ศูนย์ตาย
 |
ในเครื่องยนต์ลูกสูบ ศูนย์ตาย (อังกฤษ: dead center) คือตำแหน่งของลูกสูบที่อยู่ห่างจากเพลาข้อเหวี่ยงมากหรือใกล้ที่สุด ตำแหน่งแรกที่อยู่ห่างจากเพลาข้อเหวี่ยงมากที่สุดเรียกว่า ศูนย์ตายบน (top dead center - TDC) ขณะที่ตำแหน่งหลังที่อยู่ใกล้ที่สุดเรียกว่า ศูนย์ตายล่าง (bottom dead center - BDC)
โดยทั่วไปแล้ว ศูนย์ตายคือตำแหน่งใด ๆ ของข้อเหวี่ยงที่แรงที่กระทำอยู่ในแนวเดียวกับแกนของมันโดยตรง หมายความว่าไม่สามารถสร้างแรงหมุนได้ เครื่องจักรหลายชนิดขับเคลื่อนด้วยข้อเหวี่ยง เช่น รถล้อเดียว จักรยาน รถสามล้อ เครื่องอัดแบบต่าง ๆ เครื่องยนต์เบนซิน เครื่องยนต์ดีเซล รถจักรไอน้ำ และเครื่องจักรไอน้ำอื่น ๆ เครื่องจักรที่ขับด้วยข้อเหวี่ยงจะอาศัยพลังงานที่เก็บไว้ในล้อตุนกำลังเพื่อเอาชนะศูนย์ตาย หรือถูกออกแบบมาในกรณีของเครื่องยนต์หลายสูบ เพื่อไม่ให้มีศูนย์ตายเกิดขึ้นบนข้อเหวี่ยงทั้งหมดในเวลาเดียวกัน รถจักรไอน้ำเป็นตัวอย่างของอย่างหลัง โดยก้านสูบถูกจัดวางให้ศูนย์ตายสำหรับแต่ละกระบอกสูบเกิดขึ้นนอกเฟสกับกระบอกสูบอื่น ๆ หนึ่งกระบอก (หรือมากกว่า)
จักรยาน
[แก้]จักรยานมีศูนย์ตายที่ตำแหน่งประมาณ 12 นาฬิกาและ 6 นาฬิกา ซึ่งการออกแรงกดบันไดตรง ๆ จะไม่สามารถทำให้จานโซ่หมุนได้ แต่ขาของผู้ปั่นสามารถออกแรงในแนวสัมผัสกับบันไดเพื่อเอาชนะจุดนั้นได้ ส่วนจักรยานฟิกซ์เกียร์ (ไม่มีเฟืองฟรี) จะใช้แรงเฉื่อยของรถและผู้ปั่นเพื่อทำให้จานโซ่หมุนต่อไปแม้ผู้ปั่นจะไม่ได้ออกแรงปั่นเป็นวงกลม
เครื่องยนต์ลูกสูบ
[แก้]ในเครื่องยนต์ลูกสูบ ศูนย์ตายบนของลูกสูบตัวที่ 1 คือจุดที่ใช้อ้างอิงในการวัดค่าต่าง ๆ ของระบบจุดระเบิดและใช้กำหนดลำดับการจุดระเบิด ยกตัวอย่างเช่น โดยปกติแล้วการตั้งไฟจุดระเบิดจะระบุเป็นจำนวนองศาของการหมุนเพลาข้อเหวี่ยง ก่อนศูนย์ตายบน (before top dead center - BTDC)[1] อย่างไรก็ดี มีเครื่องยนต์ขนาดเล็กและเผาไหม้เร็วบางรุ่นที่ต้องการประกายไฟจุดระเบิด หลังศูนย์ตายบน (after top dead center - ATDC) เช่น เครื่องยนต์นิสสัน MA ที่มีห้องเผาไหม้ทรงครึ่งวงกลม หรือเครื่องยนต์ไฮโดรเจน[ต้องการอ้างอิง]
ศูนย์ตายบนของสูบที่หนึ่งมักถูกทำเครื่องหมายไว้บนรอกเพลาข้อเหวี่ยง ล้อตุนกำลังหรือชุดลดแรงสั่นข้อเหวี่ยงหรือทั้งสองอย่าง โดยมีเครื่องหมายตั้งจังหวะอยู่ติดกันแสดงค่าการตั้งค่าจังหวะการจุดระเบิดที่แนะนำซึ่งถูกกำหนดไว้ในระหว่างการพัฒนาเครื่องยนต์ เครื่องหมายตั้งจังหวะเหล่านี้สามารถนำมาใช้ตั้งจังหวะการจุดระเบิดได้ไม่ว่าจะตั้งแบบคงที่ด้วยมือหรือตั้งแบบไดนามิกโดยใช้แสงตั้งจังหวะโดยการหมุนจานจ่ายในตำแหน่งที่ติดตั้งอยู่
ในเครื่องยนต์หลายสูบ ลูกสูบอาจขึ้นถึงศูนย์ตายบนพร้อมกันหรือต่างเวลากันขึ้นอยู่กับโครงแบบเครื่องยนต์ ตัวอย่างเช่น:
- โครงแบบวี-ทวิน ลูกสูบทั้งสองจะขึ้นถึง TDC ในเวลาต่างกัน เท่ากับการกระจัดเชิงมุมระหว่างกระบอกสูบ
- โครงแบบแฟลตทวิน ลูกสูบทั้งสองที่อยู่ตรงข้ามกันจะขึ้นถึง TDC พร้อมกัน ซึ่งเรียกว่าการกระจัดที่ 0° แต่ลูกสูบหนึ่งอยู่ในจังหวะอัด ส่วนอีกลูกสูบอยู่ในจังหวะคาย
- โครงแบบสี่สูบเรียง ลูกสูบคู่ที่อยู่ปลายสุด (ลูกสูบ 1 และ 4) จะขึ้นถึง TDC พร้อมกัน เช่นเดียวกับลูกสูบคู่ตรงกลาง (ลูกสูบ 2 และ 3) แต่ลูกสูบคู่ทั้งสองนี้จะขึ้นถึง TDC โดยมีการกระจัดเชิงมุมที่ 180° รูปแบบที่คล้ายกันนี้ยังพบในเครื่องยนต์สูบเรียงเกือบทั้งหมดที่มีจำนวนลูกสูบคู่ ซึ่งลูกสูบคู่ที่อยู่ปลายสุดและลูกสูบคู่ตรงกลางจะเคลื่อนที่พร้อมกัน (แต่ไม่จำเป็นต้องห่างกัน 180° เสมอไป) และลูกสูบที่อยู่ระหว่างกลางจะเคลื่อนที่เป็นคู่ ๆ ในลักษณะภาพสะท้อนรอบศูนย์กลางของเครื่องยนต์
- โครงแบบแฟลตเพลน V8 และเครื่องยนต์ V ที่มีขนาดใหญ่กว่าหลายชนิด การเคลื่อนที่ของลูกสูบในแต่ละฝั่งจะคล้ายกับเครื่องยนต์สูบเรียง อย่างไรก็ดี ในเครื่องยนต์ครอสเพลน V8 และเครื่องยนต์ V10 ทั้งหมด การเคลื่อนที่ของลูกสูบจะมีความซับซ้อนกว่ามาก
แนวคิดเรื่องศูนย์ตายบนยังถูกนำไปใช้กับเครื่องยนต์โรทารีไร้ลูกสูบด้วย หมายถึงจุดในรอบการทำงานที่ปริมาตรของห้องเผาไหม้มีค่าน้อยที่สุด โดยปกติแล้วจะเกิดขึ้นหลายครั้งในหนึ่งรอบการหมุนของโรเตอร์ ตัวอย่างเช่น ในเครื่องยนต์วันเคล จะเกิดเหตุการณ์นี้ขึ้นสามครั้งสำหรับการหมุนหนึ่งรอบของโรเตอร์ (แต่เกิดขึ้นเพียงครั้งเดียวต่อการหมุนของเพลารับกำลังของเครื่องยนต์ เนื่องจากเพลารับกำลังหมุนด้วยความเร็วเป็นสามเท่าของโรเตอร์)[ต้องการอ้างอิง]
การหาปริมาตรกระบอกสูบจากระยะที่ลูกสูบเคลื่อนที่จากศูนย์ตายบนถึงศูนย์ตายล่างแล้วคูณด้วยจำนวนกระบอกสูบจะได้เป็นความจุเครื่องยนต์
เครื่องจักรไอน้ำ
[แก้]เนื่องจากเครื่องจักรไอน้ำมักวางในแนวนอน ศัพท์ที่ใช้คือศูนย์ตายหน้า (front dead center) และศูนย์ตายหลัง (back dead center) แทน "บน" และ "ล่าง"[ต้องการอ้างอิง]
หากเครื่องจักรไอน้ำสูบเดี่ยวหยุดทำงานในตำแหน่งศูนย์ตายไม่ว่าจะเป็นศูนย์ตายหน้าหรือหลัง จะต้องมีการเลื่อนให้พ้นจากตำแหน่งศูนย์ตายก่อนจึงจะสามารถสตาร์ตใหม่ได้ สำหรับเครื่องยนต์ขนาดเล็ก สามารถทำได้โดยการหมุนล้อตุนกำลังด้วยมือ ส่วนเครื่องยนต์ขนาดใหญ่ จะใช้คานงัดหรือ "เหล็กหมุน" ในการเคลื่อนล้อตุนกำลัง การดำเนินการทั้งสองวิธีนี้ต้องทำด้วยความระมัดระวังเพื่อป้องกันไม่ให้ผู้ใช้งานเข้าไปพันกับเครื่องจักร สำหรับเครื่องยนต์ขนาดใหญ่ขึ้น อาจต้องใช้เครื่องช่วยหมุน
โดยปกติแล้ว รถจักรไอน้ำจะมีกระบอกสูบคู่สองทางอย่างน้อยสองอัน ซึ่งทำให้สามารถตั้งข้อเหวี่ยงเพื่อให้มีลูกสูบอย่างน้อยหนึ่งตัวที่ไม่ได้อยู่ในตำแหน่งศูนย์ตายและไม่จำเป็นต้องมีตัวช่วยในการสตาร์ต ในกรณีปกติของรถจักรที่มีสองสูบ ข้อเหวี่ยงจะถูกตั้งฉากกัน ดังนั้น เมื่อลูกสูบตัวหนึ่งอยู่ในตำแหน่งศูนย์ตาย อีกตัวจะอยู่ในตำแหน่งกึ่งจังหวะ ซึ่งทำให้เกิดจังหวะกำลังสี่ครั้งที่เว้นระยะเท่ากันในหนึ่งรอบการหมุน[ต้องการอ้างอิง]
เครื่องจักรอื่น
[แก้]ศัพท์นี้ยังถูกใช้ในวงการเครื่องจักรอุตสาหกรรมด้วยเช่นกัน โดยเครื่องปั๊มโลหะแบบกลไกจะใช้เพลาข้อเหวี่ยงที่คล้ายกับในเครื่องยนต์ เพลาข้อเหวี่ยงนี้จะขับเคลื่อน "แรม" (ram) ชิ้นส่วนที่ทำหน้าที่ปั๊มหรือกดชิ้นงาน เมื่อแรมอยู่ห่างจากแผ่นรองรับ (platen) ของเครื่องปั๊มมากที่สุด ตำแหน่งนั้นจะถูกเรียกว่าศูนย์ตายบน[2]
ดูเพิ่ม
[แก้]
นิยามแบบพจนานุกรมของ ศูนย์ตายบน ที่วิกิพจนานุกรม
อ้างอิง
[แก้]- ↑ Principles of Automotive Vehicles. Technical Manual. United States Department of the Army. October 1985. pp. 2−33, 2−34.
- ↑ Miller, Rex; Miller, Mark Richard (2004). Audel Machine Shop Tools and Operations. Audel Technical Trades Series. Vol. 9 (5th ed.). Wiley Publishing, Inc. p. 345. ISBN 9780764568619.
- Sen, Mohan (2006). Basic Mechanical Engineering. Firewall Media. p. 297. ISBN 9788170089612.