ข้ามไปเนื้อหา

คอมมอนเรล

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี
หัวฉีดเชื้อเพลิงดีเซลที่ติดตั้งในเครื่องยนต์ดีเซล MAN V8

ระบบฉีดเชื้อเพลิงตรงแบบคอมมอนเรล (อังกฤษ: Common rail direct fuel injection) เป็นระบบฉีดเชื้อเพลิงตรงที่สร้างขึ้นจากรางเชื้อเพลิงแรงดันสูง (มากกว่า 2,000 บาร์ หรือ 200 เมกะปาสกาล หรือ 29,000 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว) ที่จ่ายให้กับวาล์วโซลินอยด์ ต่างจากปั๊มเชื้อเพลิงแรงดันต่ำที่จ่ายให้กับหัวฉีดแบบยูนิต (หรือหัวฉีดปั๊ม) การฉีดเชื้อเพลิงแรงดันสูงให้ประโยชน์ด้านกำลังและอัตราการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงที่เหนือกว่าระบบฉีดเชื้อเพลิงแรงดันต่ำแบบเดิม โดยการฉีดเชื้อเพลิงเป็นละอองขนาดเล็กจำนวนมาก ทำให้มีอัตราส่วนพื้นที่ผิวต่อปริมาตรสูงกว่ามาก ช่วยให้การระเหยจากพื้นผิวของละอองเชื้อเพลิงดีขึ้น และดังนั้นการรวมตัวของออกซิเจนในอากาศกับเชื้อเพลิงที่ระเหยแล้วจึงมีประสิทธิภาพมากขึ้น ทำให้การเผาไหม้สมบูรณ์ยิ่งขึ้น

ระบบฉีดคอมมอนเรลถูกใช้อย่างแพร่หลายในเครื่องยนต์ดีเซล ทั้งยังเป็นพื้นฐานของระบบฉีดตรงที่ใช้ในเครื่องยนต์เบนซิน (Gasoline Direct Injection - GDI) อีกด้วย

ประวัติศาสตร์

[แก้]
ระบบเชื้อเพลิงคอมมอนเรลบนเครื่องยนต์รถบรรทุกวอลโว่

ใน ค.ศ. 1916 บริษัทวิคเกอส์เป็นผู้บุกเบิกการใช้ระบบคอมมอนเรลเชิงกลในเครื่องยนต์เรือดำน้ำชั้น G สำหรับการหมุนทุก 90 องศา ปั๊มลูกสูบสี่ตัวสร้างแรงดันฉีดคงที่ 3,000 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว (210 บาร์; 21 เมกะปาสกาล) โดยมีการปิดการจ่ายเชื้อเพลิงไปยังแต่ละสูบด้วยวาล์วในท่อหัวฉีด[1] ตั้งแต่ ค.ศ. 1921 ถึง 1980 บริษัทดอกซ์ฟอร์ดเอ็นจินส์ใช้ระบบคอมมอนเรลในเครื่องยนต์เรือเดินทะเลแบบลูกสูบตรงข้าม ซึ่งปั๊มเชื้อเพลิงแบบลูกสูบหลายกระบอกสูบจะสร้างแรงดันประมาณ 600 บาร์ (60 เมกะปาสกาล; 8,700 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว) โดยมีเชื้อเพลิงเก็บไว้ในขวดสะสม[2] การควบคุมแรงดันทำได้โดยการปรับระยะชักของปั๊มและการใช้ "วาล์วระบาย" วาล์วตั้งเวลาเชิงกลที่ทำงานด้วยเพลาลูกเบี้ยวถูกใช้เพื่อจ่ายเชื้อเพลิงไปยังหัวฉีด Brice/CAV/Lucas ที่มีสปริง ซึ่งฉีดเชื้อเพลิงผ่านด้านข้างกระบอกสูบเข้าไปในห้องที่เกิดจากลูกสูบ เครื่องยนต์รุ่นแรก ๆ มีลูกเบี้ยวตั้งเวลาสองตัว ตัวหนึ่งสำหรับการเดินหน้า และอีกตัวสำหรับการถอยหลัง เครื่องยนต์รุ่นต่อมามีหัวฉีดสองหัวต่อสูบ และเครื่องยนต์เทอร์โบชาร์จแรงดันคงที่รุ่นสุดท้ายติดตั้งหัวฉีดสี่หัว ระบบนี้ถูกใช้สำหรับการฉีดทั้งน้ำมันดีเซลและน้ำมันเตาหนัก (600cSt ที่อุณหภูมิใกล้ 130 องศาเซลเซียส)

เครื่องยนต์คอมมอนเรลถูกนำมาใช้ในการใช้งานทางทะเลและรถจักรมาเป็นระยะเวลาหนึ่งแล้ว เครื่องยนต์ดีเซลคอมมอนเรลแบบไฮดรอลิกของ คูเปอร์-เบสเซเมอร์ GN-8 (ราวปี 1942) เป็นตัวอย่างหนึ่ง เรียกอีกชื่อหนึ่งว่าคอมมอนเรลแบบปรับปรุง

ระบบคอมมอนเรลต้นแบบสำหรับเครื่องยนต์ยานยนต์ได้รับการพัฒนาขึ้นในช่วงปลายทศวรรษ 1960 โดยรอเบิร์ต ฮิวเบอร์ ชาวสวิส และเทคโนโลยีนี้ได้รับการพัฒนาเพิ่มเติมโดยดร. มาร์โก แกนเซอร์ที่สถาบันเทคโนโลยีแห่งสหพันธ์สวิส ในซือริช ต่อมาคือบริษัทแกนเซอร์-ไฮโดรแม็ก อาเก (ก่อตั้งปี 1995) ในโอเบอเรเกรี

เครื่องยนต์ดีเซลระบบคอมมอนเรลเครื่องแรกที่ใช้ในพาหนะบนท้องถนนคือเครื่องยนต์ MN 106 ของ เฟาอีบี อีเอฟอา โมโทเรินแวร์เคอ นอร์ทเฮาเซิน จากเยอรมนีตะวันออก ถูกติดตั้งในรถ IFA W50 คันเดียวใน ค.ศ. 1985 เนื่องจากการขาดแคลนเงินทุน การพัฒนาจึงถูกยกเลิกและการผลิตจำนวนมากไม่เคยเกิดขึ้น[3]

รถผลิตจำนวนมากที่ประสบความสำเร็จคันแรกที่ใช้ระบบคอมมอนเรล ถูกขายในประเทศญี่ปุ่นใน ค.ศ. 1995 ดร. โชเฮอิ อิโตะ และมาซาฮิโกะ มิยาเกะ จากบริษัทเด็นโซ่คอร์ปอเรชัน เป็นผู้พัฒนาระบบคอมมอนเรล ECD-U2 ซึ่งติดตั้งอยู่ในรถบรรทุกฮีโน่ เรนเจอร์[4] เด็นโซ่อ้างว่าเป็นระบบคอมมอนเรลแรงดันสูงเชิงพาณิชย์ระบบแรก[5]

ระบบคอมมอนเรลสมัยใหม่ถูกควบคุมโดยหน่วยควบคุมเครื่องยนต์ (ECU) ซึ่งควบคุมหัวฉีดด้วยระบบไฟฟ้าแทนระบบกลไก มีการสร้างต้นแบบในช่วงทศวรรษ 1990 โดยแมกเนติ มาเรลลี, ศูนย์วิจัยเฟียตในบารี และเอลาซิส โดยมีการพัฒนาเพิ่มเติมโดยนักฟิสิกส์ชื่อมาริโอ ริกโก แห่งเฟียตกรุป น่าเสียดายที่เฟียตมีสถานะทางการเงินไม่ดีในขณะนั้น ทำให้การออกแบบถูกซื้อโดยบริษัทโรเบิร์ต บ๊อช เพื่อปรับปรุงและผลิตจำนวนมาก[6] รถยนต์นั่งส่วนบุคคลคันแรกที่ใช้ระบบนี้คืออัลฟาโรเมโอ 156 ปี 1997 ที่มีเครื่องยนต์ 2.4 ลิตร JTD[7] และต่อมาในปีเดียวกันนั้น เมอร์เซเดส-เบนซ์ ได้เปิดตัวรุ่น W202 ใน ค.ศ. 2001 ระบบฉีดคอมมอนเรลเข้ามาสู่รถกระบะด้วยการเปิดตัวเครื่องยนต์ดูราแม็กซ์ LB7 V8 ขนาด 6.6 ลิตร ที่ใช้ในเชฟโรเบต ซิลเวอราโด HD และจีเอ็มซี เซียร์รา HD ใน ค.ศ. 2003 ดอดจ์และคัมมินส์เปิดตัวเครื่องยนต์คอมมอนเรล และฟอร์ดก็ตามมาใน ค.ศ. 2008 ด้วยเครื่องยนต์เพาเวอร์สโตรกขนาด 6.4 ลิตร ปัจจุบันรถยนต์ดีเซลที่ไม่ใช่เชิงพาณิชย์เกือบทั้งหมดใช้ระบบคอมมอนเรล

การใช้งาน

[แก้]

ระบบคอมมอนเรลนั้นเหมาะสมสำหรับรถยนต์บนท้องถนนทุกประเภทที่ใช้เครื่องยนต์ดีเซล ตั้งแต่รถยนต์นั่งขนาดเล็กมาก (เช่น เฟียต แพนดา) ไปจนถึงรถยนต์นั่งขนาดใหญ่ (เช่น อาวดี้ เอ8) ผู้ผลิตหลักของระบบคอมมอนเรลสมัยใหม่ ได้แก่ บ๊อช, เดลฟีเทคโนโลจีส์, เด็นโซ่ และซีเมนส์วีดีโอ (ปัจจุบันเป็นเจ้าของโดยคอนติเนนทัล อาเก)[8]

คำย่อและเครื่องหมายการค้า

[แก้]
หัวฉีดเชื้อเพลิงดีเซลคอมมอนเรลของบ๊อชจากเครื่องยนต์รถบรรทุกวอลโว่

ผู้ผลิตยานยนต์เรียกเครื่องยนต์คอมมอนเรลของตนเองด้วยตราสินค้าของตนเองดังนี้:

หลักการ

[แก้]
แผนผังระบบคอมมอนเรล

วาล์วแบบโซลินอยด์หรือแบบเพียโซอิเล็กทริกทำให้สามารถควบคุมเวลาและปริมาณการฉีดเชื้อเพลิงด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์ได้อย่างละเอียด และแรงดันที่สูงขึ้นซึ่งเทคโนโลยีคอมมอนเรลมีให้ช่วยให้การฉีดเชื้อเพลิงเป็นฝอยละอองได้ดีขึ้น เพื่อลดเสียงดังของเครื่องยนต์ หน่วยควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ของเครื่องยนต์สามารถฉีดน้ำมันดีเซลจำนวนเล็กน้อยก่อนการฉีดหลัก (การฉีด "นำร่อง") ซึ่งจะช่วยลดแรงระเบิดและการสั่นสะเทือน รวมถึงปรับจังหวะและปริมาณการฉีดให้เหมาะสมกับความแปรผันของคุณภาพน้ำมัน การสตาร์ทเครื่องยนต์ขณะเย็น และอื่น ๆ ระบบจ่ายเชื้อเพลิงคอมมอนเรลขั้นสูงบางระบบทำการฉีดมากถึงห้าครั้งต่อจังหวะ[9]

เครื่องยนต์คอมมอนเรลต้องการระยะเวลาอุ่นเครื่องที่สั้นมากหรือไม่ต้องการเลย ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิภายนอก และก่อให้เกิดเสียงเครื่องยนต์และการปล่อยไอเสียที่ต่ำกว่าระบบเก่า[10]

เครื่องยนต์ดีเซลในอดีตมีการใช้ระบบฉีดเชื้อเพลิงหลายรูปแบบ สองประเภทที่พบได้ทั่วไปคือระบบหัวฉีดแบบรวม (unit-injection system) และระบบปั๊มแบบแถวเรียง/แบบจานจ่าย (distributor/inline-pump systems) ขณะที่ระบบเก่าเหล่านี้ให้การควบคุมปริมาณเชื้อเพลิงและจังหวะการฉีดที่แม่นยำ แต่ก็มีข้อจำกัดหลายประการ:

  • พวกมันถูกขับเคลื่อนด้วยเพลาลูกเบี้ยว และแรงดันในการฉีดเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความเร็วรอบของเครื่องยนต์ โดยทั่วไปแล้วนี่หมายความว่าแรงดันในการฉีดสูงสุดจะสามารถทำได้ที่ความเร็วรอบเครื่องยนต์สูงสุดเท่านั้นและแรงดันในการฉีดสูงสุดที่สามารถทำได้จะลดลงเมื่อความเร็วรอบเครื่องยนต์ลดลง ความสัมพันธ์นี้เป็นจริงกับปั๊มทุกชนิด แม้แต่ปั๊มที่ใช้ในระบบคอมมอนเรลก็ตาม สำหรับระบบหัวฉีดแบบรวมหรือแบบจานจ่าย แรงดันในการฉีดจะผูกติดอยู่กับแรงดันชั่วขณะของการปั๊มแต่ละครั้งโดยไม่มีตัวสะสมแรงดัน ดังนั้นความสัมพันธ์นี้จึงเด่นชัดและก่อให้เกิดปัญหามากกว่า
  • พวกมันมีข้อจำกัดในด้านจำนวนครั้งและจังหวะการฉีดที่สามารถสั่งการได้ในการเผาไหม้แต่ละครั้ง ขณะที่ระบบเก่าเหล่านี้สามารถทำการฉีดหลายครั้งได้ แต่การทำให้สำเร็จนั้นยากและมีค่าใช้จ่ายสูงกว่ามาก
  • สำหรับระบบจ่ายน้ำมันแบบจานจ่าย/แบบแถวเรียงทั่วไป จุดเริ่มต้นของการฉีดน้ำมันเกิดขึ้นที่แรงดันที่กำหนดไว้ล่วงหน้า (ซึ่งมักเรียกว่าแรงดันเปิดหัวฉีด) และสิ้นสุดที่แรงดันที่กำหนดไว้ล่วงหน้า ลักษณะเฉพาะนี้เป็นผลมาจากหัวฉีดแบบ "ธรรมดา" ในฝาสูบ ซึ่งจะเปิดและปิดที่แรงดันที่กำหนดโดยแรงสปริงที่กระทำต่อลูกสูบภายในหัวฉีด เมื่อแรงดันในหัวฉีดถึงระดับที่กำหนดไว้ ลูกสูบจะยกตัวขึ้นและการฉีดน้ำมันก็จะเริ่มต้นขึ้น

ในระบบคอมมอนเรล ปั๊มแรงดันสูงจะเก็บกักเชื้อเพลิงแรงดันสูงไว้ในอ่างเก็บ โดยมีแรงดันสูงถึงและสูงกว่า 2,000 บาร์ (200 เมกะปาสกาล; 29,000 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว) คำว่า "คอมมอนเรล" หมายถึงข้อเท็จจริงที่ว่าหัวฉีดเชื้อเพลิงทั้งหมดได้รับน้ำมันจากรางน้ำมันร่วมกันซึ่งแท้จริงแล้วก็คือตัวสะสมแรงดันที่เก็บเชื้อเพลิงไว้ภายใต้แรงดันสูง ตัวสะสมนี้จะจ่ายน้ำมันแรงดันสูงให้กับหัวฉีดเชื้อเพลิงหลายหัว ทำให้หน้าที่ของปั๊มแรงดันสูงง่ายขึ้นเนื่องจากมีหน้าที่เพียงรักษาแรงดันเป้าหมาย (ควบคุมด้วยกลไกหรืออิเล็กทรอนิกส์) โดยทั่วไปแล้ว หัวฉีดเชื้อเพลิงจะถูกควบคุมโดยหน่วยควบคุมเครื่องยนต์ (ECU) เมื่อหัวฉีดเชื้อเพลิงถูกกระตุ้นด้วยไฟฟ้า วาล์วไฮดรอลิก (ประกอบด้วยหัวฉีดและลูกสูบ) จะถูกเปิดด้วยกลไกหรือไฮดรอลิกและเชื้อเพลิงจะถูกฉีดเข้าไปในกระบอกสูบด้วยแรงดันที่ต้องการ เนื่องจากพลังงานแรงดันเชื้อเพลิงถูกเก็บไว้ภายนอกและหัวฉีดถูกสั่งงานด้วยไฟฟ้า แรงดันฉีดที่จุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดของการฉีดจึงใกล้เคียงกับแรงดันในตัวสะสม (ราง) มาก ทำให้เกิดอัตราการฉีดที่เป็นรูปสี่เหลี่ยม หากตัวสะสม ปั๊ม และท่อทางมีขนาดเหมาะสม แรงดันและอัตราการฉีดจะเท่ากันสำหรับการฉีดหลายครั้งแต่ละครั้ง

เครื่องยนต์ดีเซลคอมมอนเรลรุ่นที่สาม[คลุมเครือ] ในปัจจุบันมีหัวฉีดแบบเพียโซอิเล็กทริกเพื่อเพิ่มความแม่นยำ โดยมีแรงดันเชื้อเพลิงสูงถึง 2,500 บาร์ (250 เมกะปาสกาล; 36,000 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว)[11]

ดูเพิ่ม

[แก้]

อ้างอิง

[แก้]
  1. Cummins, C. Lyle (2007). Diesels for the First Stealth Weapon. Carnot Press. pp. 196–198. ISBN 978-0-917308-06-2.
  2. "Doxford Engine Reference". เก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ 2007-12-20.
  3. "Nordhäuser an Entwicklung des weltweit ersten Common-Rail-Diesels beteiligt – IFA-Museum öffnet zur Nordhäuser Museumsnacht". meinanzeiger.de. 25 March 2015. คลังข้อมูลเก่าเก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ 2020-10-28. สืบค้นเมื่อ 2022-03-03.
  4. "240 Landmarks of Japanese Automotive Technology - Common rail ECD-U2". Jsae.or.jp. คลังข้อมูลเก่าเก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ 2009-09-08. สืบค้นเมื่อ 2009-04-29.
  5. "Diesel Fuel Injection". DENSO Global. เก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ 2011-08-07. สืบค้นเมื่อ 2011-08-03.
  6. "Fiat Rebirth of a carmaker". economist.com. 2008-04-24. เก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ 2009-09-08. สืบค้นเมื่อ 2008-05-01.
  7. "New Powertrain Technologies Conference". autonews.com. คลังข้อมูลเก่าเก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ 2013-07-03. สืบค้นเมื่อ 2008-04-08.
  8. "Denso targets French, US automakers : World's No. 4 supplier will grow organically, not by acquisitions". Europe.autonews.com. 2005-10-17. สืบค้นเมื่อ 16 May 2018.
  9. (multistroke injection) See BMW 2009 Brochure for 3 series
  10. "Archived copy". www.carservicesalisbury.com. คลังข้อมูลเก่าเก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ 14 May 2018. สืบค้นเมื่อ 15 January 2022.{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title (ลิงก์)
  11. "DENSO Develops a New Diesel Common Rail System With the World's Highest Injection Pressure| News | DENSO Global Website". DENSO Global Website (ภาษาอังกฤษแบบอเมริกัน). 2013-06-26. เก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ 2017-10-13.

แหล่งข้อมูลอื่น

[แก้]

แม่แบบ:เครื่องยนต์ยานยนต์