส่วนที่เราสามารถมองเห็นได้คือแกนวาล์วซึ่งจะมีสปริงขด และนํ้าหนักถ่วงติดอยู่ ในขณะที่เครื่องยนต์ยังเย็นอยู่ วาล์วเพิ่มความร้อนนี้จะอยู่ในตำแหน่งที่ยอมให้ไอเสียร้อนไหลผ่านเข้าไปในช่องพิเศษซึ่งอยู่รอบๆ ท่อร่วมไอดี ความร้อนจากไอเสียจะทำให้นํ้ามันเชื้อเพลิงร้อนขึ้นเพื่อป้องกันการรวมตัวเป็นหยดของนํ้ามันเชื้อเพลิงและทำให้การระเหยดีขึ้น ในขณะที่ไอเสียร้อนไหลผ่านวาล์วเพิ่มความร้อน ตำแหน่งของลิ้นนี้จะค่อยๆ เปลี่ยนไปทีละน้อยจนกระทั่งมันปิดช่องพิเศษและไอเสียร้อนจะไหลไปในท่อไอเสียปกติ วาล์วเพิ่มความร้อนนี้ อาจทำงานผิดปกติได้คืออาจเปิดตายหรือปิดตายตลอดเวลา ถ้าวาล์วนี้เปิดตายตลอดเวลาจะทำให้เครื่องยนต์ร้อนช้ากว่าปกติและอาจเกิดปัญหาขึ้นในขณะที่เครื่องยนต์ยังเย็นอยู่ แต่ถ้าลิ้นนี้ปิดตายตลอดเวลาเครื่องยนต์จะร้อนเกินไป
วาล์ว
รูปวาล์วเพิ่มความร้อนติดตั้งอยู่ภายในศูนย์กลางของเสื้อวาล์ว ท่อไอเสียถูกยึดด้วยสลักเกลียวสองอันผ่านรูของหน้าแปลนตัวล่างของเสื้อวาล์ว
อะไรเป็นสาเหตุทำให้หม้อพักและท่อไอเสียมีอายุการใช้งานสั้นลง มันมีชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่ได้อยู่ภายในหม้อพักและท่อไอเสียหรือไม่ ?
ปกติแล้วจะไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่ได้อยู่ภายในหม้อพักและท่อไอเสียนอกเสียจาก แผ่นกั้นไอเสียกระจายอยู่รอบๆ ภายในท่อพัก ปัจจุบันได้มีการปรับปรุงวัสดุที่ใช้ทำหม้อพักและท่อไอเสียทำให้อายุการใช้งานยาวนานขึ้นกว่าเดิม แต่มันยังคงไม่ได้ผลในการขจัดปัญหาของการเกิดสนิมขึ้นภายในท่อเนื่องจากไอนํ้าและการกลั่นตัวของไอเสีย และการเกิดสนิมภายนอกท่อเนื่องจากนํ้าและสารเคมีต่างๆ เป็นผลทำให้การรักษาความร้อนไม่นานเท่าที่ควรคือเกิดการเย็นตัวอย่างรวดเร็ว ท่อไอเสีย หรือหม้อพักที่ผุกร่อนอยู่แล้วจะเกิดการเสียหายได้เนื่องจากการกระแทก เช่น การชนกันของรถยนต์ การชนกับวัตถุต่างๆ บนท้องถนน การเกิดการจุดระเบิดย้อนกลับ แผ่นรัดและยึดท่อไอเสียและหม้อพักหลุด การขับรถยนต์ในช่วงระยะทางสั้นๆ สามารถทำให้เกิดผลเสียต่อหม้อพักได้เพราะว่าระบบไอเสียยังร้อนไม่เพียงพอที่จะทำให้หยดน้ำที่เกิดขึ้นภายในท่อพักระเหยออกไป หยดน้ำที่ค้างอยู่ภายในหม้อพักจะทำให้เกิดสนิมและผุกร่อนจากภายในท่อสู่ภายนอก บางครั้งการเจาะรูเล็กๆ ที่ปลายหม้อพักจะทำให้ของเหลวภายในไหลออกสู่ภายนอกได้ จงตรวจสอบสภาพของหม้อพักและท่อไอเสียอย่างสมํ่าเสมอเมื่อท่านได้ใช้รถยนต์มาแล้วมากกว่าสองหรือสามปี
ทำไมช่างเครื่องของผมนั่งฟังเสียงที่ปลายท่อไอเสียรถยนต์ของผมในขณะที่เครื่องยนต์กำลังหมุนอยู่ และยังใช้ฝ่ามืออังอยู่ห่างจากปลายท่อไอเสียประมาณ 6 นิ้วเพื่อให้สัมผัสกับไอเสียที่พ่นออกมา และแล้วก็พิจารณาอย่างรอบคอบ ?
เขาอาจจะกำลังประหลาดใจเกี่ยวกับสิ่งที่เขากำลังจะทำกับเงินของท่านที่กำลังจะจ่ายแก่เขาสำหรับงานซ่อมวาล์ว เขากำลังฟังเสียงและจังหวะของไอเสียและความแรงที่เกิดจากไอเสียซึ่งปล่อยออกมาจากกระบอกสูบจากการสังเกตอย่างหยาบๆ ดังกล่าวประกอบกับการตรวจสอบอย่างละเอียดก็สามารถมองเห็นสภาพการทำงานภายในเครื่องยนต์ได้ ถ้าภายในท่อไอเสียปรากฏมีสีนํ้าตาลหรือสีเทาอ่อน ก็แสดงว่าการเผาไหม้ของนํ้ามันเชื้อเพลิงเป็นปกติดี แต่ถ้ามีสีเกือบจะเป็นสีขาว เขาจะรู้ได้ทันทีว่าท่านขับรถยนต์ด้วยอัตราเร็วลงเป็นเวลานานๆ และสามารถหาอาการที่เกี่ยวข้องกับการใช้งานของรถยนต์ดังกล่าวได้ ถ้ามีสีดำก็แสดงว่าท่านอาจจะขับรถยนต์คันนี้ในระยะทางสั้นๆ เป็นประจำ หรืออาจจะมีปัญหาเกี่ยวกับการน็อกหรือดีเซลลิง หรือมีปัญหาเกี่ยวกับโช๊คและคาร์บูเรเตอร์ หรือมีปัญหาเกี่ยวกับการจุดระเบิด และอาจเป็นไปได้ที่ส่วนผสมของไอดีหนาเกินไป (น้ำมัน เชื้อเพลิงมากเกินไป) ถ้าท่อไอเสียมีสีดำและมีนํ้ามันเครื่องเยิ้มออกมา แสดงว่า ท่านกำลังเผชิญกับปัญหาที่ได้กล่าวมาแล้วพร้อมกับปัญหาการสิ้นเปลืองนํ้ามันเครื่องมากกว่าปกติ ซึ่งอาจจะเกิดจากการเสียหายของชิ้นส่วนภายในเครื่องยนต์
ที่มา:ธีระยุทธ  สุวรรณประทีป, สมชาย  กังวารจิตต์

การควบคุมไอเสียเครื่องยนต์

Comments Off on การควบคุมไอเสียเครื่องยนต์

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

การเผาไหม้ส่วนผสมของอากาศกับน้ำมันเชื้อเพลิง

การเผาไหม้ในเครื่องยนต์ไม่เคยสมบูรณ์ จะมีนํ้ามันเชื้อเพลิงบางส่วนที่ไม่เผาไหม้ (HC) และบางส่วนเผาไหม้ไม่สมบูรณ์ (CO) ออกมาทางท่อไอเสีย CO คือก๊าชคาร์บอนมอนอกไซด์ ซึ่งเป็นก๊าชพิษ เครื่องยนต์ยังคงปล่อยก๊าชไนโตรเจนออกไซด์ (NOx) ออกมาด้วย โดยทั่วไปในบรรยากาศประกอบด้วยไนโตรเจนประมาณ 80 เปอร์เซ็นต์และออกซิเจนประมาณ 20 เปอร์เซ็นต์

โดยปกติแล้ว ไนโตรเจนเป็นก๊าชเฉื่อย แต่การเผาไหม้อุณหภูมิสูงในกระบอกสูบของเครื่องยนต์ ไนโตรเจนจะรวมตัวกับออกซิเจนเป็นไนโตรเจนออกไซด์ ไนโตรเจนออกไซด์มีหลายรูปแบบ โดยมีสูตรทั่วไปว่า NOx ค่า “X” แทนค่าออกซิเจนซึ่งแตกต่างกันไป NOx รวมตัวกับความชื้นในอากาศแล้วกลายเป็นกรด กรดนี้ทำให้ระคายเคืองต่อดวงตาและมีอาการไอเนื่องจากสม็อก

การทำความสะอาดก๊าซไอเสีย

ก๊าชพิษ 3 ชนิดในก๊าซไอเสียที่จะต้องกำจัดออกไป ได้แก่ ไฮโดรคาร์บอน (HC) คาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) และไนโตรเจนออกไซด์ (NOx) การทำความสะอาดก๊าซไอเสียมี 3 วิธีคือ

1. ควบคุมส่วนผสมของอากาศกับนํ้ามันเชื้อเพลิง

2. ควบคุมกระบวนการเผาไหม้

3. นำก๊าชไอเสียมาผ่านกระบวนการบำบัดก๊าชพิษ

การควบคุมส่วนผสมของอากาศกับน้ำมันเชื้อเพลิง

นํ้ามันเชื้อเพลิงแก๊สโซลีน (เบนซิน) ได้รับการเปลี่ยนแปลงให้มีความสะอาดมากขึ้น หลังการเผาไหม้ การเปลี่ยนแปลงอย่างหนึ่งคือ การกำจัดสารตะกั่วออกไปจากนํ้ามันเชื้อเพลิง สารตะกั่วที่ผสมกับนํ้ามัน ได้แก่ เตตราเอทิลเลด (tetraethyl lead) สารนี้ช่วยควบคุมการน็อก และใช้ได้ดีกับเครื่องยนต์ที่มีอัตราส่วนการอัดสูง อย่างไรก็ตามเครื่องยนต์ที่มีอุปกรณ์กำจัดก๊าชพิษ (catalytic converter) ไม่สามารถใช้ได้กับนํ้ามันเชื้อเพลิงที่มีสารตะกั่ว การนำสารตะกั่วออกจากน้ำมันเบนซินทำให้ต้องลดอัตราส่วนการอัดของเครื่องยนต์

ตามหลักพื้นฐานแล้ว การควบคุมส่วนผสมของอากาศกับนํ้ามันเชื้อเพลิงหมายความว่า

1. ปรับแต่งระบบนํ้ามันเชื้อเพลิงเพื่อให้ได้ส่วนผสมบางมากขึ้น

2. ให้การอุ่นเครื่องเป็นไปอย่างรวดเร็วและการทำงานของ

โช้กรวดเร็วมากขึ้นด้วย

ในรถยนต์บางคันมีคาร์บูเรเตอร์แบบฟีดแบ็กหรือระบบหัวฉีดซึ่งทำหน้าที่ควบคุมอัตราส่วนผสมได้อย่างเที่ยงตรง

ส่วนผสมเดินเบาที่บางมากขึ้น

คาร์บูเรเตอร์ของเครื่องยนต์รุ่นใหม่มักให้ส่วนผสมเดินเบาบางมากกว่าเครื่องยนต์เก่า เมื่อส่วนผสมบางมากขึ้นจำเป็นต้องใช้ระยะเขี้ยวหัวเทียนกว้างขึ้นและแรงดันไฟฟ้าสูงที่วงจรทุติยภูมิสูงมากขึ้น เครื่องยนต์บางเครื่องมีฝาครอบหมุดเกลียวส่วนผสมเดินเบา เพื่อป้องกันไมให้มีการปรับส่วนผสมใหม่ ส่วนมากส่วนผสมเดินเบานี้ได้รับการปรับแต่งมาแล้วจากโรงงาน ซึ่งเป็นตำแหน่งเหมาะสมที่ให้ก๊าซพิษน้อยและเครื่องยนต์ยังทำงานได้ดี ดังแสดงในรูปที่ 18.13

การอุ่นเครื่องเร็วขึ้น

ถ้าส่วนผสมไหลเข้าท่อร่วมไอดีที่เย็น นํ้ามันเชื้อเพลิงบางส่วนเท่านั้นที่ระเหยเป็นไอ ดังนั้น จึงต้องการส่วนผสมที่หนามากขึ้น มิฉะนั้นเครื่องยนต์จะไม่ได้รับไอนํ้ามันมากเพียงพอต่อการทำงาน อย่างไรก็ตามเมื่อเครื่องยนต์เริ่มทำงาน ส่วนผสมจะต้องบางลง เพื่อป้องกันไม่ให้มีสารมลพิษมากเกินไปในก๊าชไอเสีย และส่วนผสมจะต้องบางลงไปอีกเมื่อเครื่องยนต์ร้อนขึ้นแล้ว

อุปกรณ์ที่ช่วยลดส่วนผสมหนาได้อย่างรวดเร็วคือ โช้กไฟฟ้า อุปกรณ์อื่น ๆ อีกคือ วาล์วควบคุมความร้อนท่อร่วมไอดี ความร้อนจะอุ่นไอดีให้นํ้ามันเชื้อเพลิงระเหยเป็นไอได้ง่ายขึ้น อย่างไรก็ตามการอุ่นไอดีดังกล่าวเป็นไปอย่างช้า ๆ ดังนั้นเครื่องยนต์คาร์บูเรเตอร์รุ่นใหม่จึงใช้กรองอากาศแบบความร้อน โดยใช้ความร้อนจากท่อร่วมไอเสียสำหรับอุ่นอากาศที่เข้าสู่คาร์บูเรเตอร์

การควบคุมกระบวนการเผาไหม้

การเผาไหม้ส่วนผสมของอากาศกับนํ้ามันเชื้อเพลิงในกระบอกสูบเครื่องยนต์เป็นกระบวนการที่ซับซ้อน ซึ่งมีปัจจัยต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องดังนี้

1. ส่วนผสมที่แทรกตัวอยู่ระหว่างแหวนลูกสูบ ลูกสูบ และผนังกระบอกสูบจะไม่เผาไหม้ และจะถูกขับออกไปจากกระบอกสูบในจังหวะคาย ทำให้ไอเสียมีปริมาณ HC เพิ่มมากขึ้น นอกจากนี้ส่วนผสมที่สัมผัสกับบริเวณเย็นที่ผิวฝาสูบและหัวลูกสูบจะไม่มีการเผาไหม้เช่นกัน สิ่งนี้ก็มีส่วนเพิ่ม HC ในก๊าชไอเสีย

2. การเพิ่มอุณหภูมิของเครื่องยนต์ ช่วยทำให้ส่วนผสมมีการเผาไหม้ดีขึ้น วิธีเพิ่มอุณหภูมิของเครื่องยนต์ทำได้โดยปรับตั้งเทอร์โมสตัตของระบบหล่อเย็น แต่การเพิ่มอุณหภูมิของการเผาไหม้จะก่อให้เกิด NOx มากขึ้นในก๊าซไอเสีย ซึ่งจะสร้างปัญหาอย่างอื่นต่อไป

3. การปรับล่วงหน้าสุญญากาศ (vacuum advance) ช่วยให้ส่วนผสมมีเวลายาวนาน เพียงพอต่อการเผาไหม้เมื่อเครื่องยนต์ทำงานที่วาล์วปีกผีเสื้อเปิดบางส่วน อย่างไรก็ตามก็เป็นการเพิ่มเวลาในการเกิด NOx เช่นกัน ดังนั้นจะต้องมีวิธีการป้องกันไม่ให้มีการปรับล่วงหน้าสุญญากาศ ภายใต้การทำงานที่มีแนวโน้มที่จะเกิด NOx เพิ่มขึ้น

4. คาร์บอนที่เกิดขึ้นในห้องเผาไหม้ทำให้ HC ในก๊าชไอเสียเพิ่มขึ้น คาร์บอนมีรูพรุน และจะดูดซับไอดีเอาไว้ในช่วงจังหวะอัดและจังหวะกำลัง แต่เมื่อเป็นจังหวะคาย ความดันภายใน กระบอกสูบจะลดลง HC ในรูพรุนของคาร์บอนจะหนีออกไปพร้อมกับก๊าชไอเสีย

เพื่อช่วยในการควบคุมกระบวนการเผาไหม้ให้ได้ผลดีขึ้น เครื่องยนต์บางเครื่องจะมีห้องเผาไหม้ล่วงหน้า เครื่องยนต์แก๊สโซลีนจำนวนมากได้เปลี่ยนมาใช้ระบบหัวฉีดแทนคาร์บูเรเตอร์ สิ่งนี้สามารถเพิ่มประสิทธิภาพการเผาไหม้และลด HC และ CO ในก๊าซไอเสีย การควบคุมปริมาณ NOx ในก๊าซไอเสียจะใช้ระบบการไหลเวียนก๊าชไอเสีย (ระบบ EGR)

ระบบการไหลเวียนก๊าชไอเสีย

ระบบการไหลเวียนก๊าซไอเสีย (exhaust-gas recirculation หรือ EGR) ได้ถูกนำมาใช้ในการลดปริมาณ NOx ในไอเสีย การนำก๊าชไอเสียจำนวนเล็กน้อยป้อนกลับเข้าสู่เครื่องยนต์ อีกครั้งหนึ่ง ทำให้อุณหภูมิการเผาไหม้ลดลงและลดการเกิด NOx ปริมาณไอเสียที่ถูกนำมาป้อนเข้าเครื่องยนต์นั้นเปลี่ยนแปลงตามสภาพการทำงานต่าง ๆ

รูปที่ 18.14 แสดงระบบ EGR ในระบบจะมีช่องพิเศษต่อระหว่างท่อร่วมไอเสียกับท่อร่วมไอดี ช่องนี้เปิดและปิดโดยวาล์ว EGR ส่วนบนของวาล์วซีลแน่นและมีท่อต่อกับช่องสุญญากาศในช่องวาล์วปีกผีเสื้อ เมื่อไม่มีสุญญากาศในช่องสุญญากาศ วาล์ว EGR จะปิด จะไม่มีก๊าชไอเสียไหลเวียน สภาพนี้เป็นช่วงการเดินเบาของเครื่องยนต์ ซึ่งการเกิด NOx มีปริมาณน้อยมาก

หลังจากที่วาล์วปีกผีเสื้อเปิดกว้าง จะมีสุญญากาศในช่องสุญญากาศ วาล์ว EGR จะถูกเปิดออก ก๊าซไอเสียบางส่วนสามารถไหลเข้าท่อร่วมไอดีได้ อุณหภูมิการเผาไหม้จะลดลง และการเกิด NOx จะลดลงด้วย แต่เมื่อวาล์วปีกผีเสื้อเปิดกว้างเต็มที่ สุญญากาศในท่อร่วมไอดีจะลดลง ส่วนผสมสามารถไหลเข้าได้มากขึ้นเพราะว่าไม่มีสิ่งกีดขวาง ส่วนผสมจะมีความหนาแน่นมากขึ้นและการเผาไหม้เย็นตัวลง ดังนั้นเมื่อวาล์วปีกผีเสื้อเปิดเต็มที่ ความต้องการ EGR ลดน้อยลง เมื่อสุญญากาศมีค่าน้อย วาล์ว EGR เกือบจะปิด

ในรถยนต์บางคัน ใช้สวิตช์สุญญากาศความร้อนในการป้องกัน EGR จนกว่าอุณหภูมิจะสูงถึงประมาณ 38°c (100°F) สวิตช์นี้อาจเรียกว่า สวิตช์ CTO (coolant-temperature override) ซึ่งติดตั้งในโพรงนํ้าตรงตำแหน่งที่สามารถตรวจจับอุณหภูมิของนํ้าหล่อเย็นได้ ถ้าอุณหภูมิตํ่ากว่า 38°c สวิตช์จะยังคงปิด ทำให้สุญญากาศไม่สามารถเข้าถึงวาล์ว EGR จึงไม่มีการไหลเวียนของก๊าชไอเสียเกิดขึ้น สิ่งนี้ช่วยให้สมรรถนะของเครื่องยนต์สูงขึ้นหลังการสตาร์ต แต่เมื่อเครื่องยนต์ ร้อนขึ้น สวิตช์ CTO จะเปิดออก ดังนั้นสุญญากาศจึงเข้าสู่วาล์ว EGR และการไหลเวียนของก๊าซไอเสียจะเกิดขึ้น

รูปที่ 18.15 แสดงตัวอย่างของระบบ EGR สำหรับเครื่องยนต์ 6 สูบ การติดตั้งวาล์ว EGR และสวิตช์ CTO อาจแตกต่างกันไปตามการออกแบบ ตรงตำแหน่งติดตั้งวาล์ว EGR นั้น จะเป็นการรวมกันของวาล์ว EGR และเซนเซอร์ความดันย้อนกลับ (back-pressure sensor) เซนเซอร์นี้ควบคุมการไหลของก๊าชไอเสียเข้าสู่ท่อร่วมไอดีตามปริมาณความดันย้อนกลับในท่อร่วมไอเสีย

เมื่อภาระของเครื่องยนต์ตํ่าและความดันย้อนกลับตํ่า เซนเซอร์ความดันย้อนกลับจะรักษาให้วาล์ว EGR ปิด จึงไม่มีการไหลเวียนของก๊าซไอเสีย แต่เมื่อความต้องการกำลังเครื่องยนต์เพิ่มขึ้น ความดันย้อนกลับจะสูงมากขึ้น ดังนั้นเซนเซอร์ความดันย้อนกลับจะยอมให้วาล์ว EGR เปิดออกเพื่อให้มีการไหลเวียนของก๊าซไอเสีย

เหตุผลของการควบคุมเพิ่มเติมดังกล่าว ก็เพื่อให้แน่ใจว่าการไหลเวียนของก๊าชไอเสีย ไม่มีผลเสียต่อสมรรถนะของเครื่องยนต์ในขณะที่สภาพการทำงานเปลี่ยนแปลง

การเหลื่อมกันของการเปิดและเปิดวาล์ว

การเหลื่อมกันของการเปิดและปิดวาล์วไอดีและวาล์วไอเสีย ทำให้เกิดผลคล้ายกับระบบ EGR แต่วิธีการต่างกัน เมื่อการเหลื่อมกันของวาล์วเพิ่มขึ้น จะทำให้มีก๊าซไอเสียเหลือค้างในกระบอกสูบมากขึ้น ก๊าชไอเสียนี้จะผสมกับไอดีที่เข้ามาใหม่ ทำให้อุณหภูมิสูงสุดตํ่าลงและลดการเกิด NOx อย่างไรก็ตามเมื่อการเหลื่อมกันของวาล์วเพิ่มขึ้น อาจมีผลกระทบต่อการเดินเบา (เดินเบาไม่เรียบ) ดังนั้นจึงมักตั้งรอบเดินเบาให้สูงกว่าปกติ

การควบคุมการปรับล่วงหน้าสุญญากาศ

ในขณะที่วาล์วปีกผีเสื้อเปิดบางส่วน จานจ่ายจะให้การจุดระเบิดเกิดขึ้นล่วงหน้า เพื่อให้ส่วนผสมบางมีเวลามากเพียงพอต่อการเผาไหม้ แต่ก็เป็นการเพิ่มเวลาในการเกิด NOx ด้วย เช่นกัน ดังนั้นจึงมีการควบคุมการปรับล่วงหน้าสุญญากาศภายใต้สภาพดังกล่าว เช่น ระบบ TCS (transmission-controlled spark) ดังแสดงในรูปที่ 18.16

ระบบนี้ช่วยป้องกันไม่ให้มีการปรับล่วงหน้าสุญญากาศในขณะที่รถยนต์ใช้เกียร์ถอยหลังเกียร์ว่าง หรือเกียร์ต่ำ เพราะภายใต้สภาพดังกล่าวนี้มีแนวโน้มที่จะเกิด NOx ได้มากขึ้น ระบบ TCS นี้เป็นชื่อเรียกของเจเนอรัลมอเตอร์ ส่วนฟอร์ดเรียกระบบนี้ว่า ระบบ TRS (transmission- regulated spark) ระบบทั้งสองทำงานเหมือนกัน

ระบบควบคุมการปรับล่วงหน้าสุญญากาศแบบอื่น ๆ

ระบบควบคุมการปรับไทมิ่งจุดระเบิดล่วงหน้ายังมีแบบอื่น ๆ อีกหลายแบบส่วนมาก ได้รับการออกแบบเป็นพิเศษสำหรับเครื่องยนต์และรถยนต์นั้น ๆ โดยเฉพาะรถยนต์บางคันที่ผลิตโดยไครส์เลอรใช้ระบบ OSAC (orifice spark-advance control) ระบบนี้ประกอบด้วยรู ขนาดเล็กหรือออริฟิช สิ่งนี้จะช่วยหน่วงการเปลี่ยนแปลงขอสุญญากาศที่ป้อนเข้าไปยังจานจ่าย ด้วยเวลาประมาณ 17 วินาที ระหว่างช่วงการเดินเบากับวาล์วปีกผีเสื้อเปิดบางส่วน ดังนั้นการปรับไทมิ่งจุดระเบิดล่วงหน้าสุญญากาศจะถูกหน่วงเอาไว้ด้วยระยะเวลาดังกล่าวจนกว่าการเร่ง จะดำเนินไปได้แล้ว ช่วงเวลานี้เป็นช่วงเวลาวิกฤตซึ่งการปรับไทมิ่งจุดระเบิดล่วงหน้าสุญญากาศ สามารถทำให้เกิด NOx ปริมาณมากขึ้น

ฟอร์ดมีระบบอื่นที่คล้ายกันเรียกว่า ระบบวาล์วหน่วงการจุดระเบิด (spark-delay-valve system) ระบบนี้จะหน่วงเวลาการปรับไทมิ่งจุดระเบิดล่วงหน้าสุญญากาศในช่วงการเร่งเครื่องยนต์ วาล์วนี้ต่ออนุกรมกับท่อสุญญากาศ ซึ่งออกจากช่องสุญญากาศที่คาร์บูเรเตอร์ไปยังจานจ่าย ในระหว่างการเร่งเครื่องยนต์อย่างนิ่มนวล สัญญาณสุญญากาศที่ส่งไปยังจานจ่ายสามารถเพิ่มขึ้นได้ทีละน้อย ทั้งนี้เพราะว่าวาล์วหน่วงการจุดระเบิดจะยอมให้สุญญากาศผ่านไปได้อย่างช้า ๆ

ในระหว่างการเร่งอย่างรุนแรงหรือถอนดันเร่งออก การเปลี่ยนแปลงในสุญญากาศ เกิดขึ้นมากเพียงพอที่จะเปิดวาล์วทางเดียวออกได้ ทำให้สุญญากาศไหลผ่านช่องบายพาสเข้าสู่จานจ่ายได้ กลไกปรับไทมิ่งจุดระเบิดล่วงหน้าจะทำงานในช่วงเวลาดังกล่าวเพื่อเพิ่มสมรรถนะของเครื่องยนต์ให้ดีขึ้น ถ้าอุณหภูมิของเครื่องยนต์ตํ่า สวิตช์อุณหภูมิจะกระตุ้นวาล์วโซลีนอยด์ วาล์วนี้จะให้สุญญากาศผ่านโดยตรงเข้ากลไกปรับล่วงหน้าที่จานจ่าย (ผ่านวาล์วทางเดียว) สิ่งนี้ทำให้กลไกปรับล่วงหน้าทำงานเมื่อเครื่องยนต์เย็น

ระบบควบคุมเครื่องยนต์อิเล็กทรอนิกส์

รถยนต์รุ่นใหม่มักจะมีระบบควบคุมเครื่องยนต์อิเล็กทรอนิกส์ (electronic engine control หรือ EEC) ซึ่งทำหน้าที่ควบคุมอัตราส่วนผสมระหว่างอากาศกับนํ้ามันเชื้อเพลิงและไทมิ่งจุดระเบิด นอกจากนี้ ระบบเหล่านี้ยังควบคุมอัตราการไหลของอากาศจากปั๊มฉีดอากาศ อากาศอาจถูกส่งไปยังท่อร่วมไอเสียหรืออุปกรณ์กำจัดก๊าซพิษซึ่งขึ้นอยู่กับสภาพการทำงาน ระบบ EEC ส่วนระบบฉีดอากาศจะได้กล่าวต่อไป รูปที่ 18.17 แสดงระบบและอุปกรณ์ต่าง ๆ ซึ่งช่วยควบคุมไอเสียในรถยนต์ของเจเนอรัลมอเตอร์ซึ่งใช้ระบบ ccc (computer command control)

การกำจัดก๊าชพิษในก๊าชไอเสีย

ปริมาณก๊าชพิษที่ออกมาจากท่อไอเสียนั้นสามารถทำให้ลดน้อยลงได้ ด้วยการควบคุมอัตราส่วนผสมระหว่างอากาศกับนํ้ามันเชื้อเพลิง ควบคุมกระบวนการเผาไหม้ และการกำจัด ก๊าชพิษในก๊าซไอเสียโดยตรง เพื่อให้ได้ผลดี จะต้องใช้ทั้ง 3 วิธีดังกล่าวร่วมกัน ทั้ง 3 วิธีนั้น ก็เพื่อควบคุมปริมาณ HC, CO และ NOx ในก๊าซไอเสีย

การกำจัดก๊าชพิษในก๊าชไอเสียก็คือ วิธีการทำความสะอาดก๊าชไอเสียหลังจากที่ก๊าซ ไอเสียออกจากเครื่องยนต์แล้วและก่อนที่จะปล่อยออกจากท่อไอเสียสู่บรรยากาศ การกำจัดก๊าซพิษ ที่นิยมใช้กันมี 3 วิธีคือ ใช้ระบบฉีดอากาศ (air-injection system) ใช้อุปกรณ์กำจัดก๊าซพิษ (catalytic converter) และใช้ทั้ง 2 วิธีร่วมกัน

ระบบฉีดอากาศ

ระบบนี้ใช้ปั๊มอากาศซึ่งขับเคลื่อนด้วยสายพาน (ดูรูปที่ 18.18) ปั๊มจะทำหน้าที่ฉีดอากาศ เข้าไปในท่อร่วมไอเสีย เพื่อเพิ่มปริมาณออกซิเจนในการเผาไหม้ HC และ CO ที่เหลือค้างในก๊าชไอเสีย

ปั๊มอากาศเป็นแบบเวน (vane type) ขับเคลื่อนด้วยสายพานจากพูลเลย์เพลาข้อเหวี่ยง ปั๊มอากาศส่วนมากมีพัดลมกรองอากาศแบบแรงเหวี่ยงซึ่งติดตั้งบนเพลาโรเตอร์ของปั๊ม ในขณะที่พัดลมหมุน แรงเหวี่ยงจะทำให้ฝุ่นละอองกระเด็นออกไป ดังนั้นอากาศที่เข้าสู่ปั๊มจึงเป็นอากาศที่สะอาด

วาล์วไดเวอร์เตอร์ (diverter valve) ได้ถูกนำมาใช้ในการป้องกันการจุดระเบิดย้อนกลับ ในระบบไอเสีย (ดูรปที่ 18.19) เมื่อผู้ขับขี่ถอนคันเร่งอย่างทันทีทันใด วาล์วปีกผีเสื้อจะปิด ทำให้อากาศหยุดไหลเข้าคาร์บูเรเตอร์ อย่างไรก็ตามความเฉื่อยของอนุภาคนํ้ามันยังคงทำให้อนุภาคนํ้ามันเคลื่อนที่ต่อไปได้อีก สิ่งนี้จะทำให้ส่วนผสมหนาขึ้นอย่างมากเพียงชั่วคราวและเผาไหม้ในห้องเผาไหม้

เมื่อไอเสียถูกคายออกสู่ท่อร่วมไอเสีย จะมีนํ้ามันส่วนที่เผาไหม้ไม่หมดปะปนออกมามาก และเมื่อผสมกับอากาศที่ฉีดเข้าไปจะทำให้เกิดการจุดระเบิดในท่อไอเสีย ซึ่งมักจะได้ยินเสียงดัง “ปัง” ออกมาทางท่อไอเสีย ซึ่งเป็นการจุดระเบิดย้อนกลับ (backfire) ดังนั้นจึงต้องมีวาล์ว ไดเวอร์เตอร์เพื่อไม่ให้ป้อนอากาศเข้าท่อไอเสียในช่วงการถอนคันเร่ง เป็นการป้องกันการจุดระเบิดย้อนกลับ

ระหว่างปั๊มอากาศและหัวฉีดอากาศจะมีวาล์วทางเดียวกั้นกลางดังแสดงในรูปที่ 18.18 วาล์วทางเดียวนี้ป้องกันก๊าชไอเสียร้อนไม่ให้ไหลย้อนเข้าไปในท่ออากาศและปั๊มอากาศ เพราะเหตุการณ์อาจเกิดขึ้นได้ถ้าสายพานขับปั๊มอากาศขาด หรือถ้าความดันในท่อไอเสียสูงมากผิดปกติ หรือท่ออากาศมีการรั่วไหล

ระบบฉีดอากาศจำนวนมากมีวาล์วควบคุมอากาศ (ดูรูปที่ 18.18) วาล์วนี้ใช้กับเครื่องยนต์ ที่ใช้ระบบควบคุมเครื่องยนต์อิเล็กทรอนิกส์ วาล์วนี้จะสับเปลี่ยนการฉีดอากาศระหว่างการฉีดไปที่ท่อร่วมไอเสียกับการฉีดไปที่อุปกรณ์กำจัดก๊าชพิษ โดยอาศัยสัญญาณจาก ECM (ดูรูปที่ 18.17) ระบบของฟอร์ดแสดงดังรูปที่ 18.20 และรูปที่ 18.21 เมื่อเครื่องยนต์เย็น อากาศจะถูกฉีดเข้าสู่ท่อร่วมไอเสีย (ดูรูปที่ 18.20) แต่เมื่อเครื่องยนต์ร้อนขึ้นแล้ว อากาศจะถูกฉีดเข้าสู่อุปกรณ์ กำจัดก๊าชพิษ (ดูรูปที่ 18.21)

ระบบดูดอากาศ

เครื่องยนต์บางเครื่องที่มีอุปกรณ์กำจัดก๊าซพิษจะใช้ระบบดูดอากาศ (ดูรูปที่ 18.22) ระบบจะป้อนอากาศเสริมเพื่อลด HC และ CO ที่รอบเดินเบามักจะมีปริมาณออกซิเจนในก๊าซไอเสียจำนวนน้อย ดังนั้นระบบดูดอากาศจึงป้อนอากาศเข้าสู่ท่อร่วมไอเสีย เพื่อให้มีออกซิเจนมาก เพียงพอที่จะทำปฏิกิริยากับ HC และ CO

วาล์วดูดอากาศติดตั้งอยู่ในท่อระหว่างกรองอากาศกับท่อร่วมไอเสีย วาล์วนี้เป็นวาล์วทางเดียวซึ่งเปิดและปิดโดยการกระตุ้นของสุญญากาศในท่อร่วมไอเสีย การกระตุ้นจะเกิดขึ้นในท่อร่วมไอเสียทุกครั้งที่วาล์วไอเสียเปิดออกที่รอบเดินเบา

รูปที่ 18.23 แสดงการทำงานของวาล์วดูดอากาศ ในขณะที่เครื่องยนต์เดินเบานั้น จะเกิดสุญญากาศเล็กน้อยที่ปลายหัวฉีดอากาศ สุญญากาศนี้ทำให้วาล์วเปิดออกและยอมให้อากาศจากกรองอากาศไหลผ่านไปได้และเข้าสู่ท่อร่วมไอเสีย วาล์วนี้จะปิดทันทีเมื่อความดันในท่อร่วมไอเสียเพิ่มขึ้น สิ่งนี้จะช่วยป้องกันไม่ให้ก๊าซไอเสียไหลย้อนกลับจากท่อร่วมไอเสียเข้าสู่กรองอากาศ

อุปกรณ์กำจัดก๊าซพิษ

วิธีที่สองในการกำจัดก๊าซพิษในไอเสียคือ ใช้อุปกรณ์กำจัดก๊าชพิษ (catalytic converter) ดังแสดงในรูปที่ 18.24

อุปกรณ์จะทำหน้าที่เปลี่ยนก๊าชพิษเป็นก๊าชที่ไม่มีพิษ สารประกอบที่อยู่ในอุปกรณ์จะทำให้ก๊าชพิษเปลี่ยนแปลงทางเคมีเป็นก๊าซไม่มีพิษโดยไม่ได้เกิดปฏิกิริยาทางเคมีกับสารประกอบนั้น เช่น อุปกรณ์กำจัดก๊าซพิษ HC/CO สารประกอบจะทำให้ HC รวมตัวกับออกซิเจนแล้ว กลายเป็น h2o (น้ำ) และทำให้ CO กลายเป็น co2 สำหรับสารประกอบในอุปกรณ์กำจัด ก๊าซพิษที่กำจัด NOx นั้น สารประกอบจะแยกไนโตรเจนออกจากออกชิเจน ดังนั้น NOx จึงกลายเป็นไนโตรเจนและออกชิเจนที่ไม่มีอันตราย

รูปที่ 18.25 แสดงอุปกรณ์กำจัดก๊าซพิษแบบ 2 ทาง ซึ่งจะกำจัดเฉพาะก๊าช HC และ CO เท่านั้น ภายในอุปกรณ์ประกอบด้วยเม็ดสารประกอบซึ่งเป็นเม็ดโลหะเคลือบแพลทินัมหรือสารอื่นที่คล้ายกัน ก๊าชไอเสียจะไหลผ่านเม็ดสารประกอบเหล่านี้ ภายในอุปกรณ์กำจัดก๊าซพิษ อาจมีลักษณะเป็นช่องคล้ายรังผึ้งและเคลือบด้วยสารประกอบดังกล่าวก็ได้ ก๊าซไอเสียจะไหลผ่านช่องรังผึ้งเหล่านั้น

รถยนต์ที่ใช้อุปกรณ์กำจัดก๊าชพิษ ต้องใช้นํ้ามันเชื้อเพลิงที่ปราศจากสารตะกั่ว เพราะสารตะกั่วจะเคลือบบนเม็ดสารประกอบในอุปกรณ์ ทำให้อุปกรณ์ไม่สามารถทำงานได้ ถ้าสารประกอบที่ใช้ในอุปกรณ์กำจัดก๊าซพิษเป็นชนิดเม็ด ก็อาจเปลี่ยนเม็ดสารประกอบใหม่ได้ แต่ถ้าเป็นแบบรังผึ้ง จะไม่สามารถบริการได้ ต้องเปลี่ยนอุปกรณ์กำจัดก๊าชพิษใหม่ทั้งชุด

ในขณะที่เครื่องยนต์ทำงาน อุปกรณ์กำจัดก๊าซพิษจะร้อนขึ้น ดังนั้นต้องมีแผ่นกันความร้อน ดังแสดงในรูปที่ 18.26 เพื่อไม่ให้ห้องโดยสารร้อนขึ้น

อุปกรณ์กำจัดก๊าซพิษแบบ 3 ทางและแบบ 2 ชั้น

อุปกรณ์กำจัดก๊าชพิษมี 3 แบบ ได้แก่ แบบออกซิไดซิ่ง (oxidizing) แบบรีดิวซิ่ง (reducing) และแบบ 3 ทาง (three way) สารประกอบออกซิไดซิ่งใช้ในการกำจัด HC และ CO สารประกอบรีดิวซิ่งใช้สำหรับควบคุม NOx แทนที่จะใช้อุปกรณ์กำจัดก๊าซพิษแยกกันเป็น 2 ชุดคือ ชุดหนึ่งสำหรับกำจัด HC และ CO และอีกชุดหนึ่งสำหรับกำจัด NOx รถยนต์ส่วนมากใช้อุปกรณ์กำจัดก๊าชแบบ 2 ชั้น หรือแบบ 3 สามทาง

อุปกรณ์กำจัดก๊าซพิษแบบ 2 ชั้น (ดูรูปที่ 18.27) ประกอบด้วยชั้นภายในเป็น 2 ชั้น โดยมีช่องอากาศกั้นกลาง ก๊าชไอเสียจะผ่านชั้นบนก่อน ซึ่งจะกำจัด NOx และจำกัด HC และ CO บางส่วน หลังจากนั้นก๊าชไอเสียจะไหลผ่านช่องอากาศไปยังชั้นล่าง ปั๊มอากาศจะป้อนอากาศ อย่างเพียงพอสำหรับการออกซิเดชัน (เผาไหม้) ของ HC และ CO ช่วงสุดท้าย

อุปกรณ์กำจัดก๊าชพิษแบบ 3 ทาง (ดูรูปที่ 18.28) มีช่องรังผึ้งซึ่งเคลือบด้วยสารประกอบ ส่วนแรกของอุปกรณ์กำจัด NOx และกำจัด HC และ CO บางส่วน หลังจากนันก๊าซไอเสีย ส่วนที่เหลือจะไหลผ่านช่องอากาศและเข้าสู่ส่วนหลังของอุปกรณ์ ก๊าซไอเสียจะผสมกับอากาศที่ป้อนมาจากปั๊มอากาศ เป็นการเพิ่มออกซิเจนให้กับก๊าซไอเสียเพื่อกำจัด HC และ CO ส่วนที่เหลือต่อไป

อุปกรณ์กำจัดก๊าซพิษแบบ 3 ทาง มีสารประกอบภายใน ซึ่งเกิดจากการผสมกันของโลหะต่างชนิดกัน และสามารถกำจัด HC, CO และ NOx ได้ก็ต่อเมื่ออัตราส่วนผสมของอากาศ กับนํ้ามันเชื้อเพลิงถูกควบคุมอย่างเที่ยงตรงเหมาะสม (ดูรูปที่ 12.5)

อุปกรณ์กำจัดก๊าซพิษแบบ 3 ทาง จะทำงานอย่างได้ผลสูงมากเมื่อรักษาอัตราส่วนผสม ระหว่างอากาศกับน้ำมันเชื้อเพลิงให้คงอยู่ด้วยอัตราส่วน 14.7 : 1 แต่ถ้าอัตราส่วนผสมเปลี่ยนแปลงการทำงานของอุปกรณ์กำจัดก๊าชพิษจะเลวลง ด้ายเหตุผลนี้ จึงใช้ระบบป้อนนํ้ามันเชื้อเพลิงแบบวงจรปิด ซึ่งประกอบด้วยเซนเซอร์ออกซิเจนพร้อมด้วยคาร์บูเรเตอร์แบบฟีดแบ็กหรือระบบหัวฉีด