ประวัติคอยล์จุดระเบิด

แม้ว่าระบบจุดระเบิดจะมีการพัฒนามาอย่างยาวนาน แต่ก็ยังใช้จุดเด่นของระบบจุดระเบิดคอยล์แบบเดิมที่ถูกคิดค้นมาเมื่อกว่า 100 ปีที่แล้ว ระบบจุดระเบิดของคอยล์ระบบแรกประดิษฐ์โดยชาวอเมริกันชื่อ Charles Kettering ผู้พัฒนาระบบจุดระเบิดสำหรับรถยนต์ในช่วงปี 1910-1911 เป็นครั้งแรกที่เขาคิดค้นระบบไฟฟ้าที่ขับเคลื่อนมอเตอร์สตาร์ทและจุดระเบิดไปพร้อมๆกัน ระบบ Kettering ใช้คอยล์จุดระเบิดเดี่ยวเพื่อผลิตไฟฟ้าแรงสูง ซึ่งถูกส่งไปยังชุดจ่ายไฟ เชื่อมต่อด้วยสายหัวเทียนกับหัวเทียนตามลำดับ ทำให้สามารถกระจายไฟฟ้าแรงสูงไปยังหัวเทียนตามลำดับการยิงของกระบอกสูบที่ถูกต้อง

ระบบจุดระเบิดของ Kettering กลายเป็นระบบจุดระเบิดสำหรับรถยนต์เบนซิน อย่างนั้นจนกระทั่งระบบสวิตช์จุดระเบิดแบบอิเล็กทรอนิกส์และแบบควบคุมเริ่มเข้ามาแทนที่ระบบจุดระเบิดแบบกลไกในช่วงทศวรรษ 1970-1980

หลักการพื้นฐานของคอยล์จุดระเบิด

ในการผลิตไฟฟ้าแรงสูง คอยล์จุดระเบิดใช้ความสัมพันธ์ที่มีอยู่ระหว่างไฟฟ้ากับแม่เหล็ก เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านตัวนำไฟฟ้า เช่น ขดลวด จะทำให้เกิดสนามแม่เหล็กรอบขดลวด สนามแม่เหล็ก (หรือฟลักซ์แม่เหล็ก) เป็นแหล่งสะสมพลังงานอย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งสามารถแปลงกลับเป็นไฟฟ้าได้

เมื่อเปิดกระแสไฟในตอนแรก กระแสไฟจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วจนถึงค่าสูงสุด ในขณะเดียวกัน สนามแม่เหล็กหรือฟลักซ์จะค่อยๆ เพิ่มขึ้นจนมีกำลังสูงสุด และจะคงที่เมื่อกระแสไฟฟ้าคงที่ เมื่อกระแสไฟฟ้าดับลง สนามแม่เหล็กจะยุบกลับเข้าหาขดลวด

มีสองปัจจัยหลักที่ส่งผลต่อความแรงของสนามแม่เหล็ก

1) การเพิ่มกระแสที่นำไปใช้กับขดลวดทำให้สนามแม่เหล็กแข็งแกร่งขึ้น

2) ยิ่งจำนวนขดลวดในขดลวดมากเท่าไร สนามแม่เหล็กก็ยิ่งแรงขึ้นเท่านั้น

การใช้สนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงเพื่อเหนี่ยวนำให้เกิดกระแสไฟฟ้า

ถ้าขดลวดสัมผัสกับสนามแม่เหล็ก จะสร้างกระแสไฟฟ้าในขดลวด กระบวนการนี้เรียกว่า ‘การเหนี่ยวนำ’ สิ่งนี้สามารถแสดงให้เห็นได้ง่ายๆ โดยการย้ายแม่เหล็กผ่านขดลวด การเคลื่อนที่หรือการเปลี่ยนแปลงในสนามแม่เหล็กหรือฟลักซ์แม่เหล็กทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าเข้าในขดลวด

มีสองปัจจัยหลักที่ส่งผลต่อแรงดันไฟฟ้าที่เหนี่ยวนำเข้าสู่ขดลวด

1. ยิ่งการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กเร็วขึ้นและการเปลี่ยนแปลงความแรงของสนามแม่เหล็กยิ่งมากขึ้น แรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำก็จะยิ่งมากขึ้น

2. ยิ่งจำนวนขดลวดในขดลวดมากเท่าใด แรงดันไฟเหนี่ยวนำก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

การใช้สนามแม่เหล็กยุบตัวเหนี่ยวนำให้เกิดกระแสไฟฟ้า

เมื่อสนามแม่เหล็กถูกสร้างขึ้นโดยการใช้กระแสไฟฟ้ากับขดลวด การเปลี่ยนแปลงใดๆ ในกระแสไฟฟ้า (เพิ่มขึ้นหรือลดลงในการไหลของกระแส) จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในสนามแม่เหล็กเช่นเดียวกัน ถ้ากระแสไฟดับ สนามแม่เหล็กจะยุบ สนามแม่เหล็กที่ยุบตัวจะเหนี่ยวนำกระแสไฟฟ้าเข้าสู่ขดลวด

ในทำนองเดียวกันการเพิ่มความเร็วของการเคลื่อนที่ของสนามแม่เหล็กผ่านขดลวดจะเพิ่มแรงดันไฟฟ้าที่เหนี่ยวนำเข้าไปในขดลวด หากสนามแม่เหล็กที่ยุบตัวสามารถยุบตัวลงอย่างรวดเร็วได้ก็จะทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้น นอกจากนี้ยังสามารถเหนี่ยวนำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นในขดลวดได้หากจำนวนขดลวดในขดลวดเพิ่มขึ้น

การเหนี่ยวนำร่วมกันของหม้อแปลงไฟฟ้า

หากวางลวดสองม้วนไว้ใกล้กันและมีการใช้กระแสไฟฟ้าเพื่อสร้างสนามแม่เหล็กรอบ ๆ ขดลวดหนึ่ง (ซึ่งเราเรียกว่าขดลวดปฐมภูมิ) สนามแม่เหล็กก็จะล้อมรอบขดลวดที่สองด้วย (หรือขดลวดทุติยภูมิ) เมื่อกระแสไฟฟ้าดับและสนามแม่เหล็กพังทลายลง จะทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าเข้าทั้งในขดลวดปฐมภูมิและขดลวดทุติยภูมิ สิ่งนี้เรียกว่า ‘การเหนี่ยวนำซึ่งกันและกัน’

สำหรับคอยล์จุดระเบิด ขดลวดทุติยภูมิประกอบด้วยขดลวดมากกว่าขดลวดปฐมภูมิ เมื่อสนามแม่เหล็กยุบตัว มันจะเหนี่ยวนำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าเข้าสู่ขดลวดทุติยภูมิมากกว่าขดลวดปฐมภูมิ

ขดลวดปฐมภูมิของคอยล์จุดระเบิดมักจะประกอบด้วยลวด 150 ถึง 300 รอบ โดยทั่วไปแล้วขดลวดทุติยภูมิจะมีลวด 15,000 ถึง 30,000 รอบหรือมากกว่าขดลวดปฐมภูมิประมาณ 100 เท่า

สนามแม่เหล็กถูกสร้างขึ้นเมื่อระบบไฟฟ้าของรถยนต์ใช้กระแสไฟประมาณ 12 โวลต์กับขดลวดปฐมภูมิของคอยล์จุดระเบิด เมื่อต้องการจุดประกายไฟที่หัวเทียน ระบบจุดระเบิดจะปิดกระแสไฟไปยังขดลวดปฐมภูมิ ซึ่งจะทำให้สนามแม่เหล็กยุบตัวลง สนามแม่เหล็กที่ยุบตัวจะทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าเข้าสู่ขดลวดปฐมภูมิในบริเวณ 200 โวลต์ แต่แรงดันไฟฟ้าที่เหนี่ยวนำเข้าสู่ขดลวดทุติยภูมิจะมากกว่าประมาณ 100 เท่า หรือประมาณ 20,000 โวลต์

ด้วยการใช้ผลกระทบของการเหนี่ยวนำร่วมกันและโดยการใช้ขดลวดทุติยภูมิที่มีขดลวดมากกว่าขดลวดปฐมภูมิถึง 100 เท่า จึงสามารถแปลงแหล่งจ่าย 12 โวลต์ดั้งเดิมให้เป็นไฟฟ้าแรงสูงได้ กระบวนการเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าต่ำเป็นไฟฟ้าแรงสูงนี้เรียกว่า ‘การกระทำของหม้อแปลงไฟฟ้า’ ในคอยล์จุดระเบิด ขดลวดปฐมภูมิและขดลวดทุติยภูมิจะพันรอบแกนเหล็ก ซึ่งช่วยให้เพิ่มความแรงของสนามแม่เหล็กและฟลักซ์ ทำให้คอยล์จุดระเบิดมีประสิทธิภาพมากขึ้น