ความรู้เรื่องท่อไอเสีย

ความรู้เรื่องท่อไอเสีย

ก่อนเข้าเรื่องต้องมาทำความเข้าใจกันก่อนว่า ท่อไอเสียมันมีหน้าที่ไว้ทำอะไรก่อนนะครับ เผื่อจะสับสนกับท่อแอร์หรือท่อน้ำฉีดกระจก หน้าที่หลักๆของมันก็คือ

1. ข้อแรกกำปั้นทุบดินชัดๆไปเลยว่า เอาไว้ระบายไอเสียที่เครื่องยนต์มันไม่ต้องการแล้วออกจากเครื่องยนต์

2. เอาไว้ลดเสียงระเบิดในเครื่องยนต์ให้มันน้อยลง

3. เอาไว้กรองมลพิษให้ออกมาสู่อากาศให้น้อยลง

ทีนี้มาเจาะลึกกันทีละข้อเลยนะครับ ว่าเบื้องหน้าเบื้องหลังหน้าที่ของมันเนี่ยมันเริ่มตรงไหน อย่างไร ทำไม เพราะอะไร

มาที่ตัวไอเสียก่อน ไอเสียนี่ก็คือสิ่งที่เหลือจากการเผาไหม้ของน้ำมันที่ผสมกับอากาศ(บางคันอาจจะมีไนโตรเจนปนมาบ้าง) สิ่งที่หลงเหลือจะประกอบไปด้วยสารหลายอย่าง เช่นคาร์บอนมอนนอกไซด์ คาร์บอนไดออกไซด์ ไนโตรเจนไดออกไซด์ ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ ฟอสฟอรัส และพวกโลหะหนักต่างๆเช่น ตะกั่ว และ โมลิบดีนัม ทั้งหมดนี้จะรวมออกมาในรูปของกาซที่พุ่งออกมาภายใต้แรงดันของกระบอกสูบ ผ่านต่อมายังท่อรวมไอเสียหรือที่เรียกว่า Exhaust Manifold หรือบางคันก็จะเป็น Header ก็สุดแท้แต่ เรื่อง Header เอาไว้ก่อนละกันนะครับ เดี๋ยวค่อยว่ากันทีหลัง เอาเรื่องท่อรวมไอเสียแบบพื้นๆธรรมดาๆก่อน

ท่อรวมไอเสียส่วนใหญ่จะทำมาจากเหล็กหล่อเป็นดุ้นๆมากกว่าจะรูปร่างเป็นท่อ ทำหน้าที่เป็นต่อออกมาโดยตรงจากกระบอกสูบแล้วมารวมกัน ถ้าเครื่องสี่สูบก็จะมีสี่ท่อ จะรวมมาเป็นสองท่อก่อน หรือจะรวมทีเดียวเป็นหนึ่งท่อเลยก็แล้วศรัทธาของค่ายไหน แต่ไอ้แบบสี่ท่อออกมาจนถึงท้ายรถยังไม่เคยเห็น ดุ้นรวมไอเสียแบบธรรมดานี้หน้าตาก็บอกแล้วค่อนข้างปล่อยให้ไอเสียไหลไม่ค่อยคล่อง เครื่องยนต์ก็เลยต้องใช้ความพยายามหนักหน่อยที่จะผลักให้ไอเสียมันผ่านดุ้นนี้ออกมา ก็เลยเสียกำลังไปบ้าง

ตอนที่ไอเสียมันหลุดออกมาจากกระบอกสูบ ถ้าใครเคยได้ยินรถที่ติดเครื่องเปล่าๆไม่มีท่อรวมไอเสียคงจะรู้ว่ามันดังมาก ย้ำว่าดังมากๆ ดังราวๆกันเสียงปืนเลยทีเดียว ไอเสียมันจะออกมาด้วยแรงดันที่สูงมากที่เกิดจากแรงระเบิดส่วนนึง และจากการขับไล่ไสส่งจากลูกสูบส่วนนึง และอีกส่วนนึงผมยังไม่บอกตอนนี้ละกันอ่านไปเรื่อยๆเดี๋ยวหลุดออกมาเอง

ทีนี้แถมาเรื่อง Header อีกหน่อย ในเมื่อไอเสียมันลอดไปตามรู Header เหมือนกันแล้วเมื่อกี้พูดเหมือนกับว่า ไอเสียมันจะลอดไปดีกว่าแบบธรรมดา มันเป็นยังไงกันแน่ คือแบบนี้ครับ มันดีกว่าในข้อแรกคือ Header มันคือท่อ และมันทำจากท่อ มันจึงดูเหมือนท่อมากกว่า จะดัดจะโค้งจะทำให้ยาวให้สั้นได้ดีกว่า ไอเสียมันก็เลยแยกกันไหลได้ดีกว่าแบบธรรมดาที่เป็นดุ้นที่ไอเสียมันจะออกมาโครมมากองรวมกัน

ตรงนี้ก็คงจะมีคำถามอยู่ในใจแล้วล่ะว่า ถ้ามันบั่นทอนกำลังขนาดนั้น แล้วบริษัทรถยนต์เกือบทั้งหมดในโลกนี้ทำไมไม่ใช้ Header ใส่แบบธรรมดาๆเข้าไปหาพระแสงอันใดล่ะ คำตอบก็คือมันถูกดีครับ ลดต้นทุนไปได้เยอะ แถมติดตั้ง ถอดใส่ได้ง่ายๆอีก แล้วอีกอย่างหนึ่งก็คือรถที่ผลิตออกมา มันไม่จำเป็นต้องแรงเป็นรถแข่งทุกรุ่นหรอกครับ เอาไว้ขับไปจ่ายตลาดเสียก็เยอะ

ขออธิบายง่ายๆแบบนี้ละกันครับ ตอนนี้ให้ไอเสียมันไหลต่อนะครับ

ทีนี้มันจะไหลผ่านท่อไปอีกหน่อย ก่อนที่จะเข้าสู่ Catalytic Converter หรือเรียกกันสั้นๆว่า CAT หรือ KAT ก็สุดแท้แต่ แต่อ่านออกเสียงแบบไทยๆว่า ?แคท? เจ้า Catalytic Converter นอกจากจะช่วยกรองสารพิษ(บางส่วน)ที่เป็นอันตรายต่อปอดของคุณเองและผู้อื่นแล้ว ยังช่วยลดการก้องของเสียงที่จะออกมาที่ปลายท่อได้ มีคำร่ำลือปากต่อปากว่าถ้าเอา Catalytic Converter ออกแล้วรถจะแรงขึ้น อันนี้จริงและพิสูจน์ได้ทางคณิตศาสตร์ แต่สองแรงม้าห้าแรงม้าที่มันเพิ่มขึ้นมา ไม่ได้ถึงกับทำให้คุณรู้สึกได้ที่ปลายเท้าของคุณหรอกครับ บางทีแค่เอาของที่คุณเก็บไว้เต็มท้ายรถในรถออกเสียบ้าง เปลี่ยนน้ำมันเครื่อง/กรองอากาศ/หัวเทียนให้ตรงเวลา หรือแม้แต่แล้วกินข้าวเย็นให้มันน้อยลงมาหน่อย มันจะทำให้รถคุณวิ่งดีขึ้นโดยไม่ต้องไปยุ่งยากตัดต่ออะไรเสียด้วยซ้ำไป ในบางประเทศถ้าคุณไปถอดมันออก เค้าถือว่าเป็นการกระทำผิดกฎหมายที่มีโทษปรับหลายหมื่นไทยบาททีเดียว เก็บมันเอาไว้อย่างนั้นใต้ท้องรถเถอะครับ เชื่อผมเถอะ

พอมันออกมาจาก Catalytic Converter แล้วมันก็จะวิ่งไปอีกหน่อยก่อนเข้า Resonator และ Muffler สองตัวนี้เรียกแบบไทยๆรวมกันว่า ?หม้อพัก? แต่จริงๆแล้ว มันเป็นคนละชนิดกันนะครับ และทำงานไม่เหมือนกัน ไอ้เจ้า Resonator และ Muffler นี้อาจจะมีตัวเดียวหรือหลายตัวก็สุดแล้วแต่ การออกแบบของรถนั้นๆเค้า อ่านต่อไปอีกหน่อยนะครับ เดียวรู้เองว่ามันต่างกันยังไง

ในบางโฆษณาต่างๆที่เคยเห็นกันบ่อยๆว่า หม้อพัก สูตรเพิ่มแรงม้าอะไรเทือกนั้น อันนี้ไม่จริงครับถามนักแข่งรถ/ช่างทำเครื่องรถแข่งได้เลย เค้าจะบอกว่า หม้อพักที่ดีที่สุดก็คือ ?ไม่มีหม้อพัก? ครับ แต่ในโลกแห่งความเป็นจริงบนท้องถนนหลวงมันต้องมีหม้อพักเพื่อไม่ให้คุณจ่าที่ยืนรอที่หัวมุมถนนสนใจรถคุณมากนัก อีกทั้งเป็นการช่วยลดภาระของเพื่อนบ้านร่วมซอยของคุณที่ไม่ต้องมาเหน็ดเหนื่อยตื่นมาสรรเสริญเยินยอรถคุณตามหลังทุกๆวัน แต่ที่บอกว่ามันเพิ่มแรงม้านั่นมันน่าจะหมายถึงว่ามันเอาแรงม้าที่มันเสียไปจากที่ใดที่หนึ่ง กลับคืนมาให้รถคุณแบบที่มันควรจะเป็นเท่านั้นเอง

ก่อนจะปล่อยให้ไอเสียมันออกไปที่ปลายท่อ มาลองดูกันก่อนว่าเจ้า หม้อพัก เนี่ยมันหลักการทำงานอะไรบ้าง มันมีอยู่สามหลักครับคือ แบบดูดซับเสียง(Absorption), แบบจำกัดเสียง (Restriction), และแบบสะท้อนเสียง (Reflection) แต่ก็ไม่ได้หมายความว่าหม้อพักทุกหม้อจะมีคุณสมบัติทั้งหมดที่ว่ามานี้ บางยี่ห้ออาจมีอย่างเดียว สองอย่าง หรือทั้งหมด แล้วแต่คุณภาพและราคา

เริ่มที่แบบดูดซับเสียง(Absorption) ก่อนละกัน แบบนี้เป็นแบบที่ ข้างในจะบุด้วยใยแก้ว หรือใยโลหะ ไอเสียจะวิ่งผ่านท่อข้างในที่เจาะเป็นรูพรุน (perforated tube) ที่หุ้มใยพวกนี้ไว้ ทำให้เสียงลดลง แบบดีขั้นมาอีกหน่อย ภายในมันจะถูกกั้นเป็นห้องๆจากห้องใหญ่ไปห้องเล็ก เมื่อไอเสียวิ่งผ่านห้องพวกนี้ มันจะค่อยๆช้าลงเสียงมันจะลดลงด้วย ข้อเสียของแบบนี้คือไม่ค่อยลดเสียงเท่าไหร่ แต่ข้อดีคือไอเสียผ่านได้คล่อง

แบบจำกัดเสียง (Restriction) แบบนี้เป็นแบบมาตรฐานที่เห็นได้ในหม้อพักติดรถและตามร้านท่อไอเสียทั่วๆไป ข้อดีมองไม่เห็นข้อเสียก็ไม่ค่อยชัด เหมือนเดินไปในร้านอาหารบอกว่าอยากกิน Coke แต่เด็กหยิบ Pepsi มาให้หน้าตาเฉย คนก็กินได้หน้าตาเฉย เอาเป็นว่าถ้าอยากกินน้ำซ่าๆสีดำๆ ให้พูดว่า Coke มันจะเป็นยี่ห้ออื่นอะไรก็ไม่ได้เป็นสาระสำคัญที่จะมาไม่จ่ายตังกัน เอาเป็นว่าข้ามไปเลยละกันนะครับ

แบบสะท้อนเสียง (Reflection) แบบนี้เด็ดมาก ต้องคำนวณออกแบบกันให้ดีเลยละครับ ไม่งั้นไม่ work แน่นอน ภายในจะออกแบบให้คลื่นเสียงสะท้อนหักล้างกันภายใน ลองนึกถึงสมการคณิตศาสตร์ที่เรียนตอนเด็กๆ เมื่อโยกตัวแปรทุกอย่างมาทางซ้ายทางขวาจะเท่ากับศูนย์ แล้วคุณก็จัดการตัดเหล็ก พับเหล็ก ม้วนเหล็กตามค่าตัวแปรนั้นเสีย มันเป็นแบบนั้น นี่คือหลักการของ Resonator ด้วย

เอาล่ะครับเข้าเรื่องได้แล้ว นี่คือตัวเอกของเรื่อง มาทำความรู้จักสิ่งที่เรียกกันว่า Exhaust Pulse กันดีกว่า ผมอยากใช้คำว่า ?ชีพจรของไอเสีย? จัง ฟังดูขลังดี แต่รู้สึกแปลกๆไม่เหมือนว่ากำลังคุยกันเรื่องรถยนต์ เอาเป็นว่าผมเรียกมันว่า Pulse ละกัน เดี๋ยวอ่านจบแล้วรู้ว่ามันคืออะไรช่วยบัญญัติคำสวยๆให้ผมหน่อยเถอะ

Pulse นี่สำคัญ จากที่พูดไว้ตอนแรกแล้วว่า ไอเสียมันออกมาจากเครื่องยนต์ภายใต้แรงดันสูง ทีนี้จดลงไปเพิ่มอีกนิดว่า ?มันจะออกมาทีละสูบไม่พร้อมกันและจะออกมาเป็นช่วงๆมีช่วงเว้นวรรคระหว่างสูบ? ไม่ต้องเอาหูไปแนบฟังว่ามันเว้นวรรคนานขนาดไหนนะครับ มันแค่เศษเสี้ยวของวินาทีไม่สังเกตได้ด้วยตาเปล่าและหูเปล่าๆ เมื่อวาล์วไอเสียเปิด ไอเสียจะไหลออกมา เมื่อปิดไอเสียก็ไม่มี พอเปิดอีกทีมันก็ไหลออกมาอีก ไอ้ช่วงเว้นวรรคระหว่างการคายไอเสียแต่ละสูบเนี่ย เค้าเรียกกันว่า ?Pulse? ยิ่งเครื่องยนต์สูบมาก Pulse ก็ยิ่งสั้นลง
ทีนี้จินตนาการดูว่า เมื่อไอเสียมันถูกดันออกมาเป็นช่วงๆ มันจะเป็นรูปคลื่นวิ่งตามๆกันไปอยู่ในท่อ =>ที่ด้านใกล้เครื่องยนต์จะมีแรงดันมากสุดเทียบกับความดันบรรยากาศ => ที่ด้านใกล้ปลายท่อสุดจะมีแรงดันน้อยกว่าความดันบรรยากาศ ความแตกต่างของความดันระหว่างจุดสองจุดจะทำให้เกิดแรงดูดภายในท่อ เจ้าคลื่นไอเสียจะถูกทำให้เคลื่อนตัวไปภายใต้แรงนี้

เพราะฉะนั้น ตอนนี้อยากจะสรุปไปเลยว่าไอเสียก็คือ ไอเสียที่เครื่องยนต์ไม่ต้องการที่ Pattern ของมันถูกจัดเรียงเป็นคลื่นตามลักษณะของ Pulse นั่นเอง และประสิทธิภาพของการไหลของไอเสีย จะเกิดจากการสร้างท่อไอเสียให้เกิดความแตกต่างของความดันระหว่างต้นท่อกับปลายท่อให้มากที่สุด และต้องให้ ?สอดคล้อง? กับ Pattern ของ Pulse ด้วย

เมื่อทุกอย่างลงตัว ท่อไอเสียไม่ได้เป็นแค่ท่อเหล็กที่ให้ไอเสียผ่านไปออกที่ท้ายรถเฉยๆอีกต่อไป แต่มันจะช่วย ?ดูด? ไอเสียที่อยู่ในท่อให้ออกไปเร็วขึ้นด้วย และนี่ก็คือหลักการของ Header ด้วยครับ การออกแบบ Header ให้จับคู่กัน ที่มีความความโค้งและความยาวต่างๆกัน จะทำให้เกิดแรง ?ดูด? สลับกันไปสลับกันมา ซึ่งกันและกันครับ

ทีนี้มาเรื่องของขนาดครับ ได้ยินกันมามากว่าท่อยิ่งใหญ่ยิ่งดี อันนี้ตอบไว้ก่อนเลยว่าไม่จริง
แต่ถ้าบอกว่าเครื่องยนต์ของคุณมันต้องการท่อขนาด 3 ? นิ้ว (ไม่ว่าคุณจะไปโมเครื่องยนต์มันมาหรืออย่างไรก็ตามเถอะ) แต่ท่อเดิมของคุณมันเป็น 2 นิ้ว แล้วรถมันวิ่งไม่ออก ไม่แรง คุณต้องไปทำให้มันใหญ่ขึ้นเป็น 3 ? มันถึงจะแรง อันนี้จริง

แต่ไม่ได้หมายความรถคุณใช้ 2นิ้วอยู่ดีๆแล้วไปเปลี่ยนเป็น 3 ? นิ้วแล้วมันจะแรง อันนี้ไม่จริง ฟังดูแล้วขัดๆกับความรู้สึกนะครับ เป็นไปได้ไง ใหญ่กว่ามันต้องไหลดีกว่าสิ เขียนผิดหรือเปล่า ยืนยันอีกทีครับว่าไม่ผิด หลักการที่คุณพูดมันอาจจะถูกถ้าเราพูดถึงท่อระบายน้ำทิ้งที่อ่างล้างหน้า แต่นี่เรากำลังพูดถึง แรงดันที่ต้นท่อ แรงดันปลายท่อ และรูปร่างของ Pulse ครับ ลองกลับขึ้นไปอ่านด้านบนเพื่อความเข้าใจอีกทีหนึ่ง

มัน ?เกือบ? จะมีสูตรสำเสร็จสำหรับขนาดของท่อบอกไว้เหมือนกันนะครับ ว่ารถคุณควรจะใช้ท่อขนาดไหน ตามนี้ครับ 200 +/- แรงม้า ควรจะ 3 นิ้ว 250-300 แรงม้า ควรจะ 3 ?- 4 นิ้ว 400-500 แรงม้า ควรจะ 4 นิ้ว 500 แรงม้าขึ้นไป อันนี้ตามสะดวกแล้วล่ะครับ

น่าจะครบแล้วนะครับ ต้นท่อ ปลายท่อ ขนาดท่อ อะไรที่มันวิ่งอยู่ในท่อ หวังว่าคงให้ความกระจ่างได้ไม่มากก็น้อยนะครับ

ที่มา http://www.fordfocusclub.com/forum/index.php?topic=5445.0