เจาะลึก ‘หัวเทียน’ - พระเอกของระบบจุดระเบิด

หัวเทียนมีทั้งหมดกี่ประเภท?

แต่ละประเภทเหมาะกับเครื่องยนต์แบบไหนบ้าง?

สำหรับสาวกเครื่องยนต์เบนซินนั้น หลายคนมีความเชื่อว่า...การที่จะทำให้เครื่องยนต์มีสมรรถนะเพิ่มขึ้น ต้องอาศัยปริมาณอากาศที่เพิ่มขึ้น ในขณะเดียวกัน ก็ต้อง ‘ถม’ น้ำมันให้หนาขึ้นด้วย เพียงแค่เพิ่มสองปัจจัยที่กล่าวมานี้ เราก็จะสามารถเพิ่มสมรรถนะของเครื่องยนต์ได้อย่างไม่ยากเย็น…

แน่นอนว่า การเพิ่มปริมาณอากาศและน้ำมันนั้น จะช่วยเพิ่มสมรรถนะของเครื่องยนต์อย่างไม่ต้องสงสัย แต่ทว่า ‘ประสิทธิภาพ’ ของสมรรถนะของเครื่องยนต์ที่เพิ่มขึ้นนั้น กลับไปขึ้นอยู่กับ ‘ระบบจุดระเบิด’ อย่างปฏิเสธไม่ได้...

เพื่อให้เห็นภาพได้ชัดเจนขึ้น ลองนึกภาพรถยนต์คันหนึ่งที่ได้มีการไปติดตั้งระบบอัดอากาศประเภทเทอร์โบชาร์จเจอร์เพื่อที่จะเพิ่มปริมาณอากาศ นอกจากนั้นยังได้มีการอัพไซส์หัวฉีดเพื่อให้มั่นใจว่าปริมาณน้ำมันจะเพียงพอกับปริมาณอากาศที่เพิ่มขึ้น หลังจากนั้นได้ทำการจูนรถบนไดโน่เพื่อปรับอัตราส่วน A/F ...และแน่นอนว่า ตัวเลขแรงม้าที่ปรากฎนั้น เพิ่มขึ้นตรงตามทฤษฎีการสันดาปภายใน.... แต่คำถามก็คือว่า...จำนวนแรงม้าและแรงบิดที่เห็นนั้น มันคือ ‘ค่าสูงสุด’ แล้วหรือไม่?

การละเลยที่จะปรับจูนและอัพเกรดระบบจุดระเบิดนั้น... จะทำให้เราไม่สามารถเห็นแรงม้าสูงสุด ‘ที่แท้จริง’ ได้โดยเด็ดขาด เนื่องจากว่ากำลังของเครื่องยนต์นั้นเกิดจากการเผาไหม้ส่วนผสมระหว่างอากาศกับน้ำมัน ถ้าเราเผาไหม้ได้ถูกจังหวะและนานเพียงพอ จะทำให้เกิดการระเบิดที่มีประสิทธิภาพสูงสุด เป็นผลให้เครื่องยนต์สามารถสร้างกำลังได้สูงสุด ในทางตรงข้าม ถึงแม้เราจะเพิ่มบูสต์อีกสองปอนด์ จะเพิ่มแรงดันน้ำมันเป็นสองบาร์ แต่ระบบจุดระเบิดไม่มีความแม่นยำและไม่มีประสิทธิภาพเพียงพอ... เราไม่มีทางจะได้เห็นค่า ‘แรงม้าสูงสุด’ ที่แท้จริงอย่างแน่นอน

และที่ผมสาธยายมาทั้งหมดนี้ ก็เพื่อที่จะให้ผู้อ่านทุกท่านได้เห็นถึงความสำคัญของระบบจุดระเบิด ซึ่งในบทความนี้ เราจะได้เจาะลึกถึง ‘หัวใจของระบบจุดระเบิด’ ของเครื่องยนต์เบนซิน นั่นก็คือ ‘หัวเทียน’ นั่นเองครับ

หัวเทียนในปัจจุบันนี้ มีมาให้เลือกใช้อย่างแพร่หลาย และหัวเทียนแต่ละประเภทนั้น ถูกออกแบบมาให้ใช้กับเครื่องยนต์ที่แตกต่างกันออกไป สำหรับวันนี้ เราก็จะไปเจาะลึกประเภทของหัวเทียน และวิธีการเลือกใช้หัวเทียนเพื่อให้เหมาะสมกับเครื่องยนต์ของเรา ซึ่งจะช่วยให้เครื่องยนต์สามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ เป็นผลให้มีแรงม้ามาให้ใช้งานอย่างต่อเนื่อง ประหยัดน้ำมัน และยังช่วยให้อัตราการสึกหรอลดลงอีกด้วยครับ

ก่อนที่เราจะไปเจาะลึกหัวเทียนแต่ละประเภท เราควรจะรู้ถึงโครงสร้างหลักของหัวเทียนก่อน โดยหลักๆ แล้ว หัวเทียนจะประกอบด้วย ขั้วหัวเทียน (Terminal) ซึ่งจะถูกต่อกับคอยล์จุดระเบิดและจะต่อกับแกนกลางของหัวเทียนลงมายังขั้วแกนกลาง (Center Electrode) โดยกระแสไฟฟ้าจะวิ่งผ่านจากขั้วหัวเทียนลงมายังขั้วแกนกลางและกระโดดข้ามไปยังเขี้ยวหัวเทียน (Side Electrode) และในจังหวะที่กระแสไฟฟ้ากระโดดนี่เอง ที่จะทำให้เกิดเป็นประกายไฟเพื่อเริ่มต้นจังหวะการจุดระเบิดของส่วนผสมภายในห้องเผาไหม้

หัวเทียนที่มีจำหน่ายในตลาดทุกวันนี้ สามารถแบ่งประเภทของวัสดุที่ใช้ทำขั้วแกนกลาง (Center Electrode) และเขี้ยวหัวเทียน (Side Electrode) โดยสามารถแบ่งออกเป็น 3 ประเภท ได้แก่ หัวเทียนนิกเกิล (Nickel) หัวเทียนแพลทินัม (Platinum) และหัวเทียนอิริเดียม (Iridium) หัวเทียนทั้ง 3 แบบที่กล่าวมานี้ ถูกออกแบบมาเพื่อใช้งานกับเครื่องยนต์แต่ละประเภท ซึ่งพวกเราเองในฐานะผู้ใช้รถ ก็ควรจะต้องเข้าใจความแตกต่างและวัตถุประสงค์ของหัวเทียนแต่ละประเภท เพื่อที่จะสามารถเลือกใช้ได้อย่างถูกต้องและคุ้มค่าที่สุด

หัวเทียนนิกเกิล (Nickel Spark Plug)

หัวเทียนนิกเกิลจะมีแกนกลางเป็นทองแดงและที่บริเวณปลายขั้วแกนกลางจะเป็นแผ่นนิกเกิล เหตุผลที่ต้องใช้แกนกลางเป็นทองแดงนั่นก็เพราะว่า โดยคุณสมบัติทางไฟฟ้าแล้ว... นิกเกิลเป็นธาตุที่นำไฟฟ้าได้ไม่ค่อยดีนัก จึงต้องอาศัยแกนทองแดงเพื่อช่วยนำไฟฟ้านั่นเอง สำหรับส่วนเขี้ยวหัวเทียนก็จะเป็นนิกเกิลเช่นเดียวกันครับ

เนื่องจากว่านิกเกิลมีราคาที่ไม่สูงมาก หัวเทียนนิกเกิลจึงได้รับความนิยมอย่างแพร่หลายทั้งฝั่งยุโรปและฝั่งญี่ปุ่น อย่างไรก็ตามเนื่องจากว่านิกเกิลจะมีความแข็งที่ไม่มากนัก ทำให้มีอัตราการสึกหรอที่มากกว่า โดยเฉพาะอย่างยิ่งถ้านำเอาหัวเทียนนิกเกิลมาใช้กับเครื่องยนต์รุ่นใหม่ๆ ที่มีกำลังอัดสูงและจุดระเบิดที่อุณหภูมิสูง จะทำให้หัวเทียนนิกเกิลสึกหรออย่างรวดเร็ว หัวเทียนประเภทนี้จึงเหมาะกับรถยนต์ที่ใช้เครื่องยนต์รุ่นเก่า (ไม่ใช่ดาวน์ไซส์ซิ่ง) ที่อาศัยกำลังไฟในการจุดระเบิดต่ำ ในปัจจุบันนั้น มีการนำเอานิกเกิลมาผสมกับธาตุอื่นๆ ซึ่งจะเพิ่มความทนทานให้กับขั้วหัวเทียน ช่วยยืดอายุการใช้งานของหัวเทียนนิกเกิลได้ ทำให้เราสามารถพบเห็นหัวเทียนนิกเกิลในตลาดอย่างแพร่หลาย

หัวเทียนแพลทินัม (Platinum Spark Plug)

แพลทินัมเป็นธาตุที่มีความแข็งกว่านิกเกิลและยังมีจุดหลอมเหลวที่สูงกว่า หัวเทียนที่ทำจากแพลทินัมจึงมีความทนทานสูง ซึ่งถือเป็นข้อได้เปรียบที่โดดเด่นที่สุดของหัวเทียนแพลทินัม

ข้อได้เปรียบอีกข้อหนึ่งก็คือว่า หัวเทียนแพลทินัมจะมีอุณหภูมิการทำงานที่สูงกว่าหัวเทียนนิกเกิล ซึ่งทำให้มีเขม่าที่ขั้วหัวเทียนน้อยกว่า (เพราะว่าเขม่าถูกเผาไปหมด) จึงเป็นหัวเทียนที่มีอายุการใช้งานที่ยาวนาน และได้รับความนิยมอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน

อย่างไรก็ตาม สำหรับสายรถซิ่ง-วิ่งแดร็กก็คงจะเคยได้ยินข้อเสียของหัวเทียนประเภทนี้มาไม่มากก็น้อย นั่นก็เพราะว่า... หัวเทียนประเภทนี้ ไม่ค่อยจะชื่นชอบ ‘ไนตรัส ออกไซด์’ (N2O) สักเท่าไหร่ ...โดยก๊าซที่ว่านี้ จะถูกนำมาใช้สำหรับเครื่องยนต์รถแข่งแดร็ก ที่ได้รับการโมดิฟายอย่างหนักหน่วงเพื่อที่จะเพิ่มปริมาณอ็อกซิเจนในห้องเผาไหม้ให้ได้มากที่สุด ซึ่งจะช่วยให้สามารถเรียกกำลังได้อย่างมหาศาล และได้มีผลการทดสอบออกมาแล้วว่า เมื่อมีการใช้ก๊าซไนตรัส จะทำให้เขี้ยวแพลทินัมถูกกัดกร่อนอย่างรวดเร็วและมีโอกาสทำให้เครื่องยนต์ได้รับความเสียหายได้นั่นเองครับ

หัวเทียนอิริเดียม (Iridium Spark Plug)

อิริเดียมเป็นธาตุที่แข็งกว่าแพลทินัมถึง 6 เท่า และมีจุดหลอมเหลวสูงถึง 650 ดีกรีเซลเซียส อีกทั้งยังสามารถนำกระแสไฟฟ้าได้ดีกว่าอีกด้วย ก่อนที่จะมีการพัฒนาหัวเทียนอิริเดียมนั้น หัวเทียนแบบแพลทตินัมได้ชื่อว่าเป็นหัวเทียนที่ดีที่สุดในตลาด เนื่องจากว่ามีอัตราการสึกหรอที่ต่ำและทนความร้อนได้สูง ...แต่หลังจากนั้นได้ไม่นาน ค่ายรถยนต์หลายค่ายทั่วโลกได้เปลี่ยนทิศทางการพัฒนาเครื่องยนต์ให้เป็นแบบเทอร์โบชาร์จเจอร์ที่มีกำลังอัดสูง ซึ่งเทรนด์การ ‘ดาวน์ไซส์ซิ่ง’ (Downsizing) ได้ทำให้เครื่องยนต์สมัยใหม่มีการจุดระเบิดที่รุนแรงและแม่นยำ ทำให้ระบบจุดระเบิดต้องมีความ ‘ถึก’ กว่าเดิมไปโดยปริยาย ...หัวเทียนอิริเดียมจึงถูกพัฒนาขึ้นเพื่อตอบโจทย์เครื่องยนต์กำลังอัดสูงนั่นเองครับ

เมื่อเปรียบเทียบกับหัวเทียนแพลทินัมแล้ว หัวเทียนอิริเดียมมีความทนทานมากกว่าถึง 25 เปอร์เซ็นต์ และเนื่องจากอิริเดียมมีความแข็งกว่าแพลทินัมมาก ขั้วแกนกลางจึงมีขนาดเล็กและไม่ต้องอาศัยกระแสไฟแรงดันสูงเพื่อจุดระเบิดเมื่อเปรียบเทียบกับหัวเทียนนิกเกิลและแพลทินัม นอกจากนั้นแล้ว หัวเทียนอิริเดียมยังสามารถทำงานได้อย่างแม่นยำและต่อเนื่องในเครื่องยนต์เทอร์โบกำลังอัดสูง ซึ่งช่วยให้สามารถรีดเค้นสมรรถนะของเครื่องยนต์ได้อย่างเต็มที่ในทุกสถานการณ์การขับขี่

และนี่ก็คือประเภทและข้อได้เปรียบของหัวเทียนแต่ละประเภทที่มีจำหน่ายอยู่ในปัจจุบัน สำหรับการเลือกใช้หัวเทียนนั้น ประการแรก เราควรต้องศึกษาสเปคของหัวเทียนที่ติดมาจากโรงงานก่อน โดยเราสามารถเช็คข้อมูลดังกล่าวได้ในคู่มือผู้ใช้รถ จากนั้นจึงเลือกใช้หัวเทียนตามที่ผู้ผลิตรถยนต์แนะนำ สำหรับผู้ใช้รถที่มีการโมดิฟายเครื่องยนต์ก็ควรให้ความสำคัญกับระบบจุดระเบิดด้วยเช่นกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับผู้ที่มีการเปลี่ยนไปใช้น้ำมันที่มีออกเทนสูงขึ้น (ยกตัวอย่างเช่นน้ำมัน E85) ต้องเลือกใช้หัวเทียนที่สามารถจุดระเบิดได้ดีแม้ในจังหวะที่ส่วนผสมมีความหนากว่าปกติ ยกตัวอย่างเช่น การเปลี่ยนไปใช้หัวเทียนอิริเดียมทำให้เกิดประกายไฟได้ง่ายและใช้แรงดันไฟน้อย ซึ่งจะช่วยให้เครื่องยนต์สตาร์ทติดได้ง่ายในจังหวะเครื่องเย็น เป็นต้นครับ