บทความนี้สนับสนุนโดยMotys Thailand

สำหรับเครื่องยนต์สันดาป สี่-จังหวะโดยทั่วไปนั้น ระบบการเปิด-ปิดวาล์ว จะถูกควบคุมโดยเพลาลูกเบี้ยวหรือที่เรียกว่า แคมชาฟท์ (Camshaft) นั่นเองครับ ซึ่งกลไกนี้ จะควบคุมทั้งวาล์วไอดี-และ-วาล์วไอเสีย เพื่อลำเลียงอากาศดีให้เข้ามาสู่ห้องเผาไหม้ และนำเอาไอเสียออกจากห้องเผาไหม้ เป็นวัฏจักรอย่างต่อเนื่อง

วัฎจักรการทำงานของเครื่องยนต์ 4-จังหวะโดยทั่วไป

ปกติแล้ว วาล์วไอดี-และ-วาล์วไอเสียนั้น จะสลับกันปิด-และ-เปิด เพื่อให้บังคับให้อากาศเข้า-ออก อย่างเป็นระบบ... กล่าวคือ เมื่อวาล์วไอดีเปิด-วาล์วไอเสียจะต้องปิด ในขณะเดียวกัน เมื่อวาล์วไอเสียดีปิด-วาล์วไอเสียจะต้องเปิด

อย่างไรก็ตาม ในทางปฏิบัตินั้น การหมุนของเครื่องยนต์รอบหนึ่งๆ จะมีช่วงเวลาที่วาล์วไอดี-และ-วาล์วไอเสีย เปิดพร้อมกัน ซึ่งเราเรียกช่วงเวลาดังกล่าวว่า วาล์ว-โอเวอร์แลป (Valve overlap) นั่นเองครับ

วาล์ว-โอเวอร์แลป คืออะไร

อย่างที่ได้กล่าวไปแล้วว่า วาล์ว-โอเวอร์แลป คือ ช่วงเวลาหนึ่ง ที่วาล์วไอดีและวาล์วไอเสีย เปิดค้าง ไว้พร้อมๆ กัน ซึ่งปกติแล้ว เราจะวัดช่วงเวลานี้ เป็นองศาการหมุนของเพลาข้อเหวี่ยง เครื่องยนต์แต่ละรุ่นก็จะมีค่า วาล์ว-โอเวอร์แลป ที่ต่างกันไป โดยมีค่าตั้งแต่ 2-องศา ไปจนถึง 12-องศา (หรืออาจจะมากกว่านี้)

วาล์ว โอเวอร์แลป จะเกิดขึ้นในช่วงท้ายของ จังหวะคาย ขณะที่วาล์วไอเสียได้เปิดเพื่อลำเลียงไอเสียให้จากกระบอกสูบนั้น ในจังหวะเดียวกัน วาล์วไอดีก็จะเริ่มเปิด เพื่อนำเอาอากาศ (ไอดี) เข้ามายังกระบอกสูบ การโอเวอร์ แลป ที่เกิดขึ้นนั้น ถึงแม้จะเป็นเพียงช่วงเวลาสั้นๆ แต่ก็มีผลกระทบกับเครื่องยนต์อย่างมหาศาล

วาล์ว-โอเวอร์แลป มีประโยชน์อย่างไร

ก่อนที่เราจะไปพูดถึงวัตถุประสงค์หรือว่าประโยชน์ของ วาล์ว โอเวอร์แลป ...เนื่องจากว่า ผลกระทบของ วาล์ว โอเวอร์แลป ที่เกิดขึ้นกับเครื่องยนต์ไร้ระบบอัดอากาศ (N/A) และเครื่องยนต์เทอร์โบนั้น มีความแตกต่างกันโดยสิ้นเชิง ซึ่งความแตกต่างนี้ เกิดขึ้นจากค่าความดันของไอดีนั่นเองครับ (เครื่องยนต์ NA มีความดันไอดีต่ำ ส่วนเครื่องยนต์เทอร์โบมีความดันไอดีสูง) เพราะฉะนั้น ในหัวข้อนี้ เราก็เลยจะวิเคราะห์ผลกระทบของ วาล์ว โอเวอร์แลป ในเครื่องยนต์ทั้งสองแบบ เพื่อให้เข้าใจถึงหลักการและประโยชน์ที่เกิดขึ้นอย่างเป็นลำดับ

ประโยชน์ของ วาล์ว โอเวอร์แลป ใน เครื่องยนต์ N/A

อย่างที่ได้กล่าวไปแล้วว่า วาล์ว โอเวอร์แลป จะเกิดขึ้นในช่วงท้ายของ จังหวะคาย ในจังหวะนี้ ไอเสียที่มีความร้อนและความดันสูง จะพุ่งออกทางวาล์วไอเสีย การไหลของไอเสียนี้เอง จะช่วย ดึง ให้ไอดีไหลเข้ามาในห้องเผาไหม้อย่างรวดเร็ว เพราะฉะนั้น ประโยชน์ข้อแรกของ วาล์ว โอเวอร์แลป ในเครื่องยนต์ N/A ก็คือว่า ไอเสียที่ไหลออก...จะช่วย ดึงไอดี ให้ไหลเข้ากระบอกสูบได้ง่ายขึ้นนั่นเองครับ

กราฟแสดงแรงดันภายในกระบอกสูบ ในช่วง วาล์ว โอเวอร์แลป จะเห็นได้ว่าความดันบริเวณลดลง (มีค่าเป็นลบ) ช่วยดึงเอาไอดีให้เข้ามาในห้องเผาไม้

นอกจากนั้นแล้ว สำหรับเครื่องยนต์ N/A นั้น ค่าความดันฝั่งไอเสีย จะมีค่ามากกว่าฝั่งไอดี เพราะฉะนั้น เมื่อเกิด วาล์ว โอเวอร์แลป เป็นเวลานาน ไอเสียจะย้อนกลับเข้ามาที่บริเวณท่อร่วมไอดี และถูกเผาไหม้อีกรอบ การทำเช่นนี้จะช่วยลดมลพิษขณะรอบเครื่องยนต์ต่ำๆ (หลักการเดียวกันกับ EGR นั่นเองครับ) ขณะเดียวกัน กำลังเครื่องยนต์ก็จะลดลงเล็กน้อย

สรุปประโยชน์ของ วาล์ว โอเวอร์แลป ใน เครื่องยนต์ N/A

1. วาล์ว โอเวอร์แลป น้อย ไอดีจะถูกดึงเข้ามาในห้องเผาไหม้อย่างรวดเร็ว (ซึ่งแรงดูดนี้ เป็นผลมาจากการไหลออกของไอเสีย) ช่วยให้ประสิทธิภาพการเผาไหม้เพิ่มขึ้น กำลังของเครื่องยนต์จะเพิ่มขึ้น

2. วาล์ว โอเวอร์แลป มาก ไอเสียบางส่วนจะไหลย้อนกลับไปยังท่อร่วมไปดี และไหลกลับเข้าสู่กระบอกสูบเพื่อทำการเผาไหม้อีกครั้ง ช่วยลดมลพิษที่เกิดจากการสันดาป (ลดไนโตรเจนออกไซด์) แต่กำลังเครื่องจะลดลงเล็กน้อย

ความรู้เพิ่มเติม วาล์ว โอเวอร์แลป ทำให้เครื่องยนต์กินน้ำมันเครื่องหรือไม่

เมื่อนานมาแล้ว มีแฟนเพจท่านหนึ่งถามเข้ามาว่า... วาล์ว โอเวอร์แลป มีผลต่อการกินน้ำมันเครื่องหรือไม่

แน่นอนว่า คำถามข้างต้นนี้ อาจจะฟังดูตลกและไม่ค่อยมีเหตุผลเท่าไหร่ หลายต่อหลายคนอาจจะคิดว่า วาล์ว โอเวอร์แลป จะไปเกี่ยวอะไรกับน้ำมันเครื่อง ถามอะไรสุ่มสี่สุ่มห้า ผมอยากจะบอกว่า ความจริงแล้ว มันมีอะไรที่ซับซ้อนกว่านั้น เราลองไปวิเคราะห์กันดีกว่าครับ

อย่างที่ได้กล่าวไปแล้วว่า ในจังหวะที่เกิด วาล์ว โอเวอร์แลป นั้น ไอเสียที่ไหลออกไป จะสร้างสภาวะ สุญญากาศ (ลดความดัน) ภายในกระบอกสูบ เพื่อดึงเอาไอดีให้ไหลเข้ามาให้มากที่สุด และเมื่อใดก็ตาม ที่แรงดูดนี้มีค่ามากพอ นอกจากมันจะดึงเอาไอดีให้ไหลเข้ามาแล้ว มันยังดูดเอาน้ำมันเครื่องที่ถูกกักไว้ในแหวนกวาดน้ำมันเครื่อง รวมไปถึงไอน้ำมันเครื่องที่ลอยอยู่ในอ่างน้ำมันเครื่อง ให้ไหลเข้ามาปนกับไอดี และจุดระเบิดตู้ม กลายเป็นโกโก้ ครั๊นซ์เลยทีเดียว ซึ่งการดูดน้ำมันเครื่องในลักษณะนี้ เราเรียกว่าอาการ Too High Engine Vacuum หรือสภาวะที่กระบอกสูบเป็นสุญญากาศมากเกินไปนั่นเอง

รูปแสดงทิศทางไหลของแก๊ซโบล์ว-บาย แทรกผ่านแหวนลูกสูบและไหลลงมายังอ่างน้ำมันเครื่อง

ในจังหวะอัด ถ้าหากว่ากระบอกสูบมีสภาวะที่เป็นสุญญากาศมากเกินไป จะส่งผลให้แก๊ซโบล์ว-บาย รวมไปถึงไอน้ำมันเครื่องบางส่วน ไหลย้อนกลับขึ้นไปยังห้องเผาไหม้

เพราะฉะนั้น โดยสรุปแล้ว การเกิด วาล์ว โอเวอร์แลป นั้น มีส่วน ทำให้เครื่องยนต์กินน้ำมันเครื่องเพิ่มขึ้นอย่างปฏิเสธไม่ได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งน้ำมันเครื่องที่มีความหนืดน้อยกว่าปกติ รวมไปถึงน้ำมันเครื่องที่มีจุดเดือดต่ำ-ไม่สามารถทนความร้อนสูงๆ ได้

โซนโปรโมทสินค้า

และในวันนี้ ผมก็จะขออนุญาตมาแนะนำน้ำมันเครื่องคุณภาพสูงจากประเทศญี่ปุ่น Motys M114ที่ถูกออกแบบมาให้ทำงานภายใต้อุณหภูมิสูงต่อเนื่องยาว (ระเหยเป็นไอได้ยาก) และมีความหนืดสูงสุดถึง 15W60 ช่วยลดอัตราการบริโภคน้ำมันเครื่อง เหมาะกับเครื่องยนต์ที่โมดิฟายระดับปานกลางถึงระดับสูง ทั้งเครื่องยนต์ NA และเครื่องยนต์เทอร์โบ ครอบคลุมถึงรถแข่งประเภทเอ็นดูรานซ์ ที่ต้องเค้นกำลังจากเครื่องยนต์อย่างต่อเนื่องและยาวนาน

และเนื่องจากว่า ระบบวาล์วเป็นระบบที่ต้องการการหล่อลื่นไม่แพ้ลูกสูบและเพลาข้อเหวี่ยง Motys M119น้ำมันเครื่องที่ดีที่สุดของ Motys ซึ่งใช้เอสเตอร์เป็นน้ำมันเครื่องพื้นฐาน (Base Oil) ให้การปกป้องที่สูงมากๆ ในสภาวะการทำงานที่อุณหภูมิและภาระสูง และยังสามารถปกป้องชิ้นส่วนที่น้ำมันหล่อลื่นเข้าถึงได้ยาก เช่น ชิ้นส่วนของระบบวาล์วแปรผัน, ชาฟท์อก-ชาฟท์ก้าน รวมไปถึงสลักข้อเหวี่ยง

ประโยชน์ของ วาล์ว โอเวอร์แลป ใน เครื่องยนต์เทอร์โบ

สำหรับเครื่องยนต์เทอร์โบแล้ว ความดันฝั่งไอดีจะมีค่ามากกว่าปกติ เป็นผลมาจากการที่อากาศถูกอัดโดยคอมเพรสเซอร์ (ใบเทอร์โบฝั่งไอดี) นั่นเอง ซึ่งความดันที่ว่านี้ก็คือ บูสต์ นั่นแหละครับ เมื่อความดันฝั่งไอดีมีค่ามากแล้ว ในจังหวะที่เกิด วาล์ว โอเวอร์แลป ไอดีจะไหลเข้ากระบอกสูบอย่างรวดเร็วและไป ไล่ไอเสีย ให้ออกกระบอกสูบได้อย่างหมดจด ส่งผลให้ประสิทธิภาพการเผาไหม้เพิ่มขึ้นอีกด้วย

นอกจากนั้นแล้ว ไอดีบางส่วนที่ไหลผ่านวาล์วไอเสียออกไป ยังช่วยระบายความร้อนของห้องเผาไหม้ อีกทั้งยังช่วยลดอุณหภูมิของไอเสีย ที่กำลังจะไหลไปที่เทอร์ไบน์ (ใบเทอร์โบฝั่งไอเสีย) อีกด้วยครับ

หลักการทำงานของ วาล์ว โอเวอร์แลป ในเครื่องยนต์ HONDA 1.5 Turbo

อย่างไรก็ตาม ในช่วงรอบสูงนั้น เครื่องยนต์เทอร์โบส่วนใหญ่จะเกิดปัญหา ความดันไหลย้อนกลับ หรือที่เรียกว่า Back Pressure ที่เกิดขึ้นบริเวณโข่งไอเสีย ซึ่งความดันดังกล่าวนี้เอง จะดันให้ไอเสียบางส่วน ไหลย้อนกลับมายังห้องเผาไหม้ ส่งผลให้เกิดการผสมกันระหว่างไอดีและไอเสีย เป็นผลให้การจุดระเบิดไม่มีประสิทธิภาพ แรงบิดและกำลังเครื่องยนต์ลดลง เพราะฉะนั้น วาล์ว โอเวอร์แลป ในเครื่องยนต์เทอร์โบ จึงเป็นอะไรที่ค่อนข้างซับซ้อน และต้องอาศัยการปรับจูนอย่างละเอียด ไม่เช่นนั้นแล้ว จะกลายเป็นว่าได้รับผลเสียมากกว่าผลดี

สำหรับท่านผู้อ่านที่สนใจในรายละเอียดของ แบ็ค เพรสเชอร์ (Back Pressure) สามารถอ่านเพิ่มเติมได้ที่บทความเรื่องศึกแห่งบูสต์ เทอร์โบ ปะทะ ซุปเปอร์ชาร์จ

สรุปประโยชน์ของ วาล์ว โอเวอร์แลป ของ เครื่องยนต์เทอร์โบ

1. ไอดีที่มีความดันสูง จะสามารถ ไล่ ไอเสียให้ออกจากห้องเผาไหม้ได้อย่างหมดจด

2. ไอดีที่ไหลผ่านทางวาล์วไอเสีย จะช่วยลดอุณหภูมิห้องเผาไหม้ รวมไปถึงอุณหภูมิโดยรวมของไอเสีย

วาล์ว โอเวอร์แลป ในเครื่องยนต์ที่มีระบบวาล์วแปรผัน (Variable Timing)

สำหรับเครื่องยนต์ที่มาพร้อมกับระบบวาล์วแปรผัน ซึ่งสามารถปรับเปลี่ยนจังหวะ (Timing) ของการเปิด-ปิดวาล์วได้อย่างอิสระ กล่องควบคุมอิเล็กทรอนิคส์ (ECU) จะสามารถกำหนดช่วงเวลาของ วาล์ว โอเวอร์ลแลป ได้อย่างสัมพันธ์ โดยที่รอบเดินเบา รวมไปถึงรอบเครื่องยนต์ต่ำนั้นๆ วาล์ว โอเวอร์แลป จะถูกจำกัดให้ เกิดน้อยที่สุด หรืออาจจะไม่เกิดขึ้นเลย เพราะถ้าหากเกิด วาล์ว โอเวอร์แลป มากเกินไป จะส่งผลให้ในกระบอกสูบ มีอัตราส่วนระหว่างไอเสียที่ผสมกับไอดีมากเกินไป ซึ่งสัดส่วนที่ไม่สมบูรณ์นี้ จะทำให้การจุดระเบิดไม่สมบูรณ์ นำมาซึ่งปัญหารอบเดินเบาไม่นิ่งนั่นเองครับ

ในทางตรงกันข้าม ช่วงรอบเครื่องยนต์สูงๆ กล่อง ECU จะแปรผันวาล์วให้เกิด วาล์ว โอเวอร์แลป มากขึ้น ซึ่งก็คือการทำให้ วาล์วไอดีเปิดเร็วขึ้น นั่นเอง (Early intake valve opening) เหตุผลก็เพราะว่า ในขณะที่เครื่องยนต์กำลังหมุนด้วยรอบสูงๆ นั้น เวลาแต่ละรอบของวัฏจักรจะเกิดขึ้นเร็วมากๆ จึงจำเป็นต้อง เผื่อเวลา ให้อากาศไหลเข้ามาโดยการเปิดวาล์วไอดีให้เร็วขึ้น เพื่อช่วยให้ไอดีไหลเข้ากระบอกสูบอย่างเพียงพอนั่นเองครับ (ถ้าไม่เปิดให้เร็วขึ้น จะทำให้ไอดีไหลเข้าได้ไม่เต็มที่ ส่งผลให้การจุดระเบิดเกิดขึ้นอย่างไม่สมบูรณ์ กำลังจะตกจะในช่วงรอบสูง)

สำหรับบทความนี้ ก็ขอจบแต่เพียงเท่านี้นะครับ หวังเป็นอย่างยิ่งว่าท่านผู้อ่านจะได้รับความรู้ไม่มากก็น้อย และท่านผู้อ่านสามารถติดตามบทความเชิงเทคนิคแนวนี้ ได้โดยตรงทาง แฟนเพจ Johs Autolife ได้เลยครับ

และสำหรับท่านผู้อ่านที่สนใจในผลิตภัณฑ์ของ Motys ไม่ว่าจะเป็นน้ำมันเครื่อง น้ำมันเกียร์ หรือน้ำมันคลัตช์ ก็สามารถสอบถามโดยตรงได้ที่ แฟนเพจ Motys Oil Thailandหรือเข้าไปเยี่ยมชมเว็ปไซต์ของ Motys ได้ทางhttps://motysthailand.wordpress.com/