ระบบจุดระเบิดในเครื่องยนต์เบนซิน (ignition system)
หน้าที่ของระบบจุดระเบิดคือ การจ่ายประกายไฟเพื่อจุดระเบิดไอดีภายในกระบอกสูบตามจังหวะการจุดระเบิดที่เหมาะสมของเครื่องยนต์ องค์ประกอบที่ทำให้เครื่องยนต์ทำงานได้อย่างสมบูรณ์เต็มประสิทธิภาพ
- กำลังอัดของเครื่องยนต์สูง
- จังหวะจุดระเบิดเหมาะสมและประกายไฟแรง
- ส่วยผสมน้ำมันกับอากาศดี
- การทำงานของระบบจุดระเบิดที่ดี
- ประกายไฟแรง แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจะต้องสูงพอสามารถจุดประกายไฟระหว่างเขี้ยวหัวเทียนได้
จังหวะการจุดระเบิดที่เหมาะสม ต้องมีระยะเวลาในการจุดระเบิดที่เหมาะสมกับความเร็วรอบของเครื่องยนต์ และภาระ มีความทนทาน ต้องมีความทนทานต่อการสั่นสะเทือนและความร้อนของเครื่องยนต์ ชนิดของระบบจุดระเบิด ในปัจจุบันนี้เราอาจแบ่งระบบจุดระเบิดได้เป็น 2 กลุ่มคือ
- ระบบจุดระเบิดทั่วไปที่ไม่ได้ควบคุมด้วย ECU
- ระบบจุดระเบิดแบบใช้หน้าทองขาว
- ระบบจุดระเบิดกึ่งทรานซิสเตอร์ (ใช้ทรานซิสเตอร์ทำงานร่วมกับหน้าทองขาว)
- ระบบจุดระเบิดแบบใช้ทรานซิสเตอร์ล้วน
- ระบบจุดระเบิดแบบรวม (integrated ignition assembly)
- ระบบจุดระเบิดแบบ CDI
- ระบบจุดระเบิดที่ควบคุมด้วยระบบ ECU
- ระบบจุดระเบิดแบบใช้ตัวช่วยจุดระเบิดที่ควบคุมจาก ECU
- ระบบจุดระเบิดแบบไม่มีจานจ่าย
1. ระบบจุดระเบิดทั่วไปที่ไม่ได้ควบคุมด้วย ECU
1.1 ระบบจุดระเบิดแบบหน้าทองขาว ประกอบด้วย แบตเตอรี่ สวิทช์จุดระเบิด คอยล์จุดระเบิด ทองขาว คอนเดนเซอร์ จานจ่าย สายไฟแรงสูง และหัวเทียน แบ่งเป็น 2 วงจร
- วงจรไฟแรงต่ำ(low-tension circuit) เริ่มต้นที่แบตเตอรี่จ่ายพลังงานไฟฟ้าแรงเคลื่อน 12 โวลต์ ผ่านสวิตช์จุดระเบิดไปยังคอยล์จุดระเบิดด้านขดลวดปฐมภูมิ ไปหน้าทองขาวในจานจ่า
- วงจรไฟแรงสูง(high-tension circuit) เริ่มต้นจากขดลวดทุติยภูมิของคอยล์จุดระเบิดไปยังฝาครอบจานจ่าย หัวโรเตอร์ สายไฟแรงสูง และหัวเทียน
- คอยล์จุดระเบิด (ignition coil) ทำหน้าที่เช่นเดียวกับหม้อแปลง จะเพิ่มแรงเคลื่อนต่ำจาก 12 โวลต์ เป็นเคลื่อนไฟแรงสูงถึง 18,000 – 25,000 โวลต์ เพื่อให้แรงเคลื่อนไฟฟ้ากระโดดข้ามเขี้ยวหัวเทียน ภายในคอยล์จะประกอบด้วยขดลวดปฐมภูมิพันด้วยลวดทองแดงขนาดใหญ่ทับขดลวดทุติยภูมิประมาณ 150-300 รอบ ส่วนขดลวดทุติยภูมิพันด้วยลวดทองแดงขนาดเล็ก โดยพันรอบแกนเหล็กอ่อนประมาณ 20,000 รอบ มีกระดาษบางคั่นอยู่ระหว่างขดลวดทั้งสองเพื่อป้องกันการลัดวงจร ปลายด้านหนึ่งของขดลวดปฐมภูมิจะต่ออยู่กับขั้วบวก ส่วนปลายอีกด้านหนึ่งจะต่อเข้ากับขั้วลบ สำหรับขดลวดทุติยภูมิจะต่อปลายด้านหนึ่งเข้ากับขดลวดปฐมภูมิทางขั้วบวกอีกด้านหนึ่งจะต่ออยู่กับขั้วไฟแรงสูง น้ำมันทำหน้าที่เป็นฉนวนและช่วยระบายความร้อน
ignition coil |
หลักการที่ทำให้เกิดแรงเคลื่อนไฟแรงสูง การเหนี่ยวนำตัวเอง(self-induction effect) เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลเข้าไปในขดลวดจนเต็มและถูกตัดวงจรอย่างทันทีทันใด สนามแม่เหล็กจะยุบตัวลงตัดกับขดขวลวดเกิดการเปลียนแปลงการเหนี่ยวนำของแม่แรงเหล็กของขดลวดทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าขึ้น การเหนี่ยวนำร่วม(mutual induction effect) เมื่อขดลวดปฐมภูมิและขดลวดทุติยภูมิถูกพันอยู่รอบ ๆ แกนเหล็กอ่อนเดียวกัน เมื่อขดลวดปฐมภูมิถูกตัดวงจรอย่างทันทีทันใดจะเกิดการเปลี่ยนแปลงเส้นแรงแม่เหล็กโดยเส้นแรงแม่เหล็กยุบตัวทำให้ขดลวดทุติยถูมิเกิดแรงดันไฟฟ้าขึ้น แรงดันไฟฟ้าที่เกิดจากการเหนี่ยวนำจะมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับ
คอยล์จุดระเบิดแบบมีความต้านทาน(Resistor) ภายนอก ตัวต้านทานต่ออนุกรมกับขดลวดปฐมภูมิ จะใช้ขอลวดที่มีขนาดใหญ่ขึ้นทำให้จำนวนรอบลดลงความต้านทานลดลงกระไฟฟ้าไหลเข้าได้มากและเร็ว การนำความต้านทานภายนอกมาต่ออนุกรมกับขดลวดปฐมภูมิก็เพื่อป้องกันกระแสไฟฟ้าไหลเข้าขดลวดมากเกินไปเมื่อความเร็วรอบเครื่องยนต์ต่ำจะทำให้คอยล์ร้อนจนอาจเสียหายได้ |
- จานจ่าย (distributor) ทำหน้าที่ให้หน้าทองขาวเป็นสวิตช์ปิด-เปิดของวงจรปฐมภูมิทำให้เกิดการเหนี่ยวนำเกิดแรงเคลื่อนไฟแรงสูง จานจ่ายจะจ่ายแรงเคลื่อนไฟสูงจากคอยล์ไปยังกระบอกสูบตามจังหวะการจุดระเบิดของเครื่องยนต์ จานจ่ายจะประกอบด้วย ฝาจานจ่าย โรเตอร์ ชุดหน้าทองขาว คอนเดนเซอร์ ชุดกลไกจุดระเบิดล่วงหน้าแบบสุญญากาศ แบบแรงเหวี่ยงหนีศูนย์
- ชุดหน้าทองขาว (breaker section) ทำหน้าที่ในการตัดต่อวงจรไฟปฐมภูมิ ประกอบด้วย 2 ส่วน
- ส่วนที่อยู่กับที่ ส่วนนี้จะต่อลงดิน
- ส่วนที่เคลื่อนที่ จุดหมุนของส่วนนี้จะมีฉนวนป้องกันการลงดิน ส่วนนี้จะต่อโดยตรงกับขดลวดปฐมภูมิในคอยล์จุดระเบิดและจะมีไฟเบอร์ทำหน้าที่ถ่ายทอดกำลังจากลูกเบี้ยวของจานจ่ายเพื่อทำหน้าที่ปิด – เปิดหน้าทองขาว สปริงแผ่นของหน้าทองขาวจะทำหน้าที่ปิดหน้าทองขาวให้สนิท
มุม dwell (dwell angle) คือมุมของลูกเบี้ยวจานจ่ายในตำแหน่งที่หน้าทองขาวปิด เป็นมุมที่กำหนดระยะเวลาการไหลของกระแส ในเครื่องยนต์ 4 สูบ การปรับตั้งระยะห่างของหน้าทองขาวถูกต้องตามมาตราฐาน มุมดแวลจะอยู่ในค่าประมาณ 46-58 องศา
มุม dwell น้อยเกินไปจะทำให้ระยะเวลาที่หน้าทองขาวปิดสั้นทำให้กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านขดลวดปฐมภูมิมีเวลาน้อยลงเมื่อความเร็วรอบของเครื่องยนต์เพิ่มมากขึ้น กระแสไฟฟ้าวงจรปฐมภูมิจะมีไม่เพียงพอและทำให้แรงเคลื่อนไฟฟ้าในวงจรทุติยภูมิลดลงจังหวะจุดระเบิดก็จะผิดพลาด มุม dwell มากเกินไป ระยะห่างหน้าทองขาวจะแคบลงเกิดประกายไฟได้ง่ายเมื่อหน้าทองขาวเริ่มเปิด กระแสไฟไหลผ่านหน้าทองขาวได้ทำให้กระแสไฟฟ้าไม่ถูกตัดวงจรอย่างทันทีทันใดแรงเคลื่อนไฟฟ้าในวงจรทุติยภูมิจะเกิดขึ้นน้อยจังหวะการจุดระเบิดจะผิดพลาดเช่นกัน |
- คอนเดนเซอร์ (condenser) ติดตั้งอยู่ด้านนอกข้างจานจ่ายต่อขนานกับหน้าทองขาวจะเก็บประจุไฟฟ้าเมื่อหน้าทองขาวเปิด เพื่อให้การตัดวงจรในขดลวดปฐมภูมิอย่าทันทีทันใดและให้เกิดประกายไฟที่หน้าทองขาวน้อยที่สุด และเมื่อหน้าทองขาวปิดคอนเดนเซอร์ก็จะคายประจุไฟฟ้าให้กับวงจร
การเลือกใช้คอนเดนเซอร์จะต้องเลือกขนาดความจุให้เหมาะสมกับระบบจุดระเบิดของเครื่องยนต์ การใช้คอนเดนเซอร์ที่มีค่าความจุน้อยเกินไปจะทำให้เนื้อโลหะของหน้าทองขาวด้านบวกนูนออกมาและทางด้านลบเป็นหลุม ถ้าความจุมากเกินไปทำให้เนื้อโลหะของหน้าทองขาวทางด้านบวกเป็นหลุมและทางด้านลบนูนออกมา
- โรเตอร์ (rotor) ทำหน้าที่หมุนจ่ายแรงเคลื่อนไฟแรงสูงที่รับมาจากคอยล์จุดระเบิดไปยังฝาครอบจานจ่ายตามจังหวะการจุดระเบิดของเครื่องยนต์
- ฝาครอบจานจ่าย (distributor cap) มีรูตรงจุดกึ่งกลางด้านในติดตั้งแท่งคาร์บอนและะรอบ ๆ ฝาจานจ่ายจะมีรูสายหัวเทียนรับแรงเคลื่อนไฟแรงสูงจากตัวโรเตอร์ ระยะห่างระหว่างสะพานไฟของตัวโรเตอร์กับขั้วไฟของฝาครอบจานจ่ายประมาณ 0.8 มม.(0.031 นิ้ว)
- สายหัวเทียน (Ignition Cable) มีหน้าที่นำส่งกระแสไฟฟ้าจากคอยล์ไปยังหัวเทียน เพื่อการจุดระเบิดเผาไหม้ของเครื่องยนต์ หากสายหัวเทียนไม่อยู่ในสภาพที่ปกติสมบูรณ์ ก็อาจจะทำให้การเผาไหม้เกิดความบกพร่องหรือไม่สมบูรณ์ขึ้นได้ เช่น เครื่องยนต์สตาร์ทติดยาก,รอบเดินเบาเครื่องยนต์ไม่เรียบมีอาการสั่น เป็นต้น
1.2 ระบบจุดระเบิดแบบกึ่งทรานซิสเตอร์ ระบบจุดระเบิดแบบกึ่งทรานซิสเตอร์ยังคงใช้หน้าทองขาวอยู่ แต่ไม่ได้ทำหน้าที่ตัดต่อกระแสไฟฟ้าคอยล์จุดระเบิดทางด้านขดลวดปฐมภูมิ แต่ทำหน้าที่เปิดปิดการจ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับขาเบส (B) ของทรานซิสเตอร์แทน ด้วยหลักการนี้ทำให้หน้าทองขาวมีอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้นกว่าระบบเดิมมาก เนื่องจากทางด้านขาเบสของทรานซิสเตอร์นั้นกินกระไฟน้อยมาก และการนำและหยุดนำกระแสของทรานซิสเตอร์ยังมีประสิทธิภาพที่สูงกว่าหน้าทองขาว ส่งผลให้ระบบจุดระเบิดมีความผิดผลาดน้อยลง และอายุการใช้งานยาวนานขึ้น 1.3 ระบบจุดระเบิดแบบทรานซิสเตอร์ล้วน ระบบจุดระเบิดแบบทรานซิสเตอร์ล้วน ระบบนี้ไม่ใช้หน้าทองขาวและคอนเดนเซอร์อีกต่อไป แต่ใช้ชุดกำเนิดสัญญาณทำหน้าที่สร้างแรงดันไฟฟ้าป้อนให้ที่ขาเบสของทรานซิสเตอร์แทนหน้าทองขาว ชุดกำเนิดสัญญาณทำงานโดยใช้หลักการสนามแม่เหล็กไฟฟ้า ประกอบด้วย
- แม่เหล็กถาวร
- โรเตอร์หรือรีลักเตอร์ (Reluctor)
- ขดลวดปิคอัพ (Pickup Coil)
รีลักเตอร์ (Reluctor) คือโรเตอร์หรืออาร์มาเจอร์ ที่ใช้แทนลูกเบี้ยวในระบบจุดระเบิดแบบหน้าทองขาว โดยรีลักเตอร์จะทำงานร่วมกับปีคอัพคอยล์หรือสเตเตอร์ ปิคอัพคอยล์(Pickup Coil) หรือขดลวดปิคอัพ ทำหน้าที่สร้างแรงดันไฟฟ้าขึ้นมา โดยอาศัยการเหนี่ยวนำเนื่องจากการเคลื่อนที่ของฟันของอาร์มาเจอร์(Armature) หรือรีลักเตอร์
หมายเหตุ ระบบจุดระเบิดแบบทรานซิสเตอร์ล้วนยังคงใช้ระบบกลไกควบคุมการจุดระเบิดล่วงหน้าเหมือนกับระบบจุดระเบิดที่ใช้หน้าทองขาว
1.4 ระบบจุดระเบิดแบบรวม (integrated ignition assembly) เป็นระบบจุดระเบิดที่นำเอา ทรานซิสเตอร์ช่วยจุดระเบิด คอยล์จุดระเบิด ติดตั้งไว้ภายในจานจ่ายเป็นชุดเดียวกัน
1.5 ระบบจุดระเบิดแบบ CDI