ข้ามไปเนื้อหา

ลิ้นดอกเห็ด

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี
ลิ้นดอกเห็ดพร้อมสปริงลิ้น ประกับล็อกก้านลิ้น และกันรั่วน้ำมันหล่อลื่น

ลิ้นดอกเห็ด (อังกฤษ: poppet valve บ้างเรียก mushroom valve[1]) เป็นลิ้นที่มักใช้เพื่อควบคุมจังหวะและปริมาณการไหลของน้ำมันเบนซิน (แก๊ส) หรือไอระเหยเข้าหรือออกจากเครื่องยนต์ แต่ก็มีการใช้งานอื่น ๆ อีกมากมาย

ประกอบด้วยรูหรือช่องปลายเปิด โดยปกติจะมีหน้าตัดเป็นทรงกลมหรือวงรี และมีปลั๊กซึ่งมักมีรูปร่างเป็นแผ่นจานอยู่ที่ปลายก้านลิ้น ส่วนปลายของปลั๊กนี้ซึ่งเป็นหน้าลิ้น โดยทั่วไปจะถูกเจียระไนให้เป็นมุม 45° เพื่อให้ประกบเข้ากับบ่าลิ้นที่เจียระไนไว้ที่ขอบของช่องที่ต้องการปิด ก้านจะเคลื่อนที่ผ่านปลอกก้านลิ้นเพื่อรักษาตำแหน่ง

ความแตกต่างของแรงดันทั้งสองด้านของลื้นสามารถช่วยหรือขัดขวางการทำงานได้ ในการใช้งาน ไอเสีย แรงดันที่สูงขึ้นที่ดันเข้าหาลิ้นจะช่วยปิดลิ้นให้สนิท และในการใช้งาน ไอดี แรงดันที่ต่ำลงจะช่วยให้ลิ้นเปิดออกได้ง่ายขึ้น

นิรุกติศาสตร์ 

[แก้]

คำว่า poppet มีรากศัพท์ร่วมกับคำว่า "puppet" โดยมาจากคำในภาษาอังกฤษสมัยกลาง popet (หมายถึง "เด็กหนุ่ม" หรือ "ตุ๊กตา") ซึ่งมาจากคำในภาษาฝรั่งเศสสมัยกลาง poupette ที่เป็นตัวบอกความเล็กของ poupée การใช้คำว่า poppet เพื่ออธิบายลิ้นมาจากคำเดียวกันที่ใช้เรียกหุ่นเชิด (marionettes) ซึ่งเช่นเดียวกับลิ้นดอกเห็ด จะขยับตัวตามการเคลื่อนที่ระยะไกลที่ส่งผ่านแบบเชิงเส้น[2][3] ในอดีต "puppet valve" เคยเป็นคำพ้องความของ poppet valve[4][5] แต่ปัจจุบันการใช้คำว่า "puppet" ในลักษณะนี้เลิกใช้แล้ว

การออกแบบ

[แก้]

ลิ้นดอกเห็ดแตกต่างจากทั้งลิ้นเลื่อนและลิ้นแกว่ง แทนที่จะเลื่อนหรือโยกไปบนบ่าลิ้นเพื่อเปิดช่องทาง ลิ้นดอกเห็ดจะยกตัวออกจากบ่าลิ้นด้วยการเคลื่อนที่ในแนวตั้งฉากกับระนาบของช่อง ข้อได้เปรียบหลักของลิ้นดอกเห็ดคือไม่มีการเคลื่อนที่บนบ่าลิ้น จึงไม่จำเป็นต้องใช้สารหล่อลื่น[6]

ในกรณีส่วนใหญ่ การมี "ดอกเห็ดได้ดุล" ในลิ้นแบบควบคุมโดยตรงจะเป็นประโยชน์ เนื่องจากต้องใช้แรงน้อยลงในการเคลื่อนที่ดอกเห็ดเพราะแรงทั้งหมดที่กระทำต่อดอกเห็ดจะถูกหักล้างด้วยแรงที่เท่ากันและตรงข้ามกัน ขดลวดโซลินอยด์จึงต้องต้านทานเฉพาะแรงสปริงเท่านั้น[7]

ลิ้นดอกเห็ดเป็นที่รู้จักกันดีที่สุดสำหรับการใช้งานในเครื่องยนต์สันดาปภายในและเครื่องจักรไอน้ำ แต่ก็ใช้ในวงจรลมและไฮดรอลิกทั่วไปที่ต้องการการควบคุมการไหลเป็นจังหวะ การเป็นจังหวะนี้สามารถควบคุมได้โดยการรวมกันของความดันที่แตกต่างกันและแรงสปริงตามที่ต้องการ

ลิ้นเพรสตาและชเรเดอร์ที่ใช้กับยางนิวเมติกก็เป็นตัวอย่างของลิ้นดอกเห็ด ลิ้นเพรสตาไม่มีสปริงและอาศัยความดันที่แตกต่างกันในการเปิดและปิดขณะที่กำลังเติมลม

ลิ้นดอกเห็ดถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในการยิงตอร์ปิโดจากเรือดำน้ำ หลายระบบใช้ลมอัดในการขับตอร์ปิโดออกจากท่อ และลิ้นดอกเห็ดจะดูดอากาศจำนวนมาก (พร้อมน้ำทะเลจำนวนมาก) กลับคืนมา เพื่อลดกลุ่มฟองอากาศที่จะเป็นจุดบอกตำแหน่งซึ่งอาจเผยตำแหน่งที่ซ่อนอยู่ของเรือได้[8]

การใช้ในเครื่องยนต์สันดาปภายใน

[แก้]
ลิ้นดอกเห็ดในเครื่องยนต์เพลาลูกเบี้ยวเหนือฝาสูบทั่วไป

ลิ้นดอกเห็ดถูกใช้ในเครื่องยนต์ลูกสูบส่วนใหญ่เพื่อควบคุมการไหลของไอดีและไอเสียผ่านฝาสูบและเข้าสู่ห้องเผาไหม้ ด้านของลิ้นดอกเห็ดที่อยู่ภายในห้องเผาไหม้เป็นแผ่นจานแบน ขณะที่อีกด้านหนึ่งจะเรียวจากทรงแผ่นจานไปเป็นแกนทรงกระบอกบาง ๆ ที่เรียกว่า "ก้านลื้น"

วัสดุและความทนทาน

[แก้]

ในเครื่องยนต์ที่ผลิตจำนวนมากในปัจจุบัน ลิ้นเป็นแบบทึบและทำจากเหล็กกล้าโลหะเจือ อย่างไรก็ดี เครื่องยนต์บางชนิดใช้ลิ้นแบบกลวงที่เติมโซเดียมเพื่อเพิ่มการถ่ายเทความร้อน

เครื่องยนต์สมัยใหม่จำนวนมากใช้ฝาสูบอะลูมิเนียม แม้จะช่วยให้การถ่ายเทความร้อนดีขึ้น แต่ก็จำเป็นต้องใช้ปลอกบ่าลิ้นเหล็กกล้า ขณะที่ฝาสูบเหล็กหล่อแบบเก่า บ่าลิ้นมักเป็นส่วนหนึ่งของฝาสูบ มีช่องว่างประมาณ 0.4–0.6 มิลลิเมตร (0.016–0.024 นิ้ว) รอบก้านลิ้น ดังนั้นจึงต้องใช้กันรั่วน้ำมันหล่อลื่นที่ก้านลิ้นเพื่อป้องกันไม่ให้น้ำมันถูกดูดเข้าไปในท่อร่วมไอดีและห้องเผาไหม้ โดยทั่วไปจะใช้กันรั่วยางแบบปากลิ้น อาการทั่วไปของปลอกก้านลิ้นที่สึกหรอและ/หรือกั่นรั่วน้ำมันที่ชำรุดคือควันสีน้ำเงินพุ่งออกมาจากท่อไอเสียในช่วงที่มีสุญญากาศในท่อร่วมไอดีเพิ่มขึ้น เช่น เมื่อปิดคันเร่งกะทันหัน

ในอดีต ลิ้นมีปัญหาหลักสองประการ ซึ่งทั้งสองอย่างได้รับการแก้ไขแล้วด้วยการพัฒนาด้านโลหกรรมที่ทันสมัย ประการแรกคือในเครื่องยนต์สันดาปภายในยุคแรก อัตราการสึกหรอของลิ้นที่สูงทำให้ต้องมีการซ่อมบ่าลิ้นเพื่อเจียรลิ้นใหม่เป็นประจำ ประการที่สอง สารเติมแต่งตะกั่วถูกใช้ในน้ำมันเบนซินตั้งแต่ทศวรรษ 1920 เพื่อป้องกันเครื่องยนต์น็อกและให้การหล่อลื่นสำหรับลิ้น วัสดุสมัยใหม่สำหรับลิ้น (เช่น เหล็กกล้าไร้สนิม) และบ่าลิ้น (เช่น สเตลไลต์และอินโคเนล)[ต้องการอ้างอิง] ทำให้สามารถเลิกใช้น้ำมันเบนซินไร้สารตะกั่วในหลายประเทศอุตสาหกรรมได้ในช่วงกลางทศวรรษ 1990

ลิ้นไอเสียระบายความร้อนด้วยโซเดียม

[แก้]

ลิ้นไอเสียต้องเผชิญกับอุณหภูมิที่สูงมากและในการใช้งานที่มีสมรรถนะสูงเป็นพิเศษอาจมีการระบายความร้อนด้วยโซเดียม ตัวลื้นมีลักษณะกลวงและบรรจุโซเดียม ซึ่งจะหลอมเหลวที่อุณหภูมิค่อนข้างต่ำ และในสถานะของเหลวจะนำความร้อนออกจากหัวลิ้นที่ร้อนไปยังก้านลิ้น ซึ่งความร้อนจะถูกถ่ายเทไปยังฝาสูบ กลไกนี้พบได้ทั่วไปในเครื่องยนต์ลูกสูบสมัยสงครามโลกครั้งที่สอง ปัจจุบันพบได้เฉพาะในเครื่องยนต์สมรรถนะสูง[9]

วิธีการกระตุ้น

[แก้]

เครื่องยนต์ยุคแรกในทศวรรษ 1890 และ 1900 ใช้ "ลิ้นไอดีอัตโนมัติ" ซึ่งเปิดออกด้วยแรงดูดในห้องเผาไหม้และปิดลงด้วยสปริงที่เบา ส่วนลิ้นไอเสียจะต้องถูกขับด้วยกลไกเพื่อเปิดต้านแรงดันในกระบอกสูบ การใช้ลิ้นอัตโนมัติช่วยให้กลไกง่ายขึ้น แต่ปรากฏการณ์ลิ้นลอยทำให้ความเร็วรอบของเครื่องยนต์ถูกจำกัด และเมื่อถึงประมาณ ค.ศ. 1905 ลิ้นไอดีที่ทำงานด้วยกลไกจึงถูกนำมาใช้กับเครื่องยนต์ยานพาหนะมากขึ้นเรื่อย ๆ

การทำงานด้วยกลไกมักใช้การกดที่ปลายก้านลิ้น โดยทั่วไปจะใช้สปริงเพื่อดันลิ้นให้กลับสู่ตำแหน่งปิด ที่ความเร็วรอบเครื่องยนต์สูง (RPM) น้ำหนักของขบวนเปิดปิดลิ้นทำให้สปริงลิ้นไม่สามารถปิดลิ้นได้เร็วพอ ทำให้เกิดปรากฏการณ์ลิ้นลอยหรือ ลิ้นเต้น ลิ้นเดสโมโดรมิกใช้กระเดื่องลิ้นตัวที่สองเพื่อปิดลิ้นด้วยกลไก (แทนการใช้สปริงลิ้น) และบางครั้งถูกนำมาใช้เพื่อเลี่ยงลิ้นลอยในเครื่องยนต์ที่ทำงานที่รอบสูง

ในเครื่องยนต์ที่ผลิตจำนวนมากส่วนใหญ่ เพลาลูกเบี้ยวจะควบคุมการเปิดของลิ้น ผ่านกลไกตัวกลางหลายอย่าง (เช่น ก้านกระทุ้ง กระเดื่องกดลิ้นแบบลูกกลิ้ง และลูกกระทุ้งลิ้น) รูปร่างของลูกเบี้ยวบนเพลาลูกเบี้ยวจะส่งผลต่อช่วงยกลิ้นและกำหนดจังหวะการเปิดของลิ้น

จำนวนและตำแหน่งของลิ้น

[แก้]
เครื่องยนต์แฟลตเฮด (ลิ้นแสดงเป็นสีฟ้าอ่อน)
เครื่องยนต์เพลาลูกเบี้ยวเหนือสูบ

เครื่องยนต์แฟลตเฮด (หรือที่เรียกว่า เครื่องยนต์แอล-เฮด) ในยุคแรกมีลิ้นอยู่ข้างกระบอกสูบในตำแหน่ง "กลับหัว" ขนานไปกับกระบอกสูบ[10] แม้การออกแบบนี้จะทำให้การผลิตง่ายและราคาถูก แต่เส้นทางที่คดเคี้ยวของไอดีและไอเสียก็มีข้อเสียที่สำคัญต่ออากาศไหล ซึ่งจำกัดรอบเครื่องยนต์[11] และอาจทำให้เสื้อสูบเครื่องยนต์ร้อนจัดภายใต้ภาระหนักที่ต่อเนื่อง การออกแบบแบบแฟลตเฮดได้พัฒนาเป็นเครื่องยนต์ไอดีเหนือไอเสีย (IOE) ซึ่งใช้ในจักรยานยนต์และรถยนต์ในยุคแรกหลายรุ่น ในเครื่องยนต์ IOE ลิ้นไอดีจะอยู่เหนือกระบอกสูบโดยตรง (เช่นเดียวกับ เครื่องยนต์ลิ้นเหนือสูบ ในยุคหลัง) อย่างไรก็ดี ลิ้นไอเสียยังคงอยู่ข้างกระบอกสูบในตำแหน่งกลับหัว

การออกแบบเหล่านี้ส่วนใหญ่ถูกแทนที่ด้วยเครื่องยนต์ลิ้นเหนือสูบ (OHV) ระหว่าง ค.ศ. 1904 จนถึงปลายทศวรรษ 1960/ต้นถึงกลางทศวรรษ 1970 โดยที่ลิ้นไอดีและไอเสียทั้งคู่อยู่เหนือกระบอกสูบโดยตรง (โดยมีเพลาลูกเบี้ยวอยู่ที่ด้านล่างของเครื่องยนต์) ในทางกลับกัน เครื่องยนต์ OHV ส่วนใหญ่ถูกแทนที่ด้วยเครื่องยนต์เพลาลูกเบี้ยวเหนือสูบ (OHC) ระหว่างทศวรรษ 1950 ถึง 1980 ตำแหน่งของลิ้นโดยทั่วไปจะเหมือนกันระหว่างเครื่องยนต์ OHV และ OHC อย่างไรก็ดี เครื่องยนต์ OHC มีเพลาลูกเบี้ยวอยู่ที่ด้านบนของเครื่องยนต์พร้อมกับลิ้น และเครื่องยนต์ OHC มักมีลิ้นต่อกระบอกสูบมากกว่าเครื่องยนต์ OHV เครื่องยนต์ OHC ส่วนใหญ่มีลิ้นไอดีและลิ้นไอเสียเพิ่มอย่างละหนึ่งตัวต่อกระบอกสูบ (ฝาสูบแบบสี่ลิ้น) เมื่อเทียบกับการออกแบบลิ้นสองตัวต่อกระบอกสูบที่ใช้ในเครื่องยนต์ OHV ส่วนใหญ่ อย่างไรก็ดี เครื่องยนต์ OHC บางรุ่นใช้ลิ้นสามหรือห้าตัวต่อกระบอกสูบ

การใช้ในเครื่องจักรไอน้ำ

[แก้]
ลิ้นดอกเห็ดได้ดุลจากสิทธิบัตรสหรัฐฉบับที่ 339,809 ไอน้ำแรงดันสูงเข้าที่ A และออกที่ B ก้านลิ้น D จะเคลื่อนที่ขึ้นเพื่อเปิดแผ่นลิ้น C

เจมส์ วัตต์ใช้ลิ้นดอกเห็ดเพื่อควบคุมการไหลของไอน้ำเข้าสู่กระบอกสูบของเครื่องจักรไอน้ำแบบคานของเขาในทศวรรษ 1770 ภาพตัดขวางของเครื่องจักรไอน้ำแบบคานของวัตต์ใน ค.ศ. 1774 ที่ใช้ลิ้นดอกเห็ดนี้พบได้ในหนังสือเทิร์สตัน 1878:98[12] และลาร์ดเนอร์ (1840) ก็ได้ให้คำอธิบายพร้อมภาพประกอบเกี่ยวกับการใช้งานลิ้นดอกเห็ดของวัตต์[13]

เมื่อใช้ในงานที่ต้องใช้แรงดันสูง เช่น ในฐานะลิ้นรับไอน้ำเข้าเครื่องจักรไอน้ำ แรงดันที่ช่วยให้ลิ้นดอกเห็ดปิดสนิทนั้นก็มีส่วนสำคัญต่อแรงที่จำเป็นต้องใช้ในการเปิดลิ้นด้วยเช่นกัน สิ่งนี้นำไปสู่การพัฒนารูปแบบดอกเห็ดได้ดุลหรือลิ้นสองจังหวะ ซึ่งมีปลั๊กลิ้นสองตัวอยู่บนก้านลิ้นเดียวกัน โดยแรงดันที่กระทำต่อปลั๊กตัวหนึ่งจะช่วยสมดุลกับแรงดันที่กระทำต่ออีกตัวหนึ่งได้ส่วนใหญ่[14][15] ในลิ้นเหล่านี้ แรงที่ต้องใช้ในการเปิดลิ้นจะถูกกำหนดโดยแรงดันและความแตกต่างระหว่างพื้นที่ของช่องเปิดลิ้นทั้งสอง ซิกเคิลส์ได้จดสิทธิบัตรกลไกลิ้นสำหรับลิ้นดอกเห็ดสองบ่าใน ค.ศ. 1842 ใน ค.ศ. 1889 มีการรายงานคำวิจารณ์ในวารสาร Science ว่าลิ้นดอกเห็ดได้ดุล (บทความเรียกว่า "ลิ้นดอกเห็ดคู่หรือได้ดุลหรือแบบอเมริกัน") ที่ใช้สำหรับเครื่องจักรไอน้ำในเรือกลไฟนั้นโดยธรรมชาติแล้วจะต้องมีการรั่วไหลถึง 15%[16]

ลิ้นดอกเห็ดแบบแกว่งบนรถจักร 4-6-2 ที่ชาเปอลงสร้างใหม่

ลิ้นดอกเห็ดถูกนำมาใช้กับรถจักรไอน้ำ โดยมักใช้ร่วมกับระบบลิ้นของเลนทซ์หรือกาปรอตตี ตัวอย่างรถจักรของอังกฤษได้แก่:

บริษัทเซนติเนลแวกกอนเวิกส์ใช้ลิ้นดอกเห็ดในตู้ไอน้ำและรถจักรไอน้ำของพวกเขา การกลับทิศทางทำได้โดยใช้ระบบเพลาลูกเบี้ยวเลื่อนที่เรียบง่าย

รถจักรหลายคันในฝรั่งเศส โดยเฉพาะที่สร้างขึ้นใหม่ตามการออกแบบของอ็องเดร ชาเปอลง เช่น เอสเอ็นซีเอฟ 240พี ใช้ลิ้นดอกเห็ดแบบลูกเบี้ยวแกว่งของเลนทซ์ ซึ่งถูกควบคุมโดยระบบลิ้นวัลส์ชาร์ตที่รถจักรมีอยู่แล้ว

ลิ้นดอกเห็ดยังถูกใช้กับรถจักร ที1 ดูเพล็กซ์ ของอเมริกันเพนซิลเวเนียเรลโรด แม้ลิ้นมักจะล้มเหลวเนื่องจากรถจักรถูกใช้งานที่ความเร็วเกิน 160 กิโลเมตรต่อชั่วโมง (100 ไมล์ต่อชั่วโมง) บ่อยครั้ง และลิ้นไม่ได้ถูกออกแบบมาสำหรับความเครียดที่เกิดจากความเร็วเช่นนั้น ลิ้นดอกเห็ดยังทำให้รถจักรมีเสียง "chuffing" ที่เป็นเอกลักษณ์

ลิ้นดอกเห็ดดีไซน์หนึ่งถูกประดิษฐ์ขึ้นใน ค.ศ. 1833 โดยอี.เอ.จี. ยัง ชาวอเมริกันจากนิวคาสเซิลแอนด์เฟรนช์ทาวน์เรลโรด ได้จดสิทธิบัตรแนวคิดของเขา แต่เหตุเพลิงไหม้สำนักงานสิทธิบัตรสหรัฐใน ค.ศ. 1836 ได้ทำลายบันทึกทั้งหมดของมัน[17]

ดูเพิ่ม

[แก้]

อ้างอิง

[แก้]
  1. ↑ A.L. Dyke (1921), Dyke's Automobile and Gasoline Encyclopedia, St. Louis, A. L. Dyke, คลังข้อมูลเก่าเก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ 2016-06-11
  2. ↑ "Poppet at Merriam-Webster". Merriam-webster.com. เก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ 2011-10-17. สืบค้นเมื่อ 2011-12-06.
  3. ↑ "Puppet at Merriam-Webster". Merriam-webster.com. เก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ 2012-01-12. สืบค้นเมื่อ 2011-12-06.
  4. ↑ "Puppet valve from 1913 Webster's dictionary". Websters-online-dictionary.org. คลังข้อมูลเก่าเก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ 2006-02-21. สืบค้นเมื่อ 2011-12-06.
  5. ↑ "U.S. Patent No. 339809, "Puppet Valve", issued April 13, 1886". Patimg1.uspto.gov. เก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ January 10, 2017. สืบค้นเมื่อ 2011-12-06.
  6. ↑ Fessenden, Charles H. (1915). Valve Gears. New York: McGraw Hill. pp. 159–168. เก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ 2016-06-03.
  7. ↑ Wahl, Philipp (2013). Piston spool valves and poppet valves. Esslingen: Festo AG & Co. KG.
  8. ↑ Navy, U. S. (February 2009). Torpedo Tube Manual. Lulu.com. ISBN 9781935327639 – โดยทาง Google Books.
  9. ↑ Cameron, Kevin (22 April 2020). "Some Facts About Sodium-Filled Valves". Cycle World. Octane Media, LLC. สืบค้นเมื่อ 9 July 2023.
  10. ↑ "fsoc". fsoc. เก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ 18 March 2018. สืบค้นเมื่อ 24 April 2018.
  11. ↑ "A Handy Guide to Clinton Engines" (PDF). 1956. p. 2. เก็บ (PDF)จากแหล่งเดิมเมื่อ October 3, 2015. สืบค้นเมื่อ October 2, 2015. R. P. M. 2200 — 3600
  12. ↑ Thurston, R.H. (1878). A History of the Growth of the Steam Engine. New York: Appleton & Co. pp. 98.
  13. ↑ Lardner, Dionysius (1840). The steam engine explained and illustrated. London: Taylor and Walton. pp. 189–91. เก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ 2013-10-04.
  14. ↑ Jacques Mouchly, Valve and Valve Gear for Locomotives and Other Engines, U.S. Patent 1,824,830, issued Sept. 29, 1931.
  15. ↑ Herman G. Mueller, Steam Engine Valve, U.S. Patent 1,983,803, issued Dec. 11, 1934.
  16. ↑ Criticism by E.N. Dickerson in lecture to the Electric Club of New York 17/01/1889, reported by Science vol.13 No.314, Feb 8 1889 p.95 sciencemag.org
  17. ↑ White, John H. (1979). A History of the American Locomotive. North Chelmsford, MA: Courier Corporation. p. 145.
เข้าถึงจาก "https://th.wikipedia.org/w/index.php?title=ลิ้นดอกเห็ด&oldid=12503915"