วาล์วแปรผัน Variable Valve Timing Technology

วาล์วแปรผัน คืออะไร ก็คือการที่จังหวะวาล์วทั้งไอดีไอเสียเปิดปิดแปรผัน ตามการควบคุมได้

พื้นฐานการทำงานของเครื่องยนต์
เวลารอบการทำงาน ในเครื่องยนต์สี่จังหวะ สองรอบเป็น 1 วัฎจักร โดยวัดจากองศาข้อเหวี่ยง เพราะเครื่องยนต์ถูกออกแบบให้เพลาราวลิ้นบังคับลูกเบี้ยวกดวาล์วตามจังหวะที่กำหนดไว้  ตามรูปการทำงานด้านล่าง จังหวะดูด หรือ induction ตามปกติวาล์วจะถูกเปิดที่ 21 องศาก่อน TDC หรือ ศูนย์ตายบน ลูบสูบเคลื่อนที่บนสุด จนถึง 69 องศา หลัง BDC หรือศูนย์ตายล่าง ลูบสูบเคลื่อนที่ลงต่ำสุด

Valve timing
ด้วยข้อจำกัดทางด้านระบบกลไก คือ ระยะทางหรือระยะเวลาของการปิดเปิดวาล์วถูกกำหนดไว้อย่างตายตัวด้วยรูปแบบของลูกเบี้ยวที่เพลาราวลิ้น ไม่ว่ารอบจะช้าหรือเร็วอากาศที่ถูกป้อนเข้านั่นก็คือ วาล์ว ทำงานแบบคงที่ หรือ ประสิทธิภาพการประจุอากาศ คงที่ตลอดการทำงานทุกช่วง ความเร็วรอบ

ประสิทธิภาพการประจุอากาศ คือ  Volumetric Efficiency คือ ปริมาตรของอากาศเข้าห้องเผาไหม้ เทียบกับปริมาตรกระบอกสูบ

มีการค้น พบรูปแบบ เมื่อเกิด กรณีที่ วาล์วทำงานปิดเปิด เปลี่ยนแปลงไปจากรูปแบบปกติ ก็คือ  Valve Overlap

จังหวะ overlap คือ ช่วงคาบเกี่ยวที่วาวล์ไอดีกำลังจะเปิด วาล์วไอเสียกำลังจะปิด คือ เมื่อวาล์วไอดีเปิด แต่วาล์วไอเสียยังไม่ปิดทำให้ไอดีเข้ามาไล่ไอเสียออกไปจนหมด และยังทำให้ไอเสียที่มีความเร็วสูงวิ่งออกวาล์วไอดี ทำให้ความดันห้องเผาไหม้ลดลง ไอดีจึงพุ่งเข้ามาได้เร็วขึ้น มากขึ้น ประสิทธิภาพการประจุอากาศมากขึ้น

จึงมีการเริ่มควบคุม Valve Overlap ให้เป็นไปได้เหมาะสมตามความเร็วรอบเครื่องที่ไม่สม่ำเสมอของเครื่องยนต์ได้

เช่น แต่เดิมวิศวกร พบว่า การเปิดวาล์วไอดีล่วงหน้าเป็นวิธีการที่มีศักยภาพสูงในการลดมลพิษ ในเครื่องยนต์สมัยก่อน วิธีนี้การถูกเรียกว่าการทับซ้อนของวาล์ว เคยถูกนำมาใช้เพื่อช่วยในการควบคุมอุณหภูมิของกระบอกสูบ โดยการเปิดวาล์วไอดีล่วงหน้า ทำให้ กลุ่มก๊าซไอเสียที่เผาไหม้จะไหลย้อนกลับ ออกจากกระบอกสูบผ่านวาล์วไอดี ที่เย็นตัวลงอย่างรวดเร็วในท่อร่วมไอดี จากนั้นก๊าซนี้ถูกดูดคืนสู่กระบอกสูบในจังหวะการดูดต่อมา ซึ่งช่วยควบคุมอุณหภูมิของกระบอกสูบ และ ก๊าสนตริกออกไซด์ ที่นอกจากนี้ยังช่วยเพิ่มประสิทธิภาพเชิงปริมาตร เนื่องจากมีไอเสียที่ถูกคายออกน้อยลงในจังหวะการคาย

โดยสามารถ สรุป รูปแบบ ของการเปิด-ปิด วาล์ว ตาม ภาวะการทำงาน กับเครื่องยนต์ ได้ดังนี้
เดินเบา  จังหวะ เปิด-ปิด ของวาวล์ อยู่ในตำแหน่งล้าหลังที่สุด เพื่อลดปริมาณไอเสียที่ย้อนเข้าทางด้านท่อไอดี เพิ่มเสถียรภาพในการเดินเบา และช่วยประหยัดน้ำมันเชื้อเพลิง
ภาระน้อย  ลดจังหวะ Overlap เพื่อลดปริมาณไอเสียย้อนเข้าทางท่อร่วมไอดี  เพิ่มเสถียรภาพของเครื่องยนต์
ภาระปานกลาง  เพิ่มจังหวะ Overlap เพื่อการนำไอเสียบางส่วนเข้ามาเผาไหม้อีกครั้ง ประหยัดน้ำมันเชื้อเพลิง ลดปริมาณแก๊สพิษที่ปะปนออกมากับไอเสีย
ภาระหนักที่ความเร็วต่ำ ถึงความเร็วปานกลาง  เป็นจังหวะที่วาวล์ไอดีเปิดเร็ว และปิดเร็วขึ้น ความร้อนจากไอเสียบางส่วนจะมาช่วยอุ่นไอดี เพื่อให้มีอุณหภูมิสูงขึ้นก่อนการเผาไหม้  เพิ่มประสิทธิภาพในการเผาไหม้ เพิ่มแรงบิดที่ช่วงความเร็วต่ำถึงความเร็วปานกลาง
ภาระหนักที่ความเร็วสูง  ลด Overlap เพราะในรอบสูง ไอเสียจะไหลออกจากกระบอกสูบได้อย่างรวดเร็ว ขณะที่ไอดีก็ถูกดูดเข้ามาเร็วเช่นกัน  ให้การเผาไหม้ที่สมบูรณ์ในรอบสูง
ที่อุณหภูมิต่ำ และ ขณะสตาร์ท/ดับเครื่องยนต์   จังหวะ เปิด-ปิด ของวาวล์อยู่ในตำแหน่งล้าหลังที่สุด ป้องกันไอเสียย้อนเข้าทางด้านไอดี เพื่อไม่ให้เกิดการเผาไหม้อย่างรุนแรง เพิ่มเสถียรภาพขณะเดินเบา ประหยัดน้ำมันเชื้อเพลิง ลดมลพิษจากการเผาไหม้ และเพิ่มความสามารถขณะสตาร์ทเครื่องที่อุณหภูมิต่ำ

Advertisements