ลูกกระทุ้งลิ้น

ลูกกระทุ้งลิ้น ( หรือ ) เป็นส่วนประกอบหนึ่งของขบวนเปิดปิดลิ้นที่เปลี่ยนการเคลื่อนที่แบบหมุนเป็นการเคลื่อนที่เชิงเส้นในการกระตุ้นการทำงานของลิ้น พบได้บ่อยที่สุดในเครื่องยนต์สันดาปภายใน ซึ่งจะเปลี่ยนการเคลื่อนที่แบบหมุนของเพลาลูกเบี้ยวให้เป็นการเคลื่อนที่เชิงเส้นของลิ้นไอดีและไอเสีย ไม่ว่าจะโดยตรงหรือโดยอ้อม 

การใช้ศัพท์นี้ในยุคแรกเริ่มหมายถึงส่วนหนึ่งของกลไกชุดลิ้น (valve gear) ในเครื่องจักรไอน้ำแบบคานตั้งแต่ ค.ศ. 1715 ศัพท์นี้ยังใช้เรียกส่วนประกอบในกระบอกสูบนิวแมติกและกี่ทอผ้าอีกด้วย

 ประวัติศาสตร์ 

การใช้คำว่าลูกกระทุ้งลิ้นที่มีการบันทึกไว้ครั้งแรกนั้นเป็นส่วนหนึ่งของกลไกชุดลิ้น (valve gear) ในเครื่องจักรนิวโคเมนเมื่อ ค.ศ. 1715 ซึ่งเป็นเครื่องจักรไอน้ำยุคแรกเริ่ม เครื่องยนต์นิวโคเมนรุ่นแรก ๆ ตั้งแต่ ค.ศ. 1712 มีการควบคุมลิ้นด้วยมือ แต่ภายใน ค.ศ. 1715 งานที่ต้องทำซ้ำ ๆ นี้ก็ได้ถูกทำให้เป็นระบบอัตโนมัติผ่านการใช้ลูกกระทุ้งลิ้น คานของเครื่องจักรจะมีก้านปลั๊กแนวตั้งแขวนลงมาขนาบข้างกระบอกสูบ เสื้อปรับได้หรือ 'ลูกกระทุ้งลิ้น' ถูกยึดติดกับก้านนี้ และเมื่อคานเคลื่อนที่ขึ้นและลง ลูกกระทุ้งลิ้นก็จะไปกดกับคันโยกยาวหรือ 'ฮอร์น (horn)' ที่ติดอยู่กับลิ้นของเครื่องยนต์ ซึ่งจะควบคุมวงจรของลิ้นไอน้ำและลิ้นน้ำฉีดเพื่อเดินเครื่อง

การทำงานโดยลูกกระทุ้งบนก้านปลั๊กนี้ยังคงใช้ต่อเนื่องมาจนถึงต้นศตวรรษที่ 20 กับเครื่องจักรคอร์นิช

ตั้งแต่ศตวรรษที่ 19 เป็นต้นมา เครื่องจักรไอน้ำส่วนใหญ่ใช้ลิ้นเลื่อนหรือลิ้นลูกสูบซึ่งไม่จำเป็นต้องใช้ลูกกระทุ้งthumb|ในเครื่องยนต์ลิ้นเหนือสูบ ลูกกระทุ้งลิ้น (ขวา) จะอยู่ระหว่างก้านกระทุ้งลิ้นและเพลาลูกเบี้ยว

ในเครื่องยนต์สันดาปภายใน ลูกกระทุ้งลิ้น (เรียกอีกอย่างว่า 'valve lifter' หรือ 'cam follower') เป็นส่วนประกอบที่เปลี่ยนการหมุนของเพลาลูกเบี้ยวเป็นการเคลื่อนที่แนวตั้งเพื่อเปิดและปิดลิ้นไอดีหรือไอเสีย 

ประเภทหลักของลูกกระทุ้งลิ้นที่ใช้ในเครื่องยนต์ยานยนต์คือแบบตัน (solid), ไฮดรอลิก (hydraulic) และลูกกลิ้ง (roller) 

เพื่อลดการสึกหรอจากการหมุนของเพลาลูกเบี้ยว ลูกกระทุ้งลิ้นมักมีลักษณะเป็นทรงกลมและถูกปล่อยให้ หรือแม้กระทั่งถูกส่งเสริมให้หมุนอยู่กับที่ ช่วยลดการสึกหรอที่เกิดจากการที่เพลาลูกเบี้ยวสัมผัสกับจุดเดียวกันที่ฐานของลูกกระทุ้งในทุกรอบการทำงานของลิ้น ซึ่งอาจส่งผลให้เกิดร่อง อย่างไรก็ดี ในเครื่องยนต์ขนาดค่อนข้างเล็กแต่มีหลายกระบอกสูบ (เช่น เครื่องยนต์ '250' V8 ของไดม์เลอร์) ลูกกระทุ้งลิ้นมีขนาดเล็กและไม่หมุน 

ฐานลูกกระทุ้งลิ้นแบบเรียบส่วนใหญ่จะมีรูปทรงนูนเล็กน้อยเพื่อลดความรุนแรงของการสัมผัสที่ขอบนำของแง่ลูกเบี้ยว 

 ทางเลือก 
ทางเลือกสำหรับลูกกระทุ้งลิ้นคือ "ตัวตามกระเดื่องกดลิ้น" (finger follower) ซึ่งเป็นคานหมุนที่ใช้เพื่อแปลงการหมุนของเพลาลูกเบี้ยวเป็นการเปิดและปิดของลิ้น ตัวตามกระเดื่องกดลิ้นถูกใช้ในเครื่องยนต์เพลาลูกเบี้ยวคู่เหนือสูบ (DOHC) ประสิทธิภาพสูงบางรุ่น ส่วนใหญ่มักพบในจักรยานยนต์และรถสปอร์ต

 การปรับระยะตั้งลิ้น 
ในเครื่องยนต์ลิ้นเหนือสูบ (OHV) ส่วนใหญ่ การตั้งระยะที่เหมาะสมระหว่างเพลาลูกเบี้ยวและลูกกระทุ้งลิ้นทำได้โดยการหมุนสกรูตั้งที่ปลายกระเดื่องกดลิ้นซึ่งสัมผัสกับปลายก้านกระทุ้งลิ้นจนกระทั่งได้ระยะห่างที่ต้องการโดยใช้เกจแผ่นสอด หากระยะห่างมากเกินไป จะส่งผลให้เกิดการสึกหรอจากการจัดเรียงชิ้นส่วนที่ไม่ตรงแนวและประสิทธิภาพเครื่องยนต์ลดลง หากระยะห่างน้อยเกินไปอาจทำให้ก้านกระทุ้งลิ้นงอหรือลิ้นไหม้ได้

น็อตล็อกจะช่วยยึดสกรูตั้งให้อยู่กับที่ สกรูตั้งที่หลวมอาจทำให้เครื่องยนต์ขัดข้องอย่างรุนแรง ซึ่งเคยนำไปสู่อุบัติเหตุเครื่องบินตกถึงขั้นเสียชีวิตมาแล้ว 

ในเครื่องยนต์ลิ้นเหนือสูบบางรุ่นในทศวรรษ 1960 เช่น เครื่องยนต์ฟอร์ด เทานัส V4 และเครื่องยนต์โอเปิล ซีไอเอช การปรับตั้งลูกกระทุ้งลิ้นทำได้โดยการตั้งค่าความสูงของจุดหมุนของกระเดื่องกดลิ้น (แทนการใช้วิธีทั่วไปในการปรับสกรูที่ปลายกระเดื่องกดลิ้น) ในเครื่องยนต์โอเปิล ซีไอเอชรุ่นปี 1965–1970 ที่ใช้ลูกกระทุ้งลิ้นแบบตัน การปรับตั้งลูกกระทุ้งลิ้นจะทำขณะเครื่องยนต์ทำงาน 

 ลูกกระทุ้งลิ้นไฮดรอลิก 
thumb |ลูกกระทุ้งลิ้นไฮดรอลิก (พร้อมกระเดื่องกดลิ้น ลิ้น และฝาสูบ) สำหรับเครื่องยนต์ฟอร์ด ซีวีเอชปี 1980-1985 

ลูกกระทุ้งลิ้นไฮดรอลิก เรียกอีกอย่างว่า "hydraulic valve lifter" และ "ตัวปรับระยะว่างไฮดรอลิก (hydraulic lash adjuster)" ประกอบด้วยลูกสูบไฮดรอลิกขนาดเล็กที่เต็มไปด้วยน้ำมันเครื่องที่มีความดัน ลูกสูบนี้ทำหน้าที่เป็นสปริงไฮดรอลิกที่จะปรับระยะหย่างลูกกระทุ้งลิ้นโดยอัตโนมัติตามความดันน้ำมัน แม้การเคลื่อนที่ของลูกสูบจะเล็กน้อยและเกิดขึ้นไม่บ่อยนัก แต่ก็เพียงพอจะทำให้การทำงานของลิ้นปรับตัวเองได้โดยอัตโนมัติ จึงไม่จำเป็นต้องปรับระยะห่างลูกกระทุ้งลิ้นด้วยตนเอง

ลูกกระทุ้งลิ้นไฮดรอลิกต้องอาศัยการจ่ายน้ำมันที่สะอาดและมีความดันที่เหมาะสม เมื่อสตาร์ตเครื่องยนต์เย็นที่มีความดันน้ำมันต่ำ ลูกกระทุ้งลิ้นไฮดรอลิกมักจะมีเสียงดังเป็นเวลาสองสามวินาทีจนกว่าจะเข้าที่อย่างถูกต้อง

 ลูกกระทุ้งลิ้นแบบลูกลิ้ง 
เครื่องยนต์ยานยนต์ยุคแรก ๆ ใช้ลูกกลิ้งที่จุดสัมผัสกับเพลาลูกเบี้ยว อย่างไรก็ดี เมื่อความเร็วรอบเครื่องยนต์เพิ่มขึ้น 'ลูกกระทุ้งลิ้นแบบเรียบ' ที่มีปลายเรียบก็ได้รับความนิยมมากกว่าลูกกระทุ้งลิ้นที่มีลูกกลิ้ง กระนั้น ในช่วงเวลาที่ผ่านมา ลูกกระทุ้งลิ้นแบบลูกกลิ้งและกระเดื่องกดลิ้นที่มีปลายลูกกระทุ้งลิ้นแบบลูกกลิ้งได้กลับมาเป็นที่นิยมอีกครั้งเพราะมีแรงเสียดทานต่ำกว่า ทำให้มีประสิทธิภาพสูงขึ้นและลดแรงฉุดลงได้

 การวางผังขบวนเปิดปิดลิ้น 

ในเครื่องยนต์ลิ้นข้าง ซึ่งเป็นการออกแบบที่พบได้ทั่วไปในรถยนต์จนถึงทศวรรษ 1950 ลิ้นจะถูกติดตั้งอยู่ด้านข้างของกระบอกสูบและหันขึ้นด้านบน หมายความว่าเพลาลูกเบี้ยวสามารถวางอยู่ใต้ตัวลิ้นได้โดยตรง โดยไม่จำเป็นต้องใช้กระเดื่องกดลิ้น ด้วยเสื้อสูบที่ต่ำลง ลูกกระทุ้งลิ้นสามารถขับลิ้นได้โดยตรงโดยไม่จำเป็นต้องมีก้านกระทุ้งลิ้น เครื่องยนต์ลิ้นข้างยังต้องมีการปรับตั้งระยะห่างลูกกระทุ้งลิ้นเป็นประจำ และในกรณีนี้คือ ตัวลูกกระทุ้งลิ้นเองที่ถูกปรับโดยตรง มีแผ่นปิดช่องเข้าถึงขนาดเล็กติดตั้งอยู่ด้านข้างเสื้อสูบ ทำให้เข้าถึงช่องว่างระหว่างลิ้นกับลูกกระทุ้งลิ้นได้ ลูกกระทุ้งลิ้นบางชนิดมีตัวปรับแบบเกลียว แต่เครื่องยนต์ที่เรียบง่ายกว่าสามารถปรับได้โดยการเจียรลดความยาวที่ปลายก้านลิ้นโดยตรง เนื่องจากการปรับลูกกระทุ้งลิ้นมักจะประกอบด้วยการเพิ่มระยะห่าง (การเจียรลิ้นกลับเข้าไปในบ่าลิ้นระหว่างการล้างคราบเขม่าทำให้ลิ้นอยู่ต่ำลง เป็นการลดระยะห่างลูกกระทุ้งลิ้น) ดังนั้นการปรับโดยการทำให้ก้านลิ้นสั้นลงจึงเป็นวิธีที่ใช้ได้ผล ในที่สุดลิ้นก็จะถูกเปลี่ยนใหม่ทั้งหมด ซึ่งเป็นขั้นตอนที่ค่อนข้างปกติสำหรับเครื่องยนต์ในสมัยนั้น

ในเครื่องยนต์ลิ้นเหนือสูบ (OHV) ลูกกระทุ้งจะอยู่ที่ ส่วนล่างของเสื้อสูบและทำหน้าที่ขับก้านกระทุ้งลิ้น ที่ยาวและบาง ก้านกระทุ้งลิ้นเหล่านี้จะถ่ายโอนการเคลื่อนที่ (ผ่านกระเดื่องกดลิ้น) ไปยังลิ้นที่ติดตั้งอยู่ที่ด้านบนของเครื่องยนต์

ในเครื่องยนต์เพลาลูกเบี้ยวเดี่ยวเหนือสูบ (SOHC) ลูกกระทุ้งลิ้นจะถูกรวมกับการออกแบบของ กระเดื่องกดลิ้นเป็นชิ้นเดียว เนื่องจากเพลาลูกเบี้ยวมีปฏิสัมพันธ์กับกระเดื่องกดลิ้นโดยตรง การผลิตเครื่องยนต์เพลาลูกเบี้ยวเดี่ยวเหนือสูบในปริมาณมากสำหรับรถยนต์นั่งเริ่มแพร่หลายมากขึ้นในทศวรรษ 1970 ในรูปแบบของฝาสูบไหลแนวนอนที่มีกระเดื่องกดลิ้นเหนือสูบวางอยู่เหนือเพลาลูกเบี้ยวเดี่ยวโดยตรง ซึ่งเป็นการออกแบบที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นและสามารถผลิตได้อย่างคุ้มค่า เครื่องยนต์ฟอร์ด พินโทปี 1970–2001 เป็นหนึ่งในเครื่องยนต์ที่ผลิตจำนวนมากรุ่นแรก ๆ ที่ใช้การออกแบบเพลาลูกเบี้ยวเดี่ยวเหนือสูบพร้อมสายพานร่องฟัน ในโครงแบบนี้ กระเดื่องกดลิ้นจะรวมหน้าที่ของลูกกระทุ้งลิ้นเลื่อน กระเดื่องกดลิ้น และอุปกรณ์ปรับตั้งเข้าไว้ด้วยกัน การปรับระยะตั้งลิ้นมักจะทำโดย สลักเกลียวที่ปลายลิ้นของกระเดื่องกดลิ้น ด้านลูกกระทุ้งลิ้นเลื่อนเชิงเส้นมักมีการสึกหรอสูงและต้องมีการหล่อลื่นอย่างระมัดระวังด้วยน้ำมันที่มีสารเติมแต่งสังกะสี การออกแบบเพลาลูกเบี้ยวเดี่ยวเหนือสูบที่ไม่ธรรมดาสำหรับสี่ลิ้นต่อหนึ่งสูบถูกนำมาใช้ครั้งแรกในเครื่องยนต์สี่สูบเรียงไทรอัมป์ โดโลไมต์ สปรินต์ปี 1973–1980 ซึ่งใช้เพลาลูกเบี้ยว 8 แง่กระตุ้น 16 ลิ้นผ่านการจัดเรียงกระเดื่องกดลิ้นอย่างชาญฉลาด


เครื่องยนต์เพลาลูกเบี้ยวคู่เหนือสูบ (DOHC) ได้รับการพัฒนาครั้งแรกสำหรับเครื่องบินและเครื่องยนต์แข่งประสิทธิภาพสูง โดยมีเพลาลูกเบี้ยวติดตั้งอยู่เหนือลิ้นโดยตรงและขับลิ้นผ่าน 'ลูกกระทุ้งลิ้นแบบถ้วย' ที่เรียบง่าย เครื่องยนต์ส่วนใหญ่ใช้ฝาสูบไหลแนวนอนโดยมีลิ้นเป็นสองแถวตามแนวเพลาลูกเบี้ยวที่สมนัย การปรับตั้งระยะห่างลูกกระทุ้งลิ้นมักจะตั้งค่าโดยใช้แผ่นจีมขนาดเล็กซึ่งติดตั้งอยู่เหนือหรือใต้ลูกกระทุ้งลิ้น แผ่นจีนทำจากความหนามาตรฐานที่หลากหลายและช่างเครื่องจะเปลี่ยนแผ่นจีมเพื่อเปลี่ยนช่องว่างลูกกระทุ้งลิ้น ในเครื่องยนต์เพลาลูกเบี้ยวคู่เหนือสูยยุคแรก ช่างจะประกอบเครื่องยนต์โดยใช้แผ่นจีมเริ่มต้นที่มีความหนาที่ทราบ จากนั้นจึงวัดช่องว่าง การวัดนี้จะถูกนำมาใช้เพื่อคำนวณความหนาของแผ่นจีมที่จะทำให้ได้ช่องว่างที่ต้องการ หลังการติดตั้งแผ่นจีมใหม่ จะมีการวัดช่องว่างอีกครั้งเพื่อตรวจสอบว่าระยะห่างถูกต้องหรือไม่ เนื่องจากต้องถอดเพลาลูกเบี้ยวออกเพื่อเปลี่ยนแผ่นจีม นี่จึงเป็นงานที่ใช้เวลานานมาก (โดยเฉพาะเนื่องจากตำแหน่งเพลาลูกเบี้ยวอาจแตกต่างกันเล็กน้อยในแต่ละครั้งที่ติดตั้งใหม่) เครื่องยนต์รุ่นต่อมาใช้การออกแบบที่ได้รับการปรับปรุงโดยมีแผ่นจีมตั้งอยู่เหนือลูกกระทุ้งซึ่งช่วยให้สามารถเปลี่ยนแผ่นจีมแต่ละชิ้นได้โดยไม่ต้องถอดลูกกระทุ้งลิ้นหรือเพลาลูกเบี้ยว ข้อเสียของการออกแบบนี้คือพื้นผิวที่ถูกับเพลาลูกเบี้ยวของลูกกระทุ้งลิ้นกลายเป็นพื้นผิวของแผ่นจีม ซึ่งเป็นปัญหาที่ยากในด้านโลหะวิทยาของการผลิตจำนวนมาก เครื่องยนต์ที่ผลิตจำนวนมากรุ่นแรกที่ใช้ระบบนี้คือเครื่องยนต์เฟียต ทวินแคมปี 1966–2000 ตามมาด้วยเครื่องยนต์จากวอลโว่และฟ็อลคส์วาเกินที่ระบายความร้อนด้วยน้ำ

 การใช้งานอื่น 

คำว่า 'ลูกกระทุ้ง' ยังถูกใช้อย่างไม่แพร่หลายเพื่อหมายถึงส่วนประกอบของระบบลิ้นสำหรับเครื่องจักรอื่น ๆ โดยเฉพาะในฐานะส่วนหนึ่งของลิ้นกระแทกในกระบอกสูบนิวแมติก ในกรณีที่มีการสร้างการเคลื่อนที่แบบลูกสูบเช่นในสว่านลมหรือเครื่องเจาะกระแทก ลิ้นอาจถูกกระตุ้นโดยความเฉื่อยหรือโดยการเคลื่อนที่ของลูกสูบทำงาน เมื่อลูกสูบเคลื่อนที่ไปมาเพื่อกระแทก มันจะ กระแทกกับลูกกระทุ้งขนาดเล็ก จะส่งผลให้ลิ้นลมเคลื่อนที่และทำให้ทิศทางการไหลของอากาศไปยังลูกสูบกลับทิศทาง

ในกี่ทอผ้า ลูกกระทุ้งคือกลไกที่ช่วยในการสร้างช่องว่างหรือช่องเปิดในด้ายยืน (เส้นด้ายตามแนวยาว) เพื่อให้ด้ายพุ่ง (เส้นด้ายตามแนวขวางหรือแนวกว้าง) ถูกส่งผ่านเข้าไป ลูกกระทุ้งเหล่านี้จะสร้างลวดลายพื้นฐานในวัสดุ เช่น ลายทอแบบธรรมดา แบบทวิล ลายเดนิม หรือลายซาติน ผ้าแฮร์ริสทวีดยังคงถูกทอด้วยกี่ที่ยังคงใช้ลูกกระทุ้งอยู่

 ดูเพิ่ม 
 รายการอะไหล่ยานยนต์

 อ้างอิง 

หมวดหมู่:เครื่องจักรไอน้ำแบบคาน
หมวดหมู่:ลิ้นเครื่องยนต์
หมวดหมู่:ส่วนประกอบเครื่องยนต์
หมวดหมู่:ขบวนเปิดปิดลิ้น