ฝาครอบวาล์วเครื่องยนต์ที่ทำจากอลูมิเนียมสมัยใหม่มักใช้โลหะผสมเกรดอากาศยาน 6061-T6 ในปัจจุบัน โดยจะถูกกลึงด้วยเครื่อง CNC อย่างแม่นยำ จนมีค่าความคลาดเคลื่อนเพียงประมาณ 0.1 มม. ซึ่งช่วยรักษาระดับความหนาของผนังให้สม่ำเสมอตลอดทั้งชิ้น ส่งผลให้ต่างจากวิธีการหล่อแบบดั้งเดิมที่มักทิ้งจุดอ่อนไว้ในบางบริเวณ วิธีนี้จึงสามารถกำจัดจุดที่เป็นปัญหาออกไปได้อย่างสิ้นเชิง สิ่งที่น่าสนใจคือ ชิ้นส่วนเหล่านี้มีความแข็งแรงมากกว่าทางเลือกที่ทำจากพลาสติกอย่างไร รายงานบางฉบับเมื่อปีที่แล้วระบุว่า พวกมันมีความแข็งแรงต่อหน่วยน้ำหนักสูงกว่าประมาณสามเท่า และยังไม่ควรลืมเรื่องความสามารถในการทนต่อแรงดันด้วย ฝาครอบที่สร้างจากบิลเล็ตสามารถรองรับแรงดันได้เกินกว่า 20,000 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว (psi) ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญมากเมื่อต้องทำงานกับระบบวาล์วแปรผันตามเวลา (variable valve timing systems) โดยเฉพาะเมื่อแรงดันแนวข้างกลายเป็นปัจจัยที่ต้องคำนึงถึงในระหว่างการทำงานปกติของเครื่องยนต์
อลูมิเนียมสามารถระบายความร้อนได้เร็วกว่าพลาสติกประมาณ 15 เท่า ซึ่งช่วยให้อุณหภูมิคงที่แม้จะผ่านกระบวนการให้ความร้อนและทำให้เย็นลงหลายรอบระหว่างอุณหภูมิประมาณ 40 องศาเซลเซียส ถึง 150 องศาเซลเซียส ตามการวิจัยที่เผยแพร่เมื่อปีที่แล้วในวารสาร Thermal Management Journal เมื่อนำอลูมิเนียมมาใช้เป็นฝาครอบในเครื่องยนต์เทอร์โบชาร์จ จะช่วยลดการสึกหรอของก๊อกเก็ตได้ประมาณสองในสามเมื่อเทียบกับชิ้นส่วนพลาสติก สาเหตุคือ อลูมิเนียมมีอัตราการขยายตัวจากความร้อนอยู่ที่ประมาณ 23 ไมโครเมตรต่อเมตรต่อองศาเซลเซียส ซึ่งสอดคล้องกับบล็อกเครื่องยนต์อลูมิเนียมมาตรฐานได้ค่อนข้างดี ส่งผลให้มีโอกาสบิดงอของฝาครอบน้อยกว่ามากเมื่อเครื่องยนต์เริ่มทำงานครั้งแรกในสภาพอากาศหนาวเย็น ซึ่งเป็นปัญหาที่มักเกิดขึ้นกับชิ้นส่วนพลาสติก
| คุณสมบัติ | อลูมิเนียม | เหล็กหล่อ | พลาสติก |
|---|---|---|---|
| ความแข็งแรงในการดัด | 275 MPa | 150 MPa | 85 MPa |
| จำนวนรอบการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิจนเกิดความล้มเหลว | 1,000,000+ | 500,000 | 100,000 |
| อัตราการขยายตัวของรอยแตก | 0.002 mm/cycle | 0.005 mm/cycle | 0.15 mm/cycle |
ตามที่ระบุไว้ใน วารสารวิศวกรรมยานยนต์ระหว่างประเทศ (2023), อลูมิเนียมมีความโดดเด่นในสภาพแวดล้อมที่มีการสั่นสะเทือนสูง ซึ่งพบได้ทั่วไปในเครื่องยนต์แบบฉีดเชื้อเพลิงโดยตรง ในขณะที่ฝาครอบพลาสติกจะเปราะบางภายใน 2–3 ปีเมื่อเผชิญกับการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ แต่อลูมิเนียมยังคงความสามารถในการทนต่อแรงกระแทกได้ถึง 95% หลังจากใช้งานต่อเนื่องแปดปี
ฝาครอบวาล์วอลูมิเนียมบนเครื่องยนต์ BMW B58 และรุ่น Ford EcoBoost ทนความร้อนได้ดีกว่าแบบพลาสติกอย่างมาก การทดสอบแสดงให้เห็นว่าหลังขับต่อเนื่อง 150,000 ไมล์ มีความเครียดจากความร้อนลดลงประมาณ 40 เปอร์เซ็นต์ ตามผลการศึกษาจากรายงาน High Performance Engine Report ฉบับล่าสุดที่เผยแพร่ในปี 2023 ยังพบว่าการรั่วของน้ำมันเครื่องลดลงอย่างมากเมื่อใช้ชิ้นส่วนอลูมิเนียมที่ผ่านกระบวนการกัดด้วยเครื่อง CNC พื้นผิวของชิ้นส่วนเหล่านี้สามารถปิดผนึกได้ดีขึ้นโดยรวม และยังไม่ควรลืมเรื่องการลดเสียงรบกวนด้วย ฝาครอบโลหะเหล่านี้สามารถลดการสั่นสะเทือนความถี่สูงที่น่ารำคาญระหว่าง 400 ถึง 600 เฮิรตซ์ ลงได้ประมาณ 18 เดซิเบล เมื่อเทียบกับฝาครอบเหล็กที่ขึ้นรูปด้วยแรงกด ซึ่งหมายความว่าจะมีปัญหาในอนาคตลดลง และผู้โดยสารภายในรถจะได้สัมผัสกับประสบการณ์การขับขี่ที่เงียบขึ้นอย่างชัดเจน
เมื่อเครื่องยนต์ทำงานหนัก อุณหภูมิภายในห้องเครื่องสามารถสูงเกิน 250 องศาฟาเรนไฮต์ (ประมาณ 121 องศาเซลเซียส) ความร้อนระดับนี้สร้างความเครียดให้กับชิ้นส่วนต่างๆ เป็นอย่างมาก ทำให้การจัดการความร้อนอย่างเหมาะสมกลายเป็นสิ่งจำเป็น ฝาครอบวาล์วอลูมิเนียมช่วยแก้ปัญหานี้ได้เพราะสามารถถ่ายเทความร้อนออกไปได้รวดเร็วกว่าวัสดุอื่น ๆ ผลการทดสอบแสดงให้เห็นว่า ฝาครอบชนิดนี้สามารถลดอุณหภูมิใต้ฝากระโปรงรถลงได้ระหว่าง 15 ถึง 20 เปอร์เซ็นต์ เมื่อเทียบกับค่าที่เราพบโดยทั่วไป ตามการวิจัยที่ตีพิมพ์โดย SAE International ในปี 2022 ซึ่งศึกษาการสะสมความร้อนใต้ฝากระโปรงรถ การเปลี่ยนมาใช้วัสดุอลูมิเนียมสามารถลดการสะสมความร้อนรอบคอยล์จุดระเบิดได้ประมาณ 23% สิ่งนี้มีความสำคัญอย่างมากเมื่อรถยนต์ติดอยู่ในสภาพการจราจรติดขัดหรือต้องหยุดและออกตัวบ่อยครั้ง สาเหตุที่อลูมิเนียมทำงานได้ดีนั้นเกิดจากโครงสร้างอะตอมของมัน โดยสรุป อลูมิเนียมสามารถขจัดความร้อนได้เร็วกว่าพลาสติกประมาณสามเท่า ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมผู้ผลิตจำนวนมากจึงเริ่มนำวัสดุนี้มาใช้ในออกแบบผลิตภัณฑ์
อลูมิเนียมนำความร้อนได้ประมาณ 205 วัตต์ต่อเมตรเคลวิน ซึ่งสูงกว่าพลาสติกประเภทไนลอนถึงมากกว่าสิบเท่า เนื่องจากพลาสติกมีค่าเพียง 0.2 ถึง 0.4 วัตต์ต่อเมตรเคลวิน เมื่อพิจารณาในเครื่องยนต์ที่ใช้เทอร์โบชาร์จ พลาสติกมักเริ่มบิดเบี้ยวเมื่ออุณหภูมิสูงถึงประมาณ 300 องศาฟาเรนไฮต์ (ประมาณ 149 องศาเซลเซียส) แต่อลูมิเนียมยังคงรักษารูปร่างไว้ได้แม้อุณหภูมิจะสูงถึงประมาณ 600 องศาฟาเรนไฮต์ (หรือประมาณ 316 องศาเซลเซียส) ความจริงที่ว่าอลูมิเนียมไม่เสียรูปง่ายทำให้เกิดการรั่วของน้ำมันเครื่องน้อยลงระหว่างการทำงาน และยังทำให้หัวเทียนทำงานได้อย่างเหมาะสม โดยไม่เกิดปัญหาจากการได้รับความร้อนจัด
ฝาครอบวาล์วอลูมิเนียมช่วยป้องกันไม่ให้ความร้อนสะสมอยู่ที่จุดใดจุดหนึ่ง ซึ่งจะช่วยปกป้องชิ้นส่วนสำคัญ เช่น คอยล์จุดระเบิดและหัวฉีดเชื้อเพลิง ไม่ให้สึกหรอเร็วเกินไป เมื่อเราพิจารณาเครื่องยนต์สมรรถนะสูงผ่านการวิเคราะห์ความร้อน พบว่าอุณหภูมิน้ำมันลดลงประมาณ 18 องศาฟาเรนไฮต์ เมื่อเทียบกับวัสดุชนิดอื่น ซึ่งเทียบเท่ากับการสูญเสียแรงเสียดทานภายในเครื่องยนต์ที่ลดลงประมาณ 4 เปอร์เซ็นต์ การจัดการอุณหภูมิที่ดีขึ้นหมายถึงการเผาไหม้เชื้อเพลิงที่สะอาดยิ่งขึ้น ทำให้ระบบทำงานได้มีประสิทธิภาพมากขึ้น นอกจากนี้ยังช่วยลดภาระความเครียดจากชิ้นส่วนควบคุมการปล่อยมลพิษ เช่น ตัวแปลงสารเคมี (catalytic converters) ที่อาจได้รับความเสียหายเมื่ออุณหภูมิใต้ฝากระโปรงหน้าสูงเกินไป
ฝาครอบวาล์วอลูมิเนียมมีพื้นผิวการติดตั้งที่แข็งแรงกว่าทางเลือกแบบพลาสติกถึงประมาณ 60% ซึ่งช่วยลดการโก่งตัวของชิ้นส่วนได้อย่างมาก ส่งผลให้ระบบวาล์วทำงานอย่างมั่นคงระหว่างการใช้งาน ความแข็งแกร่งที่เพิ่มขึ้นยังช่วยรักษาการจัดแนวเพลาลูกเบี้ยวให้ถูกต้อง ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งต่อการควบคุมจังหวะการทำงานของวาล์วอย่างแม่นยำ โดยเฉพาะในเครื่องยนต์ฉีดเชื้อเพลิงโดยตรงรุ่นใหม่ สิ่งที่น่าสนใจคือ ฝาครอบเหล่านี้ยังช่วยลดการสั่นสะเทือนและรองรับระบบจุดระเบิดรุ่นใหม่ได้อย่างมีประสิทธิภาพ การทดสอบจริงบนเครื่องยนต์สมรรถนะสูงแสดงให้เห็นว่า ความสามารถในการตอบสนองคันเร่งดีขึ้นประมาณ 20% เมื่อเทียบกับการออกแบบแบบเหล็กดั้งเดิม ทำให้ฝาครอบอลูมิเนียมกลายเป็นตัวเลือกยอดนิยมสำหรับวิศวกรยานยนต์ที่ต้องการทั้งความน่าเชื่อถือและความไวต่อการตอบสนอง
เมื่อพูดถึงการดูดซับการสั่นสะเทือนความถี่สูงที่รบกวนจิตใจ อลูมิเนียม 6061-T6 ทำได้ดีอย่างน่าประทับใจเมื่อเทียบกับเหล็กตีขึ้นรูป โดยในการทดสอบพบว่าดีกว่าประมาณ 40% สิ่งนี้มีความแตกต่างอย่างมากในเครื่องยนต์เทอร์โบชาร์จ ซึ่งแรงดันภายในอาจสูงมากจนเกิน 2,500 psi ขณะทำงาน ประโยชน์ที่เห็นได้จริงคือ ผู้ขับขี่จะสังเกตเห็นเสียงรบกวนที่สะท้อนอยู่ภายในห้องโดยสารลดลงอย่างชัดเจน การทดสอบแสดงให้เห็นว่าระดับเสียงลดลงได้สูงสุดถึง 12 เดซิเบล ในช่วงความถี่ 1,000 ถึง 4,000 เฮิรตซ์ ซึ่งเป็นช่วงที่คนส่วนใหญ่มักได้ยินเสียงเครื่องยนต์ที่ดังก้องและน่ารำคาญขณะขับรถบนทางหลวง แล้วสิ่งนี้หมายความว่าอย่างไรสำหรับการขับขี่ในชีวิตประจำวัน? หมายถึงการขับขี่ที่เงียบลงอย่างชัดเจน โดยรวมแล้วทำให้การเดินทางไกลรู้สึกผ่อนคลายและไม่เหนื่อยล้าทางหูมากนัก
ความแข็งแรงที่สัมพันธ์กับน้ำหนักของอลูมิเนียมทำให้ฝาครอบวาล์วสามารถทนต่อการหมุนของเครื่องยนต์ที่เกิน 8,000 รอบต่อนาทีได้ ซึ่งสูงกว่าขีดจำกัดที่พลาสติกจะเริ่มบิดเบี้ยวที่ประมาณ 6,500 รอบต่อนาทีมาก ฝาครอบโลหะเหล่านี้ยังคงทำงานได้อย่างเหมาะสมแม้อุณหภูมิภายในช่องเครื่องยนต์จะร้อนจัดถึง 300 องศาฟาเรนไฮต์ ช่วยป้องกันการรั่วของน้ำมันและรักษารูปร่างไว้ได้ในสถานการณ์การแข่งขันที่รุนแรง อีกทั้งน้ำหนักที่แตกต่างกันก็มีความสำคัญเช่นกัน ฝาครอบอลูมิเนียมแต่ละชิ้นช่วยลดน้ำหนักได้ระหว่าง 1.8 ถึง 2.4 ปอนด์ เมื่อเทียบกับทางเลือกอื่น ซึ่งช่วยลดมวลที่หมุนอยู่ภายในเครื่องยนต์ สำหรับรถยนต์สปอร์ตโดยเฉพาะ หมายความว่าประสิทธิภาพการเร่งความเร็วจะดีขึ้น เนื่องจากมีน้ำหนักที่ต้องต่อต้านการเคลื่อนที่ไปข้างหน้าลดลง
สงวนลิขสิทธิ์ © 2025 โดยบริษัท หางโจว หนานเซิน ออโต้ พาร์ทส์ จำกัด — นโยบายความเป็นส่วนตัว
EN
