VVT-I ในเครื่องยาริส เป็นมาอย่างไร

รวมข่าวสาร ข้อมูลที่เป็นประโยชน์ เกี่ยวกับเทคโนโลยียานยนต์ | ระบบการทำงานของเครื่องยนต์ | การออกแบบผลิตภัณฑ์ด้านยนต์กรรม | รวมข้อมูลทั่วไปของเทคโนโลยีต่างๆด้านยานยนต์ car donation in new york | car donation los angeles | car donation oakland | car donation programs | car donation sacramento | car donation san francisco | car donation san jose | car donation tax | car donation tax value | car donation tax write off | car donation to charity | cars for donation | charities that accept car donations | VVT-I : VARIABLE VALVE TIMING-INTELLIGENCE


หนึ่งในระบบแปรผันการเปิด-ปิดวาล์ว เพื่อให้เกิดกำลังสูงอย่างต่อเนื่องในช่วงกว้าง
และมีการตอบสนองที่ดีในทุกความเร็วรอบของเครื่องยนต์

เครื่องยนต์ 4 จังหวะที่ใช้กันทั่วไป มีการทำงานแบ่งเป็น 4 จังหวะ คือ ดูด-อัด-ระเบิด-คาย
โดยการหายใจเข้าในจังหวะดูด และการหายใจออกในจังหวะคายของเครื่องยนต์จะทำโดยผ่านตัววาล์วไอดีและวาล์วไอเสีย
ซึ่งมีการควบคุมการเปิด-เปิดวาล์วด้วยลูกเบี้ยวบนแคมชาฟต์ (เพลาราวลิ้น)
ที่จะทำหน้าที่กำหนดให้มีช่วงระยะเวลา ความนาน และระยะยกของการเปิดวาล์วตามที่ออกแบบไว้

โดยปกติ รอบการใช้งานของเครื่องยนต์จะเป็นช่วงกว้างหลายพันรอบ
ตั้งแต่รอบเดินเบา(เกือบ 1,000 รอบต่อนาที) สูงขึ้นไปจนถึงจรดแถบแดงแถวๆ 6,000-7,000 รอบต่อนาที
แท้จริงแล้วในแต่ละรอบย่อมต้องการ การหายใจด้วยการเปิดวาล์ว ที่องศาเริ่มเปิด ความนาน และระยะยกไม่เท่ากัน
แต่ในเมื่อต้องใช้ลูกเบี้ยวบนตัวแคมชาฟต์เป็นตัวกด


ในเครื่องยนต์ทั่วไปจึงมีรอบเครื่องยนต์อยู่เพียงช่วงเดียวเป็นช่วงแคบๆ ที่เครื่องยนต์จะทำงานได้ดีที่สุดมีกำลังตอบสนองดีและใช้เชื้อเพลิงได้คุ้มค่าแต่ในช่วงรอบเครื่องยนต์ต่ำกว่าหรือสูงกว่าช่วงนั้น ความสมบูรณ์จะลดลงไป


ในช่วงรอบอื่นๆ ไม่ใช่เครื่องยนต์จะดับหรือทำงานไม่ได้
แต่จะทำได้ไม่ดีเท่ากับช่วงที่วาล์วซึ่งเปิดโดยแคมชาฟต์ที่ทำให้เครื่องยนต์หายใจได้เหมาะสมที่สุดเท่านั้น


ลองนึกเปรียบเทียบง่ายๆ กับคนใน 3 ลักษณะ คือ
1.นั่งเฉยๆ 2.วิ่งเหยาะๆ 3.วิ่งเร็ว
ถ้ามีการหายใจด้วยความถี่หรือความแรงเท่าเดิมตลอด ก็ต้องมีแค่ช่วงหนึ่งเท่านั้น
ที่หายใจพอดีกับการใช้แรงใน 3 ลักษณะนั้น

หากหายใจถี่หรือนาน แต่นั่งอยู่เฉยๆ ก็ไม่พอดี เพราะไม่ได้ออกแรง
แต่ถ้าวิ่งเร็วๆ แล้วหายใจช้าหรือนิดเดียวคล้ายกับตอนที่นั่งเฉยๆ
ก็ไม่มีแรงวิ่งเพราะหายใจไม่ทันได้อากาศไม่พอกับกำลังงานที่ต้องใช้

ในเมื่อคนยังจำเป็นต้องแปรผันการหายใจให้เหมาะกับการออกแรงในขณะนั้น
เครื่องยนต์มี่มีรอบการทำงานตั้งแต่เกือบ 1,000 รอบต่อนาทีไปจนถึงแถวๆ 6,000-7,000 รอบต่อนาที
ถ้าจะให้ได้ความสมบูรณ์ในการหายใจเพื่อให้ได้ผลออกมาที่ดีก็จำเป็นต้องมีการแปรผันการหายใจ
หรือการเปิดวาล์วให้เหมาะสมกับรอบของเครื่องยนต์ในแต่ละช่วงการทำงานด้วย

ในรอบต่ำที่ไม่ต้องมีการผลิตกำลังมาก ก็หายใจแบบหนึ่ง
ในรอบปานกลางหรือเร่งแบบฉับพลันต้องการกำลังมากขึ้น ก็หายใจแบบหนึ่ง
และในรอบจัดก็หายใจอีกแบบหนึ่ง

วิศวกรเครื่องยนต์ทั่วโลกทราบดีว่า ถ้าเป็นเครื่องยนต์ธรรมดา
ก็จำเป็นต้องทำใจเลือกแคมชาฟต์ที่มีลูกเบี้ยวเปิดวาล์วที่เหมาะสมในช่วงรอบใดรอบหนึ่ง เช่น
จะทำเครื่องยนต์รอบจัดหรือรถแข่งก็เลือกแคมชาฟต์แบบหนึ่ง
หากจะทำเครื่องยนต์รอบต่ำใช้งานทั่วไปขับคลานๆ ก็เลือกแคมชาฟต์แบบหนึ่ง
ต้องยอมได้อย่างเสียอย่างๆ หลีกเลี่ยงไม่ได้

ดังนั้นจึงเห็นว่าเครื่องยนต์ทั่วไปจะมีบุคลิกตายตัว คือ
เครื่องยนต์ในรถยนต์ที่ใช้งานทั่วไป ขับรอบต่ำถึงปานกลางจะได้กำลังดี
แต่เมื่อต้องการเน้นสมรรถนะโดยเร่งรอบเครื่องยนต์สูงๆ ก็จะไม่แรงสะใจ
หรือเครื่องยนต์ในรถสปอร์ตพันธ์แท้แรงจัดในรอบสูง แต่พอขับคลานๆ ในรอบต่ำก็ไม่ค่อยมีแรง
เมื่อเร่งรอบเครื่องยนต์ก็มีอาการรอบรอบตอบสนองช้า จนกว่าจะไต่ไปอยู่รอบสูง
และก็ต้องเลี้ยงรอบไว้อย่างนั้น ตกมารอบต่ำเมื่อไรเรี่ยวแรงก็ถดถอย
ตามที่เห็นในกราฟแสดงแรงม้าแรงบิดของเครื่องยนต์ทั่วไป มักจะเป็นเส้นที่มีทรงคล้ายภูเขา คือ
ไต่ขึ้นไปเป็นยอดเขาแล้วมียอดแหลมนิดเดียวก็วูบลงมาอีกด้าน ไม่ใช่ยอดเขาหัวตัดที่มีกำลังสูงในช่วงรอบกว้าง

วิศวกรเครื่องยนต์มีความฝันก็คือ จะทำอย่างไรให้เครื่องยนต์มีกำลังสูงในช่วงรอบกว้างกว่าที่คุ้นเคยกัน
กราฟแรงม้าแรงบิดเป็นภูเขาหัวตัด มีแรงดีในช่วงรอบกว้างๆ
เหมือนมีแคมชาฟต์หลายแท่งสลับกันทำงานในแต่ละรอบเครื่องยนต์ เปลี่ยนแท่งแคมชาฟต์ได้อย่างฉับไว
ความเป็นจริงไม่มีทางเลยที่จะสลับหลายแท่งแคมชาฟต์ในแต่ละรอบเครื่องยนต์ได้
เพราะรอบเครื่องยนต์หมุนเร็วหลายพันรอบต่อนาทีและเปลี่ยนแปลงเร็วมากขึ้นลงหลายพันรอบในช่วงไม่กี่วินาที

คำตอบ คือ ต้องทำให้เครื่องยนต์มีการแปรผันการหายใจ
ดยเฉพาะการหายใจเข้าผ่านวาล์วไอดี ให้เปลี่ยนแปลงในแต่ละรอบเครื่องยนต์ได้
คล้ายคนที่นั่งเฉยๆ ก็หายใจธรรมดา แต่พอวิ่งเหยาะๆ ก็หายใจถี่ขึ้น และเปลี่ยนไปหายใจทั้งถี่ทั้งแรงเมื่อวิ่งเร็วๆ

การแปรผันการเปิดวาล์วมีหนึ่งในวิธีที่สามารถทำได้และเห็นผลชัดเจน
โดยต้องทำที่แคมชาฟต์ ซึ่งเป็นชิ้นส่วนที่ทำหน้าที่ในทางกลไกโดยตรงที่จะสั่งให้วาล์วเปิด-ปิด
โดยมีการคิดค้นหลายวิธีที่จะแปรผันการเปิดวาล์วโดยทำกันที่แคมชาฟต์


1 ในวิธีนั้น คือ การใช้แคมชาฟต์และลูกเบี้ยวเหมือนปกติ
แต่เพิ่มอุปกรณ์พิเศษด้านหน้าของแคมชาฟต์ เพื่อทำหน้าที่เยื้องไปมาแปรผันกับตำแหน่งของข้อเหวี่ยง
ให้แคมชาฟต์เริ่มเปิดวาล์วก่อนหรือล่าช้าไปจากปกติให้เหมาะสมกับรอบสูงรอบต่ำของเครื่องยนต์
เมื่อเปรียบเทียบกับการเปิดวาล์วปกติที่ต้องสัมพันธ์กับตำแหน่งของข้อเหวี่ยง
การเยื้องหรือแปรผันช่วงเวลาด้วยชุดหัวแคมชาฟต์แบบพิเศษนี้จะถูกควบคุมด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์
รับข้อมูลและสถานะต่างๆ ของเครื่องยนต์และรถยนต์มาประมวลผล
แล้วสั่งให้หัวแคมชาฟต์เกิดการเยื้องไปมาอย่างฉับไว
แปรผันอย่างเหมาะสมตามรอบของเครื่องยนต์ที่เปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลาโดยอัตโนมัติ
เช่น ระบบ VVT-i ของโตโยต้าเป็นต้น

ผู้ขับจะไม่ทราบอาการเปลี่ยนแปลงนั้นเลย เพราะรอบเครื่องยนต์ไม่มีกระตุก
การตอบสนองของกำลังเครื่องยนต์ดีเยี่ยมโดยที่ไม่มีอาการกระชาก
ไอเสียสะอาดมลพิษต่ำ แม้จะจ้องมองรอบของเครื่องยนต์บนมาตรวัด ก็จะไม่ทราบถึงการแปรผันการเปิดวาล์วนั้นเลย
ทุกอย่างเป็นไปอย่างนุ่มนวลและทำงานอย่างต่อเนื่องโดยอัตโนมัติ
โดยผู้ขับไม่ต้องกดปุ่มปรับเปลี่ยน ไม่ต้องสั่งงาน เพราะระบบควบคุมจะทำเองทั้งหมด

การแปรผันการเปิด-ปิดวาล์วไอดี ในการหายใจเข้าของเครื่องยนต์
มีความจำเป็นมากกว่าด้านวาล์วไอเสียที่หายใจออก ซึ่งไอเสียจะมีแรงดันไหลออกไปเองเป็นส่วนใหญ่
ระบบนี้จึงมักจะใช้กับชุดวาล์วไอดีเท่านั้น
โดยจะเป็นการแปรผันเฉพาะช่วงเวลาที่จะเริ่มต้นเปิดไล่ไปจนถึงปิด
โดยความนาน(องศา)และระยะยก(ลิฟท์)ของการเปิดวาล์วยังเท่าเดิม
เพราะใช้ลูกเบี้ยวเดิมชุดเดียว แต่มีหัวแคมชาฟต์แบบพิเศษที่เยื้องไปมาได้
ซึ่งก็เหลือเฟือสำหรับการใช้งานทั่วไปแล้ว


นอกจากนั้นโตโยต้า ยังมีระบบที่เหนือชั้นขึ้นไปอีก คือ

ระบบ VVTL-i = VARIABLE VALVE TIMING AND LIFT-INTELLIGENCE

คือ แท่งแคมชาฟต์จะมีลูกเบี้ยวเพิ่มขึ้นและมีระบบกระเดื่องกดวาล์วแบบพิเศษเพิ่มขึ้นมา
คอยสลับชุดลูกเบี้ยวใช้งานในแต่ละรอบ
โดยในช่วงเครื่องยนต์หมุนรอบต่ำถึงปานกลางใช้ลูกเบี้ยวชุดหนึ่ง
พอเข้าสู่ช่วงรอบสูงก็สลับกระเดื่องไปใช้ลูกเบี้ยวอีกชุดหนึ่งในการเปิดวาล์ว
ซึ่งระบบนี้จะใช้ในรถสปอร์ต เช่น เซลิก้า เป็นต้น


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 โดยนำแบบ 1 ทำงานร่วมกับแบบ 2
คือ เยื้องที่หัวแคมชาฟต์และสลับลูกเบี้ยวด้วยกระเดื่องพิเศษ
เช่น i-VTEC, VVTL-i

ระบบ VVT-i จัดอยู่ในแบบแรก คือ เยื้องที่หัวแคมชาฟต์เท่านั้น ให้ผลดีน้อยที่สุดใน 3 แบบ
แต่ก็มีความยุ่งยากน้อยที่สุด และมีหลายยี่ห้อนิยมใช้ เพราะความง่ายแต่ได้ผลดีพอสมควรนั่นเอง

สรุปง่ายๆ กับการแปรผันการเปิด-ปิดวาล์ว
ก็เหมือนคนที่หายใจได้หลายแบบในแต่ละสภาวะที่แตกต่างกัน
ทำให้เครื่องยนต์ได้ความสมบูรณ์ในการทำงานทุกช่วงนั่นเอง
แต่มีหลายรูปแบบการทำงาน ไม่ใช่เห็นว่าแปรผันได้แล้วจะดีเท่ากันหมด
ต้องดูว่าแปรผันแบบใดแค่ไหน