DIESEL COMMONRAIL ทำงานอย่างไร?
เป็นอะไรที่ปฏิเสธกันไม่ได้จริงๆครับสำหรับเครื่องยนต์ดีเซลคอมมอนเรลสำหรับในยุคนี้ มีการนำมาปรับแต่งโมดิฟายกันอย่างมาก มีให้เห็นกันทุกรูปแบบทุกสเต็ปการแข่งขัน หาดูหาชมกันได้ตามสนามแข่งรถต่างๆ ไม่ว่าจะเป็นในรูปแบบของรถCIRCUIT และในรูปแบบของรถแดร๊ก แต่ที่นิยมที่สุดในบ้านเราก็คงจะเป็นรูปแบบของแดร๊กแหละครับ ที่ทำเวลาในระยะ 402เมตรได้ดีจนเครื่องยนต์ยนต์บล็อกใหญ่ต้องสะดุ้งสะเทือนกันเลยทีเดียว พื้นฐานของเครื่องยนต์จะเป็นอย่างไรนั้น ในคอลัมน์นี้มีคำตอบมาให้ได้ดูกันครับ
หลักการทำงานขั้นพื้นฐานของเครื่องยนต์ระบบ COMMONRAIL (รางร่วม) เหมือนกันกับเครื่องยนต์ดีเซล 4 จังหวะ แต่แตกต่างกันที่วิธีการควบคุมจังหวะและปริมาตรการฉีดเชื้อเพลิงโดยเครื่องยนต์ระบบ COMMONRAIL (รางร่วม) ใช้ความดันของเชื้อเพลิงสูงกว่าเครื่องยนต์ดีเซลธรรมดา (ปั๊มแบบจานจ่ายและแบบแถวเรียง) ประมาณ 7 เท่าขึ้นไป ความดันสูงสะสมอยู่ในรางร่วม มีหัวฉีดไฟฟ้าฉีดเชื้อเพลิงตามการสั่งการของหน่วยควบคุมทางอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งทำให้การเผาไหม้เชื้อเพลิงมีประสิทธิภาพสมบูรณ์ที่สุดคือมลพิษต่ำกว่า พลังงานมากกว่า และประหยัดเชื้อเพลิงมากกว่าเครื่องยนต์ดีเซลระบบอื่น
เครื่องยนต์ดีเซล COMMONRAIL (ระบบรางร่วม) จัดอยู่ในประเภทหนึ่งของเครื่องยนต์ดีเซลหัวฉีดควบคุมด้วยอิเล็กทรอนิกส์ คือ
1. เครื่องยนต์ดีเซลหัวฉีดควบคุมด้วยอิเล็กทรอนิกส์ แบบหัวฉีดหน่วยเดียวกับปั๊ม (Unit Injector)
-ระบบลูกเบี้ยว (PDE) เคยใช้กับเครื่องยนต์เรือขนาดใหญ่
-ระบบรางร่วมน้ำมันเครื่อง (Oil Common Rail System) เคยใช้กับ Isuzu รุ่น Truper
2. เครื่องยนต์ดีเซลหัวฉีดควบคุมด้วยอิเล็กทรอนิกส์ แบบระบบรางร่วม (Common Rail System) ซึ่งเป็นเทคโนโลยีที่ดีกว่าเครื่องยนต์ระบบลูกเบี้ยวและระบบรางร่วมน้ำมันเครื่อง
กฎหมายควบคุมมลพิษยูโรระดับ 3 (ล่าสุดบางประเทศเตรียมใช้กฎหมายควบคุมมลพิษยูโรระดับ 7) ทำให้บริษัทผู้ผลิตรถยนต์ต้องเร่งพัฒนาเทคโนโลยีของเครื่องยนต์ ทั้งนี้เพื่อให้สังคมในเมืองใหญ่ได้สัมผัสกับสภาวะแวดล้อมทางอากาศที่สะอาด ขึ้น เทคโนโลยีใหม่ของเครื่องยนต์ดีเซลจึงต้องเป็นระบบรางร่วม
ในการลดมลพิษให้ต่ำลงได้มากๆ นั้นนอกจากจะต้องใช้เครื่องยนต์ระบบรางร่วมแล้วในส่วนของเครื่องยนต์ยัง ต้องออกแบบให้มีหลายลิ้น (Multi Valve) (เช่น 4 ลิ้น ต่อ 1 สูบ) พร้อมกับใช้ตัวอัดบรรจุอากาศเทอร์โบ เพื่อเพิ่มอากาศช่วยให้การเผาไหม้สมบูรณ์ขึ้น ลดเขม่าควันซึ่งเป็นปัญหาใหญ่ของเครื่องยนต์ที่ใช้เชื้อเพลิงดีเซล นอกจากนี้แล้วยังต้องมีระบบควบคุมแก๊สพิษ (Emission Control) อีก 2 ระบบเพื่อลดแก๊ส NOX คือต้องมี CAT (Catalytic Converter) หรือเครื่องฟอกไอเสียเชิงเร่งปฏิกิริยา และต้องมี EGR (Exhaust Gas Recirculation) หรือการหมุนเวียนไอเสีย ดังนั้นถ้าอุด EGR และผ่า CAT ก็จะเกิดปัญหาต่อสภาวะแวดล้อมด้วยเช่นกัน
เรามาดูหลักการทำงานของระบบCOMMONRAIL(รางร่วม)แบบเข้าใจง่ายๆกัน
เชื้อเพลิง (น้ำมันดีเซล) ป้อนเข้าสู่ปั๊มซึ่งมีอยู่ 2 วิธีคือใช้ปั๊มไฟฟ้าจุ่มในถังเชื้อเพลิง (นิยมใช้กับรถยุโรป) กับแบบกลไกติดตั้งอยู่หน่วยเดียวกับปั๊มจ่ายเชื้อเพลิง (นิยมใช้กับรถกระบะในประเทศไทย) ปั๊มจ่ายเชื้อเพลิงหรือปั๊มความดันสูงควบคุมความดันด้วยลิ้นควบคุมความดัน หรือลิ้นควบคุมการดูด (Suction Control Valve หรือ SCV) ความดันสูงนี้ถูกส่งไปเก็บสะสมยังท่อความดันสูง หรือรางร่วม (Common Rail) ซึ่งมีรูปร่างอยู่ 2 แบบคือทรงกระบอกยาว กับแบบทรงกระบอกสั้น ดังนั้นหัวฉีดทุกหัวจึงมีความดันเชื้อเพลิงที่สูงมากเท่ากันทุกกระบอกสูบ รออยู่ที่ปลายหัวฉีดพร้อมตลอดเวลาสำหรับการฉีดให้เป็นฝอยละอองที่ละเอียดที่ สุดผ่านรูเล็กๆ ของปลายหัวฉีดลงไปผสมผสานกับอากาศที่ถูกอัดตัวจนมีความดันและอุณหภูมิที่ สูงเหมาะสม ทั้งหมดควบคุมการทำงานโดยหน่วยควบคุมทางอิเล็กทรอนิกส์หรือ ECU (ELECTRONIC CONTROL UNIT) หรือ ECM (ELECTRONIC CONTROL MODULE) ซึ่งจะรับสัญญาณต่างๆ เช่นสัญญาณตำแหน่งของลูกสูบ ความเร็วรอบ ตำแหน่งคันเร่ง อุณหภูมิน้ำ อุณหภูมิเชื้อเพลิง อุณหภูมิอากาศ ปริมาตรอากาศที่ประจุเข้า ความดันตัวอัดบรรจุอากาศเทอร์โบและความดันบรรยากาศ ความดันเชื้อเพลิง ความเร็วรถยนต์ ตำแหน่งเกียร์ เครื่องปรับอากาศ เป็นต้น เมื่อ ECU ประมวลผลแล้วส่งสัญญาณการฉีดไปยังหน่วยส่งแรงขับหัวฉีดหรือ EDU (ELECTRONIC DRIVE UNIT) (บางแบบ ECU และ EDU อยู่ในชุดเดียวกัน) เพื่อเพิ่มแรงเคลื่อนไฟฟ้าจาก 12 โวลต์เป็น 100 โวลต์ (บางแบบ 60 – 150 โวลต์ซึ่งแล้วแต่รุ่นของรถยนต์และแบบของหัวฉีด)
ปั๊มความดันสูงหรือปั๊มจ่ายเชื้อเพลิง เชื้อเพลิงจากถังจะถูกป้อนเข้าปั๊มจ่ายเชื้อเพลิง ซึ่งปั๊มป้อนเชื้อเพลิงเป็นปั๊มความดันต่ำบางแบบอยู่หน่วยเดียวกับปั๊มจ่าย เชื้อเพลิง แต่บางแบบเป็นปั๊มไฟฟ้าจุ่มในถังเชื้อเพลิง หลักการทำงานของปั๊มจ่ายเชื้อเพลิง จะอาศัยกำลังขับของเฟืองไทมิ่งเพลาข้อเหวี่ยงทำให้เฟืองขับปั๊มจ่ายเชื้อ เพลิงหมุน ลูกเบี้ยวเยื้องศูนย์อัดลูกปั๊มให้ทำงาน โดยปริมาตรการดูดเชื้อเพลิงที่เข้าปั๊มจ่ายเชื้อเพลิงนี้ถูกควบคุมด้วยลิ้น ควบคุมการดูด (Suction Control Valve หรือ SCV) แล้วจากนั้นลูกปั๊มจะถูกอัดกระแทกจากลูกเบี้ยวเยื้องศูนย์ให้อัดเชื้อเพลิง ออกทางลิ้นกันกลับด้านส่ง จ่ายเชื้อเพลิงความดันสูงไปสะสมยังรางร่วม
รางร่วม (Common Rail) หมายถึงท่อร่วมเชื้อเพลิง เป็นท่อหรือห้องสะสมความดันเพื่อจ่ายเชื้อเพลิงไปยังหัวฉีดสูบแต่ละสูบผ่าน ทางท่อฉีดเชื้อเพลิง และที่ปลายด้านหนึ่งของรางร่วมจะมีตัวจำกัดความดัน เพื่อป้องกันมิให้ความดันเชื้อเพลิงมีค่าสูงเกินกว่าที่กำหนดไว้สูงสุด บางแบบมีลิ้นควบคุมการระบายความดัน หรือ Common Rail มี 2 แบบคือแบบทรงกระบอกยาว (นิยมใช้เป็นส่วนใหญ่) กับแบบทรงกระบอกสั้น
หัวฉีด (INJECTOR) หลักการทำงานของหัวฉีดคือขณะที่ยังไม่ฉีดเชื้อเพลิงในตำแหน่งนี้ลิ้นโซเลนอยด์จะปิดช่องทางของห้องควบคุมความดันสูงของเชื้อเพลิงเข้ากระทำตามลูกศร ซึ่งจะมีพื้นที่หน้าตัดมากกว่าห้องความดันที่ด้านล่างของเข็มหัวฉีด ดังนั้นตรงหน้าลิ้นของเข็มหัวฉีดจึงถูกกดให้อยู่ในตำแหน่งปิดสนิท เชื้อเพลิงความดันสูงไม่อาจรั่วออกไปจากปลายหัวฉีดได้ ในขณะที่มีสัญญาณการฉีดจาก ECU ส่งไปยังหน่วยส่งแรงขับด้วยอิเล็กทรอนิกส์ (EDU) แรงเคลื่อนสูง (ประมาณ 100 V ) จะไหลผ่านเข้าขดลวดโซเลนอยด์ของหัวฉีดครบวงจร ซึ่งจะทำให้เกิดสนามแม่เหล็กเอาชนะแรงของสปริงที่กดอยู่ด้านบนของลิ้นโซเลนอยด์ ลิ้นโซเลนอยด์จึงยกขึ้น เปิดช่องทางของห้องควบคุมทำให้ความดันในห้องควบคุมตกเกือบเป็นศูนย์ ดังนั้นความดันเชื้อเพลิงที่ด้านล่างของเข็มหัวฉีดจะยกเข็มหัวฉีดเปิดช่อง ทางให้เชื้อเพลิงไหลผ่านลิ้นหัวฉีดผ่านรูหัวฉีด (หลายรู) ให้เป็นฝอยละออง
เป็นยังไงกันบ้างครับกับการทำงานของระบบเครื่องยนต์ดีเซลคอมมอนเรลหรือแบบรางร่วมนั่นเองครับ พอจะเห็นภาพกันบ้างหรือยัง คงพอจะนึกกันออกแล้วใช่มั้ยครับว่าทำไมถึงสามารถโมดิฟายให้มันแรงได้อย่างไม่ยากนัก ทางทีมงานหวังเป็นอย่างยิ่งว่าเกร็ดความรู้เหล่านี้จะสามารถเพิ่มพูดองค์ความรู้ให้กับท่านผู้อ่านได้ไม่มากก็น้อย คอลัมน์หน้าจะเป็นเรื่องราวเกี่ยวกับอะไรนั้นต้องคอยติดตามดูกันครับ….สวัสดีครับ…
