อุปกรณ์ที่ทำหน้าที่ควบคุมความดันน้ำมันเชื้อเพลิงให้อยู่ในค่าที่กำหนดคืออะไร

เครื่องยนต์ดีเซลนั้นทำงานอย่างไร?

เครื่องยนต์ของรถยนต์ที่ใช้ในปัจจุบัน จะแบ่งเป็น 2 ประเภทเชื้อเพลิง คือเครื่องยนต์เบนซินและดีเซล ซึ่งจะอาศัยหลักการจุดระเบิดเชื้อเพลิงเพื่อส่งกำลังไปยังเพลาเพื่อขับเคลื่อน แต่จะต่างกันคือวิธีการจุดระเบิด ซึ่งในระบบเบนซินจะใช้ประกายไฟจากหัวเทียนเป็นตัวจุดระเบิดในกระบอกสูบที่มีไอน้ำมันและอากาศในอัตราส่วนที่พอดี

แต่ในเครื่องยนต์ดีเซลนั้นจะทำงานโดยอาศัยการจุดระเบิดด้วยอากาศ คือ จะมีการอัดอากาศให้มีความหนาแน่น 22:1 ภายในกระบอกสูบ ซึ่งการอัดนี้จะทำให้อากาศมีอุณหภูมิสูงขึ้นประมาณ 538 C (1000 F) เมื่อสิ้นสุดจังหวะอัด น้ำมันดีเซลจะถูกปั้มฉีดเข้ากระบอกสูบด้วยแรงดันที่สูงกว่า 100 kg ต่อตารางเซนติเมตร เมื่อน้ำมันเจอกับอากาศที่มีอุณหภูมิสูงจะมีการจุดระเบิดเกิดขึ้น

ระบบน้ำมันเชื้อเพลิงในเครื่องยนต์ดีเซล
น้ำมันเชื้อเพลิงที่ฉีดเข้าห้องเผาไหม้จะต้องมีปริมาณที่เหมาะกับความต้องการของเครื่องยนต์

1. ปริมาตรน้ำมันต้องสัมพันธ์กับรอบเครื่องยนต์ เมื่อรอบเครื่องยนต์เพิ่มขึ้นอย่างทันทีทันใด น้ำมันเชื้อเพลิงจะต้องฉีดเข้าห้องเผาไหม้เพิ่มขึ้นเพื่อให้เพียงพอกับความต้องการ
2. น้ำมันเชื้อเพลิงที่ฉีดเข้าห้องเผาไหม้จะต้องมีแรงดันที่สูงกว่า ความดันในกระบอกสูบมาก (เมื่อสิ้นสุดจังหวะอัดในห้องเผาไหม้จะมีแรงดันสูงถึง 3,447 kPa (500 psi) ปั้มฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงจึงมีความจำเป็นมาก

โครงสร้างของระบบฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงดีเซล
ระบบหัวฉีดน้ำมันดีเซลประกอบด้วย

• ปั๊มฉีดน้ำมันเชื้อเพลิง (Fuel injection pump) ทำหน้าที่สร้างแรงดันน้ำมันเชื้อเพลิงให้สูงเพื่อป้อนให้กับหัวฉีดหัวฉีดน้ำมัน (Injection nozzle) ทำหน้าที่ฉีดน้ำมันเข้าไปในกระบอกสูบ
• ปั๊มน้ำดูดน้ำมันเชื้อเพลิง (Feed pump) ทำหน้าที่ดูดน้ำมันจากถังน้ำมัน
• กรองน้ำมันเชื้อเพลิง (Fuel filter) ทำหน้าที่กรองสิ่งสกปรกออกจากน้ำมันเชื้อเพลิง
• ท่อส่งน้ำมันแรงดันสูง (High-pressure pipe)
• ท่อน้ำมันไหลกลับ (return pipe)

ปั๊มฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงเครื่องยนต์ดีเซล
มีหน้าที่ควบคุมแรงดันและจังหวะการจ่ายน้ำมันเชื้อเพลิงผ่านหัวฉีด เข้ากระบอกสูบในแต่ละสูบ ถ้าเทียบกับเครื่องยนต์เบนซินก็เปรียบได้กับหัวเทียนนั่นเอง

ชนิดของปั๊มฉีดน้ำมันเชื้อเพลิง
ชนิดของปั๊มฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงเครื่องยนต์ดีเซล มีทั้งแบบควบคุมด้วยกลไก และควบคุมด้วยอีเลกทรอนิกส์ โดยทั่วไปมีใช้กัน มี 3 แบบ

1. ปั๊มฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงแบบแถวเรียง (in-line pump)ปั๊มฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงแบบแถวเรียง (In-line Pump) เป็นปั๊มฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงที่ถูกออกแบบให้มีจำนวนลูกปั๊มเท่ากับจำนวนสูบของเครื่องยนต์จ่ายน้ำมันแบบ 1 ปั้มต่อ 1 กระบอกสูบ ใช้ในเครื่องยนต์ตั้งแต่ 1 สูบจนถึงเครื่องยนต์ขนาด 12 สูบ ทำงานโดยการขับเคลื่อนด้วยเฟืองกับเพลาราวลิ้น ประกอบด้วย
   • ปั๊มดูดน้ำมัน (Feed pump)
   • กัฟเวอร์เนอร์ (Governor) ทำหน้าที่ควบคุมการจ่ายน้ำมันให้เหมาะสมกับเครื่องยนต์ในขณะนั้น โดยการปรับปริมาณการฉีดของน้ำมันเชื้อเพลิงสภาวะของเครื่องยนต์เพื่อควบคุมความเร็วรถยนต์ ควบคุมการจ่ายน้ำมันให้รอบเครื่องยนต์เดินเบาและรอบสูงสุดให้คงที่
     • ควบคุมความเร็วตามภาระของเครื่องยนต์
     • ควบคุมปริมาณน้ำมันเชื้อเพลิงไม่ให้มากเกินไป เมื่อรอบเครื่องสูงขึ้นกะทันหัน ช่วยให้เผาไหม้หมดจดไม่มีน้ำมันเหลือค้างในระบบ ลดปัญหาควันดำ
     • ควบคุมขณะสตาร์ทเครื่องยนต์ให้ติดง่าย
     • ป้องกันไม่ให้เครื่องยนต์ดับในขณะรอบเดินเบา จากการฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงน้อยเกินไป
     • อัตราส่วนผสมระหว่างอากาศกับน้ำมันเชื้อเพลิงในเครื่องยนต์ดีเซลอยู่ในช่วงประมาณ 10:1 ถึง 20:1 (ภายใต้ภาระเต็มที่) กัฟเวอร์เนอร์จะควบคุมอัตราส่วนผสมนี้ให้อยู่ในช่วงนี้ ในกรณีที่อัตราส่วนผสมมากกว่า 20:1 จะทำให้เกิดควันมากในไอเสีย
   • ไทเมอร์อัตโนมัติ(Automatic Timer) เป็นกลไกเร่งการฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงให้สอดคล้องกับความเร็วรอบเครื่องยนต์ที่สูงขึ้นเมื่อมีการเร่งเครื่อง เพื่อให้เพียงพอกับความต้องการของเครื่องยนต์ซึ่งทำงานด้วยแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางที่ขับโดยเพลาลูกเบี้ยวของปั๊ม
   • ปั๊มดูดน้ำมัน(Feed Pump) ทำหน้าที่ดูดน้ำมันเชื้อเพลิงจากถังน้ำมันผ่านกรองน้ำมันเชื้อเพลิง
   • ตัวปั๊ม (Pump Body) เป็นที่ติดตั้งของกลไกสร้างแรงดันน้ำมันเชื้อเพลิงและกลไกควบคุมปริมาณน้ำมันเชื้อเพลิงที่ถูกขับโดยเพลาลูกเบี้ยวและส่งน้ำมันไปให้กับกระบอกสูบของแต่ละสูบ
2. ปั๊มฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงแบบจานจ่าย (distributor pump)ปั๊มฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงแบบจานจ่าย (Distributor Pump) เป็นปั๊มที่มีชุดสร้างแรงดันน้ำมันเชื้อเพลิงแรงดันสูงเพื่อจ่ายน้ำมันเชื้อเพลิงให้ทุกกระบอกสูบผ่านท่อแรงดันสูงเพียงชุดเดียวพร้อมๆกัน ตามจังหวะการจุดระเบิดของเครื่องยนต์ ประกอบด้วยกัฟเวอร์เนอร์ ไทเมอร์ และปั๊มดูดน้ำมัน โดยมีลักษณะของปั๊มดังนี้
   • ตัวปั๊มมีขนาดเล็ก น้ำหนักเบา
   • สามารถทำงานที่ความเร็วสูงได้ดี อัตราเร่งไว
   • ง่ายในการปรับปริมาณการฉีดน้ำมันเพราะมีลูกปั๊มชุดเดียว
   • หล่อลื่นตนเองด้วยน้ำมันดีเซล จึงไม่ต้องบำรุงรักษา
   • มักใช้กับ รถกระบะ รถโฟรค์ลิฟ รถไถ เป็นต้น
   
   ภายในประกอบด้วย
   • ปั๊มดูดน้ำมัน (Feed pump) ทำหน้าที่ดูดน้ำมันจากถังน้ำมัน ทำงานโดยอาศัยแรงเหวี่ยงหนีศูนย์ ในการปั๊มน้ำมัน และมีตัวระบายความดันเพื่อไม่ให้ความดันน้ำมันสูงเกินไป
   • กลไกกัฟเวอร์เนอร์ (Governor) จะติดตั้งอยู่ด้านบนของปั๊มหัวฉีด ทำหน้าที่ควบคุมการจ่ายน้ำมันให้เหมาะสมกับความเร็วของเครื่องยนต์
   • ควบคุมการจ่ายน้ำมันให้เครื่องยนต์ตั้งแต่รอบเดินเบา จนถึงรอบสูงสุดให้คงที่
   • ควบคุมปั๊มจ่ายน้ำมันขณะเร่งไม่ให้ไอเสียมีควันดำ
   • ควบคุมขณะสตาร์ทเครื่องยนต์ให้ติดง่าย
   • ไทเมอร์ (Timer) ไทเมอร์มีหน้าที่ควบคุมจังหวะการฉีดน้ำมันให้สม่ำเสมอ จะถูกติดตั้งในส่วนของปั๊มฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงแรงดันต่ำ
3. ปั๊มฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงแบบคอมมอนเรล (common rail pump)ควบคุมการทำงานด้วยอีเล็คทรอนิคส์ เป็นระบบการจ่ายน้ำมันดีเซล ปัจจุบันรถกระบะที่ออกใหม่จะใช้ระบบนี้ทั้งหมด สามารถสร้างแรงบิดและแรงม้าได้สูง
   ในระบบคอมมอนเรลจะมีอุปกรณ์หลักๆ คือ ปั๊มแรงดันสูง สามารถสร้างแรงดันได้ 1,600-1,800bar ขึ้นอยู่กับการออกแบบของผู้ผลิต (ระบบดีเซลแบบเก่า แรงดันหัวฉีดอยู่ที่ 100-250 bar)
   ในระบบนี้ ปั้มแรงดันสูงจะอัดน้ำมันเข้าสู่รางร่วม เพื่อให้น้ำมันมีแรงดันเท่ากันทุกสูบ และจะใช้ หน่วยควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ (Electronic Control Unit : ECU) คำนวณหาจังหวะการปล่อยน้ำมันที่เหมาะสม ซึ่ง ECU จะรับค่าจากเซ็นเซอร์ต่างๆ เช่นเซ็นเซอร์ตำแหน่งขาคันเร่ง ความเร็วรอบเครื่องยนต์ อุณหภูมิน้ำ อุณหภูมิอากาศ แรงดันเทอร์โบ เป็นต้น
   ในปัจจุบันระบบคอมมอนเรลจึง สามารถสั่งการฉีดน้ำมันได้ถึง 5 ครั้งต่อการทำงาน 1 รอบ (จากเดิมฉีดน้ำมัน 1 ครั้ง ต่อการทำงาน 1 รอบ) เป็นการลดปริมาณมลพิษ ไนโตรเจนออกไซด์ (NOx) และเขม่าควันดำต่างๆ เพื่อให้ได้ตามกฎข้อบังคับก๊าซไอเสีย ซึ่งประเทศไทยใช้มาตรฐานของยุโรป(EURO) อีกทั้งยังเป็นการลดการเผาไหม้ที่รุนแรง ช่วยลดเสียงน็อคของเครื่องยนต์ โดยการฉีดของหัวฉีดแต่ละครั้งคือ
   การฉีดครั้งที่ 1 เป็นการฉีดนำร่อง (Pilot Injection) เป็นส่วนช่วยให้เชื้อเพลิงส่วนแรกผสมกับอากาศได้ดีก่อน
   การฉีดครั้งที่ 2 การฉีดก่อน เพื่อเพิ่มความเข้มข้นของเชื้อเพลิงในการเริ่มการเผาไหม้ส่วนแรก
   การฉีดครั้งที่ 3 เป็นการฉีดเชื้อเพลิงหลัก (Main-Injection) เป็นการฉีดที่ควบคุมสภาวะการทำงานของเครื่องยนต์ตามคันเร่ง
   การฉีดครั้งที่ 4 เป็นการฉีดเพื่อเผาเขม่าหรืออนุภาคคาร์บอน (Particulate matter : PM) ส่วนสุดท้ายเพื่อให้มีการเผาไหม้สมบูรณ์ที่สุด
   การฉีดครั้งที่ 5 เป็นการฉีดเพื่อควบคุมอุณหภูมิไอเสีย