ระบบคอมมอนเรล ไดเรค อินเจคชั่น(Common rail Direct Injection)

ระบบคอมมอนเรล ไดเรค อนิ เจคชั่น (Common rail Direct Injection) จดั ทาโดย นายธวัชชัย ครุฑนอ้ ย สาขาวชิ า เทคนิคเครอ่ื งกล วิทยาลัยเทคนิคสุโขทัย

หลกั การทางานระบบคอมมอนเรล ไดเรค อนิ เจคช่ัน (Common rail Direct Injection) วันนี้เอาสาระมาฝากครบั พอดีอา่ นเจอบทความนี้ในสหยนต์นานแล้ว เซพไว้ พอดีวนั น้ไี ปเปิดเจอเข้าเลยเอามาให้อ่านกนั ครบั คลับ BT-50-Ranger-หลักการทางานระบบคอมมอนเรล ไดเรค อนิ เจคชัน่ (Common rail DirectInjection)-1 ระบบคอมมอนเรล ไดเรค อนิ เจคช่ัน (Common rail Direct Injection) ระบบคอมมอนเรล หรอื ระบบจ่ายนา้ มนั แบบรางร่วม เปน็ ระบบจา่ ยน้ามนั ทไ่ี ด้พฒั นาขึ้นมาลา่ สดุ ในปจั จบุ นั ระบบจา่ ยเชื้อเพลงิ ประกอบด้วย ปั๊มแรงดนั สูง (ปัจจบุ นั สามารถทาได้สงู ถึง 1800 บาร์ ในประเทศไทย) ในการอัดน้ามนั เขา้ ส้รู างร่วม (Common Rail) เพ่อื รอจังหวะการฉดี ทเ่ี หมาะสมที่ประมวลไดจ้ ากหนว่ ยควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ (Electronic Control Unit, ECU) เมื่อถึงจังหวะการฉดี เชื้อเพลงิ ท่ี ECU ประมวลผลออกมาได้ วาลวน์ ้ามันหรอื เข็มหวั ฉีดจะถูกยกดว้ ยแรงขบั จากโซลนี อยดโ์ ดยใช้ไฟฟ้า ซ่งึ ระบบฉดี เช้อื เพลิงในเคร่ืองยนตร์ ่นุ เก่าท่เี ปน็ ปมั๊ เชื้อเพลิงแบบแถวเรียงหรือจานจ่ายจะใช้วธิ ีการยกเข็มหัวฉีดดว้ ยแรงดันในตวั น้ามนัทป่ี ัม๊ เชอ้ื เพลิงอดั เข้ามา (ประมาณ 120 -250 บาร)์ และสามารถเอาชนะแรงกดของสปริงทห่ี ัวฉีดทาให้เขม็หวั ฉีดยกเปดิ น้ามนั ใหไ้ หลผ่านไปได้ วธิ ีแบบเก่านี้จะไมส่ ามารถควบคุมจังหวะการฉดี เชอ้ื เพลงิ ใหย้ ืดหยุน่ ได้แตกต่างจากระบบคอมมอนเรลซึ้งใช้ไฟฟ้าในการควบคุม ดังน้ันระบบคอมมอนเรลจงึ สามารถฉีดเช้อื เพลิงยดื หยุน่ ได้ตามสภาวะการทางานที่เหมาะสมตามการประมวลผลของ ECU โดย ECU ของเคร่อื งยนต์สามารถรับรสู้ ภาวะการทางานของเคร่ืองยนตไ์ ดจ้ าก Sensor ต่างๆ เชน่ ปริมาณออกซิเจนในไอเสีย แรงดันในรางรว่ ม

คันเรง่ อุณหภูมติ ่างๆ หรือ อ่ืนๆ ขอ้ ดจี ากการท่เี ราสามารถควบคมุ การฉดี เช้อื เพลิงไดต้ ามต้องการ ECUปจั จบุ ันจงึ สามารถควบคุมให้มีการฉีดแบบหลายครง้ั (Multiple-Injection) ซึ่งสามารถช่วยลดปริมาณมลพษิไนตรกิ ออกไซด์ แลกช่วยให้มีการเผาไหม้ทไ่ี ม่รนุ แรงลดการนอ็ กของเคร่อื งยนต์ได้ บริษทั ผู้ผลติ ระบบเช้ือเพลิงให้กบั รถยนต์ปัจจบุ ันสามารถผลติ ECU ใหค้ มุ คมุ การฉดี สงู สุดได้ถงึ 5 ครัง้ มีพื้นฐานดงั น้ีคอื การฉีดครั้งท่ี 1เป็นการฉีดลอ่ (Pilot Injection) เป็นส่วนช่วยใหเ้ ชอ้ื เพลิงสว่ นแรกผสมกบั อากาศไดด้ ีก่อน หลังจากน้ันจึงฉีดครง้ั ที่ 2 ตามมาเรยี กวา่ Pre-Injection เพื่อเพ่ิมความเขม้ ข้นของเชื้อเพลิงในการเรมิ่ การเผาไหมส้ ่วนแรก การฉดี ครั้งที่ 3 เปน็ การฉีดเชื้อเพลิงหลกั Main-Injection เป็นการฉีดที่ควบคุมสภาวะการทางานของเครื่องยนต์ตามคันเร่ง การฉีดครั้งท่ี 4 เรียกวา่ After-Injection เป็นการฉดี เพ่ือเผาเขม่าหรืออนภุ าคคารบ์ อน (PM) สว่ นสดุ ทา้ ยเพ่ือใหม้ ีการเผาไหม้สมบูรณท์ ่ีสุด และการฉีดที่ 5 สดุ ทา้ ยคือ Post-Injection เปน็ การฉีดควบคุมอุณหภูมไิ อเสีย สาหรบั ในประเทศไทยส่วนใหญ่จะเปน็ การฉีดเชื้อเพลงิ แบบ 2 คร้ัง คือ Pilot และ Main-Injection แต่คาดวา่ เทคโนโลยกี ารฉีดแบบ 5 คร้ังจะเขา้ มาตอ่ ไปเน่ืองจากข้อกาหนดของการปลดปลอ่ ยมลพษิทเี่ ขม้ งวดมากขนึ้ ระบบคอมมอนเรล ประกอบด้วย ป๊มั แรงดันสงู ,รางรว่ ม,หวั ฉดี โซลินอย,และ อซี ียู (ECU)ป๊ัมแรงดนั สงู สามารถฉีดนา้ มันให้มีความดันได้สงู ถึง 1,800บาร์ หรอื 180MPa ขน้ึ อยู่กับเครอ่ื งยนต์แตล่ ะรุ่นและผผู้ ลิตแต่ละเจา้ แรงดนั ท่ีสูงน้ที าให้น้ามนั แตกตัวเป็นละอองได้ดกี วา่ การใช้หัวฉดี แบบเก่ามาก หรอื ที่เรยี กว่า Fuel Atomisation รางรว่ ม มีลกั ษณะเป็นท่อเล็กๆยาวๆ ท่ีมคี วามหนามากเพ่ือทนตอ่ แรงดนั สูง รางร่วมน้ีจะรกั ษาความดนั ให้คงท่ีและช่วยใหล้ ะอองนา้ มนั ที่จ่ายไปยงั ห้องเผาไหม้ทุกห้องมลี กั ษณะเหมือนกัน หวั ฉดี โซลินอย ช่วยทาให้สามารถควบคุมเวลาของการฉดี น้ามนั และปรมิ าณน้ามันท่ีฉดี เข้าไปในห้องเผาไหม้ ได้อยา่ งละเอยี ด อซี ยี ู หรอื Electronic Control Unit ทาหนา้ ท่ีควบคุมการทางานของท้ังระบบให้เหมาะสมกับการขับข่ี ไม่ว่าจะเปน็ การเร่งเครื่อง การขบั ดว้ ยความเร็วสูง หรอื ความเรว็ ต่า นอกจากน้ีอซี ียยู งั สามารถส่ังใหม้ ีการฉดี น้ามนัเล็กน้อย เข้าไปในห้องเผาไหม้ก่อนท่จี ะมกี ารฉีดน้ามันตามรอบ ได้อีกด้วย เรยี กวา่ ไพล็อต อินเจ็คชนั่ (PilotInjection) เพ่ือทจี่ ะลด ความรุนแรงของการระเบดิ ในรอบการจุดระเบดิ ดังนนั้ ลดเสยี งดงั และการสัน่ สะเทือนซึ่งเปน็ ข้อเสยี ของเคร่ืองยนต์ดเี ซลแบบเก่า นอกจากน้ี ไพลอ็ ต อินเจค็ ช่นั ยงั ชว่ ยให้เคร่ืองยนต์สามารถสร้างกาลงั งานอย่างต่อเน่อื งอีกด้วย ด้วยกลไกการทางานข้างตน้ ระบบคอมมอนเรล จงึ ทางานได้อย่างมีประสิทธภิ าพมากกว่าระบบเกา่ดงั นัน้ จงึ ชว่ ยประหยดั น้ามัน ปลอ่ ยมลพิษนอ้ ยกว่า อกี ท้ังยังเงียบกว่า และมีการส่ันสะเทือนน้อยกว่าเครืองยนตแ์ บบเก่าอกี ดว้ ย

ปัจจบุ ัน ระบบคอมมอนเรล ได้ถูกน้ามาใชใ้ นรถกระบะในประเทศไทยเกือบทกุ คา่ ย โดยมีช่อื เรยี กทางการตลาดท่ีแตกต่างกนั ไป สาหรับรถยนตน์ ง่ั น้นั เคร่อื งยนต์ดีเซลยงั ไมเ่ ปน็ ทนี่ ิยมมากนกั ในประเทศไทยแต่ในยุโรปซ่ึงนยิ มใช้รถเครื่องยนตด์ เี ซล เพราะมีมลพษิ ต่ากวา่ ระบบคอมมอนเรลนี้ ได้รับการยอมรับอยา่ งแพร่หลาย ประวตั ิของระบบคอมมอนเรล เคร่อื งยนต์ระบบคอมมอนเรลถูกคิดค้นไดเ้ ป็นสาเร็จครั้งแรก โดยบรษิ ทั Bosch ของเยอรมนั โดยในครงั้ แรกระบบคอมมอนเรลถูกใช้กบั เครือ่ งจักรขนาดใหญ่ (โดยเปน็ คอมมอนเรลระบบกลไกลกู เบี้ยวเปิดหวั ฉีดช่วย) ตอ่ มา Bosch สามารถลดขนาดของระบบลงได้ และติดตั้งกับรถยนต์เมอรเ์ ซเดส-เบนซ์ เป็นครั้งแรก (ปี 2540) ปัจจบุ นั ระบบน้ี ไดม้ ีบรษิ ัท ชั้นนาผลติ ออกมาเพ่ือจาหนา่ ยใหแ้ ก่บรษิ ัทรถยนต์ เชน่ Nippon-Denso, Delphi เป็นต้น การทางานของเครื่องยนต์ดีเซลคอมมอนเรล ขา้ มข้อจากัดของเครื่องยนตด์ ีเซลร่นุ เดมิ ๆ อย่างระบบสเวริ ์ลแชมเมอร์ และไดเร็คอนิ เจคชนั่ ดว้ ยความลา้ หน้าของ เทคโนโลยีดีเซล สมัยใหมท่ ี่ สามารถตอบสนองต่อการขับข่ีได้อยา่ งสมบูรณ์แบบ ทงั้ ดา้ นสมรรถนะ อัตราความสน้ิ เปลืองนา้ มนั เช้ือเพลงิ และความทนทาน ของการใชง้ าน ระบบคอมมอนเรล ไดเรค็อินเจคชัน่ หรือ CDI (Commonrail Direct Injection) ได้ถูกพฒั นาขน้ึ มา เพ่ือใชง้ านกับ รถยนต์นง่ั ในระดับหรหู ราทเี่ นน้ ท้งั แรงม้า-แรงบิด และความนุม่ นวลในการทางานบนพ้ืนฐานความประหยัดน้ามนั เชื้อเพลิง ในครง้ั น้ี เราจะอธบิ ายหลักการทางานของเคร่ืองยนต์คอมมอนเรล ไดเร็คอนิ เจคช่ันละเอียดมากข้นึ หวั ใจสาคญั ของระบบคอมมอนเรล คือการสรา้ งแรงดนั นา้ มันสูงรอไว้ในท่อเพ่อื จ่ายนา้ มันไดอ้ ยา่ งแม่นยาและต่อเนื่อง นา้ มนั ที่ ถกู ฉดี เข้าส่หู อ้ งเผาไหม้ จะมลี ักษณะเปน็ ละอองฝอยคลา้ ยละอองแป้ง เพ่ือเพิ่มความสามารถในการผสมกับไอดี และเพ่ิมประสิทธิภาพ การเผาไหม้ใหส้ มบูรณย์ งิ่ ขนึ้ การทางานท้งั หมด จะเรม่ิ ตน้ โดยอาศัยป๊ัมแรงดันสูง ที่สามารถจ่ายน้ามนั เชื้อเพลงิ ดว้ ยแรงดันทสี่ ูงถึง 1,377 บาร์ หรอื สูงกว่าเคร่อื งยนตด์ ีเซล ไดเร็คอินเจคชน่ั ทัว่ ไปถึง 8 เท่า น้ามนั เชื้อเพลงิ จะถูกสูบผ่านเขา้ มารอในรางนา้ มนั คอมมอนเรลดว้ ยแรงดันสูง โดยที่ปลายของรางส่งน้ามันจะตดิ ตง้ั ตัวจากัดแรงดันนา้ มนั และเซ็นเซอร์ ตรวจจบั แรงดนัน้ามัน เพื่อทาหนา้ ทร่ี ักษาและควบคมุ แรงดัน ของน้ามนั ท่ีถูกสง่ มาจากปม๊ั แรงดนั สงู ให้อยู่ในระดบั ท่เี หมาะสมกับการขับข่ี ก่อนที่ หวั ฉดี อเิ ลก็ ทรอนิกสซ์ ง่ึ มีรูฉดี นา้ มันถึง 6 รูตอ่ หวั จะจา่ ยนา้ มันท่มี ลี ักษณะเปน็ ฝอยเข้าสู่หอ้ งเผาไหม้โดนตรง โดยการทางานของหวั ฉีดจะเปน็ แบบ 2 คร้งั ใน 1 จังหวะ ดว้ ยการฉีดนา้ มนั นารอ่ ง (PilotInjection) ก่อนทาการฉีดจริง ซง่ึ จะช่วยลดระดับเสยี งดงั ท่ีเกิดจากการจุดระเบดิ

นอกจากนัน้ การทางานในทกุ ขัน้ ตอนของระบบคอมมอนเรล ไดเร็คอนิ เจคชั่น จะถูกควบคุมดว้ ยระบบคอมพวิ เตอร์ โดยอาศยั ข้อมลู ท่ีถูกส่งมาจาก ส่วนตา่ งๆ เช่น เซ็นเซอรข์ องเพลาข้อเหว่ียงตาแหน่งคันเรง่อณุ หภูมิอากาศ ฯลฯ นามาประมวลผล เพอ่ื ให้มีการ ส่ังจ่าย นา้ มันเชอื้ เพลิง อยา่ งถูกต้อง และสอดคล้อง กบัความเรว็ รอบเคร่ืองยนต์ ส่งผลใหเ้ คร่อื งยนต์มสี มรรถนะดขี ึ้น แรง ประหยัดนา้ มัน เงยี บ สน่ั สะเทอื นน้อยมลพิษในไอเสยี ตา่ คา่ บารุงรักษาตา่ และมีความทนทานสูงขอบคุณข้อมูลจาก สหยนต์ ณ ท่ีนี้ดว้ ยครับข้อมลู อ้างองิ http://www.bt-50.com/topic.php?q_id=19148