ระบบหัวฉีด

ระบบฉีดเชื้อเพลิง หรือ ระบบหัวฉีด (อังกฤษ: Fuel injection) คือ การนำเอาเชื้อเพลิงเข้าไปสู่เครื่องยนต์สันดาปภายในโดยใช้ (injector) ซึ่งส่วนใหญ่ใช้ใน

โมเดลตัดของเครื่องยนต์เบนซินไดเรกต์อินเจ็กชั่น

เครื่องยนต์ที่จุดระเบิดด้วยการอัด (เช่น เครื่องยนต์ดีเซล) และเครื่องยนต์จุดระเบิดด้วยประกายไฟหลายรุ่น (เช่น เครื่องยนต์เบนซินประเภท หรือวันเคล) ล้วนใช้ระบบฉีดรูปแบบใดรูปแบบหนึ่ง เครื่องยนต์ดีเซลที่ผลิตจำนวนมากสำหรับรถยนต์นั่งส่วนบุคคล (เช่น ) เริ่มวางจำหน่ายในช่วงปลายทศวรรษที่ 1930 ถึงต้นทศวรรษที่ 1940 ถือเป็นเครื่องยนต์ที่ใช้ระบบฉีดตัวแรกในรถยนต์นั่งส่วนบุคคล ในเครื่องยนต์เบนซินของรถยนต์นั่งส่วนบุคคล ระบบหัวฉีดถูกนำมาใช้ครั้งแรกในช่วงต้นทศวรรษที่ 1950 และได้รับความนิยมเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ จนกระทั่งเข้ามาแทนที่คาร์บูเรเตอร์ (carburetor) จนหมดในช่วงต้นทศวรรษที่ 1990 หลักการสำคัญที่ต่างกันระหว่างคาร์บูเรเตอร์กับหัวฉีดคือ หัวฉีดจะทำการฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงให้เป็นละอองผ่านหัวฉีดขนาดเล็กด้วยแรงดันสูง ในขณะที่คาร์บูเรเตอร์จะอาศัยแรงดูดที่เกิดจากอากาศไหลเข้าที่เร่งผ่าน เพื่อดึงน้ำมันเข้าสู่กระแสลม

คำว่า “ระบบฉีดน้ำมันเชื้อเพลิง” นั้นเป็นคำกว้าง ๆ ที่ครอบคลุมระบบย่อยหลายแบบที่มีหลักการทำงานพื้นฐานแตกต่างกันโดยสิ้นเชิง สิ่งเดียวที่ระบบฉีดทุกระบบมีเหมือนกันคือ ไม่มีระบบคาร์บูเรเตอร์ (carburetion)

หลักการพื้นฐานของระบบผสมไอดี (mixture) ในเครื่องยนต์สันดาปภายในแบ่งเป็น 2 แบบ คือ:

• การผสมภายใน (internal) ระบบนี้จะทำการฉีดน้ำมันเข้าไปในห้องเผาไหม้โดยตรง แบ่งเป็นระบบย่อยได้หลายแบบ ทั้งแบบ (direct injection) และฉีดอ้อม (indirect injection) โดยระบบที่นิยมที่สุดคือ “” (commonrail) ซึ่งเป็นระบบฉีดตรงประเภทหนึ่ง

• การผสมภายนอก (external) ระบบนี้จะฉีดน้ำมันภายนอกห้องเผาไหม้ แล้วค่อยดูดไอดีที่ผสมกันแล้วเข้าไปในห้องเผาไหม้ ระบบหัวฉีดที่ใช้การผสมแบบนี้เรียกว่า “” (manifold injection) ซึ่งแบ่งเป็น 2 แบบย่อยคือ:
  • การฉีดหลายจุด (multi-point injection) ระบบนี้ใช้หัวฉีดหลายหัว ฉีดน้ำมันบริเวณท่อไอดีก่อนเข้าสู่แต่ละสูบ
  • การฉีดแบบจุดเดียว (single-point injection) ระบบนี้ใช้หัวฉีดเพียงจุดเดียว ฉีดน้ำมันบริเวณระบบการผสมไอดีภายใน

คำว่า “” (electronic fuel injection) หมายถึงระบบฉีดเชื้อเพลิงใด ๆ ที่ควบคุมโดย (engine control unit; ecu)

การทำงาน

การทำงานพื้นฐานของระบบหัวฉีดเชื้อเพลิงจะอธิบายไว้ในหัวข้อต่อไปนี้ โปรดทราบว่าในบางระบบ ชิ้นส่วนเดียวอาจทำหน้าที่หลายอย่างได้

เพิ่มแรงดันน้ำมัน

ระบบหัวฉีดน้ำมันเชื้อเพลิง ทำงานโดยการฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงที่ถูกเพิ่มแรงดันเข้าสู่เครื่องยนต์ ดังนั้น จึงจำเป็นต้องมีอุปกรณ์เพื่อเพิ่มแรงดันน้ำมันเชื้อเพลิง เช่น ปั๊มเชื้อเพลิง (fuel pump)

ควบคุมปริมาณน้ำมัน

ระบบหัวฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงจำเป็นต้องคำนวณปริมาณน้ำมันที่เหมาะสมที่จะจ่ายไปยังเครื่องยนต์ และควบคุมการไหลของน้ำมันเพื่อให้ได้ปริมาณที่ต้องการ

ระบบหัวฉีดเชิงกลรุ่นแรก ๆ ใช้ปั๊มหัวฉีด (injection pump) ที่ควบคุมด้วยเกลียว ซึ่งทำหน้าที่ทั้งการวัดปริมาณน้ำมันและสร้างแรงดันในการฉีด ตั้งแต่ยุค 1980 เป็นต้นมา มีการใช้ระบบอิเล็กทรอนิกส์เพื่อควบคุมการวัดปริมาณน้ำมัน ระบบหัวฉีดรุ่นใหม่ใช้ (ecu) ซึ่งทำหน้าที่ควบคุมปริมาณน้ำมัน (timing) และควบคุมการทำงานอื่น ๆ ของเครื่องยนต์

ฉีดน้ำมัน

หัวฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงเป็นหัวฉีดสเปรย์ (spray nozzle) ที่ทำหน้าที่เป็นขั้นตอนสุดท้ายในการส่งน้ำมันเชื้อเพลิงเข้าสู่เครื่องยนต์ ตำแหน่งของหัวฉีดจะอยู่ที่ หรือบางระบบที่พบได้น้อยกว่าจะอยู่ที่

หัวฉีดเชื้อเพลิงซึ่งควบคุมการวัดด้วยเรียกว่า “วาล์วฉีด” (injection valve) ในขณะที่หัวฉีดที่ทำหน้าที่ทั้งสามอย่างนี้เรียกว่า “หัวฉีดรวม” (unit injector)

ดูเพิ่ม

• คาร์บูเรเตอร์
• เครื่องยนต์ดีเซล
• ระบบฉีดเชื้อเพลิงอ้อม

อ้างอิง

1. Kremser, H. (1942). Der Aufbau schnellaufender Verbrennungskraftmaschinen für Kraftfahrzeuge und Triebwagen (ภาษาเยอรมัน). Vol. 11. Vienna: Springer. p. 125. ISBN .
2. Welshans, Terry (August 2013). "A Brief History of Aircraft Carburetors and Fuel Systems". enginehistory.org. US: Aircraft Engine Historical Society. สืบค้นเมื่อ 2016-06-28.