ลิ้นดอกเห็ด

ลิ้นดอกเห็ด ( บ้างเรียก ) เป็นลิ้นที่มักใช้เพื่อควบคุมจังหวะและปริมาณการไหลของน้ำมันเบนซิน (แก๊ส) หรือไอระเหยเข้าหรือออกจากเครื่องยนต์ แต่ก็มีการใช้งานอื่น ๆ อีกมากมาย

ประกอบด้วยรูหรือช่องปลายเปิด โดยปกติจะมีหน้าตัดเป็นทรงกลมหรือวงรี และมีปลั๊กซึ่งมักมีรูปร่างเป็นแผ่นจานอยู่ที่ปลายก้านลิ้น ส่วนปลายของปลั๊กนี้ซึ่งเป็นหน้าลิ้น โดยทั่วไปจะถูกเจียระไนให้เป็นมุม 45° เพื่อให้ประกบเข้ากับบ่าลิ้นที่เจียระไนไว้ที่ขอบของช่องที่ต้องการปิด ก้านจะเคลื่อนที่ผ่านปลอกก้านลิ้นเพื่อรักษาตำแหน่ง

ความแตกต่างของแรงดันทั้งสองด้านของลื้นสามารถช่วยหรือขัดขวางการทำงานได้ ในการใช้งาน ไอเสีย แรงดันที่สูงขึ้นที่ดันเข้าหาลิ้นจะช่วยปิดลิ้นให้สนิท และในการใช้งาน ไอดี แรงดันที่ต่ำลงจะช่วยให้ลิ้นเปิดออกได้ง่ายขึ้น

 นิรุกติศาสตร์ 
คำว่า poppet มีรากศัพท์ร่วมกับคำว่า "puppet" โดยมาจากคำในภาษาอังกฤษสมัยกลาง popet (หมายถึง "เด็กหนุ่ม" หรือ "ตุ๊กตา") ซึ่งมาจากคำในภาษาฝรั่งเศสสมัยกลาง poupette ที่เป็นตัวบอกความเล็กของ poupée การใช้คำว่า poppet เพื่ออธิบายลิ้นมาจากคำเดียวกันที่ใช้เรียกหุ่นเชิด (marionettes) ซึ่งเช่นเดียวกับลิ้นดอกเห็ด จะขยับตัวตามการเคลื่อนที่ระยะไกลที่ส่งผ่านแบบเชิงเส้น ในอดีต "puppet valve" เคยเป็นคำพ้องความของ poppet valve แต่ปัจจุบันการใช้คำว่า "puppet" ในลักษณะนี้เลิกใช้แล้ว

 การออกแบบ 
ลิ้นดอกเห็ดแตกต่างจากทั้งลิ้นเลื่อนและลิ้นแกว่ง แทนที่จะเลื่อนหรือโยกไปบนบ่าลิ้นเพื่อเปิดช่องทาง ลิ้นดอกเห็ดจะยกตัวออกจากบ่าลิ้นด้วยการเคลื่อนที่ในแนวตั้งฉากกับระนาบของช่อง ข้อได้เปรียบหลักของลิ้นดอกเห็ดคือไม่มีการเคลื่อนที่บนบ่าลิ้น จึงไม่จำเป็นต้องใช้สารหล่อลื่น

ในกรณีส่วนใหญ่ การมี "ดอกเห็ดได้ดุล" ในลิ้นแบบควบคุมโดยตรงจะเป็นประโยชน์ เนื่องจากต้องใช้แรงน้อยลงในการเคลื่อนที่ดอกเห็ดเพราะแรงทั้งหมดที่กระทำต่อดอกเห็ดจะถูกหักล้างด้วยแรงที่เท่ากันและตรงข้ามกัน ขดลวดโซลินอยด์จึงต้องต้านทานเฉพาะแรงสปริงเท่านั้น

ลิ้นดอกเห็ดเป็นที่รู้จักกันดีที่สุดสำหรับการใช้งานในเครื่องยนต์สันดาปภายในและเครื่องจักรไอน้ำ แต่ก็ใช้ในวงจรลมและไฮดรอลิกทั่วไปที่ต้องการการควบคุมการไหลเป็นจังหวะ การเป็นจังหวะนี้สามารถควบคุมได้โดยการรวมกันของความดันที่แตกต่างกันและแรงสปริงตามที่ต้องการ

ลิ้นเพรสตาและชเรเดอร์ที่ใช้กับยางนิวเมติกก็เป็นตัวอย่างของลิ้นดอกเห็ด ลิ้นเพรสตาไม่มีสปริงและอาศัยความดันที่แตกต่างกันในการเปิดและปิดขณะที่กำลังเติมลม

ลิ้นดอกเห็ดถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในการยิงตอร์ปิโดจากเรือดำน้ำ หลายระบบใช้ลมอัดในการขับตอร์ปิโดออกจากท่อ และลิ้นดอกเห็ดจะดูดอากาศจำนวนมาก (พร้อมน้ำทะเลจำนวนมาก) กลับคืนมา เพื่อลดกลุ่มฟองอากาศที่จะเป็นจุดบอกตำแหน่งซึ่งอาจเผยตำแหน่งที่ซ่อนอยู่ของเรือได้

 การใช้ในเครื่องยนต์สันดาปภายใน 

ลิ้นดอกเห็ดถูกใช้ในเครื่องยนต์ลูกสูบส่วนใหญ่เพื่อควบคุมการไหลของไอดีและไอเสียผ่านฝาสูบและเข้าสู่ห้องเผาไหม้ ด้านของลิ้นดอกเห็ดที่อยู่ภายในห้องเผาไหม้เป็นแผ่นจานแบน ขณะที่อีกด้านหนึ่งจะเรียวจากทรงแผ่นจานไปเป็นแกนทรงกระบอกบาง ๆ ที่เรียกว่า "ก้านลื้น"

 วัสดุและความทนทาน 
ในเครื่องยนต์ที่ผลิตจำนวนมากในปัจจุบัน ลิ้นเป็นแบบทึบและทำจากเหล็กกล้าโลหะเจือ อย่างไรก็ดี เครื่องยนต์บางชนิดใช้ลิ้นแบบกลวงที่เติมโซเดียมเพื่อเพิ่มการถ่ายเทความร้อน

เครื่องยนต์สมัยใหม่จำนวนมากใช้ฝาสูบอะลูมิเนียม แม้จะช่วยให้การถ่ายเทความร้อนดีขึ้น แต่ก็จำเป็นต้องใช้ปลอกบ่าลิ้นเหล็กกล้า ขณะที่ฝาสูบเหล็กหล่อแบบเก่า บ่าลิ้นมักเป็นส่วนหนึ่งของฝาสูบ มีช่องว่างประมาณ  รอบก้านลิ้น ดังนั้นจึงต้องใช้กันรั่วน้ำมันหล่อลื่นที่ก้านลิ้นเพื่อป้องกันไม่ให้น้ำมันถูกดูดเข้าไปในท่อร่วมไอดีและห้องเผาไหม้ โดยทั่วไปจะใช้กันรั่วยางแบบปากลิ้น อาการทั่วไปของปลอกก้านลิ้นที่สึกหรอและ/หรือกั่นรั่วน้ำมันที่ชำรุดคือควันสีน้ำเงินพุ่งออกมาจากท่อไอเสียในช่วงที่มีสุญญากาศในท่อร่วมไอดีเพิ่มขึ้น เช่น เมื่อปิดคันเร่งกะทันหัน

ในอดีต ลิ้นมีปัญหาหลักสองประการ ซึ่งทั้งสองอย่างได้รับการแก้ไขแล้วด้วยการพัฒนาด้านโลหกรรมที่ทันสมัย ประการแรกคือในเครื่องยนต์สันดาปภายในยุคแรก อัตราการสึกหรอของลิ้นที่สูงทำให้ต้องมีการซ่อมบ่าลิ้นเพื่อเจียรลิ้นใหม่เป็นประจำ ประการที่สอง สารเติมแต่งตะกั่วถูกใช้ในน้ำมันเบนซินตั้งแต่ทศวรรษ 1920 เพื่อป้องกันเครื่องยนต์น็อกและให้การหล่อลื่นสำหรับลิ้น วัสดุสมัยใหม่สำหรับลิ้น (เช่น เหล็กกล้าไร้สนิม) และบ่าลิ้น (เช่น สเตลไลต์และอินโคเนล) ทำให้สามารถเลิกใช้น้ำมันเบนซินไร้สารตะกั่วในหลายประเทศอุตสาหกรรมได้ในช่วงกลางทศวรรษ 1990

ลิ้นไอเสียระบายความร้อนด้วยโซเดียม
ลิ้นไอเสียต้องเผชิญกับอุณหภูมิที่สูงมากและในการใช้งานที่มีสมรรถนะสูงเป็นพิเศษอาจมีการระบายความร้อนด้วยโซเดียม ตัวลื้นมีลักษณะกลวงและบรรจุโซเดียม ซึ่งจะหลอมเหลวที่อุณหภูมิค่อนข้างต่ำ และในสถานะของเหลวจะนำความร้อนออกจากหัวลิ้นที่ร้อนไปยังก้านลิ้น ซึ่งความร้อนจะถูกถ่ายเทไปยังฝาสูบ กลไกนี้พบได้ทั่วไปในเครื่องยนต์ลูกสูบสมัยสงครามโลกครั้งที่สอง ปัจจุบันพบได้เฉพาะในเครื่องยนต์สมรรถนะสูง

 วิธีการกระตุ้น 

เครื่องยนต์ยุคแรกในทศวรรษ 1890 และ 1900 ใช้ "ลิ้นไอดีอัตโนมัติ" ซึ่งเปิดออกด้วยแรงดูดในห้องเผาไหม้และปิดลงด้วยสปริงที่เบา ส่วนลิ้นไอเสียจะต้องถูกขับด้วยกลไกเพื่อเปิดต้านแรงดันในกระบอกสูบ การใช้ลิ้นอัตโนมัติช่วยให้กลไกง่ายขึ้น แต่ปรากฏการณ์ลิ้นลอยทำให้ความเร็วรอบของเครื่องยนต์ถูกจำกัด และเมื่อถึงประมาณ ค.ศ. 1905 ลิ้นไอดีที่ทำงานด้วยกลไกจึงถูกนำมาใช้กับเครื่องยนต์ยานพาหนะมากขึ้นเรื่อย ๆ

การทำงานด้วยกลไกมักใช้การกดที่ปลายก้านลิ้น โดยทั่วไปจะใช้สปริงเพื่อดันลิ้นให้กลับสู่ตำแหน่งปิด ที่ความเร็วรอบเครื่องยนต์สูง (RPM) น้ำหนักของขบวนเปิดปิดลิ้นทำให้สปริงลิ้นไม่สามารถปิดลิ้นได้เร็วพอ ทำให้เกิดปรากฏการณ์ลิ้นลอยหรือ ลิ้นเต้น ลิ้นเดสโมโดรมิกใช้กระเดื่องลิ้นตัวที่สองเพื่อปิดลิ้นด้วยกลไก (แทนการใช้สปริงลิ้น) และบางครั้งถูกนำมาใช้เพื่อเลี่ยงลิ้นลอยในเครื่องยนต์ที่ทำงานที่รอบสูง

ในเครื่องยนต์ที่ผลิตจำนวนมากส่วนใหญ่ เพลาลูกเบี้ยวจะควบคุมการเปิดของลิ้น ผ่านกลไกตัวกลางหลายอย่าง (เช่น ก้านกระทุ้ง กระเดื่องกดลิ้นแบบลูกกลิ้ง และลูกกระทุ้งลิ้น) รูปร่างของลูกเบี้ยวบนเพลาลูกเบี้ยวจะส่งผลต่อช่วงยกลิ้นและกำหนดจังหวะการเปิดของลิ้น

 จำนวนและตำแหน่งของลิ้น 

เครื่องยนต์แฟลตเฮด (หรือที่เรียกว่า เครื่องยนต์แอล-เฮด) ในยุคแรกมีลิ้นอยู่ข้างกระบอกสูบในตำแหน่ง "กลับหัว" ขนานไปกับกระบอกสูบ แม้การออกแบบนี้จะทำให้การผลิตง่ายและราคาถูก แต่เส้นทางที่คดเคี้ยวของไอดีและไอเสียก็มีข้อเสียที่สำคัญต่ออากาศไหล ซึ่งจำกัดรอบเครื่องยนต์ และอาจทำให้เสื้อสูบเครื่องยนต์ร้อนจัดภายใต้ภาระหนักที่ต่อเนื่อง การออกแบบแบบแฟลตเฮดได้พัฒนาเป็นเครื่องยนต์ไอดีเหนือไอเสีย (IOE) ซึ่งใช้ในจักรยานยนต์และรถยนต์ในยุคแรกหลายรุ่น ในเครื่องยนต์ IOE ลิ้นไอดีจะอยู่เหนือกระบอกสูบโดยตรง (เช่นเดียวกับ เครื่องยนต์ลิ้นเหนือสูบ ในยุคหลัง) อย่างไรก็ดี ลิ้นไอเสียยังคงอยู่ข้างกระบอกสูบในตำแหน่งกลับหัว 

การออกแบบเหล่านี้ส่วนใหญ่ถูกแทนที่ด้วยเครื่องยนต์ลิ้นเหนือสูบ (OHV) ระหว่าง ค.ศ. 1904 จนถึงปลายทศวรรษ 1960/ต้นถึงกลางทศวรรษ 1970 โดยที่ลิ้นไอดีและไอเสียทั้งคู่อยู่เหนือกระบอกสูบโดยตรง (โดยมีเพลาลูกเบี้ยวอยู่ที่ด้านล่างของเครื่องยนต์) ในทางกลับกัน เครื่องยนต์ OHV ส่วนใหญ่ถูกแทนที่ด้วยเครื่องยนต์เพลาลูกเบี้ยวเหนือสูบ (OHC) ระหว่างทศวรรษ 1950 ถึง 1980 ตำแหน่งของลิ้นโดยทั่วไปจะเหมือนกันระหว่างเครื่องยนต์ OHV และ OHC อย่างไรก็ดี เครื่องยนต์ OHC มีเพลาลูกเบี้ยวอยู่ที่ด้านบนของเครื่องยนต์พร้อมกับลิ้น และเครื่องยนต์ OHC มักมีลิ้นต่อกระบอกสูบมากกว่าเครื่องยนต์ OHV เครื่องยนต์ OHC ส่วนใหญ่มีลิ้นไอดีและลิ้นไอเสียเพิ่มอย่างละหนึ่งตัวต่อกระบอกสูบ (ฝาสูบแบบสี่ลิ้น) เมื่อเทียบกับการออกแบบลิ้นสองตัวต่อกระบอกสูบที่ใช้ในเครื่องยนต์ OHV ส่วนใหญ่ อย่างไรก็ดี เครื่องยนต์ OHC บางรุ่นใช้ลิ้นสามหรือห้าตัวต่อกระบอกสูบ

 การใช้ในเครื่องจักรไอน้ำ 

เจมส์ วัตต์ใช้ลิ้นดอกเห็ดเพื่อควบคุมการไหลของไอน้ำเข้าสู่กระบอกสูบของเครื่องจักรไอน้ำแบบคานของเขาในทศวรรษ 1770 ภาพตัดขวางของเครื่องจักรไอน้ำแบบคานของวัตต์ใน ค.ศ. 1774 ที่ใช้ลิ้นดอกเห็ดนี้พบได้ในหนังสือเทิร์สตัน 1878:98 และลาร์ดเนอร์ (1840) ก็ได้ให้คำอธิบายพร้อมภาพประกอบเกี่ยวกับการใช้งานลิ้นดอกเห็ดของวัตต์

เมื่อใช้ในงานที่ต้องใช้แรงดันสูง เช่น ในฐานะลิ้นรับไอน้ำเข้าเครื่องจักรไอน้ำ แรงดันที่ช่วยให้ลิ้นดอกเห็ดปิดสนิทนั้นก็มีส่วนสำคัญต่อแรงที่จำเป็นต้องใช้ในการเปิดลิ้นด้วยเช่นกัน สิ่งนี้นำไปสู่การพัฒนารูปแบบดอกเห็ดได้ดุลหรือลิ้นสองจังหวะ ซึ่งมีปลั๊กลิ้นสองตัวอยู่บนก้านลิ้นเดียวกัน โดยแรงดันที่กระทำต่อปลั๊กตัวหนึ่งจะช่วยสมดุลกับแรงดันที่กระทำต่ออีกตัวหนึ่งได้ส่วนใหญ่Jacques Mouchly, Valve and Valve Gear for Locomotives and Other Engines, U.S. Patent 1,824,830, issued Sept. 29, 1931.Herman G. Mueller, Steam Engine Valve, U.S. Patent 1,983,803, issued Dec. 11, 1934. ในลิ้นเหล่านี้ แรงที่ต้องใช้ในการเปิดลิ้นจะถูกกำหนดโดยแรงดันและความแตกต่างระหว่างพื้นที่ของช่องเปิดลิ้นทั้งสอง ซิกเคิลส์ได้จดสิทธิบัตรกลไกลิ้นสำหรับลิ้นดอกเห็ดสองบ่าใน ค.ศ. 1842 ใน ค.ศ. 1889 มีการรายงานคำวิจารณ์ในวารสาร Science ว่าลิ้นดอกเห็ดได้ดุล (บทความเรียกว่า "ลิ้นดอกเห็ดคู่หรือได้ดุลหรือแบบอเมริกัน") ที่ใช้สำหรับเครื่องจักรไอน้ำในเรือกลไฟนั้นโดยธรรมชาติแล้วจะต้องมีการรั่วไหลถึง 15%Criticism by E.N. Dickerson in lecture to the Electric Club of New York 17/01/1889, reported by Science vol.13 No.314, Feb 8 1889 p.95 sciencemag.org

ลิ้นดอกเห็ดถูกนำมาใช้กับรถจักรไอน้ำ โดยมักใช้ร่วมกับระบบลิ้นของเลนทซ์หรือกาปรอตตี ตัวอย่างรถจักรของอังกฤษได้แก่:
 แอลเอ็นอีอาร์ คลาส บี12
 แอลเอ็นอีอาร์ คลาส ดี49
 แอลเอ็นอีอาร์ คลาส ดี2
 แอลเอ็มเอส สเตเนียร์ คลาส 5 4-6-0
 บีอาร์ สแตนดาร์ด คลาส 5
 บีอาร์ สแตนดาร์ด คลาส 8 71000 ดุกออฟกลอสเตอร์

บริษัทเซนติเนลแวกกอนเวิกส์ใช้ลิ้นดอกเห็ดในตู้ไอน้ำและรถจักรไอน้ำของพวกเขา การกลับทิศทางทำได้โดยใช้ระบบเพลาลูกเบี้ยวเลื่อนที่เรียบง่าย

รถจักรหลายคันในฝรั่งเศส โดยเฉพาะที่สร้างขึ้นใหม่ตามการออกแบบของอ็องเดร ชาเปอลง เช่น เอสเอ็นซีเอฟ 240พี ใช้ลิ้นดอกเห็ดแบบลูกเบี้ยวแกว่งของเลนทซ์ ซึ่งถูกควบคุมโดยระบบลิ้นวัลส์ชาร์ตที่รถจักรมีอยู่แล้ว

ลิ้นดอกเห็ดยังถูกใช้กับรถจักร ที1 ดูเพล็กซ์ ของอเมริกันเพนซิลเวเนียเรลโรด แม้ลิ้นมักจะล้มเหลวเนื่องจากรถจักรถูกใช้งานที่ความเร็วเกิน 160 กิโลเมตรต่อชั่วโมง (100 ไมล์ต่อชั่วโมง) บ่อยครั้ง และลิ้นไม่ได้ถูกออกแบบมาสำหรับความเครียดที่เกิดจากความเร็วเช่นนั้น ลิ้นดอกเห็ดยังทำให้รถจักรมีเสียง "chuffing" ที่เป็นเอกลักษณ์

ลิ้นดอกเห็ดดีไซน์หนึ่งถูกประดิษฐ์ขึ้นใน ค.ศ. 1833 โดยอี.เอ.จี. ยัง ชาวอเมริกันจากนิวคาสเซิลแอนด์เฟรนช์ทาวน์เรลโรด ได้จดสิทธิบัตรแนวคิดของเขา แต่เหตุเพลิงไหม้สำนักงานสิทธิบัตรสหรัฐใน ค.ศ. 1836 ได้ทำลายบันทึกทั้งหมดของมัน

 ดูเพิ่ม 

 รายการอะไหล่รถยนต์
 สปริงลิ้นลม
 ลิ้นสองจังหวะ
 ลิ้นแบบใบอ่อน
 ลิ้นระบาย
 ลิ้นโรตารี
 ลิ้นนิรภัย

 อ้างอิง

หมวดหมู่:ลิ้นเครื่องยนต์