ระบบหัวฉีดน้ำมันแบบคอมม่อนเรล (Common Rail Injection System )
คำว่าคอมม่อนเรล สำหรับเครื่องยนต์ดีเซล คงจะเริ่มคุ้นหูกันมากขึ้นในระยะหลังนี้ ในขณะที่เทคโนโลยีนี้ พัฒนามากว่า 20 ปีแล้ว คอมม่อนเรล มีสภาพเหมือนเป็นรางกักเก็บเชื้อเพลิง ที่ภายในมีความดันสูงอยู่ตลอด และความดันนี้ก็จะส่งผ่านไปที่หัวฉีด เมื่อหัวฉีดได้รับสัญญาณ ก็จะเปิดให้น้ำมันดีเซล พุ่งผ่านลงไปในห้องเผาไหม้ การนำเทคโนโลยีนี้มาใช้ เป็นการเพิ่มประสิทธิภาพ ของเครื่องยนต์ดีเซล ขึ้นจากระบบเดิมๆ รวมไปถึงระบบไดเร็คอินเจ็คชั่นด้วย ในระบบไดเร็คอินเจ็คชั่นนั้น หัวฉีดจะได้รับการจ่ายเชื้อเพลิงโดยตรง จากปั๊มหัวฉีด สำหรับในระบบคอมม่อนเรลนี้ ปั๊มจะส่งน้ำมันไปที่รางน้ำมันเชื้อเพลิงความดันสูงที่เรียกว่าคอมม่อนเรล ซึ่งความดันอาจสูงถึง 1,350 บาร์ และที่หัวฉีดจะมีการส่งสัญญาณกลับมาที่ปั๊มด้วย รวมทั้งยังมีการควบคุมจาก ECU ร่วมอยู่ด้วย ทั้งหมดจะส่งผลให้มีการใช้น้ำมัน อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด ทำให้เครื่องยนต์ดีเซลในระบบนี้ ประหยัดน้ำม้น และให้กำลังดีขึ้น
ระบบนี้มีใช้ในเครื่องยนต์ดีเซลขนาดใหญ่มานานแล้ว ก่อนที่จะเริ่มมีการพัฒนา ให้อุปกรณ์ต่างๆ มีขนาดเล็กลง และนำมาใช้กับเครื่องยนต์ดีเซล สำหรับรถยนต์นั่งในปัจจุบัน เครื่องยนต์ดีเซลระบบ คอมม่อนเรล เริ่มมีวางจำหน่ายแล้งในยุโรป ดินแดนที่มีความนิยม การใช้เครื่องยนต์ดีเซลอย่างมาก ในรถยนต์นั่ง
คอมม่อนเรลเป็นระบบควบคุมการฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงด้วยอีเล็คทรอนิคส์ แตกต่างจากปั๊มหัวฉีดโดยทั่วไป ประกอบด้วย
- ปั๊มจ่ายน้ำมัน (supply pump)
- รางคอมม่อนเรล (common rail)
- หัวฉีด (injector)
- เซ็นเซอร์ต่างๆ
- ระบบควบคุมคอมพิวเตอร์ (ECU)
1. ปั๊มจ่ายน้ำมัน (supply pump) จะถูกขับเคลื่อนโดยเครื่องยนต์เพื่อสร้างน้ำมันแรงดันสูงขึ้นมา
ปั๊มจ่ายน้ำมันประกอบด้วย ตัวปั๊ม(main body) feed pump และลิ้นควบคุมปั๊ม (Pump Control Valve หรือ PCV) ที่มีหน้าที่ปล่อยน้ำมันตามคำสั่งของ ECU ปั๊มนี้ถูกขับเคลื่อนโดยเครื่องยนต์ ตัวปั๊มทำหน้าที่ดูดและจ่ายน้ำมันโดยอาศัยการทำงานของ plunger ในการเคลื่อนที่ขึ้นลง
ปั๊มดูดน้ำมัน (Feed pump)
โรเตอร์ของปั๊มดูดน้ำมันเชื้อเพลิง (feed pump) ประกอบไปด้วย
- แกนที่ต่อกับเพลาข้อเหวี่ยง (Cam Shaft)
- โรเตอร์ (Rotor)
- ใบจักร (Vane)
- ห้องแรงดัน (Pressure chamber)
ในขณะที่แกนโรเตเตอร์หมุน ก็จะทำให้ใบจักรหมุนไปด้วยในลักษณะแรงเหวี่ยงหนึศูนย์ เพราะว่าโรเตอร์ไม่ได้อยู่ในตำแหน่งศูนย์กลางในห้องแรงดัน ทำให้น้ำมันเชื้อเพลิงที่อยู่ระหว่างใบจักร (Vane) ถูกบีบอัดให้เกิดแรงดันขึ้นมา
2. รางคอมม่อนเรล (common rail)
ชิ้นส่วนที่เรียกว่า รางคอมม่อนเรลนี้จะถูกยีดติดกับท่อร่วมไอดี (intake manifold) ทำหน้าที่จ่ายน้ำมันแรงดันสูงที่ถูกสร้างโดย ปั๊มจ่ายน้ำมันไปให้หัวฉีดในกระบอกสูบแต่ละอัน อุปกรณ์ที่ยึดติดอยู่กับคอมม่อนเรล มีดังนี้
- Flow damper
ท่อส่งน้ำมันแรงดันสูงจะถูกต่อกับ flow damper เพื่อลด fluctuation ของแรงดันภายในรางคอมม่อนเรลและภายในท่อแรงดันสูง รวมทั้งช่วยปิดน้ำมันที่ไหลผ่านถ้ามีน้ำมันผ่าน flow damper มากเกินไป - Pressure limiter
เป็นตัวจำกัดความดันภายในรางคอมม่อนเรลไม่ให้สูงเกินไป
3. หัวฉีดน้ำมัน (injetor) ถูกติดตั้งไว้ในกระบอกสูบของเครื่องยนต์แต่ละสูบ น้ำมันแรงดันสูงที่ถูกส่งมาจากปั๊มจ่ายน้ำมันจะถูกส่งให้หัวฉีดในแต่ละกระบอกสูบโดยผ่านรางคอมม่อนเรล ปริมาณการฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงและจังหวะในการฉีดจะถูกควบคุมโดยระบบควบคุมหัวฉีด (controlling the injector)
หัวฉีด (Injector)
ตัวหัวฉีดประกอบด้วย
- วาล์วโซลีนอยด์แบบสามทาง (three-way solenoid valve (TWV))
- orifice
- ลูกสูบไฮดรอลิก (hydraulic piston)
- หัวฉีด (nozzle)
เมื่อ ECU ส่งสัญญาณมาให้วาล์ว TWV ทำงานน้ำมันเชื้อเพลิงแรงดันสูงในท่อควบคุมจะไหลผ่าน orifice แล้วดันเข็มหัวฉีดให้เปิดออก น้ำมันก็จะถูกฉีดออกทางหัวเข็ม และเมื่อ ECU ส่งสัญญาณมาให้วาล์ว TWV หยุดทำงาน น้ำมันที่ไหลผ่าน orifice จะถูกแรงจากลูกสูบไฮดรอลิกดันวาล์วเข็มหัวฉีดไว้ น้ำมันก็จะหยุดฉีด
3. เซนเซอร์ต่างๆ ที่ทำงานร่วมกับหัวฉีด
- เซนเซอร์ตรวจจับตำแหน่งการเร่ง (Accelerator position sensor) ทำหน้าที่เปลี่ยนแรงที่กดคันเร่งไปเป็นสัญญาณไฟฟ้าเพื่อส่งให้ ECU
- เซนเซอร์ตรวจจับรอบเครื่องยนต์ (Engine (NE sensor) speed sensor) มีใช้ด้วยกันสองชนิด
- engine speed sensor ติดตั้งอยู่บนเสื้อล้อช่วยแรง (fly wheel) ทำหน้าที่ตรวจจับความเร็วเครื่องยนต์และตำแหน่งข้อเหวี่ยง
- auxiliary engine speed sensor ติดตั้งอยู่บนปั๊มจ่ายน้ำมันเพื่อส่งสัญญาณ cylinder distinction
- เซนเซอร์ตรวจจับอุณหภูมิน้ำมันเชื้อเพลิง (Fuel temperature sensor) โดยใช้เทอร์โมมิสเตอร์ที่ความต้านทานแปรค่าตามอุณหภมิมาตรวจจับอุณหภูมิของน้ำมันเชื้อเพลิง
- เซนเซอร์ตรวจจับอุณหภูมิน้ำหล่อเย็น (Coolant temperature sensor) โดยใช้เทอร์มิสเตอร์เช่นเดียวกัน
- เซนเซอร์ตรวจจับแรงดันในรางคอมม่อนเรล (Common rail pressure sensor) เซนเซอร์ตัวนี้ถูกติดตั้งอยู่ในรางคอมม่อนเรล เป็นเซนเซอร์วัดแรงดันแบบเซมิคอนดัตเตอร์ โดยความต้านทานจะแปรค่าไปเมื่อมีแรงดันมาตกกระทบซิลิคอน
