NEWS
www.gmcworkshop.com
ประจำเดือนมิถุนายน 2545


หัวเทียน เป็นอุปกรณ์สำคัญชิ้นหนึ่งในเครื่องยนต์ สันดาปภายในที่ใช้เบนซินเป็นเชื้อเพลิง หน้าที่หลักของหัวเทียนคือ การจุดระเบิด ส่วนผสมระหว่างน้ำมันเชื้อเพลิงและอากาศ เพื่อให้เกิดการสันดาป การสันดาปหรือการลุกไหม้ ของน้ำมันเชื้อเพลิง จะทำให้ก๊าซ ในห้องเผาไหม้ร้อนขึ้น และขยายตัวดันลูกสูบ เพื่อส่งกำลังขับให้กับระบบขับเคลื่อนทั้งหมด ดังนั้น การทำงานของหัวเทียน จึงส่ง ผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพ สมรรถนะ และอัตราการสิ้นเปลืองน้ำมันของเครื่องยนต์นั้นๆ

ส่วนประกอบที่สำคัญที่สุดของหัวเทียน คือขั้วหัวเทียน ซึ่งประกอบด้วยส่วนที่เป็นแกนกลาง และส่วนที่เป็นเขี้ยว การจุดระเบิดของ หัวเทียนจะเกิดขึ้นที่ตำแหน่ง ระหว่างแกนกลาง และส่วนที่เป็นเขี้ยวนี้ การจุดระเบิดเกิดขึ้นโดยอาศัยแรงดันไฟฟ้าจาก คอยล์ไฟฟ้า แรงสูง แรงดันไฟฟ้าระดับ หนึ่งหมื่นโวลต์จะทำให้เกิด ความต่างศักย์ ระหว่างแกนและเขี้ยวที่มากพอที่จะทำให้ อิเลคตรอนกระโดด ข้าม เกิดเป็นประกาย หรือที่มักเรียกว่าอาร์ค ซึ่งก็คือการจุดระเบิด นั่นเอง

รูปที่ 1 ลักษณะการอาร์คของหัวเทียนธรรมดา เปรียบเทียบกับหัวเทียนอิริเดียม

ลักษณะสันฐานและ ความเข้มของสนาม ไฟฟ้าของประกายที่เกิด ขึ้นนั้นจะส่งผล ต่อความสมบูรณ์ของ การเผาไหม้น้ำมัน เชื้อเพลิง ซึ่งจะส่งผลประสิทธิภาพและ พฤติกรรม ของเครื่องยนต์ดัง ที่กล่าวมาแล้วนั่นเอง

เนื่องจากเราต้องการเพิ่ม ความเข้มของสนามไฟฟ้า และขนาดของประกายที่ใหญ่ เพื่อการเผาไหม้ที่สมบูรณ์ วิธีหนึ่งที่เป็นไปได้ก็ คือ การเพิ่มระยะห่าง และแรงดันไฟฟ้าระหว่าง เขี้ยวและแกนกลาง แต่วิธีนี้จะเพิ่มภาระให้กับคอยล์ และสายหัวเทียนอย่างมาก อีกทางเลือกหนึ่ง คือการออกแบบแกนกลาง ให้มีขนาดเล็ก เพื่อลดพื้นที่อันจะส่งผล ให้ความเข้ม ของสนามไฟฟ้าสูงขึ้น เพื่อเพิ่มพื้นที่ หน้าสัมผัสของส่วนเขี้ยว ช่วยให้ประสิทธิภาพ การจุดประกายดีขึ้น เช่นกัน


รูปที่ 2 หัวเทียนประสิทธิภาพ สูงที่ใช้ โลหะอิริเดียม เป็นแกนกลาง

วัสดุสำหรับใช้ทำขั้วหัวเทียนและโลหะอิริเดียม

เนื่องจากอุณหภูมิที่ขั้ว และในห้องเผาไหม้มีค่าสูง รวมทั้งบรรยากาศในห้องเผาไหม้ที่มีความรุนแรง ทำให้ขั้วหัวเทียนต้องรับ ภารกรรมทางความร้อน และการกัดกร่อนอย่างมาก นอกจากนี้อุณหภูมิที่สูงยังทำให้สมบัติทางกลของวัสดุลดลงอีกด้วย วัสดุที่ จะนำมาใช้ทำขั้วหัวเทียน จึงต้องเป็นวัสดุที่มีจุดหลอมเหลวสูง มีความสามารถต้านทานการกัด กร่อนที่อุณหภูมิสูงจาก บรรยากาศ ในห้องเผาไหม้ มีสมบัติทางกลที่ดี และต้องคงสมบัตินี้ที่อุณหภูมิสูงได้ด้วย

รูปที่ 3 แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่ใช้

วัสดุที่นำมาใช้จะต้องนำ ไฟฟ้าได้ดี และขึ้นรูปได้ง่าย เป็นคุณสมบัติพื้นฐานของโลหะ แต่ก็อาจจะมีโลหะบาง ประเภทที่มีสมบัติ ดีเลิศในทุกๆ ด้าน หัวเทียนเป็นหนึ่งในอุปกรณ์ไม่กี่ชิ้น ที่ไม่มีการเปลี่ยนแปลงใน ด้านการออกแบบ หรือหน้าที่การทำงาน แต่วิวัฒนา การของหัวเทียน ในด้านวัสดุ ที่ใช้ทำขั้วดำเนินมา โดยตลอด จนปัจจุบันใช้โลหะ ผสมของ

ทองคำขาว (แพลทินัม) ทำขั้วหัวเทียนอิริเดียมเป็น โลหะที่มีสีเทา ออกไปทางเหล็กกล้า โลหะอิริเดียมเป็นโลหะหายาก ซึ่งมักปะปนอยู่กับ แพลทินัม ที่เป็นผลพลอยได้ จากกรรมวิธีการทำทองแดง


รูปที่ 4 วัสดุที่เป็น Iridium บริสุทธิ์ จะเกิดการลอกและผุกร่อน แต่สำหรับ Iridium Alloy จะไม่เกิดการผุกร่อนของแกนกลาง
ซึ่งยังคงรักษาสภาพ ไว้ได้เป็นอย่างดี

รูปที่ 5 เปรียบเทียบการจุดระเบิดของหัวเทียนหลายๆ ชนิด
และนิกเกิลให้บริสุทธิ์ โดยการแยกด้วยไฟฟ้า อิริเดียมบริสุทธิ์ ทนต่อการกัดกร่อนจากกรดทุกชนิด ยกเว้นกรดกัดทอง (aqua regia) และมีจุดหลอมเหลวที่สูงถึง 2454 องศาเซลเซียส ซึ่งสูงกว่าแพลทินัม และนิกเกิล ที่เป็น โลหะหลักที่ใช้กับงานที่ต้องทน การกัดกร่อนและ อุณหภูมิที่สูง

รูปที่ 6 กราฟแสดงอัตราเร่งของเครื่องยนต์
แต่เนื่องจากอิริเดียมเป็นโลหะ หายากและปะปนอยู่กับ โลหะอื่น ในระดับมลทิน ทำให้การแยกทำ ได้ลำบากจึงส่งผลให้โลหะ อิริเดียมมีราคาแพง และไม่นิยม ใช้ทำชิ้นส่วนหรือ อุปกรณ์ขนาดใหญ่ ด้วยคุณสมบัติทั้งหมดนี้ จึงทำให้โลหะ ผสมของ อิริเดียม เป็นวัสดุสำหรับใช้ทำขั้ว หัวเทียนประสิทธิภาพสูง

การทดสอบประสิทธิภาพของหัวเทียน

การทดสอบประสิทธิภาพ ของหัวเทียนชนิดที่ใช้ อิริเดียมเป็นแกนกลาง ชี้ให้เห็นว่าสมรรถนะของเครื่องยนต์ จะเพิ่มขึ้นทั้งใน แง่ของ อัตราเร่ง และความนิ่งของรอบเดินเบา ซึ่งคาดว่าน่าจะเป็นผลมา จากการเผาไหม้ ที่สมบูรณ์ขึ้น และต้องการแรงดัน ไฟฟ้าที่น้อยลง

รูปที่ 7 กราฟแสดงการนับรอบเดินเบา

รูปที่ 8 กราฟแสดงการสิ้น เปลืองน้ำมันเชื้อเพลิงขณะ รอบเดินเบา
ผลการทดสอบการสิ้นเปลือง เชื้อเพลิง ของบริษัท ผู้ผลิต แสดงว่าอัตราการสิ้นเปลือง น้ำมันเชื้อเพลงิดีขึ้น 3.5% และ 1% สำหรับที่รอบเดินเบา และความเร็ว 60 กิโลเมตรต่อชั่วโมง

หัวเทียนอิริเดียมทั้งชนิดธรรมดา (อุปกรณ์มาตรฐาน) และชนิดประสิทธิภาพ สูงสามารถนำมา ใช้กับเครื่องยนต์ได้ ทุกชนิด แต่ต้องตรวจสอบกับผู้ผลิตว่าจะต้อง ใช้หัวเทียนหมายเลขใด การติดตั้งสามารถ ทำได้เช่นเดียว กับหัวเทียนปกติ

รูปที่ 9 กราฟแสดงการสิ้นเปลืองน้ำมัน เชื้อเพลิง เมื่อขับขี่รถยนต์ในทางเรียบที่ความเร็ว 60 กม./ชม.
Iridium
(lr)
Platinum
(Pt)
Nickel
(Ni)
Gold
(Au)
Silver
(Ag)
จุดหลอมละลาย 2454 1769 1453 1063 960
ความแข็งแรง 112 14 68 13 13
ความต้านทานกระแสไฟฟ้า 5.3 10.6 6.8 2.3 1.6
ความแข็ง 240 40 160 25 26

ตารางแสดงคุณสมบัติของโลหะชนิดต่างๆ
เรียบเรียงจาก "สารสมาคมวิศวกรรมยานยนต์ไทย TSAE Bulletin" ปีที่ 4
ฉบับที่ 3 เดือน กรกฎาคม - กันยายน 2545 หน้า 18-20

BACK