Sep 182011
 
ปั๊มหัวฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงควบคุมด้วยอีเล็คทรอนิคส์ [Electronic Fuel Injection Control]

ก่อนที่จะเข้าเรื่องระบบหัวฉีดอิเล็คทรอนิคส์ เรามาดูระบบคาร์บูเรเตอร์กันก่อน

เครื่องยนต์คาร์บูเรเตอร์ ก่อนจะพัฒนามาเป็นหัวฉีดอิเล็คทรอนิคส์นั้น รถยนต์ยุคแรกๆ นั้นเครื่องยนต์ใช้ระบบคาร์บูเรเตอร์ในการจ่ายน้ำมันให้กับเครื่องยนต์ โดยใช้หลัการของคอคอด (Venturi) ในการดึงน้ำมันเชื้อเพลิงจากห้องลูกลอยผ่านนมหนู (Jet) ด้วยสุญญากาศ โดยปริมาณของน้ำมันถูกควบคุม จาก

  1. ปริมาณของอากาศ ที่เครื่องยนต์ดูดผ่านคาร์บูเรเตอร์
  2. ขนาดของนมหนู
  3. ขนาดของคอคอด (Venturi) ถ้าคอคอดมีขนาดเล็กก็จะทำให้อากาศไหลผ่านด้วยความเร็วสูงขึ้น และทำให้เกิดสุญญากาศไปดึงน้ำมันเพิ่มมากขึ้น

ข้อเสียของระบบคาร์บูเรเตอร์
ปริมาณเชื้อเพลิงที่จ่ายนั้นไม่ถูกต้องเที่ยงตรง เนื่องจาก

  1. เครื่องยนต์ต้องการอัตราส่วนผสมบางลงเมื่ออุณหภูมิอากาศในท่อร่วมไอดีสูงขึ้น
  2. เครื่องยนต์ต้องการอัตราส่วนผสมบางลงเมื่ออุณหภูมิน้ำหล่อเย็นสูงขึ้น
  3. เครื่องยนต์ต้องการอัตราส่วนผสมบางลงเมื่อเครื่องยนต์อยู่สูงกว่าระดับน้ำทะเล
  4. การตัดจ่ายน้ำมันเป็นไปอย่างช้า ทำให้สิ้นเปลืองน้ำมันเชื้อเพลิง

เนื่องจากการจ่ายน้ำมันเชื้อเพลิงของระบบคาร์บูเรเตอร์ไม่สามารถจ่ายน้ำมันเชื้อเพลิงได้ถูกต้องพอดีกับตวามต้องการของเครื่องยนต์ ส่งผลให้

  • ส่วนผสมหนาเกินไป ทำให้ปริมาณไฮโดรคาร์บอนและคาร์บอนมอนอกไซด์ในก๊าซไอเสีย เพิ่มมากขึ้น
  • ส่วนผสมบางเกินไป ทำให้ปริมาณออกไซด์ของไนโตรเจนในก๊าซไอเสียเพิ่มมากขึ้น และสมรรถนะของเครื่องยนต์ลดต่ำลง

ดังนั้นจึงได้มีการพัฒนาระบบหัวฉีดขึ้นมาแทนระบบคาร์บูเรเตอร์

พัฒนาการของระบบหัวฉีด
เริ่มแรกนั้นได้มีการนำระบบ ECU และอุปกรณ์เซนเซอร์ต่างๆ เข้ามาใช้ควบคู่ไปกับระบบจ่ายน้ำมันแบบคาร์บูเรเตอร์ก่อน แล้วจึงพัฒนามาเป็นระบบหัวฉีดอิเล็คทรอนิคส์ (EFI-Electronic Fuel Injection System) ในปัจจุบัน

ระบบหัวฉีดอิเล็คทรอนิคส์ EFI (Electronic Fuel Injection)

ระบบหัวฉีดอิเล็คทรอนิคส์หมายถึง ระบบหัวฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงของเครื่องยนต์ยนต์เบนซินที่นำเอาอิเล็คทรอนิคส์เข้ามาควบคุมการจ่ายน้ำมันเชื่อเพลิง แทนระบบคาร์บูเรเตอร์แบบเดิม โดยอาศัย

  • ECU (Electronic Control Unit) ซึ่งเปรียบเสมือนระบบคอมพิวเตอร์ระบบเล็กๆ เข้ามาควบคุมการทำงานเพื่อให้การฉีดน้ำมันเป็นไปอย่าง ถูกต้องตามความต้องการของเครื่องยนต์
  • มาตรวัดอากาศ (สำหรับ L-Jetronic) โดยการตรวจสอบปริมาณอากาศที่ไหลเข้าเครื่องยนต์
  • มาตรวัดความดัน (สำหรับ D-Jetronic)
  • ระบบฉีดน้ำมันเชื้อเพลิง ซึ่งประกอบด้วย หัวฉีดน้ำมัน (Injector) ปั๊มน้ำมัน กรองน้ำมัน ตัวควบคุมแรงดันน้ำมัน
  • เซนเซอร์ต่างๆ เช่น เซ็นเซอร์น้ำหล่อเย็น เซ็นเซอร์ความเร็วรอบเครื่องยนต์ เซ็นเซอร์วัดมุมปีกผีเสื้อ เพื่อส่งสัญญาณให้ ECU เพื่อคำนวณหาค่าที่เหมาะสมในสภาวะของเครื่องยนต์ ณ เวลานั้นเพื่อที่ ECU จะ ส่งสัญญาณไฟฟ้าไปให้ตัวควบคุมการฉีดน้ำมัน(Actuators) ที่หัวฉีดได้อย่างถูกต้อง

เป็นระบบที่ควบการฉีดน้ำมันที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดตามอัตราส่วนผสมน้ำมันกับอากาศของเครื่องยนต์ ด้วยระบบการฉีดแบบนี้ทำให้ไม่จำเป็นต้องมีการอุ่นไอดี เนื่องจากสภาพการทำงานต่างๆ จะมีอัตราส่วนที่เหมาะสมตลอดเวลา การตอบสนองต่อการเร่งเป็นไปอย่างรวดเร็ว เพราะน้ำมันเชื้อเพลิงถูกฉีดออกมาภายใต้ความดันตลอดเวลาโดยใช้ความดันที่เกิดจากปั๊มเชื้อเพลิงไฟฟ้า หรือปั๊มติ๊ก ซึ่งแตกต่างจากระบบคาร์บูเรเตอร์ ที่ใช้ความดันอากาศที่คอคอดมาควบคุมการไหลของน้ำมันเชื้อเพลิง

ระบบฉีดน้ำมันเชื้อเพลิง

(1) หัวฉีดน้ำมันเชื้อเพลิง (Injector)

หัวฉีด (Injector) จะทำการฉีดน้ำมันออกไปเป็นฝอย โดยได้รับการควบคุมการฉีดมาจาก  ECU โดยใช้ขดลวดโซลินอยด์

ส่วนประกอบของหัวฉีด
หัวฉีดทำงานอย่างไร ?
หัวฉีดถูกระตุ้นการทำงานด้วยไฟฟ้า กล่าวคือ ในขณะที่มีน้ำมันเชื้อเพลิงจากท่อน้ำมัน เข้ามาสู่ตัวหัวฉีด จะมีแรงดันน้ำมันมารออยู่ในหัวฉีดแล้ว แต่น้ำมันไม่สามารถ เคลื่อนตัวผ่านออกไปภายนอกหัวฉีดได้ เพราะวาล์วขนาดเล็ก (เข็มวาล์วหัวฉีด) ได้ปิดกั้นทางออกเอาไว้ ตัววาล์วนี้ จะยึดเกี่ยวกับแกนเลื่อนขดลวดไฟฟ้า และจะมีโซลินอยด์ขนาดเล็ก ติดตั้งอยู่ภายในหัวฉีดด้วย เมื่อมีประแสไฟฟ้าผ่านเข้ามาภายในหัวฉีด จะเกิดสนามแม่เหล็กไฟฟ้าเหนี่ยวนำ ดึงแกนเข็มวาล์วหัวฉีด ให้ถอยหลัง ที่ปลายเข็มหัวฉีด จึงเกิดเป็นช่องขนาดเล็ก น้ำมันเชื้อเพลิงที่มารออยู่ในหัวฉีด จึงเคลื่อนตัวผ่านทางช่องนี้ พุ่งออกไปเป็นเกล็ดฝอย ซึ่งเมื่อหมดกระแสไฟฟ้าแล้ว เข็มวาล์วหัวฉีด ก็จะเคลื่อนตัวไปอุดรูทางออก ของน้ำมันเชื้อเพลิงไว้เช่นเดิม

ตำแหน่งที่ตั้งและวีธีการฉีดของระบบหัวฉีด
ในเครื่องยนต์เบนซินระบบหัวฉีด น้ำมันเชื้อเพลิงจะถูกฉีดเข้าไปผสมกับอากาศโดยวาล์วหัวฉีดซึ่งทำงานโดยการควบคุมของโซลินอยด์ ตำแหน่งที่ฉีดน้ำมันโดยมากจะฉีดเข้าที่ช่องวาล์วปีกผีเสื้อ และหน้าวาล์วไอดี

การฉีดแบบหลายจุด (Multi-point injection)

  1. ติดตั้งบริเวณช่องวาล์วปีกผีเสื้อ (Throttle body) การฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงจะฉีดเข้าช่องวาล์วปีกผีเสื้อ (Throttle body injection) หรือที่เรียกว่า TBI การฉีดลักษณะนี้ เป็นการผสมน้ำมันกับอากาศ ที่บริเวณช่องวาล์วปีกผีเสื้อ และส่วนผสมดังกล่าว จะเคลื่อนตัวไปตามท่อไอดี แต่ละตำแหน่งสูบ การทำงานลักษณะเช่นนี้ เรียกว่า การฉีดแบบจุดเดียว (Single-point injection) พบในรถมิซูบิชิ 4G63-Sirius เป็นต้น
  2. ติดตั้งใกล้กับวาล์วไอดี (Port injection) หัวฉีดจะติดตั้ง ยื่นเข้าไปที่ช่องไอดี ใกล้กับวาล์วไอดี ก่อนถึงห้องเผาไหม้ หัวฉีดจะทำการฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงผสมกับอากาศ ส่วนผสมที่เกิดขึ้น จะอยู่ใกล้กับทางเข้าห้องเผาไหม้ หัวฉีดจะติดตั้งประจำอยู่ ณ ตำแหน่งนี้ทุกกระบอกสูบ จึงเรียกลักษณะเช่นนี้ว่า การฉีดแบบหลายจุด (Multi-point injection) การฉีดประจำแต่ละกระบอกสูบนี้ จะตัดปัญหา ส่วนผสมที่ไม่เท่ากันในแต่ละกระบอกสูบไปได้ ซึ่งทำให้เครื่องยนต์ทำงานมีประสิทธิภาพมากขึ้น เป็นแบบที่ใช้ในเครื่องยนต์ปัจจุบัน
  3. แบบฉีดเข้าห้องเผมไหม้โดยตรง (Gasoline Direct Injection)เช่นเดียวกับเครื่องยนต์ดีเซล ช่วยให้การเผาไหม้สมบูรณ์กว่าสองแบบแรก

(2) ปั๊มน้ำมันเชื้อเพลิงไฟฟ้า (Electronic fuel pump) ทำหน้าที่สูบน้ำมัน จากถังน้ำมันเชื้อเพลิง ผ่านไปตามท่อส่งน้ำมันเชื้อเพลิง ไปให้กับหัวฉีดน้ำมันเชื้อเพลิง

(3) กรองน้ำมันเชื้อเพลิง (Fuel filter) จะทำการกรองสิ่งสกปรก ที่อาจติดมากับน้ำมันเชื้อเพลิงออกไป

(4) อุปกรณ์ควบคุมแรงดันน้ำมันเชื้อเพลิง (Fuel pressure regulator) ทำหน้าที่รักษาสมดุลย์ของแรงดันน้ำมันเชื้อเพลิง ที่ได้รับมา ส่งให้กับหัวฉีด ซึ่งจะมีท่อน้ำมันกลับไปยังถังน้ำมันเชื้อเพลิง ในกรณีที่มีแรงดันน้ำมัน เกินกว่าความจำเป็นที่จะต้องใช้ แต่ระบบหัวฉีดอิเล็คทรอนิคส์บางระบบ อาจใช้อุปกรณ์สะสมแรงดันน้ำมันร่วมในการทำงาน

อุปกรณ์ควบคุมแรงดันน้ำมันเชื้อเพลิง


ระบบหัวฉีดแบบกลไก (Mechanic)
  1. K-Jetronic เป็นระบบหัวฉีดที่ทำงานด้วยระบบกลไก จะพบในเครื่องยนต์ของรถยนต์รุ่นเก่าบางยี่ห้อ เช่น Benz
  2. KE-Jetronic เป็นระบบหัวฉีดแบบกลไกผสมกับระบบอิเล็คทรอนิคส์ ซึงพัฒนามาจาก K-Jetronic พบในเครื่องยนต์ของรถยนต์รุ่นเก่าๆ บางยี่ห้อ เข่น Benz รุ่น W123, W124 เป็นต้น

ระบบที่ใช้ควบคุมปั๊มหัวฉีดด้วยอิเล็คทรอนิคส์นั้นมีอยู่ 3 แบบด้วยกัน

  1. in-line type
  2. distributor type
  3. common rail type

1. ระบบควบคุมปั๊มหัวฉีดด้วยอิเล็คทรอนิคส์แบบ  In-Line

ระบบควบคุมด้วยอิเล็คทรอนิคส์ของปั๊มหัวฉีดแบบ in-line ประกอบด้วย electronic governor หรือ electronic timer  ย่างใดอย่างหนึ่งหรือทั้งสองอย่าง

  • electronic governor  ควบคุมปริมาณการฉีดน้ำมันด้วยอิเล็คทรอนิคส์
  • electronic timer ทำหน้าที่ควบคุมจังหวะเวลาในการฉีดด้วยอิเล็คทรอนิคส์

ในส่วนของ fuel feed mechanism (ตัวปั๊ม) จะเหมือนกับแบบกลไก (mechanical) นั่นคือมีตัวหนึ่งใช้สำหรับ conventional pump


2. ระบบควบคุมปั๊มหัวฉีดด้วยอิเล็คทรอนิคส์แบบ  Distributor

 

ระบบควบคุมปั๊มหัวฉีดด้วยอิเล็คทรอนิคส์แบบ distributor ประกอบด้วยเซนเซอร์ต่างๆ ระบบ ECU และ actuator เพื่อตรวจจับสภาวะการทำงานต่างๆ ของเครื่องยนต์โดยใช้เซนเซอร์ และควบคุมปริมาณการฉีดน้ำมันและจังหวะเวลาในการฉีดโดย ECU อุปกรณ์เชิงกลที่ใช้ในการป้อนน้ำมันเชื้อเพลิงยังคงใช้แบบเดียวกับที่ใช้ใน conventional pump

โครงสร้างของระบบควบคุมปั๊มหัวฉีดแบบ  Distributor

ระบบควบคุมแบบ distributor ประกอบด้วย เซนเซอร์ต่างๆ , ECU และ actuator

  • Sensors ใช้ตรวจจับสภาวะการทำงานต่างๆ ของปั๊มเครื่องยนต์หรือปั๊ม
  • Actuator  ใช้ควบคุมปริมาณการฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงและจังหวะเวลาในการฉีด ตามสัญญาณที่ส่งมาจาก ECU
  • ECU คำนวณหาปริมาณและจังหวะเวลาในการฉีดน้ำมันเชื่อเพลิงให้เหมาะสมที่สุด สำหรับสภาวะการทำงานของเครื่องยนต์ ณ เวลานั้น โดยใช้สัญญาณที่ส่งมาจาก sensor

 Leave a Reply

(required)

(required)

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>