อาจารย์ที่ปรึกษา ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.กิตติพงษ์ เยาวาจา
โครงงานวิศวกรรม
โครงงานพัฒนาระบบจ่ายน้ำมันเชื้อเพลิงเบนซินของกล่องควบคุมเครื่องยนต์
สำหรับรถ Formula Student 2018-2019
Develop Gasoline Fuel injection system with ECU Motec M4
for use in Formula student
2018-2019
นาย กรวิชญ์ โชติเจริญนาน เลขประจำตัว 5830302039
นาย ธนพล บุญธรรม เลขประจำตัว 5830302331
นาย ปิยชนน์ นาคสวัสดิ์ เลขประจำตัว 5830302454
นาย รชฏพงศ์ ลี้ทวีสุข เลขประจำตัว 5830302616
นาย สนธยา สาอาจ เลขประจำตัว 5830302799
อาจารย์ที่ปรึกษา ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.กิตติพงษ์ เยาวาจา
คณะวิศวกรรมศาสตร์ศรีราชา มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ อนุมัติให้โครงงานนี้เป็นส่วนหนึ่งของการศึกษาตามหลักสูตรปริญญาวิศวกรรมศาสตร์บัณฑิต
บทคัดย่อ
โครงงานนี้นำเสนอการพัฒนาระบบจ่ายน้ำมันเชื้อเพลิงเบนซินของกล่องควบคุมเครื่องยนต์(ECU) ของเครื่องยนต์มอเตอร์ไซค์ Honda cbr 600rr ปี 2003 การปรับแต่งการจ่ายเชื้อเพลิงนั้น เราจะใช้โปรแกรม Motec ECU Menu ร่วมกับเซนเซอร์วัดค่า 6 ตำแหน่งได้แก่ เซนเซอร์วัดเพลาข้อเหวี่ยง (Camshaft Position Sensor) เซนเซอร์วัดเพลาลูกเบี้ยว (Cam Position Sensor) เซนเซอร์วัดตำแหน่งลิ้นผีเสื้อ(Throttle Position Sensor) เซนเซอร์อุณหภูมิเครื่องยนต์(Engine Temp) เซนเซอร์วัดอุณหภูมิน้ำ (Temperature Sensor) และ เซนเซอร์ออกซิเจน(Oxigen Sensor) เพื่อปรับแต่งให้ส่วนผสมอันได้แก่ อากาศ น้ำมัน และ ไฟ มีการจุดระเบิด(เผาไหม้) ได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุดเพื่อความประหยัดเชื้อเพลิง โดยใช้เซนเซอร์วัดท่อไอเสีย(Oxygen Sensor)ในการปรับแต่งค่าอากาศต่อน้ำมัน ดังนั้นผลการทดลองที่ได้ทำให้ทราบว่าการปรับแต่งค่าจะมีผลอากาศต่อน้ำมัน ต่อการประหยัดน้ำมันเมื่อการปรับแต่งค่านั้นสัมพันธ์กับระยะเวลาการใช้งานของเกียร์ ที่ระยะทางเดียวกันและรอบเดียวกัน
Project Develop Gasoline Fuel injection system with ECU Motec M4 for use in Formula student 2018-2019
Candidate Mr.Korawich Chotcharoennan 5830302039
Mr.Thanapon Buntam 5830302331
Mr.Piyachon Naksawad 5830302454
Rachataphong Reetaweesuk 5830302616
Mr.Sontaya Sa-ard 5830302799
Program Bachelor of Engineering
Field of study Mechanical and Design Engineering
B.E. 2018
Project Advisors Dr.Kittipong Yaovaja
Abstract
This project proposed to develop the fuel system of gasoline electronic control unit (ECU) of the Honda cbr 600rr motorcycle engine, the year 2003 to Tuning. We’ll use the MoTeC ECU Menu with 6-position measurement sensors include crankshaft sensor (Camshaft Position Sensor) camshaft sensor (Cam Position Sensor) throttle position sensor (Throttle Position Sensor), Engine temperature sensor (Engine Temp) the water temperature sensor (Temperature Sensor) and Oxygen Sensor to mixture of air : fuel and ignition (burning) as effectively as possible to the fuel economy by using the exhaust sensor (Oxygen Sensor) to adjust the air : oil. The results of the trial have made know to customize will affect the air-oil. It can save fuel when the customization process, then in relation to the duration of use of the gearbox distances are the same, and the same RPM.
สารบัญ
หน้า
ใบรับรองโครงงานวิศวกรรม ก
บทคัดย่อ ข
Abstract ค
กิตติกรรมประกาศ ง
สารบัญ จ
สารบัญตาราง ช
สารบัญรูปภาพ ซ
บทที่1 บทนำ 1
-ที่มาและความสำคัญของปัญหา 1
-วัตถุประสงค์ 2
-ขอบเขตของโครงงาน 2
-ขั้นตอนการดำเนินงาน 2
-ประโยชน์ที่คาดว่าได้รับ 3
บทที่2 ทฤษฏีที่เกี่ยวข้องและการตรวจเอกสาร 4
-พื้นฐานระบบไฟฟ้า 4
-ประเภทของไฟฟ้า 10
-ทฤษฏีระบบควบคุมอัตโนมัติ 11
-หลักการทำงานของเซนเซอร์ 14
-ทฤษฏีการเผาไหม้ในเครื่องยนต์จุดระเบิดด้วยประกายไฟ 21
-ประสิทธิภาพการเผาไหม้ของเครื่องยนต์ 22
-ระบบฉีดเชื้อเพลิง 22
-ทฤษฏีมุมองศาข้อเหวี่ยง 23
-องศาจุดระเบิด 25
สารบัญ(ต่อ)
หน้า
-โปรแกรม VM Ware Workstation Pro12 26 – Quick shifter 27 -กล่องควบคุมการทำงานของเครื่องยนต์ 29
บทที่3 อุปกรณ์และวิธีการ 36
-อุปกรณ์ 36
-การเดินสายไฟ 43
-การทดลองปรับค่ากล่องECU 46
บทที่4 ผลการทดลอง 60
-ผลลัพธ์การติดตั้งอุปกรณ์และทางเดินสายไฟ 60
-วิเคราะห์ทางเดินสายไฟ 71
-ผลการทดสอบการประหยัดน้ำมัน 78
บทที่5 สรุปผลการทดลอง 85
-ข้อเสนอแนะ 85
บรรณานุกรม 86
ภาคผนวก 87
-แผนผัง A การเดินสายไฟในรถ formula student 88
-แผนผัง B การเดินสายไฟกับกล่องMoTeC (ต้นแบบ) 89
-แผนผัง C การเดินสายไฟของอุปกรณ์วัดความเร็ว (ACEWELL 5652) 90
-แผนผัง D การเดินสายไฟของกล่องจุดระเบิด(1JZ-GTE) 91
-แผนผัง E การเดินสายไฟของเครื่อง CBR 600RR 92
-แผนผัง F การเดินสายไฟกับเซนเซอร์เพลาลูกเบี้ยว/ข้อเหวี่ยง(ต้นฉบับMoTeC) 93
-แผนผัง I กฏการแข่งขันTSAE Auto Challenge 94
(หมวดการเดินสายไฟกับความปลอดภัย)
-ใบตรวจสอบ J การเดินสายไฟตามกฏ SAE Auto Challenge 95
สารบัญตาราง
หน้า
ตารางที่ 1.1 ขั้นตอนการดำเนินงาน 2
ตารางที่ 2.1 การเปรียบเทียบขนาดสายไฟกับการใช้งานกระแสไฟฟ้า 6
ตารางที่ 2.2 สัญญาณแบบคาบเวลาและสัญญาณแบบไม่เป็นคาบเวลา 12
ตารางที่ 3.1 อุปกรณ์ที่ใช้ทั้งหมด 36
ตารางที่ 4.1 ปริมาณน้ำมันที่ใช้เทียบกับการปรับแต่งค่ากล่องECU 83
สารบัญรูปภาพ
หน้า
ภาพที่ 2.1 เปรียบเทียบขนาดของฉนวนในสายไฟแรงต่ำและสายไฟแรงสูง 5
ภาพที่ 2.2 การต่อสายไฟเดียว 7
ภาพที่ 2.3 แยกแบบเส้นเดียว 7
ภาพที่ 2.4 การย้ำหางปลาและเข้าพิน Motec 8
ภาพที่ 2.5 การพันสายไฟแบบต่อตรงและหางเปีย 9
ภาพที่ 2.6 การบิดเกลียวตัวก่อนต่อกับสายหลัก 9
ภาพที่ 2.7 เอซี(AC)จากแหล่งจ่ายกำลังรูปร่างแบบนี้เรียกว่าคลื่นซายน์ 10
ภาพที่ 2.8 ดีซี(DC)สม่ำเสมอ(steady)จากแบตเตอรี่หรือแหล่งจ่ายกำลังคุมค่า 11
ในอุดมคติสำหรับวงจรอิเล็กทรอนิกส์
ภาพที่ 2.9 การทำงานของระบบควบคุม 11
ภาพที่ 2.10 ปรากฏการณ์ hall effect 15
ภาพที่ 2.11 สัญญาณแรงดันของ เซนเซอร์อุณหภูมิเครื่องยนต์ 16
ภาพที่ 2.12 สัญญาณแรงดันที่เปลี่ยนแปลงไปเมื่อเทียบกับเวลา 16
ภาพที่ 2.13 หลักการทำงานออกซิเจนเซนเซอร์ 17
ภาพที่ 2.14 หลักการทำงานเซนเซอร์ลิ้นปีกผีเสื้อ 18
ภาพที่ 2.15 การเหนี่ยวนำทางไฟฟ้าแบบแม่เหล็กบนฟันของเฟือง 19
เซนเซอร์เพลาข้อเหวี่ยง
ภาพที่ 2.16 เปรียบเทียบลักษณะของกราฟแรงดันสัญญาณด้วยวิธีการ 20
เหนี่ยวนำทางแม่เหล็ก (ภาพบน CKP Position sensor)และhall effect
(ภาพบน CMP Position sensor)
ภาพที่ 2.17 กราฟแสดง Air/fuel ratio 21
ภาพที่ 2.18 ภาพจำลองการแสดง multipoint injection 22
ภาพที่ 2.19 timing diagram crankshaft 4 stroke 23
ภาพที่ 2.20 ช่วงจังหวะการอัดและการขยายตัวของเครื่องยนต์ 24
ภาพที่ 2.21 Advanced and retarded timing 25
สารบัญรูปภาพ (ต่อ)
หน้า
ภาพที่ 2.22 โปรแกรม VM Ware Workstation Pro12 26
ภาพที่ 2.23 ส่วนประกอบของ Quick shifter 27
ภาพที่ 2.24 แผนผังการติดตั้งในรถระบบคาร์บูเรเตอร์ 28ภาพที่ 2.25 แผนผังการติดตั้งระบบหัวฉีด 28ภาพที่ 2.26 แผนผังการเดินสายไฟและตำแหน่องของเซนเซอร์ต่างๆ 30
ภาพที่ 2.27 ชิ้นส่วนต่างๆภายในกล่อง ECU 31ภาพที่ 2.28 ROM ใน Main Board 32ภาพที่ 2.29 กล่อง Stand Alone ระดับสูงที่ใช้กับรถแข่ง ซึ่งมีความละเอียดสูง 34 และมี Data Log ที่จำเป็น
ภาพที่ 2.30 หน้าตาของ Data Log ที่บ่งบอกถึงว่าเกิดอะไรขึ้นระหว่างการแข่งขัน 35
ภาพที่ 3.1 แผงควบคุมและจอแสดงผล 43
ภาพที่ 3.2 ตำแหน่งที่เลือกติดตั้งอุปกรณ์ต่างๆในรถ 44
ภาพที่ 3.3 ตำแหน่งที่เลือกติดตั้งปั๊มติ๊กที่ใช้สร้างแรงดันน้ำมัน 44
ภาพที่ 3.4 ตำแหน่งที่ติดตั้งพัดลมระบายความความให้กับเครื่องยนต์ 45
ภาพที่ 3.5 ทีมดำเนินงาน 45
ภาพที่ 3.6 เมนูโปรแกรม 46
ภาพที่ 3.7 Injector Scaling 47
ภาพที่ 3.8 ปรับค่าจังหวะการจุดในลูกสูบ 48
ภาพที่ 3.9 Sensor Setup 49
ภาพที่ 3.10 Throttle Position Closed/Open 49
ภาพที่ 3.11 Ignition Main 50
ภาพที่ 3.12 Ignition Main (ต่อ) 51
ภาพที่ 3.13 แผนภูมิ Ignition main 51
สารบัญรูปภาพ(ต่อ)
หน้า
ภาพที่ 3.14 Fuel Main ของ Data_1 52
ภาพที่ 3.15 Fuel Main ของ Data_1 (ต่อ) 53
ภาพที่ 3.16 Fuel Main ของ Data_1 (ต่อ) 54
ภาพที่ 3.17 แผนภูมิกราฟน้ำมัน (fuel main) ของ Data_1 55
ภาพที่ 3.18 fuel main ของ Data_2 56ภาพที่ 3.19 fuel main ของ Data_2 (ต่อ) 57ภาพที่ 3.20 fuel main ของ Data_2 (ต่อ) 58ภาพที่ 3.21 แผนภูมิกราฟน้ำมัน (fuel main) ของ Data_2 59ภาพที่ 3.22 กราฟที่ได้จากการขึ้น dyno test 59ภาพที่ 4.1 ทางเดินระบบไฟทั้งหมดเมื่อเดินตามแผนผัง A ที่ภาคผนวก 60ภาพที่ 4.2 จุดยึด Relay Bosch 30A 5ขา 61ภาพที่ 4.3 ตำแหน่งเซนเซอร์ลิ้นเร่ง (Throttle Position) 61ภาพที่ 4.4 ตำแหน่งเซนเซอร์เพลาข้อเหวี่ยง (CKP SENSOR) 62 ภาพที่ 4.5 ตำแหน่งเซนเซอร์เพลาลูกเบี้ยว (CMP SENSOR) 62ภาพที่ 4.6 ตำแหน่งเซนเซอร์วัดอุณหภูมิเครื่อง (Engine Temp.) 63ภาพที่ 4.7 ตำแหน่งการวางอุปกรณ์แสดงผลรวมไปถึงอุปกรณ์ด้านความปลอดภัย 63ภาพที่ 4.8 Brake Pedal Over Travel Switch (อุปกรณ์กันเบรคแตก) 64ภาพที่ 4.9 เมื่อเปิด Primary Master Switch จะปรากฏให้เห็นว่ากระแสไฟฟ้า 65 ไหลผ่าน Brake Pedal Over Travel Switch (อุปกรณ์กันเบรคแตก)
ภาพที่ 4.10 ตำแหน่งติดตั้งสวิตซ์เปิด-ปิดพัดลม สวิตซ์เปิด-ปิดปั๊มติ้กที่ใช้สร้างแรงดันน้ำมัน 66 สวิต เปิด-ปิดการทำงานของกล่องจุดระเบิดและกล่อง Motac M4 Cockpit master Switch ตัดการทำงานของเครื่องยนต์ ปุ่มสตาทต์เครื่องยนต์ โดยเรียงจากซ้ายมือ
ภาพที่ 4.11 เมื่อเปิด Cockpit Master Switch ตามด้วยเปิด Cockpit ON-OFF Switch 67
ภาพที่ 4.12 การเชื่อมต่อกล่อง Motec เมื่อกล่อง motec ยังไม่ทำงาน 68
สารบัญรูปภาพ(ต่อ)
หน้า
ภาพที่ 4.13 การเชื่อมต่อกล่อง Motec เมื่อกล่อง Motec เริ่มทำงาน 69
ภาพที่ 4.14 ก. จอแสดงผลA/F Ratio ข.ตำแหน่งการติดตั้งออกซิเจนเซนเซอร์ 70
ภาพที่ 4.15 การเดินสายไฟตามกฏกติกา SAE สำหรับการแข่งขัน TSAE Auto Challenge 71ภาพที่ 4.16 สัญลักษณ์ตัดระบบไฟรถ 71
ภาพที่ 4.17 การต่อสายสัญญาณกับกล่อง ECU 72
ภาพที่ 4.18 จอACEWELL 5652 74ภาพที่ 4.19 แผนผังการเดินสายไฟของจอ ACEWELL 5652 74
ภาพที่ 4.20 การเดินสายไฟของระบบจุดระเบิดเข้ากับกล่อง Motec m4 76
ภาพที่ 4.21 แผนผังต้นแบบของกล่องจุดระเบิด1jz 76ภาพที่ 4.22 กล่องจุดระเบิด 1JZ กับกล่อง Motec m4 ออกแบบให้ติดตั้งใกล้กัน 77
เพื่อง่ายต่อการเดินสายไฟ
ภาพที่ 4.23 สถานที่ที่ใช้การทดสอบ 78
ภาพที่ 4.24 เติมน้ำมันเพื่อที่จะเริ่มในการทดสอบ 78
ภาพที่ 4.25 ตำแหน่งที่เขียนขึ้นเพื่อวัดน้ำมันที่ใช้ไป 79ภาพที่ 4.26 บีกเกอร์ที่ใช้มีขนาด500มิลลิลิตร 79 ภาพที่ 4.27 น้ำมันที่เหลือจากการทดสอบวิ่งในรอบแรกโดยใช้ไฟล์ data 1 80ภาพที่ 4.28 น้ำมันที่เหลือจากการทดสอบวิ่งในรอบที่ 2 โดยใช้ไฟล์ data 1 81ภาพที่ 4.29 น้ำมันที่เหลือจากการทดสอบวิ่งในรอบที่ 3 โดยใช้ไฟล์ data 2 81ภาพที่ 4.30 น้ำมันที่เหลือจากการทดสอบวิ่งในรอบที่ 4 โดยใช้ไฟล์ data 2 82ภาพที่ 4.31 ตำแหน่งสิ้นสุดของระยะทางความยาว 350 เมตร 82ภาพที่ 4.32 ผลการทดสอบการประหยัดน้ำมันเมื่อเทียบปริมาณน้ำมันที่ใช้ไปเทียบ 83 กับประเภทข้อมูลที่ปรับแต่งค่า
ภาพที่ 4.33 ระยะทางใช้เกียร์เมื่อเทียบกับประสิทธิภาพการใช้น้ำมัน 84
บทที่ 1
บทนำ
1.1 ที่มาและความสำคัญของปัญหา
กล่องควบคุมสมองกล(Electric Control Unit, ECU)เป็นอุปกรณ์ควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งมีหน้าที่รับข้อมูลจากตัวตรวจจับเซ็นเซอร์ต่าง ๆ เพื่อนำมาประมวลผลส่งไปยังตัวควบคุมการจ่ายน้ำมันเชื้อเพลิง และการจุดระเบิดของเครื่องยนต์ทำให้การทำงานของเครื่องยนต์มีประสิทธิภาพมากขึ้น เครื่องยนต์ทำงานได้เต็มที่มากขึ้น
ปัจจุบันการพัฒนาเทคโนโลยีอุตสาหกรรมยานยนต์นั้นได้มีความก้าวหน้าเป็นอย่างมาก การพัฒนานั้นมีตั้งแต่เทคโนโลยีด้านอุตสาหกรรมการผลิตรถยนต์ เทคโนโลยีด้านสิ่งแวดล้อม หรือแม้กระทั่งนวัตกรรมล้ำยุคสมัย เพื่อตอบสนองความสะดวกสบายของมนุษย์ และการพัฒนานวัตกรรมเหล่านี้นั้นจำเป็นต้องใช้สมองกลในการควบคุมฟังก์ชันภายในรถยนต์ ในการทำงานของกล่องควบคุมสมองกล(ECU) ไม่ได้มีเพียงแต่การควบคุมการจ่ายน้ำมัน การจุดระเบิดเท่านั้น ยังรวมไปถึงการควบคุมระบบอื่น ๆ เช่น ระบบวาล์วแปรผัน ระบบเทอร์โบแปรผัน ระบบทำความเย็นภายในห้องโดยสาร ระบบสตาร์ทกันขโมย เป็นต้น
ในส่วนของการแข่งขันโครงการวิจัย ออกแบบ และพัฒนายานยนต์(TSAE Auto Challenge)นั้น นิสิตจะต้องใช้องค์ความรู้ที่ได้เรียนรู้จากมหาวิทยาลัย สร้างสรรค์นวัตกรรมของนิสิตขึ้นมา การพัฒนารถแข่งนิสิตนั้นสามารถพัฒนาได้หลายด้าน ในส่วนได้ให้ความสำคัญนั้นคือการเพิ่มประสิทธิภาพเครื่องยนต์โดยใช้กล่องควบคุมสมองกล(ECU)
ปัจจัยที่มีผลต่อการศึกษาเรื่องกล่องควบคุมสมองกล(ECU)นั้นคือ กล่อง ECU เป็นส่วนสำคัญส่วนหนึ่งในการเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ให้ทำงานสมบูรณ์ซึ่งทำได้โดยการปรับจูน และเนื่องจากการปรับจูนเป็นองค์ความรู้ที่เฉพาะทางและจำกัดอยู่ในบริษัทรถยนต์หรือจำกัดไว้ในอุตสาหกรรมด้านการพัฒนาสมองกลเท่านั้น ซึ่งผู้ที่ต้องการศึกษานั้นจำเป็นจะต้องเป็นบุคลากรหรือเข้าร่วมการอบรมซึ่งมีค่าใช้จ่ายที่สูงเกินกว่านิสิตจะหาความรู้ได้
ดังนั้นพวกเราจึงทำการศึกษาและจัดทำโครงงานวิศวกรรมพัฒนาระบบจ่ายน้ำมันเชื้อเพลิงเบนซินของกล่องควบคุมเครื่องยนต์ สำหรับรถ Formula Student 2018-2019 เพื่อผู้ทำการศึกษาได้เรียนรู้การทำงานของกล่องควบคุมสมองกล นำความรู้ที่ได้เรียนในมหาวิทยาลัยมาปรับใช้ในการแข่งขันโครงการวิจัย ออกแบบ และพัฒนายานยนต์ (TSAE Auto Challenge) อีกทั้งเป็นแนวทางเข้าถึงองค์ความรู้ให้ผู้ที่สนใจจะศึกษาสมองกลรถยนต์นำไปประยุกต์ใช้ภายภาคหน้า
1.2 วัตถุประสงค์
1.2.1 เพื่อศึกษาหลักการทำงานของกล่อง ECU MoTeC M4 และความสัมพันธ์กับเซนเซอร์ เพื่อทำให้รถประหยัดน้ำมันได้ดีขึ้น
1.2.2 เพื่อศึกษาการใช้โปรแกรม MoTeC ECU Menu ควบคุมการปรับแต่งค่าน้ำมันและอากาศให้สัมพันธ์กัน
1.2.3 เป็นข้อมูลพื้นฐานแก่ผู้ที่มีความสนใจและจะพัฒนาประสิทธิภาพของเครื่องยนต์มอเตอร์ไซค์ เพื่อใช้ในการแข่งขันโครงการวิจัย ออกแบบและพัฒนายานยนต์ (TSAE Auto Challenge) ของสมาคมวิศวยานยนต์ไทย (TSAE)
1.3 ขอบเขตของโครงงาน
การเดินระบบไฟในรถแข่งรวมไปถึงการศึกษาลักษณะของเซนเซอร์ที่ใช้เพื่อทำให้ปรับจูนค่าจากกล่อง ECU MoTeC M4 กับเครื่องยนต์ cbr 600rr ผ่านโปรแกรม MoTeC ECU Menu เป็นไปอย่างราบรื่นและตรงตามเป้าหมายที่ต้องการจะพัฒนาให้ประหยัดเชื้อเพลิง
1.4 ขั้นตอนการดำเนินงาน
ตารางที่ 1.1 ขั้นตอนการดำเนินงาน
การดำเนินงาน ต.ค.
61 พ.ย
61 ธ.ค.
61 ม.ค.
62 ก.พ.
62 มี.ค.
62 เม.ษ.
62
1.5 ประโยชน์ที่คาดว่าจะได้รับ
ดึงประสิทธิภาพการทำงานของเครื่องยนต์ออกมาใช้ให้ได้มากที่สุด เพื่อให้การเข้าร่วมการแข่งขัน TSAE Auto Challenge 2019 เป็นไปตามเป้าหมายที่คาดไว้ และเพื่อนำประสบการณ์ Tuner กล่อง ECUมาประยุกต์ใช้และพัฒนากับระบบการจ่ายเชื้อเพลิงในเครื่องยนต์รูปแบบต่าง ๆทางวิศวกรรมยานยนต์ต่อไป
บทที่2
ทฤษฏีที่เกี่ยวข้องและการตรวจเอกสาร
2.1 พื้นฐานระบบไฟฟ้า
2.1.1. พื้นฐานระบบไฟฟ้ารถยนต์
1.ไดชาร์จ (Alternator) มีหน้าที่เป็นตัวผลิตไฟฟ้า โดยอาศัยกำลังเครื่องยนต์ ส่งกำลังผ่านทางโซ่ ส่งให้ไดชาร์จหมุน เพื่อปั่น ให้กระแสไฟออกมาใช้ในระบบไฟฟ้ารถยนต์ หากไดชาร์จเกิดเสีย ระบบไฟฟ้าของรถยนต์จะไม่ทำงาน ทำให้รถยนต์ไม่สามารถวิ่งต่อไปได้ หากระบบไดชาร์จเริ่มเสื่อมสภาพ จะมีการส่งสัญญาณว่าระบบไฟฟ้าเริ่มมีปัญหา โดยระบบไฟฟ้าทั้งหมดจะอ่อนลง เช่น ไฟเริ่มหรี่ และรถจะสามารถวิ่งได้อีกสัก จนไฟหมด แล้วจากนั้นเครื่องยนต์จะดับ ทำให้ไม่สามารถขับต่อไปได้
2.1.3.ขนาดของสายไฟ
ขนาดของสายไฟที่นิยมในการใช้งานจะเป็นขนาดของเส้นผ่าศูนย์กลางของตัวนำ ไม่ใช่เส้นผ่าศูนย์กลางของสายไฟทั้งเส้น (ตัวนำบวกฉนวน) ขนาดของสายไฟในการใช้งานขึ้นอยู่กับแรงเคลื่อน ไฟฟ้า ความต้องการของกระแสไฟฟ้าในวงจร และความยาวของสายไฟ สายไฟที่ยาวมากจะเพิ่มความต้านทานภายในวงจร ความต้านทานที่เพิ่มขึ้นจะทำให้เกิดความร้อน ความร้อนจะทำให้ฉนวนหลอมละลาย เกิดการเสียหายกับสายไฟ ขนาดของสายไฟที่โตขึ้นจะลดความต้านทานลงและลดแรงเคลื่อนตกคร่อม เพราะฉะนั้นควรเลือกขนาดของสายไฟให้ถูกต้องพอเหมาะกับการใช้งานในวงจรไฟนั้นๆ
ตารางที่ 2.1 การเปรียบเทียบขนาดสายไฟกับการใช้งานกระแสไฟฟ้า
รหัสชนิดเคเบิล NYY,NYY-G ตามมาตรญาน IEC 60502-1
ขนาดสาย (mm2) ขนาดกระแส (amp)
1 17 15 21
1.5 21 19 26
2.5 28 25 35
4 36 33 45
6 46 41 57
2.1.4 การต่อสายไฟที่ถูกวิธี
การต่อสายเดี่ยว ทำดังนี้คือ
ภาพที่ 2.2 การต่อสายไฟเดียว
(ที่มา: หนังสือการเดินสายไฟและการติดตั้งอุปกรณ์ไฟฟ้า)
แยกแบบเส้นเดียว ทำดังนี้คือ
ภาพที่ 2.3 การแยกแบบเส้นเดียว
(ที่มา: หนังสือการเดินสายไฟและการติดตั้งอุปกรณ์ไฟฟ้า)
การย้ำหางปลา และ เข้า Pin Motec
วิธีการย้ำหางปลา และ การเข้าพิน
1.ปอกสายไฟให้ได้ความยาวของทองแดงเท่ากับ A บวกอีก 10% ของ A ดังรูป
2.หลังจากปอกสายแล้ว ต้องทำความสะอาดตัวนำด้วยผ้าหรือแปรงให้สะอาดก่อนทำการย้ำ
3.สวมตัวนำเข้ากับหางปลาหรือพิน
4.ทำการย้ำโดยเลือกเครื่องมือให้ถูกต้อง เหมาะสม และกดบีบให้แน่น
ภาพที่ 2.4 การย้ำหางปลาและเข้าพิน MoTeC
(ที่มา: หนังสือการเดินสายไฟและการติดตั้งอุปกรณ์ไฟฟ้า)
2.1.5 เทคนิคการเดินสายไฟรถยนต์
การเดินสายไฟในรถยนต์นิยมติดตั้งให้รวบรัดเพื่อความสวยงาม เป็นระเบียบและบางอุปกรณ์สามารถเดินสายไฟหลายๆสายรวมกันเป็นสายเดียวใช้ร่วมกันได้ เช่น สายไฟบวกเข้าอุปกรณ์ และสายกราวน์
2.1.6 การพันเทปกาวสายไฟและต่อเข้ากับอุปกรณ์
การพันเทปกาวพันสายไฟ
หลังจากที่แน่ใจว่า ได้เชื่อมสายไฟต่อสายอย่างแน่นหนาและมั่นคงแล้ว จะต้องใช้เทปกาวพันสายไฟ
พันจุดเชื่อมต่อนั้นหลายๆ รอบ เสมือนเป็นฉนวนหุ้มแทนที่ได้ปลอกออกไปแล้วเพื่อป้องกันมิให้กระแสไฟฟ้าเกิดการลัดวงจรกับสายอื่น หรืออันตรายที่อาจเกิดเมื่อมีกระแสไหลผ่านแล้ว โดยการพันเทปกาวสายไฟนี้จะมีอยู่ 2 ลักษณะด้วยกัน คือ
1.การพันเทปกาวเมื่อต่อสายแบบหางเปีย
1.ให้เริ่มต้นจากตำแหน่งปลอกสายเส้นใดเส้นหนึ่ง โดยห่างจากตำแหน่งปลอกสายนั้นประมาณ 1.5 เซนติเมตร
2.จากนั้นพันขึ้นไปให้สุดเส้นลวดตัวนำที่พันตีเกลียวกันนั้น แล้วพันกลับมายังที่เดิม โดยรอบสุดท้ายให้รวบสายไฟทั้งสองเส้นที่มีฉนวนหุ้มอย่างครบถ้วน
2.การพันเทปกาวแบบต่อตรง
1.ให้เริ่มต้นพันเทปกาวนั้นจากฉนวนหุ้มด้านใดด้านหนึ่งห่างจากจุดปลอกสายไฟประมาณ 1.5 เซนติเมตร จากนั้นพันจุดเชื่อมต่อสายมาเรื่อยๆ จนเลย แล้วพันกลับไปกลับมาอย่างนี้ 3 รอบ
2.อย่าหักหรือโยกบิดในบริเวณจุดเชื่อมต่อสาย เพราะอาจทำให้สายหักได้
ภาพที่ 2.5 การพันสายไฟแบบต่อตรงและหางเปีย
(ที่มา: หนังสือการเดินสายไฟและการติดตั้งอุปกรณ์ไฟฟ้า)
2.1.7 การต่อสายเข้ากับอุปกรณ์
การต่อสายเข้ากับอุปกรณ์ สามารถแบ่งออกได้ 2 กรณีด้วยกันคือ
1.การต่อเส้นลวดตัวนำแบบฝอยเข้ากับขั้ว หรือเข้ากับสกรูขัน
2.การต่อเส้นลวดตัวนำแบบแข็งเข้ากับสกรูขัน
ภาพที่ 2.6 การบิดเกลียวตัวก่อนต่อกับสายหลัก
(ที่มา: หนังสือการเดินสายไฟและการติดตั้งอุปกรณ์ไฟฟ้า)
2.2 ประเภทของไฟฟ้า
ไฟฟ้ากระแสสลับ (AC)
ไฟฟ้ากระแสสลับ(AC) ไหลทางเดียวแต่สลับทิศอย่างต่อเนื่อง แรงดันกระแสสลับเปลี่ยนอย่างต่อเนื่องระหว่างบวก(+) และลบ(-) อัตราการเปลี่ยนทิศทางเรียกว่าความถี่ของไฟกระแสสลับ มีหน่วยวัดเป็นเฮิร์ท (Hz) ซึ่งก็คือจำนวนรอบคลื่นต่อ หนึ่งวินาที ไฟฟ้าหลักในประเทศไทยใช้ความถี่ 50 Hz. แหล่งจ่ายไฟกระแสสลับเหมาะสำหรับจ่ายกำลังให้อุปกรณ์บางอย่าง เช่น หลอดไฟและเครื่องกำเนิดความร้อน แต่วงจรอิเล็กทรอนิกส์ส่วนใหญ่ต้องการเลี้ยงด้วยไฟกระแสตรงคงที่
ภาพที่ 2.7 เอซี(AC)จากแหล่งจ่ายกำลัง รูปร่างแบบนี้เรียกว่าคลื่นซายน์
(ที่มา: http://www.neutron.rmutphysics.com/news/index.php?option
=com_content&task=view&id=915&Itemid=3)
ไฟฟ้ากระแสตรง (DC)
ไฟฟ้ากระแสตรง(DC) ไหลไปทิศทางเดียว แต่อาจจะเพิ่มขึ้นหรือลดลง แรงดันกระแสตรงเป็นบวก หรือเป็นลบก็ได้ แต่อาจจะเพิ่มขึ้นหรือลดลง วงจรอิเล็กทรอนิกส์ปกติต้องเลี้ยงด้วยไฟกระแสตรงสม่ำเสมอและคงที่ ที่ค่าหนึ่งหรือไฟกระแสตรงที่เรียบมีค่าเปลี่ยนแปลง ที่เรียกว่าริบเปิ้ลเพียง เล็กน้อยเซลล์ แบตเตอรี่ และแหล่งจ่ายกำลังแบบคุมค่า ให้ไฟกระแสตรงแบบสม่ำเสมอ ซึ่งเป็นดีซีในอุดมคติสำหรับวงจร อิเล็กทรอนิกส์แหล่งจ่ายกำลังประกอบด้วย แบตเตอรี่ ซึ่งทำหน้าที่แปลงไฟกระแสสลับหลักให้ได้แรงดันกระแสสลับที่เหมาะสม จากนั้นก็แปลงไฟกระแสสลับให้เป็นไฟกระแสตรงด้วย ตัวเรียงกระแสแบบบริดจ์ แต่ไฟที่ได้ยังไม่เรียบและไม่เหมาะที่จะใช้กับวงจร อิเล็กทรอนิกส์แหล่งจ่ายกำลังบางแบบจะมี ตัวเก็บประจุ เพื่อกรองไฟให้เรียบ ซึ่งเหมาะสำหรับใช้กับวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่มีความไวน้อยรวมทั้งใช้กับโครงงานส่วนใหญ่ของเรา
ภาพที่ 2.8 ดีซี(DC)สม่ำเสมอ(steady)จากแบตเตอรี่หรือแหล่งจ่ายกำลังคุมค่าในอุดมคติสำหรับวงจรอิเล็กทรอนิกส์
(ที่มา: http://www.neutron.rmutphysics.com/news/index.php?option
=com_content&task=view&id=915&Itemid=3)
2.3 ทฤษฏีระบบควบคุมอัตโนมัติ
ระบบควบคุมอัตโนมัติ คือ ระบบซึ่งประกอบด้วยส่วนการทำงานหลาย ๆ ส่วนมาทำงานร่วมกันเพื่อจุดประสงค์เฉพาะหนึ่ง ๆ ซึ่งระบบนั้นสามารถที่จะทำงานได้ด้วยตนเองโดยปราศจากการช่วยเหลือของมนุษย์ ซึ่งตัวอย่างของระบบควบคุมอัตโนมัติ เช่น ระบบควบคุมอุณหภูมิของระบบปรับอากาศ หรือ ระบบจ่ายน้ำมันของเครื่องยนต์รถ เป็นด้น
ส่วนประกอบและการทำงานของระบบควบคุม ประกอบด้วยส่วนสำคัญ 3 ส่วน
1.สัญญาณกระตุ้น(Input)
2.ระบบ (System)
3.สัญญาณตอบสนอง (Output)
ภาพที่ 2.9 การทำงานของระบบควบคุม
(ที่มา: หนังสือการควบคุมอัตโนมัติ)
2.3.1.สัญญาณกระตุ้น (Input)
คือฟังก์ชันที่ถูกป้อนให้กับระบบควบคุมอย่างจงใจ เพื่อสั่งให้ระบบควบคุมสร้างการตอบ
สนองออกมา สามารถแบ่งออกเป็น 2 ชนิดคือ
สัญญาณแบบคาบเวลา(Periodic Signal) เป็นสัญญาณที่สามารถแบ่งเป็นช่วยย่อย ๆ ได้ โดยที่แต่ละช่วงจะมีลักษณะเหมือนกัน และใช้เวลาคอบสนองเท่ากัน โดยเรียกปริมาณเวลาในแต่ละช่วงว่า คาบ และเรียกจำนวนคาบในเวลา 1 วินาทีว่า ความถี่(มีหน่วยเป็นHz) ตัวอย่างสัญญาณเช่น ฟังก์ชัน Sinusoid
สัญญาณแบบไม่เป็นคาบเวลา(Periodic Signal) เป็นสัญญาณซึ่งแบ่งออกเป็นคาบไม่ได้ ตัวอย่างสัญญาณเช่น ฟังก์ชัน Step ฟังก์ชั่น Ramp เช่นฟังก์ชัน Pulse เป็นต้น
ตารางที่ 2.2 สัญญาณแบบคาบเวลาและสัญญาณแบบไม่เป็นคาบเวลา
Function Condition Response Graph
Step Function Y(t) =0 if t < 0
Y(t) =A if t ≥ 0
Ramp Y(t) =0 if t < 0
Y(t) =At if t ≥ 0
Pulse Y(t) =0 if t < 0
Y(t) =At if t ≥ 0
Y(t) =At if t ≥ 0
Sinusoid Y(t) =0 if t < 0
Y(t) =A sin(t) if t ≥ 0
2.3.2. ระบบ (System)
ระบบเป็นส่วนการทำงานของระบบควบคุม ซึ่งทำงานตอบสนองต่อคำสั่งของระบบควบคุม (ฟังก์ชันกระตุ้น)
ส่วนประกอบของระบบ ประกอบด้วย
ส่วนควบคุม (Controller)
เป็นส่วนที่ถูกออกแบบมาเพื่อรับ ค่าสัญญาณกระตุ้น (สำหรับระบบควบคุมแบบเปิด) หรือ ค่าความคลาดเคลื่อน (สำหรับระบบควบคุมแบบปิด) แล้วนำไปประมูลผลให้ได้เป็นค่าควบคุม ส่งไปให้ส่วนต้นกำลัง เพื่อตอบสนองของระบบ
ส่วนต้นกำลัง (Plant)
เป็นส่วนทำงานของระบบ ซึ่งถูกควบคุมการทำงานโดยรับค่าสัญญาณที่ได้รับจากส่วนควบคุม และผลที่เกิดจากการทำงานของส่วนต้นกำลังก็คือ การตอบสนองของระบบควบคุมนั่นเอง
ส่วนประกอบอื่น ๆ
ส่วนวัดค่าป้อนกลับ (Feedback Control element)
ส่วนขยายสัญญาณ (Data Manipulate Element)
ส่วนกำจัดสัญญาณรบกวน (Noise Filter)
2.3.3.ชนิดของการควบคุม สามารถแบ่งได้เป็น 2 ชนิดคือ
ระบบควบคุมแบบเปิด (Open-loop Control System)
เป็นระบบควบคุมซึ่งไม่มีส่วนประกอบของ ส่วนการวัด Output ป้อนกลับ ดังนั้น ระบบจะไม่ซับซ้อน ค่า Input เป็นค่าปริมาณที่ถูกกำหนดโดยผู้ควบคุม จะถูกป้อนเข้าสู่ส่วนควบคุมเพื่อทำการประมวลค่าสัญญาณควบคุม ค่าที่ประมูลได้จะถูกส่งไปควบคุมการทำงานของส่วนต้นกำลัง ซึ่งผลที่ได้จากการทำงานของส่วนต้นจะเป็น Output ของระบบทั้งหมด
ระบบควบคุมแบบปิด
เป็นระบบควบคุมซึ่งถูกออกแบบให้มี ส่วนวัดค่า Output ของระบบและป้อนกลับไปเปรียบเทียบกับค่า Input (ซึ่งก็คือค่า Output ที่ต้องการ) เพื่อคำนวณเป็นค่าความผิดพลาดของระบบ ซึ่งค่าความผิดพลาดนี้ จะถูกป้อนเข้าสู่ส่วนควบคุมและประมวลให้เป็นสัญญาณใหม่ เพื่อไปควบคุมการทำงานของส่วนต้นกำลัง โดยการทำงานของส่วนต้นกำลัง ผลที่ได้จะมาเป็นการตอบสนองของระบบ ค่าการตอบสนองจะถูกอ่านกลับไปเปรียบเทียบกับค่า Input เพื่อนำค่าความผิดพลาดอีกครั้ง ระบบจะทำงานวนเช่นนี้จนกระทั่ง ค่าของการตอบสนองของระบบ มีค่าเป็นตามที่ต้องการ มีพจน์ที่สำคัญดังนี้คือ
-Close-Loop Transfer Function คือค่าฟังก์ชันถ่ายโอนระหว่างค่า Output และ Input Open- Loop Transfer Function คือค่าฟังก์ชันถ่ายโอนระหว่างคือ Feedback Signal และ Error Signal ของระบบ
-Feed Forward Transfer Function คือค่าฟังก์ชันการถ่ายโอน ระหว่างค่า Output ของระบบ และ Error Signal ของระบบ
2.4 หลักการทำงานของเซนเซอร์
เซนเซอร์ หรือ ตัวรับรู้ คือเป็นวัตถุชนิดหนึ่งที่มีหน้าที่ตรวจจับเหตุการณ์หรือการเปลี่ยนแปลงของสภาพแวดล้อมของตัวมันเอง จากนั้นมันก็จะให้ผลลัพธ์ที่สอดคล้องกันออกมา ตัวรับรู้เป็นตัวแปรสัญญาณ ชนิดหนึ่ง มันสามารถให้สัญญาณออกมาได้หลากหลายชนิด แต่โดยทั่วไปจะใช้สัญญาณไฟฟ้าหรือสัญญาณแสง ยกตัวอย่างเช่นคู่ควบความร้อน (thermocouple) จะแปลงค่าอุณหภูมิ(สิ่งแวดล้อม)ให้เป็นแรงดันไฟฟ้าที่สอดคล้องกัน ในทำนองที่คล้ายกัน เทอร์มอมิเตอร์แบบปรอทในหลอดแก้วจะเปลี่ยนอุณหภูมิที่วัดได้ให้อยู่ในรูปการขยายตัวหรือการหดตัวของของเหลว ซึ่งสามารถอ่านได้บนหลอดแก้วที่ผ่านการสอบเทียบแล้ว ตัวรับรู้ทุกชนิดจะต้องผ่านการสอบเทียบ (calibrate) โดยเทียบกับค่ามาตรฐานที่เป็นที่ยอมรับ เป็นต้น เซนเซอร์สามารถแบ่งลักษณะการอ่านค่าออกเป็น2 ประเภท
1.ลักษณะการอ่านค่าของเซนเซอร์
Ref (Reference) คือเซนเซอร์ที่ใช้จุดอ้างอิงในการแปลงสัญญาณ ยกตัวอย่างเช่น เซ็นเซอร์เพลาข้อเหวี่ยง(Crankshaft Position Sensor)
Sync (Synchronization) คือ เซนเซอร์ที่ใช้ปรากฏการณ์การ Hall effect ในการแปลงสัญญาณ
2.ลักษณะของสัญญาณ
Hall effect เป็นการใช้วัดค่าความเข้มของฟลักซ์แม่เหล็กเมื่อความเข้มของฟลักซ์แม่เหล็กเปลี่ยนแปลงตามระยะทางทั้งนี้ทั้งนั้นแต่ละรุ่นก็จะมีราคาแตกต่างกันออกไปทางไฟฟ้าที่ค้นพบ โดย Edwin Hall สิ่งที่ค้นพบสรุปได้ดังนี้
เมื่อนำแผ่นตัวนำเมื่อมีฟลักซ์แม่เหล็ก (Magnetic Flux) มากระทำในทิศทางตั้งฉาก กับ แผ่นตัวนำ จะทำให้เกิดสนามไฟฟ้า หรือแรงดัน เรียกว่า แรงดันฮอลล์ (Hall Voltage) ขึ้นที่ตัวนำในทิศทางตั้งฉาก กับ กระแส และ ฟลักซ์แม่เหล็กเมื่อจ่ายกระแสคงที่ให้แผ่นตัวนำจะทำให้อิเล็กตรอนเคลื่อนที่จาก ขั้วลบ ไป ขั้วบวก ทำให้ตัวนำเบี่ยงเบนไปด้านบนของตัวนำ เนื่องจาก อิเล็กตรอนมีประจุ เป็น ประจุลบ ทำให้ด้านบนของแผ่นตัวนำมีขั้วไฟฟ้าเป็นลบ ส่วนด้านล่างของแผ่นตัวนำจะมีขั้วตรงข้ามกับด้านบนเมื่อวัดความต่างศักย์ระหว่างด้านบนกับด้านล่างทำให้ได้แรงดันไฟฟ้าออกมาเป็นแรงดันลบโดยขนาดของ แรงดันที่วัดได้จะขึ้นอยู่กับ ความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็ก ที่มากระทำหากความเข้มสนามแม่เหล็กมากก็จะทำให้เกิดแรงดันมากส่วนกรณีที่มีการกลับขั้วแม่เหล็กจะทำให้แรงดันเอาท์พุตกลับขั้วกับกรณีที่กล่าวมา
ภาพที่ 2.10 ปรากฏการณ์ hall effect
(ที่มา: https://mcu56.learninginventions.org/?page_id=258)
Magnetic เซนเซอร์ที่ตรวจจับวัตถุเฉพาะที่เป็นแม่เหล็ก
2.4.1.เซนเซอร์อุณหภูมิเครื่องยนต์และเซนเซอร์วัดอุณหภูมิน้ำ( Engine and Water Temp.)
โดยจะต่อกับเทอร์มิสเตอร์ หลักการคือเมื่อเทอร์มิสเตอร์นั้นเย็นอยู่จะมีค่าความต้านทานมาก ค่าความต้านทานจะลดลงเมื่อเทอร์มิสเตอร์ร้อน กล่าวคือเมื่อเครื่องยนต์มีการทำงานมีอุณหภูมิสูงขึ้นมีผลให้ความต้านทานน้อยลง จากสูตร V=IR แรงดันไฟฟ้าแปรผันตรงเมื่อความต้านทานลดลง เซนเซอร์อุณหภูมิเครื่องยนต์จะใช้สาย2สาย สายหนึ่งเป็นสายสัญญาณและอีกสายเป็นสายดิน โดยที่สัญญาณจะมาจากกล่อง ECU 5 โวลต์ เมื่อผ่านเทอร์มิสเตอร์โวลต์แล้วสัญญาณกลับเข้ากล่องECUแรงดันไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้นไป 4.5 โวลต์เมื่อเครื่องเพิ่งเริ่มทำงาน และเมื่อเครื่องยนต์ทำงานปกติ แรงดันไฟฟ้าจึงลดลงเมื่อความต้านทานลดลงจะน้อยลงเป็นอย่างมาก โดยแรงดันจะลดลงเหลือเพียง 0.3 โวลต์
ภาพที่ 2.11 สัญญาณแรงดันของ เซนเซอร์อุณหภูมิเครื่องยนต์
(ที่มา: หนังสือ Automotive Technology for general service technicians)
ภาพที่ 2.12 สัญญาณแรงดันที่เปลี่ยนแปลงไปเมื่อเทียบกับเวลา
(ที่มา: หนังสือ Automotive Technology for general service technicians)
2.4.2 เซนเซอร์วัดออกซิเจน (Oxygen sensor)
โดยจะติดตั้งที่ท่อไอเสียระหว่างช่วงทางเข้าและช่วงท่อทางออกโดยผ่านท่อพักกลาง(Catealytic) หลักการคือเมื่อให้แรงดัน0.9Vในออกซิเจนเซนเซอร์ แล้วให้ออกซิเจนจากข้างนอกเข้ามาในออกซิเจนเซนเซอร์ ออกซิเจนในท่อไอเสียที่ผ่านหัววัดจะเกิดการถ่ายเทความร้อนกับออกซิเจนในออกซิเจนเซนเซอร์ ซึ่งที่ทำให้เกิดการสูญเสียอิเล็กตรอนเนื่องจากอุณหภูมิที่สูงมากขึ้นทำให้ความต้านทานลดลง ทำให้แรงดันไฟฟ้าลดลง แรงดันไฟฟ้านี้เองที่ทำให้ทราบอัตราส่วนของอากาศเมื่อเทียบกับน้ำมัน
ภาพที่ 2.13 หลักการทำงานออกซิเจนเซนเซอร์
(ที่มา: https://www.youtube.com/watch?v=Fl3aD1qJrEg)
2.4.3 เซนเซอร์ลิ้นปีกผีเสื้อ (Throttle Position Sensor)
ลักษณะการเดินสายไปยังเซนเซอร์ลิ้นปีกผีเสื้อจะเดิน3 สาย หลักการคือ กล่องECU จะส่งแรงดันไปผ่านเซนเซอร์ลิ้นปีกผีเสื้อ 5 โวลต์ เมื่อลิ้นเร่งมีการเปลี่ยนองศาหรือเปิดให้อากาศเข้ามากขึ้นเกิดการเปลี่ยนแปลงความต้านทานที่สูงมากขึ้น ทำให้สัญญาณที่ส่งกลับไปหากล่องโดยจะส่งในรูปของแรงดัน 4.5 โวลต์ ส่วนแรงดันส่วนเกินจะถูกส่งออกไปยังสายดิน
ภาพที่ 2.14 หลักการทำงานเซนเซอร์ลิ้นปีกผีเสื้อ
(ที่มา: หนังสือ Automotive Technology for general service technicians)
2.4.4 เซนเซอร์เพลาข้อเหวี่ยง (Crankshaft Position Sensor)
ติดตั้งใกล้เฟืองเพลาข้อเหวี่ยงนิยมใช้หลักการเหนี่ยวนำทางแม่เหล็กในการส่งสัญญาณมากกว่าวิธีการ hall effect หลักการคือเมื่อเฟืองเซนเซอร์เพลาข้อเหวี่ยงเริ่มทำงาน จะเกิดการเหนี่ยวนำทางไฟฟ้าแบบแม่เหล็กบนฟันของเฟืองเซนเซอร์เพลาข้อเหวี่ยงทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าไหลผ่านความต้านทาน ลักษณะของกราฟจะปรากฏในรูปของกราฟ sine อันเนื่องจากเกิดการเหนี่ยวนำบนฟันเฟืองและร่องฟันเฟืองเกิดความเปลี่ยนแปลงของสัญญาณในลักษณะของซิมเปิลฮาร์โมนิก
ภาพที่ 2.15 การเหนี่ยวนำทางไฟฟ้าแบบแม่เหล็กบนฟันของเฟืองเซนเซอร์เพลาข้อเหวี่ยง(ที่มา:http://www.mazda3thailand.com/workshopmanual/esicont/en/srvc/html/B3E014018230W02.html)
2.4.5 เซนเซอร์เพลาลูกเบี้ยว (Camshaft Position Sensor)
นิยมใช้หลักการhall effect หลักการคือ เมื่อฟันอ้างอิงเพลาลูกเบี้ยวหมุนผ่านหัวเซนเซอร์จะเกิดการเหนี่ยวนำแบบhall effect กล่าวคือ เกิดการเหนี่ยวนำที่แปรผันตรงกับระยะทาง ทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้า และเมื่อผ่านตัวต้านทาน แรงดันสัญญาณ5โวลต์ จะถูกส่งในรูปของฟังก์ชั่น Pulse และแรงดันส่วนเกินจะผ่านออกไปทางสายดิน
ภาพที่ 2.16 เปรียบเทียบลักษณะของกราฟแรงดันสัญญาณด้วยวิธีการเหนี่ยวนำทางแม่เหล็ก (ภาพบน CKP Position sensor)และhall effect (ภาพบน CMP Position sensor)
(ที่มา: http://www.troublecodes.net/pcodes/p0337/)
2.5 ทฤษฎีการเผาไหม้ในเครื่องยนต์จุดระเบิดด้วยประกายไฟ
ในเครื่องยนต์จุดระเบิดด้วยประกายไฟ (SI) หรือเรียกกันว่าเครื่องยนต์เบนซิน 4 จังหวะ
จังหวะดูด (Intake) เชื้อเพลงจะถูกผสมกับอากาศซึ่งเรียกว่า”ระบบไอดี” ในช่วงนี้จะเกิดอัตราส่วนผสมของน้ำมันกับอากาศ (Air/Fuel ratio, ∅)
สมการอัตราส่วนผสมของเชื้อเพลิง/อากาศ
∅= (2.1)
โดย คือ อัตราส่วนเชื้อเพลิง/อากาศจริง
คือ อัตราส่วนเชื้อเพลิง/อากาศพอดี
ในการเผาไหม้สารผสมแบ่งออกเป็น 3 ลักษณะ คือ
สารผสมบาง (fuel-lean mixture) คือมีเชื้อเพลิงน้อยกว่าอากาศ ยกตัวอย่างเช่น A/F ratio = 20 แสดงว่ามีอากาศอยู่ 20 หน่วย ต่อน้ำมัน 1 หน่วย เป็นส่วนผสมบาง
สารผสมพอดี (stoichiometric mixture) คือมีเชื้อเพลิงพอดีที่จะทำให้เกิดการเผาไหม้สมบูรณ์ ในเครื่องยนต์เบนซิน จะมีค่า A/F ratio ที่พอดีอยู่ที่ 14.7
สารผสมหนา (fuel-rich mixture) คือมีเชื้อเพลิงมากกว่าอากาศ ยกตัวอย่างเช่น A/F ratio = 12 แสดงว่ามีอากาศอยู่ 12 หน่วย ต่อน้ำมัน 1 หน่วย เป็นส่วนผสมหนา
ภาพที่ 2.17 กราฟแสดง Air/fuel ratio
(ที่มา: หนังสือเครื่องยนต์เผาไหม้ภายใน ทฤษฏีและการคำนวณ)
2.6ประสิทธิภาพการเผาไหม้ของเครื่องยนต์
ในด้านทางปฏิบัติ ไอเสียที่ออกมาจากเครื่องยนต์เผาไหม้ภายในจะมีสาร CO, H2, HC,เขม่า ที่เกิดจากเผาไหม้ไม่สมบูรณ์ รวมมากับสาร CO2,H2O ที่เผาไหม้สมบูรณ์ ในภายใต้สภาวะการทำงานด้วยสารผสมบาง ปริมาณของสารที่เกิดจากเผาไหม้ไม่สมบูรณ์จะน้อย แต่ภายใต้สภาวะการทำงานด้วยสารผสมหนา ปริมาณของสารที่เกิดจากการเผาไหม้ไม่สมบูรณ์จะมากกว่าพอสมควร ทั้งนิ้เกิดจากการที่ออกซิเจน(O2) ไม่เพียงพอต่อการเผาไหม้ที่สมบูรณ์ ดังนั้นการเผาไหม้ที่เกิดขึ้นจริงในเครื่องยนต์จึงไม่สมบูรณ์แม้ว่าจะมีอากาศเกินก็ตาม
2.7 ระบบฉีดเชื้อเพลิง
ระบบฉีดเชื่อเพลิง (fuel-injection system) สำหรับเครื่องยนต์เบนซิน จะฉีดเชื้อเพลิงเข้าไปผสมกับอากาศในช่วงจังหวะดูด (Intake)
ระบบฉีดเชื้อเพลิงที่ใช้กันมีหลายแบบ จำแนกได้ดังนี้
ตามลักษณะการควบคุม เป็นระบบที่ควบคุมเชิงกล (Mechanical control) และระบบที่ควบคุมแบบอิเล็กทรอนิกส์ (electronic control)
แบ่งตามลักษณะการฉีด เป็นการฉีดอย่างต่อเนื่องหรือฉีดเป็นช่วงๆ
แบ่งตามตำแหน่งการฉีด เป็นการฉีดเข้าช่องไอดี (port injection) และการฉีดเข้าช่องปีกผีเสื้อ (throttle-body injection)
แบ่งตามจุดที่ฉีด เป็นการฉีดเข้าจุดเดียว (single-point injection) และการฉีดเข้าหลายจุด (multipoint injection) ซึ่งการฉีดเข้าจุดเดียวจะเป็นการฉีดเข้าช่องปีกผีเสื้อ และการฉีดเข้าหลายจุดสำหรับเครื่องยนต์หลายสูบเป็นการฉีดเข้าช่องไอดี
ภาพที่ 2.18 ภาพจะลองการแสดง multipoint injection
(ที่มา: http://www.emeraldm3d.com/articles/injection-systems/)
2.8 ทฤษฏีมุมองศาข้อเหวี่ยง
การเผาไหม้ที่เกิดขึ้นจะเกิดขึ้นเพียงชั่วขณะหนึ่งของวัฏจักรการทำงาน ในเครื่องยนต์จุดระเบิดด้วยประกายไฟ เมือจังหวะการจุดสั่งจุดประกายไฟถูกปรับให้มีประสิทธิภาพที่เหมาะสมที่สุด การเผาไหม้โดยทั่วไปแล้ว จะเริ่มต้นที่ 10° ถึง 40° มุมข้อเหวี่ยงก่อน TC และจะเผาไหม้ไปครึ่งหนึ่งที่ประมาณ 10° หลัง TC แล้วเผาไหม้ไปหมดที่ 30° ถึง 40° หลัง TC โดยความดันสูงสุดจะเกิดขึ้นที่ประมาณ 15° หลัง TC
ภาพที่ 2.19 timing diagram crankshaft 4 stroke
(ที่มา:หนังสือ Total Automotive Technology 4 th Edition)
ช่วงมุมองศาข้อเหวี่ยงของระยะการเผาไหม้แต่ละระยะจะถูกกำหนดดังนี้
มุมการขยายตัวของเปลวไฟ (flame-development angle,∆ θd) เป็นช่วงมุมข้อเหวี่ยงระหว่างหัวเทียนให้ประกายไฟออกมากับเวลาเมื่อส่วนของมวลในกระบอกสูบถูกเผาไหม้ไป โดยทั่วไปจะใช้ค่า 10% ของมวลที่ถูกเผาไปแล้ว
มุมการเผาไหม้อย่างรวดเร็ว (rapid-burning angle, ,∆θb) เป็นช่วงมุมข้อเหวี่ยงที่สารผสมส่วนใหญ่ถูกเผาไหม้ซึ่งก็คือช่วงระหว่างจุดสิ้นสุดของระยะการขยายตัวของเปลวไฟ(ตามปกติเมื่อมวลของการเผาไหม้ที่ออกมาเท่ากับ 10%) กับจุดสิ้นสุดของกระบวนการแพร่กระจายของเปลวไฟ
มุมการเผาไหม้รวบยอด (overall burning angle, ,∆ θo)เป็นช่วงของการเผาไหม้ทั้งหมดซึ่งเท่ากับผลบวกชอง θd กับ θb
ภาพที่ 2.20 ช่วงจังหวะการอัดและการขยายตัวของเครื่องยนต์
(ที่มา: หนังสือเครื่องยนต์เผาไหม้ภายใน ทฤษฏีและการคำนวณ)
2.9 องศาจุดระเบิด (Ignition timing)
องศาไฟจุดระเบิด ไม่ได้หมายถึงกำลังไฟจากหัวเทียนที่ยิ่งเพิ่มยิ่งแรง ยิ่งจุดระเบิดได้ไว แต่เป็นการหมายถึงจังหวะการ spark ไฟผ่านหัวเทียนเพื่อทำการจุดระเบิดในระหว่างที่ลูกสูบกำลังเคลื่อนที่ขึ้นไปยัง TDC โดยจังหวะการ spark ไฟมีหน่วยเป็นองศา ซึ่งสัมพันธ์กับองศาของเพลาข้อเหวี่ยง (crankshaft)
หลักการมีอยู่ว่า ในระหว่างการ spark หัวเทียนช่วงระหว่างเกิดแรงระเบิดนั้น จะต้องใช้ระยะ burning พอสมควร ดังนั้นในรอบสูงๆเราควรชิงจุดก่อนที่ลูกสูบจะเคลื่อนที่ถึง TDC เพื่อที่แรงดันที่เกิดจากการระเบิดเผาไหม้จะได้ไปดันลูกสูบช่วงที่กำลังเคลื่อนที่ลงสู่ BTDC ในรอบเครื่องยนต์ต่ำๆ ควรจะใช้ไฟอ่อน (Retarded) ที่ประมาณ 5° หลังจากลูกสูบวิ่งเลย TDC มาแล้วส่วนที่รอบเครื่องยนต์สูงๆ ควรใช้ไฟแก่ (Advanced) ที่ประมาณช่วง 30° ถึง 40° ก่อนถึง TDC
ภาพที่ 2.21 Advanced and retarded timing
(ที่มา:หนังสือ Total Automotive Technology 4 th Edition)
2.10 โปรแกรม VM Ware Workstation Pro 12
การใช้โปรแกรม MoTeC ECU Menu ต้องทำบนระบบปฏิบัติการ DOS ซึ่งระบบปฏิบัติการที่สามารถใช้งานได้นั่นคือ ระบบปฏิบัติการ Window XP เนื่องจากยุคสมัยที่เปลี่ยนไป ระบบปฏิบัติการ Window XP ได้ทำการปิดตัวลงอีกทั้งคอมพิวเตอร์รุ่นใหม่ไม่สามารถรองรับระบบปฏิบัติการดังกล่าวได้ ดังนั้นทางเลือกของผู้ใช้จึงมี2วิธี นั่นคือ การหาคอมพิวเตอร์ที่รองรับระบบปฏิบัติการ Window XP ได้ หรือ การลงระบบปฏิบัติการ 2 ระบบ ในเครื่อง
ดังนั้น โปรแกรม VM Ware Workstation Pro 12 จึงมีฟังก์ชั่นการใช้งานของระบบปฏิบัติ
การ 2 ระบบ อีกทั้งการใช้งานที่ง่าย และสะดวกกว่าการหาคอมพิวเตอร์ที่รองรับระบบปฏิบัติการ Window XP
ภาพที่ 2.22 โปรแกรม VM Ware Workstation Pro 12
2.11 Quick shifter
หลักการทำงาน สำหรับระบบเกียร์ Quick Shifter คือช่วยในเรื่องของลดจังหวะการผิดพลาดระหว่างการเข้าเกียร์ จากเกียร์ต่ำไปหาเกียร์สูง ซึ่งเราสามารถเข้าเกียร์จาก 1 ไป 2,3,4,5,6 ได้เลยโดยที่ไม่ต้องเหยียบคลัทช์และผ่อนคันเร่ง แต่ถ้าจะลดเกียร์คงยังจำเป็นที่จะต้องใช้คลัทช์ สำหรับ Quick Shifter ที่ดีจะควบคุมการจ่ายเชื้อเพลิง และบางรุ่นคุมแม้กระทั่งไฟจุดระเบิด สวิตช์จะทำงานเพียงชั่วพริบตาที่เท้าเรางัดเกียร์ขึ้น ระบบจะตัดการทำงานของระบบจุดระเบิดชั่วขณะหนึ่ง เพื่อให้เปลี่ยนเกียร์ได้ง่ายขึ้นโดยไม่ต้องเหยียบคลัทช์
ในอดีตเกียร์ Quick Shifter มีหน้าที่แค่สำหรับตอนเพิ่มเกียร์ แต่ในปัจจุบัน เมื่อเทคโนโลยีถูกพัฒนาไปมากขึ้น ในรถบางรุ่น เช่น BMW S1000RR ปี 2015 ขึ้นมา, Kawasaki ZX-10R 2016 สามารถใช้ Quick Shifter ได้ทั้งการเพิ่ม และลดตำแหน่งเกียร์เลยทีเดียว เรียกได้ว่านอกจากจะเป็นตัวที่ช่วยเพิ่มความสะดวกรวดเร็วในการเปลี่ยนเกียร์ และให้ควบคุมในการขี่ได้ง่ายยิ่งขึ้น
ภาพที่ 2.23 ส่วนประกอบของ Quick shifter
(https://www.ecu-shop.com/quick-shifter/)
ภาพที่ 2.24 แผนผังการติดตั้งในรถระบบคาร์บูเรเตอร์
ภาพที่ 2.25 แผนผังการติดตั้งระบบหัวฉีด
2.12 กล่องควบคุมการทำงานของเครื่องยนต์(ECU)
ECU ย่อมาจาก Engine Control Unit เราเรียก “กล่อง” ในสมัยก่อน รถยนต์จะไม่มีกล่อง ECU เพราะยังใช้การจ่ายน้ำมันแบบ “คาร์บูเรเตอร์” ที่อาศัย “กลไก” (Mechanic) ควบคุมการจ่าย ไม่ได้มีระบบไฟฟ้าเข้าไปเกี่ยวข้อง หรือแม้แต่รถที่เป็นระบบ “หัวฉีดกลไก” ก็ใช้กลไกคล้ายๆ ปั๊มดีเซล คอยปั๊มน้ำมันเข้าไปในแต่ละสูบ ก็ไม่ได้มีระบบไฟฟ้าเข้าไปยุ่งอีกเช่นกัน แม้จะมีก็แค่ “ไฟเลี้ยงปั๊ม” นิดหน่อยเท่านั้น ดีเซลก็หลักการเดียวกัน หลังจากนั้น มีกฎหมายบังคับเรื่องมลพิษเข้ามาบังคับใช้ในรถยนต์ ระบบกลไกโบราณมันจ่ายน้ำมันไม่ละเอียดเท่าที่ควร ทำให้สิ้นเปลืองเชื้อเพลิงมาก มลพิษก็มาก จึงต้องมีการคิดค้นระบบ “หัวฉีดไฟฟ้า” ขึ้นมาแทนที่ระบบจ่ายเชื้อเพลิงแบบกลไก ที่ค่อยๆ จะหมดไป
กล่อง ECU จะถูกสร้างขึ้นมา เพื่อเป็นการปฏิบัติการควบคุมการจ่ายรถ Classic/Retro ก็ใช้คาร์บูเรเตอร์ หรือถ้ารถเกรดดีๆ ก็จะใช้หัวฉีดแบบกลไก (K-jetronic) แต่สมัยนี้ รถเก่าก็พยายามจะอัพเกรดเป็นหัวฉีดไฟฟ้า (EFI) เพื่อการสั่งจ่ายน้ำมันที่แม่นยำ และเปลี่ยนเงื่อนไขตามการปรับแต่งได้อีกด้วย ก็จึงต้องพึ่งกล่อง ECU เข้ามาช่วยสั่งการ
เชื้อเพลิงและการจุดระเบิดโดยมีการสร้างแผงวงจร หลักการเดียวกับวิทยุทรานซิสเตอร์นั่นเอง มีการรับส่งสัญญาณ เพื่อถอดรหัสเป็นคำสั่ง ต้องมีการใส่โปรแกรมเข้าไป เพื่อการควบคุมที่แม่นยำและสั่งได้ในเงื่อนไขต่างๆ เช่น มีการชดเชย (Compensate) ในสภาวะการขับขี่, อุณหภูมิ, การใช้คันเร่ง, การใช้รอบเครื่อง, ตำแหน่งเกียร์ ฯลฯ มีเซนเซอร์ต่างๆคอยวัดค่าในจุดต่างๆ เช่น Oxygen Sensor วัดค่า CO2 ส่วนผสมของน้ำมันเชื้อเพลิงกับอากาศ (A/F Ratio) พอเป็นไอเสียแล้วมีค่าเท่าไร หนาไป บางไป, Speed Sensor วัดความเร็วของรถ จากการหมุนของล้อว่ารถเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเท่าไร, Throttle Sensor วัดองศาลิ้นเร่ง คนขับเร่งเท่าไร, Air Temp Sensor อุณหภูมิอากาศ ร้อน เย็น ทั้งหมดนี้ จะส่งสัญญาณไปเข้ากล่อง ECU เพื่อให้กล่องสามารถรับรู้ได้ว่าตอนนี้รถอยู่ในสภาวะใด แล้วโปรแกรมจะปรับเปลี่ยนตามเงื่อนไขที่ทางผู้ผลิตรถยนต์ได้ตั้งค่ามา เพื่อให้ ตอบสนองการขับขี่สมบูรณ์ที่สุดทุกสภาวะแม้ในปัจจุบัน เครื่องยนต์ดีเซลก็ยังใช้ระบบ ECU ที่ซับซ้อนเช่นเดียวกัน เพราะต้องการเหตุผลเดียวกันนี้เอง
กล่อง ECU จะทำหน้าที่ควบคุมสั่งการระบบต่างๆ ในรถ ใบเดียวคุมหลายอย่าง โดยเฉพาะรถระดับ Hi-end ทั้งหลาย ระบบจะยุ่งยากไปหมด จึงไม่สามารถยกเลิกระบบเดิมได้ ต้องใช้การ Reflash โปรแกรม หรือการใส่กล่องพ่วงต่างๆ แต่ก็ต้องดู ECU สมัยใหม่มีความฉลาดมาก ถ้ามีข้อมูลอะไรที่ผิดแปลกไป มันจะมีระบบ Feed Back ดึงข้อมูลกลับมาเป็นสแตนดาร์ด
ภาพที่ 2.26 แผนผังการเดินสายไฟและตำแหน่งของเซนเซอร์ต่างๆ
(http://www.xo-autosport.com/site/ecu-explaining/)
ปรับแต่งกล่อง
สำหรับกล่อง ECU จากรถเดิมๆ นั้น ทางผู้ผลิตก็จะตั้งค่ามาแบบเป็นมาตรฐานตามลักษณะการใช้งานทั่วไป ไม่ได้เน้นที่ประสิทธิภาพสูงสุด โดยจะต้องมีเรื่องของการควบคุมมลพิษ อัตราสิ้นเปลือง ความคงทนของเครื่องยนต์ อัตราเร่งที่ทุกคนต้องขับได้โดยไม่อันตรายเกินไป และการจำกัดความเร็ว เช่น ในญี่ปุ่น ไม่เกิน 180 km/h และในเยอรมัน ไม่เกิน 250 km/h (155 mph) ซึ่งการปรับแต่ง ECU ก็มีหลายแบบ แยกเป็นหลักๆ ดังนี้
ภาพที่ 2.27 ชิ้นส่วนต่างๆภายในกล่อง ECU
1.2 Reflash
มาถึงกล่องสมัยใหม่ ก็พัฒนาไปอีก ตัว ROM จะอยู่ในเมนบอร์ด (Main Board) ของ ECUเลยไม่ต้องมาเสริม ROM เหมือนวิธีแรก เมื่อเรามีการแก้โปรแกรม จะเรียกว่า Reflash ซึ่งสมัยนี้สามารถดึงโปรแกรมกล่องออกมาแล้วลงมือปรับแต่งได้ตามที่สามารถทำได้ เพราะมันจะ Feedback ดึงข้อมูลกลับมาเหมือนเดิม หากเราไปใส่อะไรที่ผิดไปจากเดิม Feedback แล้วในปัจจุบัน จึงมีการเขียนโปรแกรมป้องกัน Feedback ออกมา เพื่อไม่ให้ดึงข้อมูลกลับไปเป็นเหมือนเดิมนั่นเอง
การ Reflash ก็มีสองประการย่อยไปอีก ประการแรก ปรับแต่งแบบ Real Timeจาก Tuner แบบนี้จะมีข้อดี ตรงที่ว่าสามารถปรับแต่งตามเงื่อนไขจริงได้อยากได้อะไรก็ว่ากันไปตามจริง กับ อีกแบบ คือปรับแต่งแบบโปรแกรมสำเร็จแบบนี้มักจะใช้กับรถสมรรถนะสูง การที่เจ้าของไม่ค่อยกล้าจะให้ปรับเองตามใจชอบ การปรับแต่งแบบนี้ ผู้ที่รับทำไม่จำเป็นต้องเป็นผู้เชี่ยวชาญที่มีประสบการณ์มากก็ได้ เพราะพวกนี้จะส่งข้อมูลไปบริษัทแม่ที่รับปรับแต่ง ECU มักจะเป็นต่างประเทศ แล้วบอกความต้องการไปว่าต้องการแบบไหน เสร็จแล้วจะส่งข้อมูลโปรแกรมที่ปรับแต่งแล้วกลับมา แล้วก็โหลดใส่ ECU ข้อดี คือ ใส่แล้วแรงม้าขึ้นเพราะจะมีการเคลมกันไว้เครื่องเดินเบาเรียบเหมือนเดิม พวกฟังก์ชันต่างๆจากโรงงานยังใช้การได้ปกติเหมือนเดิม รวมถึงการประกันจากบริษัทรถยนต์ที่ยังคงอยู่ด้วยแต่ข้อเสีย คือราคาค่อนข้างสูงเพราะต้องมีค่า License ค่อนข้างแพง เพื่อการแปลงข้อมูลที่บริษัทรถยนต์มักจะล็อคตรงนี้ไว้ และไม่สามารถเลือกได้เหมือนการใช้ผู้เชี่ยวชาญปรับแต่งแบบ Real Time เพราะแบบนี้เป็นการส่งข้อมูลกันไปมาเขาก็ทำตามเงื่อนไข Package ความแรงที่ขายไว้ ไม่สามารถ Over Spec ได้ เพราะจะทำให้เงื่อนไขการรับประกันและความคงทนของเครื่องยนต์ รวมถึงระบบที่เกี่ยวข้องต่างๆนั้นเปลี่ยนไป
ภาพที่ 2.28 ROM ใน Main Board
ภาพที่ 2.29 กล่อง Stand Alone ระดับสูงที่ใช้กับรถแข่ง ซึ่งมีความละเอียดสูง และมี Data Log ที่จำเป็น
ภาพที่ 2.30 หน้าตาของ Data Log ที่บ่งบอกถึงว่าเกิดอะไรขึ้นระหว่างการแข่งขัน
อันนี้จะเป็นเหมือนกล่องดำเป็นการบันทึกข้อมูลการทำงานในกล่อง ECU ระดับสูง ที่จะมี Data Log สำหรับการมาเปิดอ่านว่าที่ผ่านมา เครื่องยนต์ทำงานในสภาวะ (Condition) ใดบ้าง มันจะ ไม่มีการเดาทุกอย่างต้องตรวจสอบได้เพื่อแก้ไขปัญหาที่เกิดขึ้น กล่องที่มี Data Log แบบละเอียด ที่รู้จักกันก็คือ MoTeC ที่บ่งบอกได้แม้กระทั่งสภาวะการขับขี่ในสนามจริงว่าเกิดอะไรขึ้นบ้าง กับตัวรถ ช่วงล่าง เบรกยาง รวมไปถึงผู้ขับขี่สภาพทางในสนาม เวลาต่อรอบ ความเร็ว ฯลฯ ซึ่งเป็นการวิเคราะห์อย่างละเอียด
บทที่3
อุปกรณ์และวิธีการ
3.1 อุปกรณ์
ตารางที่ 3.1:อุปกรณ์ทั้งหมดที่ใช้
1.สายไฟขนาด 1.5 mm(ใช้ทั่วไป)
2.สายไฟขนาด 4.0 mm(สายดิน)
3.สายไฟแบตเตอรี่ 35 mm
4.สายไฟแบตเตอรี่ 10 mm
5.คีมปากยาว
6.คีมปากนกแก้ว
ตารางที่ 3.1:อุปกรณ์ทั้งหมดที่ใช้(ต่อ)
7.คีมย้ำหางปลา
8.คีปย้ำหัวพิน กล่อง Motec M 4
9.หัวพิน กล่อง Motec M4
10.กล่องอุปกรณ์ Motec m4
11.เทปดำ
12.บัตกรีและตะกั่ว.
ตารางที่ 3.1:อุปกรณ์ทั้งหมดที่ใช้(ต่อ)
13.ควิกชิพเตอร์(Quick shifter)
14.จอแสดงผล Acewell 5652
15.สวิสต์ป๊อกแปก (Cockpit on-off )
16.Relay 5 ขา ( Bosch )
17.ปุ่มสตาร์ด ( Inigtion switch )
18.แผ่นชาต (Regulator)
ตารางที่ 3.1:อุปกรณ์ทั้งหมดที่ใช้(ต่อ)
19.แบตเตอรี่ 12 V (75DIN)
20.Relay start (nouvo)
21.Cockpit master switch
22.Primary master switch
23.กล่องจุดระเบิด ( Toyota ignition
1JZ GTE)
24.ไฟเบรก
ตารางที่ 3.1:อุปกรณ์ทั้งหมดที่ใช้(ต่อ)
25.ปั๊มติ๊ก
26.ไดสตาด ( Starter operation )
27.ลิ้นปีกผีเสื้อ
28.ฟิวส์ขนาด10,15,20,30A
29.ท่อหดขนาด 3 mm
30.ท่อหดขนาด 5 mm
ตารางที่3.1:อุปกรณ์ทั้งหมดที่ใช้(ต่อ)
31.Adaptor ( ผู้-เมีย ทั้ง 6 รู)
32.Adaptor ( ผู้-เมีย ทั้ง 4 รู)
33.คัตเตอร์
34.ไฟแช็ก(ใช้เผาท่อหด)
35.มัลติมิเตอร์
36.RS-232 to Usb Adater
37.เทปผ้าเก็บบสายไฟ
38.เซนเซอร์วัดอุณหภูมิน้ำหล่อเย็น
39.เครื่องcbr๖๐๐rr(2003) พร้อมเซนเซอร์ CMP CKP และ Engine Temp.
3.2 การเดินสายไฟ
อ้างอิงการเดินสายไฟตามภาคผนวก A แผนผังทางเดินสายไฟของโครงการทั้งหมด ซึ่งแผนผังการเดินสายไฟนี้เป็นการรวบรวมและสรุปแผนผังการเดินสายไฟของภาคผนวก B-I เพื่อความปลอดภัยของระบบไฟฟ้ารถยนต์และเพื่อให้การใช้งานระบบไฟฟ้าเป็นไปตามที่คาดหวัง
ภาพที่ 3.1 แผงควบคุมและจอแสดงผล
ตำแหน่งที่เลือกใช้ในการติดตั้ง โดยหน้าหน้าจอแสดงผลค่าต่างๆจะแสดงให้ผู้ขับขี่สารารถเห็นได้ชัดมีการติดตั้งสวิตซ์ตัดไฟที่ใช้ในการทำงานของเครื่องยนต์ ในกรณีฉุกเฉินเพื่อจะได้สามารถยุดการทำงานของเครื่องยนต์ได้อย่างทันถ้วนที และจะมีในส่วนของสวิตซ์ที่ใช้ในการปิดเปิดระบบย่อยต่างๆที่ใช้ในรถซึ่งจะมีดังนี้
1.สวิสต์เปิดปิดการทำงานของกล่องMotec m4 และกล่องจุดระเบิดเครื่องยนต์ 1jz
2.สวิตซ์เปิดปิดการทำงานของปั๊มติ้กที่ใช้ในการสร้างแรงดันน้ำมันเชื้อเพลิง
3.สวิตซ์เปิดปิดการทำงานของพัดลมที่ใช้ในการระบายความความร้อนในกับเครื่องยนนต์
ภาพที่ 3.2 ตำแหน่งที่เลือกติดตั้งอุปกรณ์ต่างๆในรถ
จากภาพที่3.2 มีการเลือกวางกล่องจุดระเบิด1jzc กล่องMotec M4 เพื่อความสะดวกต่อการจูนเครื่องยนต์ และมีการติดตั้งชุดรีเลย์ควบคุมส่วนต่างๆของระบบไฟในรถ เพื่อความสะดวกและง่ายต่อการเซอร์วิสและแก้ไขปัญหาต่างๆของระบบไฟในรถ
ภาพที่ 3.3 ตำแหน่งที่เลือกติดตั้งปั๊มติ๊กที่ใช้สร้างแรงดันน้ำมัน
ภาพที่ 3.4 ตำแหน่งที่ติดตั้งพัดลมระบายความความให้กับเครื่องยนต์
จากภาพที่ 3.4 ตำแหน่งที่ติดตั้งพัดลมจะอยู่ทางด้านหลังของหม้อน้ำรถ โดยอาศัยการดูดลมเพื่อให้ลมสามารถไหลผ่านหม้อน้ำได้เพิ่มขึ้นเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการระบายความร้อนที่ดียิ่งขึ้น
ภาพที่ ๓.๕ ทีมดำเนินงาน
3.3. การทดลองปรับค่ากล่อง ECU
เนื่องจากกล่องที่ใช้ทำการทดลองมีชื่อว่า Motec M4 ใช้โปรแกรม Motec ECU Menu ในการปรับแต่งค่า ซึ่งสามารถหาโหลดได้จาก http://www.motec.com/downloads/ โดยกล่อง Motec รุ่น M4 ใช้ DOS software ในการจูน
เมื่อทำการ download ตัวโปรแกรมเสร็จแล้วให้ทำงานต่อ USB เชื่อมกล่องกับโปรแกรมทำการเข้าเมนู กดadjust
ภาพที่ 3.6 เมนูโปรแกรม
ในส่วนนี้จะเป็นการแสดงเมนูต่างๆที่เราสามารถปรับแต่งค่าได้มากมาย แต่ในส่วนของโครงการทำลองทางวิศวกรรมนี้ได้มุ่งเน้นไปที่การจูนเพื่อประหยัดน้ำมันเชื้อเพลิงจึงเน้นไปที่ การจูนในส่วนของ fuel และ ignition โดยในการทดลองจะใช้ระยะทางที่จำกัด
การทดลองแบ่งออกเป็น 2 Data ดังนี้
ชื่อไฟล์ Data_1 เป็นไฟล์ที่ปรับแต่งค่าน้ำมันให้มีอัตราส่วนรอบต้นที่หนา (rich) และรอบปลายที่บาง (lean)
ชื่อไฟล์ Data_2 เป็นไฟล์ที่ปรับแต่งค่าน้ำมันโดยให้มีอัตราส่วนรอบต้นที่บางกว่าและรอบปลายที่หนา (rich)กว่าไฟล์แรก
การปรับแต่งค่า Injection
ภาพที่ 3.7 Injector Scaling
ทดลองโดยใช้หัวฉีด Denso รุ่น 5js-j ซึ่งในการจูนนี้ ได้ตั้งค่าเวลาในการฉีดน้ำมันอยู่ที่ 8 ms อยู่ในระดับเครื่องยนต์ Normal ที่ไม่มี Turbo ทั้งนี้รวมไปถึงการ setup ค่าพื้นฐานต่าง ๆ ของเครื่องยนต์ cbr 600rr ดังนี้
Crank Ref. Teeth = 12
Crank Index Position = 428
Number of Cylinder = 4
Number of Coils = 4
Ref Sensor Type = 2 (Mag Input/Low level mag sensor)
Sync Sensor = 2 (Mag Input)
Load Calc Method = 1 (Throttle Position %)
Load sites selection = 100 (100%)
การปรับแต่งค่าจังหวะในการทำงานของแต่ละสูบ (Firing Order)
ภาพที่ 3.8 ปรับค่าจังหวะการจุดในลูกสูบ
การปรับแต่งค่าจังหวะในการทำงานของแต่ละสูบ (Firing Order) ในเครื่องยนต์ cbr 600rr ซึ่งเป็นเครื่องยนต์ 4 สูบ โดยส่วนนี้เป็นการกำหนดจังหวะการจุดของกล่องให้ตรงกับการทำงานของเครื่องยนต์ ตามคู่มือของเครื่องยนต์cbr 600rr มีจังหวะการจุดระเบิด (Firing Order) อยู่ที่ 1 2 4 3 ค่านี้เป็นส่วนสำคัญที่จูนเนอร์ทุกคนควรรู้เกี่ยวกับเครื่องยนต์ ซึ่งจะแต่ต่างกันออกไปแล้วแต่รุ่น
การตั้งค่าคันเร่ง (Throttle Position)
ภาพที่ 3.9 Sensor Setup
ภาพที่ 3.10 Throttle Position Closed/Open
เป็นการตั้งค่าคันเร่งเปิดสุด-ปิดสุด จากภาพที่ 3.10 จะเป็นการ setup ค่าที่ 16.2 Value จะเป็นช่วงปิดสุดของคันเร่งที่ Efficiency = 0% ส่วนค่า 79.6 Value จะเป็นช่วงที่คันเร่งเปิดสุดที่ Efficiency = 100% ในช่วงการใช้งานเมื่อกดคันเร่ง ค่า Value จะเพิ่มขึ้นส่งผลให้ค่า Efficiency เพิ่มขึ้น
การปรับแต่งองศาการจุดระเบิด (Ignition timing)
เนื่องจากการจูนองศาจังหวะการจุดระเบิดที่ดีที่สุดเละมีประสิทธิภาพสูงสุดต้องรู้จังหวะรอบที่เครื่องยนต์ทำงานมีประสิทธิภาพเยอะสุด ทอร์คเยอะสุดซึ่งค่าต่างๆสามารถจูนผ่านการขึ้น dyno test ซึ่งแต่ไฟล์ที่ได้ทำการจูนนี้ไม่ได้ test dyno เลยเป็นการจูนที่คาดเดาโดยให้ใช้งานได้ และสอดคล้องกับทฤษฎีให้มากที่สุด
ภาพที่ 3.11 Ignition Main
ช่วง 0-1500 rpm เป็นการตั้งองศาการจุดที่ช่วง 0°-30° BTDC เป็นการจูนให้องศาการจุดน้อยๆ เพื่อให้สอดคล้องกับทฤษฎีที่ว่าช่วงเริ่มสตาร์ท ควรใช้ไฟอ่อน (Retarded ) เนื่องจากเครื่องยนต์ยังไม่ได้เคลื่อนที่ด้วยกำลังมาก องศาการจุดจึงมีค่าน้อยๆเพื่อให้ช่วงระเบิด (burn) สร้างแรงดันเข้าไปดันลูกสูบให้มีแรงเคลื่อนเยอะที่สุด เพื่อให้รถสามารถติดได้ง่าย
ภาพที่ 3.12 Ignition main (ต่อ)
ภาพที่ 3.13 แผนภูมิ Ignition main
อย่างที่ได้ทำการกล่าวไว้ข้างต้น เนื่องจากเราไม่รู้ช่วงกำลังสูงสุด จึงคาดเดาช่วงกำลังสูงสุดอยู่ที่ช่วง 8000 rpm ช่วงนั้นจะเป็นช่วงที่ลูกสูบมีการหมุนที่เร็วเราเลยตั้งค่าการจุดระเบิดที่องศาเยอะๆ ช่วง 30°-34° เพื่อเป็นการชิงจุดก่อนที่ลูกจะเคลื่อนที่ก่อนถึง TDC ให้ช่วงตอน ไฟระเบิด(burn) หมดพอดีกับช่วงที่ลูกสูบกำลังเคลื่อนที่เลย TDC จะทำให้ได้กำลังสูงสุดซึ่งสอดคล้องกับทฤษฎี
DATA_1
การปรับค่าอัตราส่วนน้ำมัน (Fuel ratio) ของ Data_1
ภาพที่ 3.14 Fuel Main ของ Data_1
อย่างที่ได้ทำการกล่าวไว้ข้างต้น ไฟล์ Data_1 เป็นไฟล์ที่ปรับช่วงสตาร์ทแรกเริ่ม รวมไปถึงช่วงเดินเบาที่มีอัตราส่วนน้ำมัน (fuel ratio) อยู่ที่ ช่วง 19-21% ใน 8 ms. ของช่วงเปิดทำงานของหัวฉีด (% of IJPU) ดังที่ได้ตั้งค่าไว้ตอนแรก โดนในช่วงเริ่มสตาร์ท A/F ratio อยู่ที่ 16.4 เดินเบาอยู่ที่ 15.8
ภาพที่ 3.15 Fuel Main ของ Data_1 (ต่อ)
เนื่องจากเครื่องยนต์ได้ทำการ Overall ใหม่ กำลังสูงสุดจึงไม่สามารถระบุรอบช่วง RPM ได้แน่นอนว่าช่วงไหนได้กำลังมากสุดต้องทำการขึ้น dyno test และในการจูนครั้งนี้เราได้ขึ้น dyno test และเราได้ทราบว่าค่าช่วง 8000 RPM เป็นช่วงที่เครื่องยนต์ให้กำลังสูงสุด ในช่วงใช้งาน รอบ 5000 RPM ถึง 6500 RPM มีอัตราน้ำมันอยู่ที่ 46-50% เป็นตอนที่เครื่องยนต์ให้กำลังใช้งาน ส่วนช่วง 7-9000 RPM เป็นช่วงให้กำลังสูงสุด ทำให้ทำการจูนให้ อัตราน้ำมันอยู่ที่ 51-54% เพื่ออัดน้ำมันเข้าไปเรียกกำลังสูงสุด
ภาพที่ 3.16 Fuel Main ของ Data_1 (ต่อ)
ในช่วงนี้เป็นช่วงของการรีดกำลังจากรอบสูงสุดที่เครื่องยนต์ทำได้ ช่วง 9500-12000 RPMเป็นการกดคันเร่งที่ 100 % เลยทำการอัดน้ำมันเข้าไปในช่วงนี้เยอะที่สุดอยู่ที่ 53-54% เพื่อไม่ให้
รอบเครื่องเกิดการสะดุดหรือมีอาการของน้ำมันในห้องเผาไหม้ไม่พอ
ภาพที่ 3.17 แผนภูมิกราฟน้ำมัน (fuel main) ของ Data_1
ภาพนี้จะแสดงถึงกราฟ 3D เป็นการรวมกันของแกน Efficiency กับ RPM และ Fuel%/IJPU จะเห็นได้ว่าช่วงเริ่มสตาร์ทจะเพิ่มน้ำมัน และค่อยลดลงช่วงเดินเบา แล้วค่อยเพิ่มตาม Efficiency ที่เพิ่ม รอบที่เพิ่ม
DATA_2
การปรับค่าอัตราส่วนน้ำมัน (Fuel ratio) ของ Data_2
ภาพที่ 3.18 fuel main ของ Data_2
จากค่าในตารางของไฟล์ Data_2 เป็นไฟล์ที่ปรับช่วงสตาร์ทแรกเริ่ม รวมไปถึงช่วงเดินเบาที่มีอัตราส่วนน้ำมัน (fuel ratio) อยู่ที่ ช่วง 19-21% (% of IJPU) ซึ่งจะมีค่า A/F ratio ช่วงเดินเบา รอบต่ำ อยู่ที่ราว ๆ 18.8-19.4 ซึ่ง ตามทฤษฎีเป็นอัตราส่วนผสมที่บาง (lean)
ภาพที่ 3.19 fuel main ของ Data_2 (ต่อ)
เนื่องจากเครื่องยนต์ได้ทำการ Overall ใหม่ กำลังสูงสุดจึงไม่สามารถระบุรอบช่วง RPM ได้จึงทำการเดาค่าว่าช่วง 8000 RPM เป็นช่วงที่เครื่องยนต์ให้กำลังสูงสุดในช่วงใช้งาน รอบ 5000 RPM ถึง 6500 RPM ในส่วนของรอบเครื่องยนต์ช่วงนี้ถ้ากดคันเร่งราว ๆ 30-60% จะเป็นช่วงใช้งาน จากค่าในตารางได้ทำการปรับแต่งช่วงนี้ ให้มีอัตราการจ่ายน้ำมัน (fuel ratio) อยู่ที่ 30%-36%(% of IJPU)
ภาพที่ 3.20 fuel main ของ Data_2 (ต่อ)
จากการปรับค่าในรูป ช่วงรอบ 10000 rpm ถึง 12000 rpm เป็นช่วงพีค (peak) ของเครื่องยนต์เป็นช่วงที่ เครื่องยนต์ทำงานเต็มกำลัง เร่งสุด ด้วยช่วงความเร็วรอบสูงๆ ในช่วงนี้จะเป็นการปรับค่าน้ำมันให้สูงๆ เพื่อรีดประสิทธิภาพของเครื่องยนต์สูง ๆให้ได้สมบูรณ์ที่สุด โดยให้การจ่ายน้ำมันช่วงเหยียบคันเร่ง 70%-100% จะอยู่ที่อัตราการจ่าย 40-51% (% of IJPU) เป็นช่วงที่น้ำมันควรจะหนา (rich) ในการทดลอง A/F ratio จะอยู่ที่ 12.3-12.8
ภาพที่ 3.21 แผนภูมิกราฟน้ำมัน (fuel main) ของ Data_2
จะเป็นกราฟแผนภูมิแสดงผลการปรับอัตราการจ่ายน้ำมันทั้ง 3 แกน โดยประกอบไปด้วยแกน fuel, Efficiency และ rpmจากภาพรวมของกราฟจะเป็นได้ว่า ช่วงเริ่มสตาร์ท จนถึงช่วงเดินเบา ในรอบ 2000 rpm เป็นการปรับจูนน้ำมันให้มีอัตราการจ่ายที่บาง โดย A/F ratio อยู่ในช่วง 18.8-19.4 เป็นช่วงน้ำมันบาง (lean) ส่วนช่วงใช้งาน ในรอบ 5000-6500 rpm เป็นช่วงการใช้งานเลยปรับจูนน้ำมันให้มีอัตราการจ่ายที่พอดี โดย A/F ratio ช่วงใช้งานอยู่ที่ 14.5-15.4 ส่วนช่วงปลายเป็นการปรับจูนที่เน้นไปทางน้ำมันหนา (rich) ในรอบสูงๆ 10000-12000 rpm ที่คันเร่งสูงๆ จะมี A/F ratio อยู่ที่ 12.4-13.7
ภาพที่ 3.22 กราฟที่ได้จากการขึ้น dyno test
บทที่4
ผลการทดลอง
4.1 ผลลัพธ์การติดตั้งอุปกรณ์และทางเดินสายไฟ
ภาพที่ 4.1 ทางเดินระบบไฟทั้งหมดเมื่อเดินตามแผนผัง A ที่ภาคผนวก
ภาพที่ 4.2 จุดยึด Relay Bosch 30A 5ขา
ภาพที่ 4.3 ตำแหน่งเซนเซอร์ลิ้นเร่ง (Throttle Position)
ภาพที่ 4.4 ตำแหน่งเซนเซอร์เพลาข้อเหวี่ยง (CKP SENSOR)
ภาพที่ 4.5 ตำแหน่งเซนเซอร์เพลาลูกเบี้ยว (CMP SENSOR)
ภาพที่ 4.6 ตำแหน่งเซนเซอร์วัดอุณหภูมิเครื่อง (Engine Temp.)
ภาพที่ 4.7 ตำแหน่งการวางอุปกรณ์แสดงผลรวมไปถึงอุปกรณ์ด้านความปลอดภัย
ภาพที่ 4.8 Brake Pedal Over Travel Switch (อุปกรณ์กันเบรกแตก)
ภาพที่ 4.9 เมื่อเปิด Primary Master Switch จะปรากฏให้เห็นว่ากระแสไฟฟ้า
ไหลผ่าน Brake Pedal Over Travel Switch (อุปกรณ์กันเบรกแตก)
ภาพที่ 4.10 ตำแหน่งติดตั้งสวิตซ์เปิด-ปิดพัดลม สวิตซ์เปิด-ปิดปั๊มติ้กที่ใช้สร้างแรงดันน้ำมัน สวิตซ์เปิด-ปิดการทำงานของกล่องจุดระเบิดและกล่อง Motac M4 Cockpit master switchตัดการทำงานของเครื่องยนต์ ปุ่มสตาทต์เครื่องยนต์ โดยเรียงจากซ้ายมือตามลำดับ
ภาพที่ 4.11 เมื่อเปิด Cockpit Master Switch ตามด้วยเปิด Cockpit ON-OFF Switchcและสวิตซ์กล่องจุดระเบิดกับกล่องMotac M4
ภาพที่ 4.12 การเชื่อมต่อกับกล่อง Motec เมื่อกล่อง Motec ยังไม่ทำงาน
ภาพที่ 4.13 การเชื่อมต่อกับกล่อง Motec เมื่อกล่อง Motec ทำงาน
ภาพที่ 4.14 ก. จอแสดงผลA/F Ratio ข.ตำแหน่งการติดตั้งออกซิเจนเซนเซอร์
4.2 วิเคราะห์ทางเดินสายไฟ
ภาพที่ 4.15 การเดินสายไฟตามกฏกติกา SAE สำหรับการแข่งขัน TSAE Auto Challenge
ภาพที่ 4.16 สัญลักษณ์ตัดระบบไฟรถ
จากภาพที่4.15 ตามกฎกติกาของ SAE ได้กำหนดให้มีอุปกรณ์ที่นักขับสามารถตัดไฟได้ 3จุด จุดที่1 Primary Master Switch ติดตั้งหลังนักขับ โดยที่นักขับสามารถเอื้อมมือปิดได้ จุดที่3 จะเป็น cockpit Master Switch ติดตั้งที่หน้าคอนโซลของรถ ซึ่งนักขับสามารถมองเห็นได้ ใช้งานได้อย่างไม่ติดขัด ที่สำคัญทั้ง 2 จุดนี้ จำเป็นต้องมีสัญลักษณ์ตัดระบบไฟรถ ดังภาพที่ 4.16 และจุดที่ 2 Brake Pedal Over Travel Switch จะต้องอยู่ในตำแหน่งหลังที่เหยียบเบรกเพื่อป้องกันกรณีแป้นเบรกแตกแล้วแป้นเบรกไม่สามารถใช้งานได้ เบรกจะสัมผัสอุปกรณ์สามารถตัดระบบไฟ
ภาพที่ 4.17 การต่อสายสัญญาณกับกล่อง ECU
จากภาพที่ 4.4และ4.5 เซนเซอร์เพลาข้อเหวี่ยง กับ เซนเซอร์เพลาลูกเบี้ยว ใช้การติดตั้งตามภาคผนวก เพราะเซนเซอร์เพลาข้อเหวี่ยง (CKP sensor) มีลักษณะการส่งสัญญาณแบบแม่เหล็ก กล่าวคือเมื่อเครื่องยนต์ทำงาน ฟันเฟืองเซนเซอร์เพลาข้อเหวี่ยงมีการเคลื่อนที่แบบหมุน ทำให้เกิดการเหนี่ยวนำในลักษณะของแม่เหล็ก เมื่อใช้ออสซิโลสโคป จะพบว่าลักษณะของกราฟมีการเคลื่อนที่แบบซิมเปิลฮาร์โมนิก กล่าวคือเกิดการสร้างแรงดันที่แตกต่างกัน แรงดันที่มากแสดงให้เห็นถึงระยะห่างของฟันเฟืองกับหัวเซนเซอร์ที่มีระยะใกล้กันมาก และ แรงดันที่ต่ำแสดงให้เห็นถึงระยะห่างของฟันเฟืองกับหัวเซนเซอร์ที่มีระยะไกลกันมาก แสดงว่าการส่งสัญญาณแบบแม่เหล็กนั้นจะสามารถสร้างแรงดันได้ต่อเมื่อเฟืองมีการเคลื่อนไหวในมุมที่แตกต่างกัน ทำให้แรงดันที่ปรากฏในกราฟมีความไม่คงที่
เซนเซอร์เพลาลูกเบี้ยว (CMP sensor) ใช้หลักการเช่นเดียวกับเซนเซอร์เพลาข้อเหวี่ยง(CKP senser)ทำให้กล่องสามารถรับรู้ได้ว่าเพลาข้อเหวี่ยงเคลื่อนที่อยู่ตำแหน่งใด
เซนเซอร์วัดอุณหภูมิเครื่องยนต์และเซนเซอร์วัดอุณหภูมิน้ำ ใช้หลักการอุณหภูมิมีผลต่อความต้านทาน กล่าวคือกล่อง ECU ส่งกระแสไฟฟ้าผ่านเซนเซอร์ด้วยแรงดันคงที่ เมื่ออุณหภูมิเครื่อง และอุณหภูมิน้ำสูงขึ้น ส่งผลให้แรงดันของกระแสไฟฟ้าที่เซนเซอร์ส่งกลับไปหากล่องมีค่าแรงดันลดลง
เซนเซอร์วัดอัตราออกซิเจนเทียบปริมาณน้ำมัน ใช้หลักการการถ่ายเทอิเล็กตรอนเมื่อโมเลกุลของสารนั้นได้รับความร้อน กล่าวคือ เมื่ออากาศร้อนในท่อไอเสียได้ผ่านหัวเซนเซอร์ ทำให้ออกซิเจนในสายเซนเซอร์
ซึ่งเป็นอากาศจากข้างนอกท่อไอเสียมีอุณหภูมิสูงขึ้น จนถึงจุดถึงออกซิเจนที่อุณหภูมิสูงขึ้นคายประจุอิเล็กตรอนเกิดการถ่ายเทประจุผ่านซิงโครเดียมไดออกไซด์ ทำให้แรงดันในสายลดลง แรงดันนี้เองที่จะทำให้ทราบได้ว่าออกซิเจนในท่อไอเสียมีมากน้อยเพียงใด หากแรงดันไฟฟ้าลงลง ทำให้ทราบได้ว่ามีออกซิเจนในท่อมาก แสดงว่าน้ำมันที่ผสมกับอากาศมีปริมาณน้อย (lean)
เซนเซอร์วัดตำแหน่งลิ้นปีกผีเสื้อ ใช้หลักการของโอห์ม ว่าด้วยแรงดันไฟฟ้าแปรผันตรงกับความต้านทาน กล่าวคือ เมื่อมีการเปิดลิ้นผีเสื้อ เข็มสัญญาณมีการเคลื่อนที่ ทำให้ความต้านทานสูง เมื่อความต้านทานสูงกระแสไฟฟ้าที่กล่อง ECU ส่งผ่านเซนเซอร์ จะมีค่าแรงดันไม่เท่ากัน ความแตกต่างของแรงดันนี้เองที่ทำให้ทราบว่าตำแหน่งของลิ้นปีกผีเสื้อมีการเปิด-ปิด มากน้อยเพียงใด
ภาพที่ 4.18 จอACEWELL 5652
ภาพที่ 4.19 แผนผังการเดินสายไฟของจอ ACEWELL 5652
การติดตั้งจอแสดงผล acewell ace-5652 เพื่อวัดข้อมูลที่จำเป็นต่อการทำงานของเครื่องยนต์ และเพื่อความปลอดภัยของชิ้นส่วนต่างๆในรถ โดยค่าที่ควรทราบขณะทำการติดเครื่องนั้นประกอบด้วย ค่าแรงดันกระแสไฟฟ้าของแบตเตอรี่ ค่าความร้อนของอุณหภูมิน้ำหล่อเย็น และค่าความเร็วรอบของเครื่องยนต์ ดังแสดงในภาพ 4.19 การเดินสายไฟเพื่อให้จอแสดงผลมีหลักการดังนี้
-ต่อสายไฟ switch on และสายกราวเข้ากับจอแสดงผล เมื่อเปิดสวิตซ์ จอแสดงผลจะทำงาน สามารถแสดงค่าปริมาณแรงดันกระแสไฟฟ้าของแบตเตอรี่ได้
-การการเดินสายไฟเพื่อวัดค่าความร้อน อุณหภูมิน้ำหล่อเย็น ทำการติดตั้งเซนเซอร์วัดอุณหภูมิทางท่อน้ำหล่อเย็นเพื่อรับค่า และwiringสายไฟ บวกและลบ ผ่านปลั๊ก D ของจอแสดงผล(สายไฟสีขาวและสีเทา)
-การเดินสายไฟเพื่อรับค่าความเร็วรอบของเครื่องยนต์ เมื่อเดินสายไฟของเครื่องยนต์เข้ากับกล่อง motec m4 เสร็จเรียบร้อยแล้ว จะเห็นได้ว่ามีสายไฟเพื่อวัดค่าความเร็วรอบเครื่องยนต์ RPM input ต่อเข้ากับกล่อง นำสายไฟ RPM input ต่อเข้ากับจอแสดงผลเพื่อรับค่า ผ่านสายไฟเส้นสีเหลืองของจอแสดงผล
-การเลือกค่าเพื่อแสดงผลให้ทราบ สามารถทำได้โดยการกดปุ่มเลื่อนซ้ายหรือขวาผ่านจอแสดงผล จะสามารถเปลี่ยนการแสดงผลของจอได้ตามที่จะต้องการทราบ
ภาพที่ 4.20 การเดินสายไฟของระบบจุดระเบิดเข้ากับกล่อง Motec m4
ภาพที่ 4.21 แผนผังต้นแบบของกล่องจุดระเบิด1jz
ภาพที่ 4.22 กล่องจุดระเบิด 1JZ กับกล่อง Motec m4 ออกแบบให้ติดตั้งใกล้กันเพื่อง่ายต่อการเดินสายไฟ
การใช้กล่องจุดระเบิดเนื่องจากคอยล์หัวเทียนของเครื่องยนต์เป็นแบบคอยล์แบบปกติซึ่งไม่สามารถสร้างกระแสไฟจุดระเบิดได้ด้วยตัวเองแบบไดเร็คคอยล์จึงต้องมีการติดตั้งกล่องจุดระเบิดเพื่อทำการจุดระเบิดและเดินทางผ่านสายหัวเทียนไปยังคอยล์เพื่อทำการสร้างการจุดระเบิดที่หัวเทียนเพื่อให้เครื่องยนต์เกิดการสันดาปขึ้น
สัญญาณคำสั่งจุดระเบิดจากกล่อง Motec M4 ต่อเข้ากับช่อง 1,2,3 และ9 ของกล่องจุดระเบิด 1jz เพื่อสั่งการให้กล่องจุดระเบิดทำงาน โดยจะส่งสัญญาณที่เป็นลบ(-)เข้าสู่คอยจุดระเบิด ช่องที่ใช้ส่งสัญญาณออกจากกล่องจุดระเบิด 1jz คือช่อง 4,5,6 และ10
4.3 ผลการทดสอบการประหยัดน้ำมัน
ภาพที่ 4.23 สถานที่ที่ใช้การทดสอบ
ภาพที่ 4.24 เติมน้ำมันเพื่อที่จะเริ่มในการทดสอบ
ภาพที่ 4.25 ตำแหน่งที่เขียนขึ้นเพื่อวัดน้ำมันที่ใช้ไป
ภาพที่ 4.26 บีกเกอร์ที่ใช้มีขนาด500มิลลิลิตร
ภาพที่ 4.27 น้ำมันที่เหลือจากการทดสอบวิ่งในรอบแรกโดยใช้ไฟล์ data 1
จากภาพที่ 4.26 หลังจากการนำรถไปวิ่งทดสอบในรอบแรก โดยใช้ไฟล์ Data 1 เมื่อนำน้ำมันใน
บีกเกอร์(ภาพที่ 4.27)ไปเติมให้พอดีกับตำแหน่งที่ขีดไว้จะเห็นว่าเหลือน้ำมันอยู่อีกปริมาณ 270 มิลลิลิตร จากที่มีน้ำมัน 500 มิลลิลิตรทำให้เราสามารถคำนวณน้ำมันที่หายไปได้คือ 500-270=230 มิลลิลิตร
ภาพที่ 4.28 น้ำมันที่เหลือจากการทดสอบวิ่งในรอบที่ 2 โดยใช้ไฟล์ data 1
จากการวิ่งในรอบที่ 2 ไฟล์ data 1 เอาน้ำมันในบีกเกอร์เติมจนถึงตำแหน่งที่ขีดไว้ เหลือน้ำมันใน
บีกเกอร์ 240 มิลลิลิตร และสามารถคำนวณน้ำมันที่ใช้ได้ 260 มิลลิลิตร
ภาพที่ 4.29 น้ำมันที่เหลือจากการทดสอบวิ่งในรอบที่ 3 โดยใช้ไฟล์ data 2
จากการวิ่งในรอบที่ 3 ไฟล์ data 2 เอาน้ำมันในบีกเกอร์เติมจนถึงตำแหน่งที่ขีดไว้ เหลือน้ำมันใน
บีกเกอร์ 310 มิลลิลิตร และสามารถคำนวณน้ำมันที่ใช้ได้ 190 มิลลิลิตร
ภาพที่ 4.30 น้ำมันที่เหลือจากการทดสอบวิ่งในรอบที่ 4 โดยใช้ไฟล์ data 2
จากการวิ่งในรอบที่ 4 ไฟล์ data 2 เอาน้ำมันในบีกเกอร์เติมจนถึงตำแหน่งที่ขีดไว้ เหลือน้ำมันใน
บีกเกอร์ 275 มิลลิลิตร และสามารถคำนวณน้ำมันที่ใช้ได้ 225 มิลลิลิตร
\
ภาพที่ 4.31 ตำแหน่งสิ้นสุดของระยะทางความยาว 350 เมตร
จากการทดสอบการใช้น้ำมันแล้ว สามารถสรุปได้ค่าดังในตาราง 4.1
ตาราง4.1 ปริมาณน้ำมันที่ใช้เทียบกับการปรับตั้งค่ากล่อง ECU
ครั้งที่ DATA_1 DATA_ 2
เวลาที่ใช้ไปทั้งหมด 1 4:14 4:23
2 3:59 3:57
ปริมาณน้ำมันที่ใช้ไป 1 320 ml. 290 ml.
2 360ml. 330 ml.
AVG. speed 1 12.9 km/hr 11.4 km/hr
2 24.5 km/hr 24.6 km/hr
A/F Ratio
RPM 5000-6000 1 14.2-15 12.6-13.5
2 14.2-15.8 12.8-13.4
กำหนดตัวแปรให้ระยะทาง คงที่ เท่ากับ 3.5 กิโลเมตร ต่อ 1 ครั้ง (700เมตร5รอบ)
ภาพที่ 4.32 ผลการทดสอบการประหยัดน้ำมันเมื่อเทียบปริมาณน้ำมันที่ใช้ไปเทียบกับประเภทข้อมูลที่ปรับแต่งค่า
จากตาราง4.1 ปริมาณน้ำมันที่ใช้เทียบกับการปรับแต่งค่ากล่อง ECU ที่เก็บค่าได้แสดงให้เห็นว่าไฟล์ Data 2 ประหยัดน้ำมันกว่าไฟล์ Data 1 เป็นเพราะเกิดจากการปรับจูนที่ต่างกันและเนื่องจากระยะทางที่ใช้ในการทดลองเป็นช่วงที่สั้น และด้วยความเร็วที่จำกัด การทำงานของเครื่องยนต์จึงทำงานได้แค่ในรอบ rpm ที่ไม่สูงมาก
โดย Data 1 เป็นการปรับอัตราการจ่ายน้ำมันในช่วงแรกที่หนากว่า Data 2 ที่ A/F ratio ของไฟล์ Data 1 อยู่ที่ 14.9-16.7 ในช่วงการเร่งรอบความเร็วเครื่องยนต์จาก 0-4500 rpm หลังจาก5-8000 rpm จะเป็น เป็นช่วงใช้งาน ในการทดลองเราจำกัดค่าความเร็วไว้ไม่เกิน 50 km/h ที่เกียร์ 4ในช่วง 5-6000 rpm จะเห็นได้ว่า A/F ratio ของ Data 1 จะบางกว่า Data 2 แต่สิ้นเปลืองน้ำมันเชื้อเพลิงเยอะกว่า Data 2 ซึ่งไม่สมเหตุสมผลกับทฤษฎีเราจึงทำการวิเคราะห์หาสาเหตุ จึงพบว่า การสิ้นเปลืองน้ำมันเชื้อไม่ได้ขึ้นอยู่กับการปรับการจ่ายน้ำมันหนาหรือบางเพียงอย่างเดียวแต่ขึ้นอยู่ระยะทางการใช้งานและการใช้เกียร์ (Transmission)ทีมีตัวแปรตามเป็นรอบเครื่องยนต์ด้วย
ภาพที่ 4.33 ระยะทางใช้เกียร์เมื่อเทียบกับประสิทธิภาพการใช้น้ำมัน
สาเหตุเนื่องมาจากในการทดลอง รถวิ่งด้วยระยะทางที่สั้นและมีความเร็วที่จำกัดทำให้มีการเปลี่ยนเกียร์ที่น้อย โดยความเร็วรอบที่ใช้ในการเปลี่ยนเกียร์อยู่ที่ราว 6-7000 rpm จากรูปในช่วงเกียร์ 1-3 จะเป็นช่วงการเร่งของเครื่องยนต์ ส่วนเกียร์ 4 จะเป็นช่วงกดคันเร่งแช่ใช้งาน ตามทฤษฎีเครื่องยนต์จะสิ้นเปลืองน้ำมันเยอะสุดก็ช่วงเร่งความเร็ว โดยในช่วงเร่งจะสิ้นเปลืองถึง 70% ถ้าเทียบกับระยะกดแช่ใช้งาน ดังนั้นยิ่งเร่งบ่อยๆยิ่งทำให้สิ้นเปลืองน้ำมันเยอะ ทำให้สอดคล้องกับผลการทดลองที่ว่า Data 2 ที่จูนน้ำมันบาง (lean) กว่าที่ A/F ratio ในช่วงต้น-กลางของรอบเครื่องยนต์อยู่ที่ราว 17.1-15.9 ซึ่งจะบาง (lean) กว่า Data 1 ทำให้ Data 2 ปรับหยัดน้ำมันกว่า Data 1
บทที่5
สรุปผลการทดลองและข้อเสนอแนะ
จากผลการทดสอบโครงงานพัฒนาระบบจ่ายน้ำมันเชื้อเพลิงเบนซินของกล่องควบคุมเครื่องยนต์สำหรับรถ Formula Student 2018-2019 สามารถสรุปได้ดังนี้
1.ผลลัพท์การเดินสายไฟ ดังภาคผนวก A ทำให้สามารถใช้งานกล่อง ECU ได้เป็นอย่างดี ไม่มีข้อบกพร่อง อีกทั้งการเดินระบบตัดไฟฟ้าตามมาตรฐาน SAE หากเกิดเหตุกรณีฉุกเฉิน ก็สามารถใช้งานในส่วนของการตัดระบบไฟฟ้าได้เป็นอย่างดี
2.ผลลัพท์ของการปรับแต่งค่า ทำให้ทราบว่าการปรับแต่งค่าน้ำมันให้มีความประหยัดนั้นนอกเหนือจากค่าของ A/F ratio แล้ว ยังมีเรื่องของระยะทาง ช่วงใช้งานเกียร์นั้นๆ และการเดินคันเร่งตามประสิทธิภาพของรถ และสามารถสรุปได้ว่าDATA_1 เป็นการปรับแต่งที่ประหยัดน้ำมันในช่วงเกียร์4 เหมาะสำหรับสนามที่มีการแข่งขันTASE Auto Challenge ที่มีความคดเคี้ยว และช่วงใช้งานเกียร์ที่สั้น กล่าวคือใช้งานเกียร์1-3 ส่วน DATA2 เหมาะสำหรับการทดสอบประสิทธิภาพประหยัดเชื้อเพลิงในระยะทางที่ยาว
ข้อเสนอแนะ
1.การปรับแต่งค่าการจ่ายเชื้อเพลิง ควรขึ้นอยู่กับลักษณะของสนามและรายการแข่งขันนั้นๆ เพื่อความเหมาะสมต่อการประหยัดเชื้อเพลิงให้ได้มากที่สุด และได้ประสิทธิภาพดีที่สุด
2.การปรับแต่งค่าของเครื่อง cbr600rr นั้น ควรที่จะใช้งานเครื่องที่รอบสูง เนื่องจากเครื่องยนต์นี้เป็นเครื่องยนต์ที่ประสิทธิภาพสูงสุดในช่วง 8000- 10000 rpm ดังนั้นการปรับแต่งค่าน้ำมัน ให้ได้ประสิทธิภาพการประหยัดเชื้อเพลิงสูงสุดและให้สมรรถนะสูงสุด ควรที่จะให้ความสำคัญในการปรับแต่งค่าช่วงนี้
บรรณานุกรม
1.เฮย์วูด, จอห์น บี.(2555). เครื่องยนต์เผาไหม้ภายใน ทฤษฎีและการคำนวณ. กรุงเทพมหานคร:วิทยพัฒน์
2.อ.นพ มหิษานนท์. (2558). การเดินสายไฟและติดตั้งอุปกรณ์ไฟฟ้า. นนทบุรี:คอร์ฟังก์ชั่น.
3.กิตติพงษ์ เยาวาจา. (2559). พลศาสตร์ยานยนต์. ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล คณะวิศวกรรมศาสตร์ศรีราชา มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ วิทยาเขตศรีราชา
4.ศุลี บรรจงจิตร. (2556). หลักการและเทคนิคการออกแบบระบบไฟฟ้า. กรุงเทพมหานคร:ซีเอ็ด
5.รศ.ดร.ปรณัฐ วิสุวรรณ(2559). การควบคุมอัตโนมัติ. ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล คณะวิศวกรรมศาสตร์ศรีราชา มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ วิทยาเขตศรีราชา
6.William B.Ribbens(2013). Understanding Automotive Electronics 8th Edition. USA:Newnes.
7.Ron Haefner,Paul Leathers(2006). Automotive Technology for general service technicians. USA :Thomson Delmar learning
8.James D. Halderman. (2012). Automative Technology Principles,Diagnosis , and Service. USA: Pearson Haldernan.
9.Prpf.Dr.-ing. Konrad Reif & Dipl,- Ing Karl-Heinz Dietsche .(2004). Automotive Handbook. Germany :BentleyPublishers.
ภาคผนวก
แผนผัง A การเดินสายไฟในรถ formula student
แผนผัง B การเดินสายไฟกับกล่อง Motec ต้นแบบ
แผนผัง C การเดินสายไฟของอุปกรณ์วัดความเร็ว (ACEWELL 5652)
แผนผัง D การเดินสายไฟของกล่องจุดระเบิด(1JZ-GTE)
แผนผัง E การเดินสายไฟของเครื่อง CBR 600RR
แผนผัง F การเดินสายไฟกับเซนเซอร์เพลาลูกเบี้ยว/ข้อเหวี่ยง(ต้นฉบับMoTeC)
แผนผัง I กฏการแข่งขัน SAE Auto Challenge (หมวดการเดินสายไฟกับความปลอดภัย)
ใบตรวจสอบ J การเดินสายไฟตามกฏ SAE Auto Challenge