นี่ก็เป็นอีกหนึ่งของแต่งเครื่อง NA ขั้นพื้นฐานที่เล่นกันมาตั้งแต่รุ่นพ่อเราโน่น ผมเคยมีข้อสงสัยว่าเฮดเดอร์มันต่างจากท่อร่วมไอเสีย หรือ Exhaust Manifold ยังไง? มันก็เป็นที่ที่ไอเสียไหลมารวมกัน แล้วก็เข้าไปสู่เครื่องกรองไอเสียและระบบไอเสียทั้งเส้นต่อไปไม่ใช่หรือ? ประเด็นนี้ผมสับสนมากเพราะบางคนก็เรียกท่อร่วมไอเสียติดรถว่าเฮดเดอร์โรงงานแต่ผมลองไปถามคนเล่นรถรุ่นน้าดู เขาเลือกที่จะให้คำจำกัดความว่าเฮดเดอร์มันก็คือท่อร่วมไอเสียนั่นแหละแต่เป็นท่อร่วมไอเสียที่ถูกออกแบบและทำขึ้นมาโดยไม่ต้องคำนึงถึงต้นทุนการผลิตมากเท่าของที่ผลิตโดยโรงงานรถยนต์เองและต้องมีรูปแบบที่คิดคำนวณมาอย่างดีให้เหมาะกับรูปแบบและลักษณะการใช้งานที่เครื่องยนต์นั้นจะถูกนำไปใช้
แล้วเฮดเดอร์ทำให้เครื่องแรงขึ้นได้ยังไง? ตามความเข้าใจผมสมัยเรียนอยู่ก็เข้าใจว่าเป็นเพราะท่อเฮดเดอร์มันมีความโค้งมนสวยแถมรูระบายไอเสียโตกว่าของติดรถจากโรงงานก็เลยทำให้ไอเสียออกได้เร็วขึ้นรถก็เลยแรงขึ้น..คิดออกได้แค่นั้นจริงๆตามประสาคนไม่ได้เรียนสายวิทย์และตกวิทย์ ม.ต้น แต่ในภายหลังผมซื้อหาหนังสือมาอ่านเพิ่มเติมก็เลยได้ทราบว่าคำตอบจริงๆซับซ้อนกว่านั้น
ทำไมเฮดเดอร์ต้องมีสูตรล่ะ? แค่ดัดท่อยาวๆโง้งๆโค้งๆเป็นงาพลายจำปาแล้วใส่เข้าไปก็น่าจะจบ..แต่มันไม่ใช่เพราะมันมีวิทยาศาสตร์เข้ามาเกี่ยวข้องกับปริมาณ, จังหวะและความเร็วในการไหลออกของไอเสีย
ทำไมเฮดเดอร์ต้องมีสูตรล่ะ? แค่ดัดท่อยาวๆโง้งๆโค้งๆเป็นงาพลายจำปาแล้วใส่เข้าไปก็น่าจะจบ..แต่มันไม่ใช่เพราะมันมีวิทยาศาสตร์เข้ามาเกี่ยวข้องกับปริมาณ, จังหวะและความเร็วในการไหลออกของไอเสีย
ไอเสียถูกดันออกมาจากห้องเผาไหม้ผ่านวาล์วไอเสียที่เปิดอยู่และลูกสูบที่ดันส่งออกมาทำให้ไอเสียเองนั้น มีทั้งแรงดันและน้ำหนักที่ชนะความดันอากาศภาย นอกลองนึกภาพว่าแรงดันนี้เป็นงูตัวนึงเลื้อยออกมาจากพอร์ทไอเสียส่วนหัวของงูก็คือจุดที่มีแรงดันสูงสุด และยิ่งค่อนไปทางหางงูมากเท่าไหร่แรงดันนี้ก็จะยิ่งน้อยลงตามลำดับในจังหวะที่มันพุ่งออกมานี้วาล์วไอเสียก็จะค่อย ๆ ปิดชั่วพริบตาก่อนที่มันจะปิดลงวาล์วไอดีจะเริ่มเปิด (ช่วงเวลาที่วาล์วไอดีและไอเสียอยู่ในจังหวะแง้ม ๆ พร้อมกันนี่ล่ะที่เขาเรียกว่า Overlap)
จากที่หัวงู(ไอเสียส่วนหัว) เลื้อยไปอย่างเร็วและทำให้แรงดันในส่วนหางน้อยลงนั้นเผอิญว่าไปทำให้แรงดันในห้องเผาไหม้น้อยกว่าแรงกดอากาศภายนอก(ซึ่งธรรมชาติสร้างมาให้เรา1 บาร์) สภาพเช่นนี้ทำให้เกิดเป็นแรงดึงดูดกวักมือเรียกให้ไอดีเข้ามาได้คนออกแบบเฮดเดอร์ชั้นเซียนจะเข้าใจประโยชน์ที่ซ่อนอยู่จากแรงดันและการเคลื่อนที่ของไอเสียกับ Overlap นี้และนำไปคิดต่อว่าเครื่องยนต์ที่ใช้จะเป็นเครื่องที่เน้นพละกำลังในรอบเครื่องระดับใดจากนั้นก็ออกแบบเฮดเดอร์ให้สามารถลำเลียงไอเสียออกด้วยความเร็ว 250 ฟุต/วินาทีที่รอบเครื่องแรงบิดสูงสุด
ผลพวงที่ได้จากการนำไอเสียออกได้เร็วและนำไอดีเข้าห้องเผาไหม้ได้มากขึ้นนั้น ทำให้เครื่องยนต์มีออกซิเจนในห้องเผาไหม้รอการจุดระเบิดมากขึ้นผลที่ตามมาก็คือพลังจากการจุดระเบิดที่ได้มากกว่า พูดง่าย ๆ คือแรงขึ้นนั่นเอง แต่ถ้าเฮดเดอร์มีรูให้ไอเสียออกใหญ่เกินไปจะกลายเป็นว่าไอเสียจะไหลออกช้าลงเพราะต้องฟิลให้เต็มพื้นที่ขอท่อก่อน(เหตุผลอธิบายก็คล้ายกันกับเหตุผลว่าทำไมเครื่องบล็อคเล็กจึงไม่ต้องการระบบไอเสียขนาดใหญ่) และถ้าออกแบบมาเล็กเกินไปทีนี้จะกลายเป็นระบายไม่ทันเกิดแรงดันย้อนกลับในช่วง Overlap ทำให้ไอ้ที่จุดระเบิดน่ะไม่ใช่ออกซิเจนแต่เป็นไอเสียส่วนหนึ่งที่กำลังร้องเพลง "เพราะช้านนนม่ายยมีที่ปายยย"
ยัง..ยังไม่จบแค่นั้นนี่เราแค่พูดถึงลูกสูบเดียวนะครับ ต้องไม่ลืมว่าเครื่องยนต์อย่างที่เราและท่านใช้กันส่วนมากนี่มี 4 สูบ ก็ต้องคำนึงถึงแรงดันไอเสียที่มีผลกันในแต่ละสูบด้วยอย่างเครื่องยนต์ 4 สูบทั่วไปที่มีลำดับการจุดระเบิดแบบ 1-3-4-2 นั้นในจังหวะที่สูบ 2 กำลังคายไอเสียใกล้หมดวาล์วไอเสียสูบหนึ่งก็กำลังเปิดอยู่และมีแรงดันทะเล็ดออกมา แล้วลองคิดดูว่าถ้าลูกสูบสองลูกนี้คายไอเสียมาใส่ท่อร่วมไอเสียอันเดียวกันแรงดันไอเสียของสูบ 1 ก็จะไปรบกวนความสามารถในการดูดไอดีของสูบ 2 ได้ มันจึงต้องมีเรื่องของความยาวท่อเฮดเดอร์ในแต่ละช่วงเข้ามาเกี่ยวข้องด้วย
เมื่อรู้หลักการของเฮดเดอร์ (ในแบบที่ไม่ต้องมีตัวเลขถอดรูทยกกำลังอะไรกันมาก)แล้วถึงจุดที่จะไปเลือกเฮดเดอร์กันจะทำยังไงถึงจะดูโหงวเฮ้งถูกว่าเฮดเดอร์ที่เรากำลังจะซื้อใส่นั้นมันเหมาะกับเครื่องเราหรือเปล่า?
สิ่งที่ให้ดูนอกจากความเรียบร้อยในการเก็บงานลบขอบมุมเชื่อมแบบไร้รอยคอดแล้วก็ให้ดูที่
1 - ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อที่ไอเสียจะไหลผ่าน เพราะสิ่งนี้คือตัวที่จะกำหนดความเร็วในการไหลออกของไอเสียให้เหมาะกับเครื่องที่ความจุต่างกันหรือแค็มชาฟท์องศาต่างกัน
2 - ความยาวของท่อในแต่ละช่วงเอาสายคาดเอว Biggest Looser วัดเอาก็ได้
3 - มุมหักของเฮดเดอร์ช่วงที่ขันติดกับฝาสูบไม่ควรหักทำมุมมากเกินไปเพราะไอเสียพุ่งขึ้นมาจากพอร์ทเป็นแนวเส้นขึ้นหากเฮดเดอร์หักมุมลงก็จะทำให้การไหลของไอเสียไม่ราบรื่นเท่าที่ควรและยิ่งมันอยู่ใกล้พอร์ทมากเลยนี่สิเวรจะเกิด!
3 - มุมหักของเฮดเดอร์ช่วงที่ขันติดกับฝาสูบไม่ควรหักทำมุมมากเกินไปเพราะไอเสียพุ่งขึ้นมาจากพอร์ทเป็นแนวเส้นขึ้นหากเฮดเดอร์หักมุมลงก็จะทำให้การไหลของไอเสียไม่ราบรื่นเท่าที่ควรและยิ่งมันอยู่ใกล้พอร์ทมากเลยนี่สิเวรจะเกิด!
"เฮดเดอร์แบบ 4-2-1 ในเครื่อง D15B ดูสวยกว่าภาพตะกี้ใช่มั้ยเพราะไอเสียมีการแยกสูบกันแถมมุมหักช่วงที่ติดกับฝาสูบก็ค่อยๆไล่ระดับโค้งลง"
สำหรับเครื่องยนต์ 4 สูบของรถใหม่ป้ายแดงในบ้านเรานั้นหากคุณไม่คิดจะเปลี่ยนแค็มชาฟท์เป็นแบบองศาสูงก็น่าใช้เฮดเดอร์แบบที่เขาเรียกว่า 4-2-1 นี่ไม่ใช่รางวัลเลขท้ายสามตัวแต่เป็นวิธีที่ใช้เรียกลักษณะการรวบท่อเฮดเดอร์โดยนำสูบ 1 รวบกับ 4 และ 2 รวบกับ 3 ซึ่งจะทำให้จาก 4 ท่อลดลงมาเหลือ 2 ท่อจากนั้น 2 ท่อนี้จะรวบกันอีกทีเหลือแค่ 1 จึงกลายเป็นที่มาของชื่อ 4-2-1 นั่นเองเฮดเดอร์แบบนี้ให้แรงบิดในช่วงกลางสำหรับการเร่งแซงที่ดีเหมาะกับการใช้งานทั่วไปจนถึง 7,000 รอบต่อนาทีอีกทั้งยังสามารถสร้างขึ้นมาได้ง่าย
สำหรับเครื่องยนต์ขนาด 1.2 ลิตร(นี่คิดไว้เผื่อไอ้หนู March ด้วยนะ) ลองวัดเส้นผ่านศูนย์กลางท่อท่อนแรกที่ออกจากพอร์ทไอเสียไปจนถึงจุดที่รวบ 2 สูบเข้าด้วยกัน(ท่อนPrimary) ไม่ควรจะใหญ่เกินกว่า 1.35 นิ้วและเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อของท่อนต่อมา (ก่อนที่จะจอยกันเหลือ 1 ท่อหรือเรียกว่าท่อน Secondary) ก็ไม่ควรจะใหญ่กว่า 1.6 นิ้ว
ต่อมาก็เป็นเครื่องยนต์ 1.5-1.6 ลิตรสำหรับ Jazz, Vios, Yaris, Tiida, และ Altis 1.6 ทั้งหลายท่อน Primary ไม่ควรใหญ่เกินกว่า 1.5 นิ้วในขณะที่ท่อน Secondary จะอยู่ที่ประมาณ 1.6-1.7 นิ้ว
เครื่องยนต์ขนาด 2.0 ลิตรใช้ท่อน Primary ขนาด 1.6 นิ้วและท่อน Secondary ขนาด1.8 นิ้ว
เครื่องยนต์ขนาด 2.4 ลิตรใช้ท่อน Primary ขนาด 1.7 นิ้วและท่อน Secondary ขนาด 1.8 นิ้วส่วนความ "ยาว" ของท่อแต่ละช่วงนั้นจะแปรผันได้หลากหลายตำราเขาว่าถ้ายิ่งทำท่อน Primary ยาวและ Secondary สั้นก็จะเป็นการเพิ่มคาแร็คเตอร์ในการเน้นแรงม้ารอบสูงมากกว่าแรงบิดที่รอบกลางๆความยาวของท่อน Primary สำหรับเฮดเดอร์ 4-2-1 นี้จะอยู่ระหว่าง 1 ฟุต -1ฟุตครึ่งและท่อ Secondary จะอยู่ที่ฟุต 3 นิ้ว - 2 ฟุตนี่คือรถบ้านทั่วไปที่จะเน้นใช้งานแบบเอาความคล่องตัวแต่ถ้าหากคุณเป็นแฟนเครื่องตระกูล B-Series VTEC DOHC เช่น B16A หรือ B18C รวมไปถึงเครื่องตัวจี๊ดของToyota อย่าง 4A-GE ซึ่งเครื่องพวกนี้เป็นเครื่องที่เน้นการใช้งานในรอบสูงสามารถลากรอบได้ 8-9 พันรอบต่อนาทีรูปแบบของเฮดเดอร์ที่ใช้สำหรับเครื่องเหล่านี้ก็จะเปลี่ยนมาใช้แบบ 4-1 แทนซึ่งก็คือเฮดเดอร์แบบที่มีการรวบท่อจากที่ยิงออกมา 4 ท่อก็มีรวบเหลือ 1 ท่อเลยโดยไม่มีการรวบเป็น 2 ก่อน(จึงไม่ต้องมาแยกว่าอันไหนเป็น Primary หรือ Secondary เย้!) เฮดเดอร์ลักษณะนี้ในรอบต่ำจะไม่ค่อยได้ประโยชน์จากแรงดึงแรงดันระหว่างลูกสูบนักแต่ที่รอบสูงการไหลออกของไอเสียจะมีความสัมพันธ์กันเป็นจังหวะที่สามารถกวักมือเรียกไอดีเข้าได้ทันการหมุนของรอบเครื่องแต่ราคาเฮดเดอร์แบบนี้จะสูงกว่าแบบแรกนะครับ
เทียบให้เห็นระหว่างเฮดเดอร์ 4-2-1 (ซ้าย) และ 4-1 ทางด้านขวา (ภาพจากhonda-tech.com)
เครื่อง B16A, 4A-GE, 4G92 MIVEC และ SR16VE พวกนี้ความจุ 1.6 ลิตร ใช้ท่อเส้นผ่านศูนย์กลาง 1.63 นิ้ว เครื่อง B18C, B20 ที่ใช้ฝา VTEC, 3S-GE BEAMS, SR20VE ความจุประมาณ 1.8-2.0 ลิตรใช้ท่อเส้นผ่านศูนย์กลางโตขึ้นได้นิดหน่อยเป็น 1.75 นิ้วสำหรับรถที่มีการทำแค็มองศาสูงพิเศษสำหรับการแข่งขัน(เอาชนิดที่ว่าเดินเบาพะงาบๆขับในเมืองลำบากเลย) เช่น ใส่แค็มแต่ง 272 องศาหรือมากกว่าให้ขยับเส้นผ่านศูนย์กลางท่อเป็น 2 นิ้วได้เลย
"มาเจออันนี้ไอ้ D15B ชิดซ้ายเลยดูสิเฮดเดอร์มันยิงออกมาจากพอร์ทไอเสียตั้งยาวกว่าจะโค้งลงแต่มันจะใช่เฮดเดอร์ที่เจ๋งที่สุดหรือเปล่า?"
มาที่เครื่องที่เป็นแบบ V6 กันบ้างเฮดเดอร์ของเครื่องแบบนี้ก็จะออกข้างละ 3 แล้วค่อยรวบเหลือข้างละ 1 ก่อนจะมาบรรจบรวมกันอีกที่เพื่อเข้าระบบท่อไอเสียเครื่อง V6 2.0-2.3 ลิตรใช้ท่อเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 1.5 นิ้วท่อนที่รับจาก 3 มารวม 1 ใช้ขนาด 1.7 นิ้วส่วนเครื่อง V6 2.5-3.0 ลิตรขยับขึ้นอีกนิดเป็น 1.7 นิ้วท่อน 3 รวม 1 ใช้ท่อขนาด 2.0 นิ้ว
ตัวอย่างเฮดเดอร์ V6 ของเครื่อง VQ35DE เทียบกับท่อร่วมเดิมทางด้านขวา(ภาพจากnorthwestnissans.com)
เรื่องที่สำคัญอีกอย่างคือการติดตั้งอุตส่าห์ออกแบบกันมาดิบดีแต่ติดตั้งพลาดไปนิดเดียวเฮดเดอร์ก็จะกลายเป็นเฮดเดี้ยงใส่แล้วไม่รู้สึกว่าแรงทั้งๆที่ปัญหาเป็นเส้นผมบังภูเขาแท้ๆลองดูภาพตัวอย่างที่ผมสแกนมาจากหนังสือ Four-Stroke Performance ของ Alexander Bell นี้
ภาพนี้ภาพเดียวพยายามบอกเราสองไอเดียพร้อมกันเลยในภาพบนสุด "Poor Design" เฮีย Alex แกเน้นให้ดูมุมหักของเฮดเดอร์ในช่วงที่ประกบกับฝาสูบซึ่งมันหักลงเป็นมุมชันไม่มีการไล่ slope แบบค่อยเป็นค่อยไปแบบนี้ถือว่ามีส่วนในการลดประสิทธิภาพการไหลออกของไอเสียส่วนในภาพที่สอง "Poor fit" แสดงให้เห็นถึงเฮดเดอร์ที่มีการไล่ slope สวยกว่าอันตะกี้มากแต่ทว่าดวงซวยตอนติดตั้งไม่ได้กะตะแหน่งมาให้ดีพอติดตั้งขันน็อตเข้าไปปรากฏว่าส่วนบนของเฮดเดอร์เกยเยื้องกับพอร์ทไอเสียพอไอเสียพุ่งออกมาเจอหยักตรงนั้นก็ทำให้การไหลออกไม่ลื่นเพราะต้องมาสะดุดอยู่ตรงนี้เองส่วนภาพสุดท้ายคือความเหมาะสมทั้งดีไซน์ดีและการติดตั้งดี
เนื้อหาบทความและรูปภาพจากคอลัมน์ Fart & Furious โดย Commander CHENG จาก www.headlightmag.com
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น