ความแตกระหว่างเครื่องยนต์

[ฟานดี้]

รู้ไว้ใช่ว่า.-

VVT-I : VARIABLE VALVE TIMING-INTELLIGENCE หนึ่งในระบบแปรผันการเปิด-ปิดวาล์ว เพื่อให้เกิดกำลังสูงอย่างต่อเนื่อง
ในช่วงกว้าง และมีการตอบสนองดีทุกความเร็วรอบของเครื่องยนต์เครื่องยนต์ 4 จังหวะที่ใช้กันทั่วไป มีการทำงานแบ่งเป็น
4 จังหวะ ดูด-อัด-ระเบิด-คาย โดยการหายใจเข้าในจังหวะดูดและการหายใจออกในจังหวะคายของเครื่องยนต์ ทำโดยผ่านตัววาล์ว
ไอดีและไอเสีย ซึ่งมีการควบคุมการเปิด-เปิดด้วยลูกเบี้ยวบนแคมชาฟต์ (เพลาราวลิ้น) ทำหน้าที่กำหนดให้มีช่วงระยะเวลา ความนาน
และระยะยกของการเปิดวาล์วตามที่ออกแบบไว้

รอบการหมุนของเครื่องยนต์ที่เป็นช่วงกว้างตั้งแต่รอบเดินเบาเกือบ 1,000 รอบต่อนาที สูงขึ้นไปจนถึงจรดแถบแดงแถวๆ 6,000-7,000 รอบ
ต่อนาที แท้จริงแล้วในแต่ละรอบย่อมต้องการให้หายใจด้วยการเปิดวาล์วที่เริ่มเปิด ความนาน และระยะยกไม่เท่ากัน

แต่ในเมื่อต้องใช้ลูกเบี้ยวบนตัวแคมชาฟต์เป็นตัวกด ในเครื่องยนต์ทั่วไปจึงมีรอบเครื่องยนต์อยู่ช่วงเดียวเป็นช่วงแคบๆ ที่เครื่องยนต์จะทำงาน
ได้ดีที่สุด มีกำลังตอบสนองดีและใช้เชื้อเพลิงได้คุ้มค่า แต่ในช่วงรอบเครื่องยนต์ต่ำกว่าหรือสูงกว่าช่วงนั้น ความสมบูรณ์จะลดลงไป ไม่ใช่เครื่องยนต์
จะดับหรือทำงานไม่ได้ แต่ทำได้ไม่ดีเท่ากับช่วงที่วาล์วซึ่งเปิดโดยแคมชาฟต์ทำให้เครื่องยนต์หายใจได้เหมาะสมที่สุด

ลองนึกเปรียบเทียบง่ายๆ กับคนใน 3 ลักษณะ คือ 1.นั่งเฉยๆ 2.วิ่งเหยาะๆ 3.วิ่งเร็ว ถ้ามีการหายใจด้วยความถี่หรือความแรงเท่าเดิมตลอด
ก็ต้องมีแค่ช่วงหนึ่งเท่านั้นที่หายใจพอดีกับการใช้แรงใน 3 ลักษณะนั้น หากหายใจถี่หรือนาน แต่นั่งอยู่เฉยๆ ก็ไม่พอดี เพราะไม่ได้ออกแรง
แต่ถ้าวิ่งเร็วๆ แล้วหายใจช้าหรือนิดเดียวคล้ายกับตอนที่นั่งเฉยๆ ก็ไม่มีแรงวิ่ง เพราะหายใจไม่ทันได้อากาศไม่พอกับกำลังงานที่ต้องใช้

ในเมื่อคนยังจำเป็นต้องแปรผันการหายใจให้เหมาะกับการออกแรงในขณะนั้น เครื่องยนต์มี่มีรอบการทำงานตั้งแต่เกือบ 1,000 รอบต่อนาที
ไปจนถึงแถวๆ 6,000-7,000 รอบต่อนาที ถ้าจะให้ได้ความสมบูรณ์ในการหายใจเพื่อให้ได้ผลออกมาที่ดี ก็จำเป็นต้องมีการแปรผันการหายใจ
(หรือการเปิดวาล์วนั่นเอง)ให้เหมาะสมกับรอบของเครื่องยนต์ในแต่ละช่วงการทำงาน

ในรอบต่ำไม่ต้องผลิตกำลังมาก ก็หายใจแบบหนึ่ง รอบปานกลางหรือเร่งฉับพลันต้องการกำลังมาก ก็หายใจแบบหนึ่ง และรอบจัดก็หายใจอีกแบบหนึ่ง
วิศวกรเครื่องยนต์ทั่วโลกทราบดีว่า ถ้าเป็นเครื่องยนต์ธรรมดาก็จำเป็นต้องทำใจเลือกแคมชาฟต์ที่มีลูกเบี้ยวเปิดวาล์วที่เหมาะสมในช่วงรอบใด
รอบหนึ่ง เช่น จะทำเครื่องยนต์รอบจัดหรือรถแข่งก็เลือกแคมชาฟต์แบบหนึ่ง หากจะทำเครื่องยนต์รอบต่ำใช้งานทั่วไปขับคลานๆ ก็เลือก
แคมชาฟต์แบบหนึ่ง ต้องยอมได้อย่างเสียอย่างๆ หลีกเลี่ยงไม่ได้

จึงเห็นว่าเครื่องยนต์ทั่วไปจะมีบุคลิกตายตัว คือ เครื่องยนต์ในรถยนต์ที่ใช้งานทั่วไป ขับรอบต่ำถึงปานกลางจะได้กำลังดี แต่เมื่อต้องการ
เน้นสมรรถนะโดยเร่งรอบเครื่องยนต์สูงๆ ก็จะไม่แรงสะใจ หรือเครื่องยนต์ในรถสปอร์ตพันธ์แท้แรงจัดในรอบสูง แต่พอขับคลานๆ ในรอบต่ำ
ก็ไม่ค่อยมีแรง เมื่อเร่งรอบเครื่องยนต์ก็มีอาการรอบรอบตอบสนองช้า จนกว่าจะไต่ไปอยู่รอบสูงและก็ต้องเลี้ยงรอบไว้อย่างนั้น ตกมารอบต่ำเมื่อ
ไรเรี่ยวแรงก็ถดถอย ตามที่เห็นในกราฟแสดงแรงม้าแรงบิดของเครื่องยนต์ทั่วไป มักจะเป็นเส้นที่มีทรงคล้ายภูเขา คือ ไต่ขึ้นไปเป็นยอดเขาแล้ว
มียอดแหลมนิดเดียวก็วูบลงมาอีกด้าน ไม่ใช่ยอดเขาหัวตัดที่มีกำลังสูงในช่วงรอบกว้าง

วิศวกรเครื่องยนต์มีความฝันก็คือ จะทำอย่างไรให้เครื่องยนต์มีกำลังสูงในช่วงรอบกว้างกว่าที่คุ้นเคยกัน กราฟแรงม้าแรงบิดเป็นภูเขาหัวตัด
มีแรงดีในช่วงรอบกว้างๆ เหมือนมีแคมชาฟต์หลายแท่งสลับกันทำงานในแต่ละรอบเครื่องยนต์ เปลี่ยนแท่งแคมชาฟต์ได้อย่างฉับไว ความเป็นจริง
ไม่มีทางเลยที่จะสลับหลายแท่งแคมชาฟต์ในแต่ละรอบเครื่องยนต์ได้ เพราะรอบเครื่องยนต์หมุนเร็วหลายพันรอบต่อนาทีและเปลี่ยนแปลงเร็วมาก
ขึ้นลงหลายพันรอบในช่วงไม่กี่วินาที

คำตอบ คือ ต้องทำให้เครื่องยนต์มีการแปรผันการหายใจโดยเฉพาะการหายใจเข้าผ่านวาล์วไอดี ให้เปลี่ยนแปลงในแต่ละรอบเครื่องยนต์ได้คล้าย
คนที่นั่งเฉยๆ ก็หายใจธรรมดา แต่พอวิ่งเหยาะๆ ก็หายใจถี่ขึ้น และเปลี่ยนไปหายใจทั้งถี่ทั้งแรงเมื่อวิ่งเร็วๆ การแปรผันการเปิดวาล์วมีหนึ่งในวิธี
ที่สามารถทำได้และเห็นผล ชัดเจนต้องทำที่แคมชาฟต์ ซึ่งเป็นชิ้นส่วนที่ทำหน้าที่ในทางกลไกโดยตรงที่จะสั่งให้วาล์วเปิด-ปิด โดยมีการคิดค้น
หลายวิธีที่จะแปรผันการเปิดวาล์วโดยทำกันที่แคมชาฟต์

1 ในวิธีนั้น คือ การใช้แคมชาฟต์และลูกเบี้ยวเหมือนปกติ แต่ไปเพิ่มอุปกรณ์พิเศษที่หัวด้านหน้าสุดของแคมชาฟต์ ทำหน้าที่เยื้องไปมาแปรผันกับ
ตำแหน่งของข้อเหวี่ยง ให้แคมชาฟต์เริ่มเปิดวาล์วก่อนหรือล่าช้าไปจากปกติให้เหมาะสมกับรอบสูงรอบต่ำของเครื่องยนต์ เมื่อเปรียบเทียบกับการ
เปิดวาล์วปกติที่ต้องสัมพันธ์กับตำแหน่งของข้อเหวี่ยง การเยื้องหรือแปรผันช่วงเวลาด้วยชุดหัวแคมชาฟต์แบบพิเศษนี้ จะถูกควบคุมด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์
รับข้อมูลและสถานะต่างๆ ของเครื่องยนต์และรถยนต์มาประมวลผล แล้วสั่งให้หัวแคมชาฟต์เกิดการเยื้องไปมาอย่างฉับไว แปรผันอย่างเหมาะสม
ตามรอบของเครื่องยนต์ที่เปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลาโดยอัตโนมัติ เช่น ระบบ VVT-i ของโตโยต้า

ผู้ขับจะไม่ทราบอาการเปลี่ยนแปลงนั้นเลย รอบเครื่องยนต์ไม่มีกระตุก การตอบสนองของกำลังเครื่องยนต์ดีเยี่ยมโดยที่ไม่มีอาการกระชาก ไอเสีย
สะอาดมลพิษต่ำ แม้แต่จ้องมองรอบของเครื่องยนต์บนมาตรวัด ก็จะไม่ทราบถึงการแปรผันการเปิดวาล์วนั้นเลย ทุกอย่างเป็นไปอย่างนุ่มนวลและ
ทำงานอย่างต่อเนื่องโดยอัตโนมัติ ผู้ขับไม่ต้องกดปุ่มปรับเปลี่ยน ไม่ต้องสั่งงาน เพราะระบบควบคุมจะทำเองทั้งหมด

การแปรผันการเปิด-ปิดวาล์วไอดี ในการหายใจเข้าของเครื่องยนต์ มีความจำเป็นมากกว่าด้านวาล์วไอเสียที่หายใจออก ซึ่งไอเสียจะมีแรงดันไหลออก
ไปเองเป็นส่วนใหญ่ ระบบนี้จึงมักจะใช้กับชุดวาล์วไอดีเท่านั้น โดยจะเป็นการแปรผันเฉพาะช่วงเวลาที่จะเริ่มต้นเปิดไล่ไปจนถึงปิด โดยความนานและ
ระยะยกของการเปิดวาล์วยังเท่าเดิม เพราะใช้ลูกเบี้ยวเดิมชุดเดียว แต่มีหัวแคมชาฟต์แบบพิเศษที่เยื้องไปมาได้ ซึ่งก็เหลือเฟือสำหรับการใช้งานทั่วไปแล้ว

นอกจากนั้นโตโยต้า ยังมีระบบที่เหนือชั้นขึ้นไปอีก คือ ระบบ VVTL-i = VARIABLE
VALVE TIMING AND LIFT-INTELLIGENCE คือ แท่งแคมชาฟต์จะมีลูกเบี้ยวเพิ่มขึ้น และมีระบบกระเดื่องกดวาล์วแบบพิเศษเพิ่มขึ้นมา
คอยสลับชุดลูกเบี้ยวใช้งานในแต่ละรอบ ในช่วงเครื่องยนต์หมุนรอบต่ำถึงปานกลางใช้ลูกเบี้ยวชุดหนึ่ง พอเข้าสู่ช่วงรอบสูงก็สลับกระเดื่องไปใช้
ลูกเบี้ยวอีกชุดหนึ่งในการเปิดวาล์ว ใช้ในรถสปอร์ต เช่น เซลิก้า
เปรียบเทียบกับระบบอื่น
ระบบแปรผันการเปิดวาล์ว แยกได้เป็น 3 แบบหลัก ไล่จากความยุ่งยากและผลที่ได้จากได้ผลดีน้อยไปมาก คือ
1. แปรผันช่วงเวลา แต่ความนานและระยะยกเท่าเดิม ใช้ลูกเบี้ยวเดิม โดยไปเยื้องกันที่หัวแคมชาฟต์ เช่น VVT-i, VANOS
2. แปรผันทั้งหมด ทั้งช่วงเวลา ความนาน และระยะยก โดยเปลี่ยนลูกเบี้ยวไปเลย ใช้ระบบกระเดื่องพิเศษคอยสลับลูกเบี้ยว เช่น VTEC, MIVEC
3. แปรผันทั้งหมดและเยื้องช่วงเวลา นำแบบ 1 ทำงานร่วมกับแบบ 2 คือ เยื้องที่หัวแคมชาฟต์และสลับลูกเบี้ยวด้วยกระเดื่องพิเศษ เช่น i-VTEC, VVTL-i
ระบบ VVT-i จัดอยู่ในแบบแรก คือ เยื้องที่หัวแคมชาฟต์เท่านั้น ให้ผลดีน้อยที่สุดใน 3 แบบ แต่ก็มีความยุ่งยากน้อยที่สุด และมีหลายยี่ห้อ
นิยมใช้ เพราะความง่ายแต่ได้ผลดีพอสมควรนั่นเอง

สรุปง่ายๆ กับการแปรผันการเปิด-ปิดวาล์ว ก็เหมือนคนที่หายใจได้หลายแบบในแต่ละสภาวะที่แตกต่างกัน ทำให้เครื่องยนต์ได้ความสมบูรณ์
ในการทำงานทุกช่วงนั่นเอง แต่มีหลายรูปแบบการทำงาน ไม่ใช่เห็นว่าแปรผันได้แล้วจะดีเท่ากันหมดต้องดูว่าแปรผันแบบใดแค่ไหน