เฮดเดอร์...เพิ่มกำลัง

พอดีไปหาความรู้เรื่องเฮดเดอร์ เจอเลยเอามาฝากครับ

เฮดเดอร์...เพิ่มกำลัง
เครื่องยนต์ 4 จังหวะที่ใช้กันในรถยนต์ทั่วไปมีการทำงานต่อเนื่อง ดูด-อัด-ระเบิด-คาย ในการหมุนเพลาข้อเหวี่ยงรอบต่อ 1 วัฏจักรการทำงาน คือ ดูด-ลูกสูบเลื่อนลง วาล์วไอดีเปิดเพื่อรับไอดีเข้ามา, อัด-ลูกสูบเลื่อนขึ้น วาล์วไอดี-ไอเสียปิดสนิท เพื่ออัดเตรียมให้มีการจุดระเบิดในจังหวะต่อไป, ระเบิด-จุดระเบิดด้วยหัวเทียน (สำหรับเครื่องยนต์เบนซิน) หรือจุดระเบิดด้วยการฉีดละอองน้ำมันเข้าผสมกับอากาศที่ถูกอัดแน่นจนร้อนจัด (สำหรับเครื่องยนต์ดีเซล) แล้วต่อเนื่องถึงจังหวะสุดท้ายที่เกี่ยวข้องกับ -เฮดเดอร์- คือ คาย-ลูกสูบเลื่อนขึ้น วาล์วไอเสียเปิดเพื่อระบายไอเสียออกจากเครื่องยนต์ เและเตรียมรับไอดีในจังหวะดูดต่อไป

การปรับแต่งเครื่องยนต์ให้ได้ผลเต็มที่ ต้องเพิ่มการประจุอากาศและน้ำมันในด้านไอดี ควบคู่กับการระบายไอเสียออกจากเครื่องยนต์ให้เร็วและหมดจดที่สุด ถ้าเพิ่มเฉพาะไอดีแต่ไอเสียระบายออกไม่ทันหรือไม่หมด กำลังของเครื่องยนต์ก็เพิ่มขึ้นไม่เต็มที่ แม้เครื่องยนต์ที่ไม่ได้ปรับแต่งด้านการประจุไอดี แต่ถ้าสามารถเพิ่มการระบายไอเสียให้ดีขึ้นได้ก็จะมีกำลังเพิ่มขึ้นเล็กน้อย

เสมือนเครื่องยนต์เป็นบ้าน ถ้าเพิ่มเฉพาะประสิทธิภาพการนำน้ำสะอาดเข้าบ้าน โดยไม่เพิ่มประสิทธิภาพการนำน้ำเสียออก น้ำเสียอาจค้างอยู่และผสมกับน้ำดี หรือมีแรงต้านการดูดน้ำดีเข้าบ้าน และแม้ไม่ได้เพิ่มประสิทธิภาพการนำน้ำดีเข้าบ้าน แต่ถ้าเร่งให้น้ำเสียออกจากบ้านได้เร็วและหมดจดก็ยังดี
พื้นฐานระบบระบายไอเสีย
การระบายไอเสียออกจากเครื่องยนต์ใช้การขยายตัวของก๊าซแรงดันสูงและร้อน ที่จะเคลื่อนตัวหาอากาศภายนอกที่เย็นและมีแรงดันต่ำกว่า ร่วมกับการเลื่อนตัวขึ้นของลูกสูบ ผ่านวาล์วไอเสียและพอร์ทไอเสียบนฝาสูบออกนอกเครื่องยนต์

ระบบระบายไอเสียภายนอกเครื่องยนต์ที่ต่ออยู่กับฝาสูบยาวต่อเนื่องไปถึงปลายท่อด้านท้ายนี้เองที่เกี่ยวข้องกับเฮดเดอร์ และได้รับความสนใจในการเพิ่มกำลังเครื่องยนต์เพราะสะดวก ไม่ต้องยุ่งกับชิ้นส่วนอื่นของเครื่องยนต์

ระบบระบายไอเสียนี้แยกเป็น 4 ส่วน คือ

1. ท่อร่วมไอเสีย - EXHAUST MANIFOLD (หรือภาษาสแลงเรียกว่า เขาควาย) ส่วนที่ติดกับฝาสูบของเครื่องยนต์ก่อนรวบเป็นท่อเดี่ยว (หรือคู่ในบางรุ่น) เฉพาะส่วนนี้เองที่ -เฮดเดอร์- เข้ามาแทนที่

2. ต่อจากนั้นเป็นท่อไอเสียเดี่ยว (หรือคู่ในบางรุ่น)

3. เข้าหม้อพักเก็บเสียง โดยอาจมีหม้อพักหลายใบ (ในหลายแบบ)

4. ต่อเนื่องไปยังปลายท่อระบายไอเสียออกสู่ภายนอก โดยเครื่องยนต์หัวฉีดรุ่นใหม่มีอุปกรณ์บำบัดไอเสีย-แคตตาไลติก คอนเวอร์เตอร์ ติดหลังท่อร่วมไอเสียก่อนเข้าหม้อพักใบแรก หรืออาจรวมอยู่กับท่อร่วมไอเสียเลย

รถยนต์ทั่วไปมักเลือกใช้ท่อร่วมไอเสียเป็นเหล็กหล่อและสั้น เพราะผลิตจำนวนมากได้สะดวก ขนาดกะทัดรัด และไม่ยุ่งยากเหมือนเฮดเดอร์ที่ต้องนำท่อเหล็กมาดัดและเชื่อมด้วยกำลังคน โดยยอมให้ไอเสียระบายปั่นป่วนและไม่คล่องนัก ก่อนรวบเข้าสู่ท่อไอเสีย (หรือแคตตาไลติก คอนเวอร์เตอร์) และใช่ท่อไอเสียช่วงต่อเนื่องไปขนาดไม่ใหญ่นัก พร้อมหม้อพักแบบไส้ย้อนที่ชะลอและหมุนไอเสียเพื่อลดเสียงดัง แล้วระบายออกปลายท่อแบบธรรมดา

การเพิ่มประสิทธิภาพระบบระบายไอเสีย
ไม่ว่าจะปรับแต่งเครื่องยนต์ด้านการประจุไอดีด้วยหรือไม่ เครื่องยนต์ทั่วไปสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการระบายไอเสียได้ โดยได้ผลมากบ้างน้อยบ้าง ขึ้นอยู่กับระบบไอเสียเดิมว่าอั้นหรือโล่งแค่ไหน และชุดใหม่ดีแค่ไหน

การทำให้การระบายไอเสียออกจากเครื่องยนต์เร็วและหมดจดที่สุดย่อมมีผลดี เพราะถ้าอั้นการไหลออกจะมีแรงดันย้อนกลับ-BACK PRESSURE คอยต้านการเลื่อนขึ้นของลูกสูบ และถ้าระบายไอเสียออกไม่หมด ไอดีที่เข้ามาในจังหวะต่อไปจะผสมกับไอเสีย เมื่อมีการจุดระเบิด การเผาไหม้จะลดความรุนแรงลง กำลังของเครื่องยนต์ก็จะลดลงเพราะไอดีมีออกซิเจนน้อยผู้ผลิตรถยนต์ส่วนใหญ่ไม่สามารถออกแบบและเลือกใช้ระบบท่อไอเสียทั้งชุดให้มีประสิทธิภาพสูงสุดได้ เพราะติดปัญหาเรื่องต้นทุน ความยุ่งยากในการผลิต และเรื่องเสียงที่อาจดังขึ้นบ้าง
เฮดเดอร์ไม่ใช่มาแทนทั้งระบบ
เป็นเพียงท่อร่วมไอเสียแบบพิเศษที่ถูกนำมาทดแทนท่อร่วมไอเสียเดิม ที่สั้นจนเกิดความปั่นป่วนและระบายไอเสียไม่โล่งมาก ไม่ใช่มาแทนระบบระบายไอเสียทั้งหมด เพราะยังต้องต่อออกไปยังท่อไอเสีย หม้อพัก และปลายท่อ (หรือแคตตาไลติก คอนเวอร์เตอร์ด้วย)

เฮดเดอร์ผลิตจากท่อเหล็กหรือสเตนเลสดัดขึ้นรูปหลายท่อแล้วเชื่อมรวบเป็นท่อเดี่ยว (หรือคู่) สำหรับต่อเข้าสู่ท่อไอเสีย (หรือแคตตาไลติก คอนเวอร์เตอร์) โดยมีการจัดระเบียบและปล่อยให้ไอเสียในแต่ละกระบอกสูบไหลออกมาเข้าสู่ท่ออิสระไม่เกี่ยวกับกระบอกสูบ เป็นระยะทางยาวกว่าท่อร่วมไอเสียเดิม เช่น เครื่องยนต์ 4 สูบ เดิมออกจากฝาสูบ 4 ท่อ ยาวแค่ 6 นิ้ว ก็ต้องรวบกันเพื่อเตรียมเข้าสู่ท่อไอเสีย แต่เฮดเดอร์มี 4 ท่ออิสระต่อออกจากฝาสูบ ยาวกว่า 12 นิ้วก่อนรวบ และยังมีการจัดลำดับเพื่อไม่ให้มีความปั่นป่วนของการไหลของไอเสีย การระบายไอเสียออกจากเครื่องยนต์ในช่วงต้นจึงคล่อง เร็ว และไม่ปั่นป่วน จากเฮดเดอร์ที่เปลี่ยนแทนท่อร่วมไอเสียเดิม

โดยสรุป จุดเด่นของเฮดเดอร์ คือ มีท่อเดี่ยวของแต่ละกระบอกสูบยาวขึ้น และจัดระเบียบการไหลของไอเสียก่อนรวบตามจังหวะการจุดระเบิดของเครื่องยนต์เพื่อเข้าสู่ท่อไอเสียเดี่ยว ดีกว่าท่อร่วมไอเสียเดิมแบบสั้นๆ ที่ระบายไม่คล่อง และการไหลของไอเสียมีความปั่นป่วนพอสมควร

สูตรเฮดเดอร์แท้จริง
เกี่ยวข้องกับแคมชาฟท์ เพื่อช่วยดูดไอดีด้วย จุดประสงค์ที่แท้จริงของเฮดเดอร์ ไม่ได้มีหน้าที่เพียงช่วยระบายไอเสียเท่านั้น แต่ยังช่วยสร้างแรงดูดไอดีเข้าสู่กระบอกสูบในจังหวะดูดของเครื่องยนต์ ในจังหวะโอเวอร์แล็ป-OVER LAP คือ จังหวะต่อเนื่องระหว่างคาย-ดูด ลูกสูบเลื่อนขึ้นเกือบสุด วาล์วไอเสียเกือบปิด แต่วาล์วไอดีเริ่มเปิดล่วงหน้าเล็กน้อย

ตามหลักการของคลื่นเสียง ACOUSTIC ที่มีการย้อนกลับเมื่อก๊าซแรงดันสูงหรือเสียงวิ่งไปถึงระยะหนึ่ง สลับไป-มาจนกว่าแรงดันจะหมดลง (ไม่สามารถมองเห็นได้) เฮดเดอร์ที่มีความยาวแต่ละท่อเหมาะสม จะช่วยให้ไอเสียไหลออกจากเครื่องยนต์ได้เร็วที่สุด เมื่อถึงจุดหนึ่งก็จะย้อนกลับมายังเครื่องยนต์และย้อนกลับออกไป

การย้อนกลับไป-มาของไอเสียตามหลัก ACOUSTIC ถ้าเฮดเดอร์มีความยาวเหมาะสม การย้อนกลับมาต้องพอดีกับจังหวะโอเวอร์แลป วาล์วไอดีเริ่มเปิด วาล์วไอเสียเกือบปิด เข้ามาช่วยดึงไอดีเข้าสู่กระบอกสูบได้เร็วขึ้น และเมื่อย้อนกลับออกไป วาล์วไอเสียก็ปิดสนิทพอดีและมีแรงดันลดลงแล้ว ไม่สามารถย้อนกลับเข้ามาได้อีก

การควบคุมให้ไอเสียมีการย้อนกลับไป-มาช่วยดูดไอดี ความยาวของท่อเฮดเดอร์ก่อนรวบเข้าท่อเดี่ยวขึ้นอยู่กับจังหวะเวลาการเปิด-ปิดวาล์วไอดี-ไอเสีย ซึ่งควบคุมด้วยลูกเบี้ยวบนเพลาลูกเบี้ยวหรือแคมชาฟท์ดังนั้นถ้าต้องการให้เฮดเดอร์ช่วยดูดไอดี ต้องออกแบบเฮดเดอร์ให้มีความยาวของท่อต่างๆ เหมาะสมกับองศาหรือจังหวะการควบคุมการเปิด-ปิดวาล์วของแคมชาฟท์ เครื่องยนต์บล็อกเดียวกัน มีรายละเอียดเหมือนกันทุกอย่าง หากใช้แคมชาฟท์ต่างกันด้วย ก็ต้องใช้เฮดเดอร์ที่มีความยาวของท่อต่างกัน แต่เนื่องจากมีการคำนวณที่ยุ่งยากมาก รวมทั้งไม่สามารถทราบองศาหรือจังหวะการเปิด-ปิดวาล์วไอดี-ไอเสียโดยละเอียดสำหรับเครื่องยนต์แบบมาตรฐานส่วนใหญ่จึงไม่นำมาตีพิมพ์

เมื่อคำนวณหาความยาวของเฮดเดอร์แล้ว มักมีความยาวมากจนไม่สามารถใส่ลงไปในห้องเครื่องยนต์ทั่วไปได้ นอกจากรถแข่งบางแบบที่มีพื้นที่เหลือเฟือ แคมชาฟท์พันธุ์แรงหรือแคมชาฟท์สำหรับรถแข่งที่มีองศาการเปิด-ปิดวาล์วนานๆ มักคำนวณออกมาเป็นท่อเฮดเดอร์ที่สั้นกว่า ส่วนแคมชาฟท์สำหรับเครื่องยนต์ทั่วไปซึ่งมีการเปิด-ปิดวาล์วช่วงสั้นกว่า เมื่อคำนวณความยาวของเฮดเดอร์ออกมาแล้ว มักยาวเหยียดจนไม่สามารถใส่ลงไปได้

เฮดเดอร์ทั่วไปจึงตัดประโยชน์ด้านการช่วยดูดไอดีออกไป เน้นเพียงประสิทธิภาพการช่วยระบายไอเสียออกไปให้เร็ว โล่ง และหมดจดที่สุด โดยไม่เน้นความยาวของท่อต่างๆ ของเฮดเดอร์เพื่อให้เกิดการย้อนกลับไป-มาตามหลัก ACOUSTIC หากแต่เป็นไปตามความเหมาะสมของพื้นที่ในห้องเครื่องยนต์ เพราะทำเฮดเดอร์ยาวเกินไปก็ใส่ลงไปไม่ได้
สูตรไหนดี
แยกเป็น 2 กรณี คือ ความยาวของเฮดเดอร์ และรูปแบบของเฮดเดอร์ก่อนรวบเป็นท่อเดี่ยว

ความยาวของเฮดเดอร์ ในเมื่อไม่สามารถทำตามความยาวที่แท้จริงและเหมาะสมได้ ขอเพียงมีท่ออิสระของแต่ละกระบอกสูบ ไม่มีการกวนของไอเสียแต่ละกระบอกสูบก่อนรวบเป็นท่อเดี่ยว ยิ่งยาวได้เท่าไรยิ่งดี แต่อย่างไรก็ยังสั้นเกินไปสำหรับการช่วยดูดไอดีอยู่ดี เลือกยาวที่สุดย่อมดีกว่า

รูปแบบ หมายถึง รูปแบบของท่อต่างๆ ของเฮดเดอร์ก่อนรวบเป็นท่อเดี่ยว มีผลต่อการไหลลื่นของไอเสีย เช่น เครื่องยนต์แบบ 4 สูบ เฮดเดอร์มี 2 แบบหลัก คือ 4-1 เป็นท่อเดี่ยว 4 ท่อ ออกจากฝาสูบ ฝาสูบละ 1 ท่อ ยาวตลอดจนรวบเป็นท่อเดี่ยวก่อนเข้าสู่ท่อไอเสียหรือแคตตาไลติก คอนเวอร์เตอร์ และ 4-2-1 เป็นท่อเดี่ยว 4 ท่อ ออกจากฝาสูบ ฝาสูบละ 1 ท่อ แล้วรวบเป็น 2 ท่อคล้ายตัววี ก่อนรวบเข้าเป็นท่อเดี่ยวเข้าสู่ท่อไอเสียในตำแหน่งจุดที่รวบเป็นท่อเดี่ยวยาวใกล้เคียงกัน โดย 2 ท่อของ 2 สูบที่จะรวบเข้าหากันต้องสลับกันจากจังหวะการจุดระเบิด เช่น เครื่องยนต์มีจังหวะการจุดระเบิดเรียงตามสูบ 1-3-4-2 ก็ต้องรวบสูบ 1 กับ 4 เข้าด้วยกัน และ 3 กับ 2 เข้าด้วยกัน แล้วค่อยเป็นตัววี ต่อเนื่องก่อนรวบเข้าท่อเดี่ยว เช่น เฮดเดอร์แบบ 4-2-1 เป็น 4 ท่อออกจากฝาสูบ ยาว 15 นิ้ว ช่วง 2 ท่อยาว 15 นิ้ว รวมเฮดเดอร์ยาว 30 นิ้ว แบบ 4-1 เป็น 4 ท่อออกจากฝาสูบ ยาว 30 นิ้ว รวมเฮดเดอร์ยาว 30 นิ้วเท่ากัน

สำหรับเครื่องยนต์แบบ 4 สูบ เฮดเดอร์แบบ 4-2-1 ให้อัตราเร่งตีนต้น-ปานกลาง ให้ผลดีและยืดหยุ่นกว่าแบบ 4-1 ที่ดีในช่วงตีนปลายหรือรอบสูงเป็นหลัก เครื่องยนต์แบบ 6 สูบเรียง มีรูปแบบเฮดเดอร์ 2 รูปแบบหลัก คือ 6-2-1 และ 6-1 โดยรูปแบบ 6-2-1 ทำได้สะดวกกว่าในเรื่องของความยาวและพื้นที่ ในขณะที่รูปแบบ 6-1 เกะกะกว่า ส่วนผลที่ได้รับ เฮดเดอร์แบบ 6-2-1 ให้อัตราเร่งตีนต้น-ปานกลาง ให้ผลดีและยืดหยุ่นกว่าแบบ 6-1 ที่ดีในช่วงตีนปลายหรือรอบสูงเป็นหลัก

สำหรับเครื่องยนต์แบบ วี 6 สูบ ซึ่งฝาสูบและพอร์ทไอเสียแยกกันอยู่แล้ว ต้องทำเฮดเดอร์แบบ 3-1 ในฝาสูบแต่ละข้าง รวมเป็น 3-1 + 3-1 แล้วรวบเข้าท่อเดี่ยว 1+1 เป็นหลัก

สำหรับเครื่องยนต์ 4 สูบ และ 6 สูบเรียง เลือกเฮดเดอร์แบบ 4-2-1 และ 6-2-1 เป็นหลัก จะให้อัตราเร่งและความยืดหยุ่นในการใช้งานทั่วไปดีลักษณะของเฮดเดอร์ข้างต้นที่ให้ผลแตกต่างกัน เป็นเพียงพื้นฐานส่วนใหญ่ เพราะแบบใดจะให้ผลต้นจัด ปลายแรง ต้องขึ้นอยู่กับส่วนประกอบอื่นด้วย เช่น เครื่องยนต์ที่ใช้แคมชาฟท์องศาสูง ถึงใส่เฮดเดอร์แบบ 4-2-1 ก็อาจจัดจ้านในรอบสูงเหมือนเดิม หรือเฮดเดอร์แบบ 4-2-1 กับแบบ 4-1 ที่ออกแบบสำหรับเครื่องยนต์เดียวกัน แบบแรกอาจให้ผลดีในรอบสูงกว่าแบบ 4-1 ซึ่งแย้งกับหลักการข้างต้นก็ได้ เพราะยังต้องขึ้นอยู่กับความยาวและขนาดของท่อต่างๆ ของเฮดเดอร์อีกด้วย

รายละเอียดอย่ามองข้าม
ในเมื่อเฮดเดอร์ต้องเน้นเฉพาะการเพิ่มประสิทธิภาพการระบายไอเสียเป็นหลัก ความสำคัญจึงไม่ใช่แค่ความยาวหรือขนาดของท่อต่างๆ เท่านั้น แต่ยังมีรายละเอียดอื่นๆ อีกด้วย

ความยาวในเมื่อไม่สามารถทำเฮดเดอร์ให้มีความยาวตามการคำนวณเพื่อให้สามารถช่วยดูดไอดีได้ การทำให้ท่อไอเสียแต่ละท่อที่ออกมาจากฝาสูบแต่ละกระบอกสูบมีการไหลอย่างอิสระที่สุดก่อนรวมกันย่อมมีผลดี

ขนาดของแต่ละท่อ
ท่อที่ต่อออกมาจากฝาสูบต้องมีขนาดเท่าพอร์ทไอเสียหรือใหญ่กว่าเล็กน้อย ห้ามเล็กกว่า เพราะไอเสียจะสะดุดหรืออั้นการไหล และหากเป็นเฮดเดอร์แบบ 4-2-1 หรือ 6-2-1 ช่วง 2 ท่อก่อนรวบเข้าท่อเดี่ยว ต้องมีขนาดใหญ่กว่าท่อที่ต่อออกมาจากฝาสูบประมาณ 1-3 หุน (3-9 มิลลิเมตร) เพราะต้องรองรับไอเสีย 2-3 สูบต่อ 1 ท่อ ก่อนรวบเข้าท่อเดี่ยวตามขนาดที่เหมาะสมตามความจุกระบอกสูบ (ซีซี) ของเครื่องยนต์

 

เยี่ยมเลยครับ

 

ดีครับแล่มจิงๆ

 

อ่านเพลินเลย...สาระเพียบ
ขอถามต่อนะคับ ท่อบวบ เป็นยังไง ข้างในเป็นแบบไหนและมีทำหน้าที่อะไรคับ

 

เยี่ยมเลยคับ ขอบคุณคับ

 

ขอบคุณครับ

 

ขอบคุณกับ สาระดีๆ ครับ

 

อ่านจบเเล้ว ขอบคุงคับ

 

อ่านยาวเลย

 

เฮดเดอร์มีอายุใช้งานกี่ปี ของผมแบบ 4-2-1 ของ Spoon เคยรั่วตรงรอยเชื่อมไปแล้วหนหนึ่ง

 

แบบนี้แปลว่าแรงครับพี่โต้ง ของผมก็เคยเป็น เมื่อก่อนใส่แท่นเครื่องเหล็ก
กับครัช OS ท่อไม่มีข้ออ่อน ซัด ๆ อยู่พอสับเกียร์ปุ๊บ ท่อล่างขาดกลาง
ลากพื้นยาวเลยพี่ อายโคตร

 

อ่านยาวเลย

 

ของคุณครับ

 

สาระดีๆครับ

 

เยี่ยมมากครับ แหล่มเลย

 

แอบมาดู ครับ........ความรู้ เพียบ

 

อ่านลืมไปเลย อิอิ ขอบคุณค่ะ

 

ขอบคุณสำหรับสาระดี ๆ ครับ

 

ประหยัดนำ้ำมันได้ไหมครับพี่

 

มาเก็บความรู้.......ได้เพียบเลย ดีครับ

อิอิ