จุดเริ่มต้นของเครื่องยนต์ดีเซลจนถึงปัจจุบัน

ห่างหายกันไปนานกับเรื่องราวเกร็ดความรู้เกี่ยวกับเครื่องยนต์ กลับมาในครั้งนี้เป็นเรื่องของเครื่องยนต์ที่กำลังเป็นที่นิยมกันเป็นอย่างมากในยุคสมัยนี้ จะเป็นเครื่องยนต์อะไรไปไม่ได้ถ้าไม่ใช่เครื่องยนต์ดีเซลนั่นเองครับ ก่อนจะมาเป็นเครื่องคอมมอนเรลที่โด่งดังจนถึงทุกวันนี้ ระบบเครื่องยนต์ดีเซลมีเทคโนโลยียังไงบ้างในคอลัมน์นี้มีให้เพื่อนๆได้ศึกษาหาความรู้กันอย่างแน่นอนครับ

หากคุณอยากรู้เรื่องต้นกำเนิดของระบบคอมมอนเรลไดเร็คอินเจคชั่นที่เป็นพัฒนาการล่าสุดของเครื่องยนต์ดีเซลปัจจุบัน คงต้องเริ่มต้นจากทฤษฎี THE THEORY AND CONSTRUCTION OF A RATIONAL HEAT ENGINE นักประดิษฐ์ชาวเยอรมันนามว่า รูดอล์ฟ ดีเซล (RUDOLF DIESEL) คิดค้นขึ้นมาในปี2436 ซึ่งกล่าวถึงเครื่องยนต์ที่จุดระเบิดโดยอาศัยความร้อนที่เกิดจากแรงดันสูงจากลูกสูบโดยไม่ต้องใช้หัวเทียนจนนำไปสู่การผลิตเครื่องยนต์ดีเซลบล็อกแรกของโลก

            วิวัฒนาการของเครื่องยนต์ดีเซลยังคงเดินหน้าอย่างต่อเนื่องเพื่อตอบสนองต่อความต้องการที่หลากหลายของการใช้งานทั้งแรงม้าและแรงบิด ความประหยัดน้ำมันเชื้อเพลิงและทนทาน

จนมาถึงเครื่องยนต์ดีเซลแบบสเวิร์ลแชมเบอร์ (SWIRL CHAMBER) หรือ ห้อเผาไหม้แบบอากาศหมุนวนที่คุ้นเคยในตลาดปิกอัพเมืองไทยมานาน ระบบนี้แบ่งห้องเผาไหม้ออกเป็น 2 ส่วน มีห้องเผาไหม้ล่วงหน้าทำหน้าที่ผสมน้ามันชื้อเพลิงกับอากาศเพื่อเผาไหม้ล่วงหน้า ก่อนที่การเผาไหม้นั้นจะลุกลามไปที่ห้องเผาไหม้หลักเครื่องยนต์ดีเซลแบบนี้มีจุดเด่นในด้านความสะอาจของไอเสีย และได้กำลังอย่างเต็มที่ เพราะอากาศและน้ำมันมีการคลุกเคล้าทั่วถึงกว่าทำให้มีการเผาไหม้ที่สมบูรณ์นอกจากนั้นยังมีเทคโนโลยีดีเซลที่ได้รับการพัฒนาในช่วงเวลาใกล้เคียงกันคือ ไดเร็คอินเจคชั่น (DIRECT INJECTION)ซึ่งมีห้องเผาไหม้แบบปิดและส่งน้ำมันเข้าสู่ห้องเผาไหม้โดยตรง จุดเด่นของเครื่องยนต์ดีเซล Di คือ ความประหยัดน้ำมัน แต่ก็มีข้อเสียในเรื่องสมรรถนะเสียงดังเครื่องยนต์สั่นสะเทือนมากตลอดจนให้ค่ามลพิษสูงโดยเฉพาะค่าก๊าซไนโตรเจนออกไซด์ในไอเสีย แต่ทั้ง2ระบบยังถูกพัฒนาต่อไปเพื่อการทำงานที่สมบูรณ์แบบมากด้วยการติดตั้งเทอร์โบเปลี่ยนฝาสูบเป็นแบบทวินแคมหรือนำระบบอิเล็กทรอนิกส์เข้ามาควบคุมการทำงาน ซึ่งล้วนเป็นสิ่งที่ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่อง

            ปัจจุบันพัฒนาการล่าสุดของเครื่องยนต์ดีเซล คือระบบคอมมอนเรล ไดเร็คอินเจคชั่น(COMMONRAIL DIRECT INJECTION : CDI) ซึ่งรวมคุณสมบัติเด่นของทั้ง2ระบบข้างต้นไว้ด้วยกัน โดยการจ่ายน้ำมันผ่านท่อร่วมรางเดี่ยวด้วยปั้มแรงดันสูงภายภายใต้การควบคุมของระบบคอมพิวเตอร์ทำให้มีพล้งขับเคลื่นที่ดียิ่งขึ้น ทั้งแรงม้าและแรงบิด ในทุกรอบเครื่องยนต์มีอัตราความสิ้นเปลืองน้ำมันเชื้อเพลิงต่ำ มีความทนท่านในการช้งาน และที่สำคัญมีมลพิษเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม

ระบบคอมมอนเรลจึงเป็นเทคโนโลยีดีเซลล่าสุดที่ถูกเลือกใช้ติดตั้งในรถยนต์นั่งระดับหรูหลายยี่ห้อในยุโรปและมีแนวโน้มของการใช้งานจนเกิดกระแสตอบรับจากผู้ใช้ทั่วโลกเพิ่มขึ้นนอย่างต่อเนื่อง จนในที่สุด ถูกติดตั้งอยู่ในรถกระบะพลังแรงที่ใครก็อยากเป็นเจ้าของ

การทำงานของเครื่องยนต์ดีเซลคอมมอนเรล

ข้ามข้อจำกัดของเครื่องยนต์ดีเซล รุ่นเดิมๆ อย่างระบบสวิร์ลแชมเบอร์และไดเร็คอินเจคชั่น ด้วยความล้ำหน้าของเทคโนโลยีดีเซลสมัยใหม่ที่สามารถตอบสนองต่อการขับชี่ได้อย่างสมบรูณ์แบบ ทั้งด้านสมรรถนะ อัตราความสิ้นเปลืองน้ำเพลิง และความทนทานของการใช้งาน ระบบคอมมอนเรล ไดเร็คอินเจคชั่นหรือ CDI (COMMONRAIL DIRECT INJECTION) ถูกพัฒนาขึ้นมาเพื่อใช้งานกับรถยนต์นั่งในระดับหรูหราที่เน้นทั้งแรงม้า-แรงบิดและความนุ่มนวลในการทำงานพื้นฐานความประหยัดน้ำมันชื้อเพลิง ในครั้งนี้เราจะอธิบายหลักการทำงานของเครื่องยนต์คอมมอนเรล ไดเร็คอินเจคชั่น โดยละเอียดมากขึ้น

            หัวใจสำคัญของระบบคอมมอนเรล คือ การสร้างแรงดันน้ำมันสูงรอไว้ในท่อเพื่อจ่ายน้ำมันได้อย่างแม่นยำและต่อเนื่อง น้ำมันที่ถูกฉีดเข้าสู่ห้องเผาไหม้จะมีลักษณะเป็นละอองฝอยคล้ายละอองแป้ง เพื่อเพิ่มความสามารถในการผสมกับไอดี และเพิ่มประสิทธิภาพการเผาไหม้ให้สมบูรณ์ยิ่งขึ้น การทำงานทั้งหมดจะเริ่มต้นโดยอาศัยปั้มแรงดันสูงที่สามารถจ่ายน้ำมันเชื้อเพลิงด้วยแรงดันที่สูงถึง 1,377 บาร์ หรือสูงกว่าเครื่องยนต์ดีเซล ไดเร็คอินเจคชั่นทั่วไปถึง 8 เท่าน้ำมันเชื้อเพลิงจะถูกสูบผ่านเข้ามารอในรางน้ำมันคอมมอนเรลด้วยแรงดันน้ำมัน เพื่อทำหน้าที่รักษาและควบคุมแรงดันของน้ำมัน ที่ถูกส่งมาจากปั๊มแรงดันสูงให้อยู่ในระดับที่เหมาะสมกับการขับขี่ก่อนที่หัวฉีดอิเล็กทรอนิกศ์ซึ่งมีรูฉีดน้ำมันถึง 6 รูต่อหัว จะจ่ายน้ำมันที่มีลักษณะเป็นฝอยเข้าสู่ห้องเผาไหม้โดยตรง โดยการทำงานของหัวฉีดจะเป็นแบบ 2 ครั้ง ใน 1 จังหวะด้วยการฉีดน้ำมันนำร่องต (PILOT INJECTION) ก่อนทำการฉีดจริง ซึ่งจะช่วยลดระดับเสียงดังที่เกิดจากการจุดระเบิด

            นอกจากนั้นการทำงานในทุกขั้นตอนของระบบคอมมอนเรล ไดเร็ลอินเจคชั่น จะถูกควบคุมด้วยระบบคอมพิวเตอร์ โดยอาศัยข้อมูลที่ถูกส่งมาจากส่วนต่างๆ เช่น เซ็นเซอร์ของเพลาข้อเหวี่ยงตำแหน่งคันเร่ง อุณหภูมิอากาศ ฯลฯ นำมาประมวลผลเพื่อให้มีการสั่งจ่ายน้ำมันช้อเพลิงอย่างถูกต้องและสอดคล้องกับความเร็วรอบเครื่องยนต์ส่งผลให้เครื่องมีสมรรถนะดีขึ้น แรง ประหยัดน้ำมัน เงียบ สั่นเทือนน้อย มลพิษในไอเสียเสียต่ำ ค่าบำรุงรักษาต่ำ และมีความทนทานสูง

เป็นยังไงกันบ้างครับสำหรับเทคโนโลยีของเครื่องยนต์ดีเซล กว่าจะเป็นเครื่องยนต์ดีเซลคอมมอนเรลให้สายควันดำได้ขับมันส์ๆในปัจจุบันนี้ มีจุดเริ่มต้นที่ไม่น่าเชื่อกันเลยทีเดียว แต่ไม่ว่าเครื่องยนต์จะแรงแค่ไหน ก็อย่าลืมขับขี่กันด้วยความไม่ประมาทละครับ ด้วยความห่วงใยจากทีมงาน REALTIME CAR MAGAZINE