ข้อใด ไม่ใช่ ชนิดของระบบฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงอิเล็กทรอนิกส์แก๊สโซลีน

ระบบฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงอิเลคทรอนิกส์ (คือมีกล่องควบคุม ECU)

มี 2 แบบคือ 1 เรียกแบบ D-JETRONIC 2. เรียกแบบ L-JETRONIC ทั้ง 2 แบบมีไว้เพื่อให้หัวฉีดน้ำมัน ฉีดน้ำมันเข้าท่อไอดี ไปจุดระเบิด การออกแบบระบบการฉีดเชื้อเพลิงของหัวฉีด แตกต่างกันตามที่บริษัทผู้ผลิตรถยนต์ออกแบบ การฉีดเชื้อเพลิงของหัวฉีดปริมาณมากหรือน้อย ขึ้นอยู่กับระยะเวลาการยกของเข็มหัวฉีด ถ้ายกนานปริมาณน้ำมันที่ฉีดออกมาจะมาก แต่ถ้าระยะเวลาการยกของเข็มหัวฉีดน้อยปริมาณน้ำมันที่ถูกฉีดออกมาเข้าท่อไอดีก็จะน้อยด้วย จำนวนน้ำมันที่ออกจากหัวฉีดมากหรือน้อยไม่ได้อยู่ว่าหัวฉีดยกสูงหรือยกต่ำ หัวฉีดทุกหัวทุกระยะความเร็วหัวฉีดทุกหัว มีระยะยกของหัวฉีดเท่ากันทุกสูบ ที่แตกต่างกันในแต่ละรอบความเร็วคือเวลาที่ใช้ในการยกว่ามากหรือน้อย นานหรือไม่นาน

การฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงจะมากหรือน้อยใช้เวลาเป็นตัวบอกว่าหัวฉีดยกนานหรือไม่นาน ถ้าอย่างนั้นเวลาการยกของเข็มหัวฉีดมาจากไหน ที่มาของเวลาการยกหัวฉีดเชื้อเพลิงถูกคำนวนมาจาก 2 เงื่อนไข เงื่อนไขที่ 1 คือเวลาการฉีดพื้นฐานเงื่อนไขที่ 2 คือการเพิ่มเวลาการฉีดให้มากขึ้น มากกว่าระยะเวลาการฉีดพื้นฐาน เนื่องจากเครื่องยนต์ต้องการเชื้อเพลิงมากขึ้นเพื่อใช้เป็นพลังงานในการขับเคลื่อนรถไปตามคำสั่งของผู้ขับรถ เช่นการเร่งเครื่อง, การขึ้นเนินลงเนิน, การหยุดรถอย่างทันทีทันใด, หรือการเบารถขณะที่วิ่ง, หรือการจอดรถอยู่กับที่เครื่องยนต์ทำงานในรอบเดินเบา หรืออื่นๆ

การคำนวนหาระยะเวลาการฉีดเชื้อเพลิงพื้นฐานแต่ละแบบมีอุปกรณ์ที่แตกต่างกันดังนี้

ระบบการฉีดเชื้อเพลิงแบบ D-JETRONIC

ใช้การการตรวจจับสุญกาศด้วย VACUUM SENSOR และความเร็วรอบเครื่องยนต์ เป็นพื้นฐานในการควบคุมระยะเวลาการยกของหัวฉีดน้ำมัน จุดสังเกตุการฉีดเชื้อเพลิงเป็นแบบใด ดูได้จากอุปกรณ์ VACUUM SENSOR จะอยู่หน้าลิ้นเร่ง (ลิ้นปีกผีเสื้อ) คืออยู่ระหว่างกรองอากาศกับลิ้นเร่ง

ระบบการฉีดเชื้อเพลิงแบบ L-JETRONIC

ใช้การการตรวจจับปริมาณการไหลของอากาศด้วย AIR FLOW METER และความเร็วรอบเครื่องยนต์ เป็นพื้นฐานในการควบคุมระยะเวลาการยกของหัวฉีดน้ำมันจุดสังเกตุการฉีดเชื้อเพลิงแบบ L ดูได้จากอุปกรณ์ AIR FLOW METER จะอยู่หลังลิ้นเร่ง คืออยู่ระหว่าง ลิ้นเร่ง กับท่อร่วมไอดี

เมื่อเครื่องยนต์ต้องการเชื้อเพลิงมากขึ้นจากการใช้งานของผู้ขับรถ อุปกรณ์ต่อไปนี้จะร่วมกันทั้งหมดส่งสัญญานไฟฟ้าไปที่กล่อง ECU เพื่อให้ ECU คำนวนเพิ่มระยะเวลาการยกของหัวฉีดเชื้อเพลิง ให้มีปริมาณเชื้อเพลิงเข้าท่อไอดีมากขึ้นเพื่อใช้จุดระเบิดเพิ่มกำลังให้กับรถ (หรือหมายความว่าเพิ่มกำลังให้กับเครื่องยนต์) อุปกรณ์ทั้งหมดที่ใช้คำนวนการเพิ่มระยะเวลา

การฉีดเชื้อเพลิงคือ

1. อุปกรณ์มาตรวัดการไหลของอากาศ ในระบบ L และอุปกรณ์วัดสุญญกาศ ในระบบ D

2. อุปกรณ์ตรวจจับอุณหภูมิน้ำ (THW)

3. อุปกรณ์ตรวจจับอุณหภูมิอากาศ (THA)

4. อุปกรณ์ตรวจจับตำแหน่งลิ้นเร่ง (TPS)

5. อุปกรณ์ตรวจจับสัญญานสตาร์ท (STA)

6. อุปกรณ์ตรวจจับสัญญานความเร็วรอบของเครื่องยนต์ (สัญญาน NE)

อัตราส่วนปริมาณ เชื้อเพลิงกับอากาศ ปกติที่เครื่องยนต์ใช้ในการจุดระเบิด และเผาไหม้อย่างสมบูรณ์ที่สุดของเครื่องยนต์เบนซิน หรือเรียกเครื่องยนต์แก๊สโซลีน คือ 14.7 : 1 ปริมาณอากาศ 14.7 ส่วน ต่อปริมาณเชื้อเพลิง 1 ส่วน เป็นอัตราส่วนผสมของเชื้อเพลิงกับอากาศ ที่ผู้ผลิตรถยนต์ต้องการให้เป็นอัตราส่วนนี้ในทุกระยะความเร็วรอบของเครื่องยนต์ จึงใช้อุปกรณ์ต่างๆส่งสัญญานไฟฟ้าไปที่กล่อง ECU เพื่อให้กล่องคอมพิวเตอร์ ECU คำนวนปริมาณเชื้อเพลิงให้ได้ตามสัดส่วนดังกล่าวโดยมีระยะเวลาในการยกของหัวฉีดที่แตกต่างกันตามความต้องการในแต่ละช่วงความเร็ว

เมื่อได้อัตราส่วนผสมของ อากาศ : เชื้อเพลิง (หรือเรียก ไอดี) แล้ว ลูกสูบก็จะทำการอัด ไอดี ดังกล่าวในกระบอกสูบ คือมีกระบอก และมีลูกสูบพร้อมก้าน ในกระบอกสูบ ลูกสูบทำการอัด ไอดี ภายในการบอกสูบ แบ่งพื้นที่ในกระบอกสูบเป็น10 ส่วน แล้วเอาลูกสูบอัด ไอดีในกระบอกสูบ ให้อยู่ในพื้นที่เหลือเพียง 1 ส่วน

บริเวณที่ไอดี ถูกอัดเข้าไปให้เหลือเพียง 1 ส่วน ที่อยู่ด้านบนสุดของกระบอกสูบ เรียกบริเวณส่วนนี้ว่า ห้องเผาไหม้ หรือพื้นที่จุดระเบิด ไอดีที่ถูกอัดขึ้นไป มีทั้งความร้อน มีทั้งอากาศ มีทั้งเชื้อเพลิง เมื่ออยู่บนพื้นที่จุดระเบิด มีประกายไฟแรงสูงจากหัวเทียนกระโดดผ่าลงไปในไอดี ทำให้ไอดีเกิดระเบิดอย่างทันที่ทันใด และมีไฟลุกไหม้ไอดีจากใกล้จุดตรงประกายไฟกระจายไปเป็นวงกว้างในพื้นที่ของห้องเผาไหม้เหนือกระบอกสูบ (เหมือนไฟลามทุ่ง คือไฟที่ไหม้ จะค่อยๆกระจายออกไปตามเชื้อเพลิงที่อยู่รอบๆ โดยไหม้เชื้อเพลิงที่อยู่ใกล้สุดก่อนแล้วจึงลามออกไป)

ลักษณะของการเผาไหม้จากการจุดระเบิดในห้องเผาไหม้ของเครื่องยนต์ ก็เหมือนกับการไหม้ของไฟทั่วไปคือค่อยๆลามออกไปหลังการจุดระเบิด ไม่ใช่เป็นลักษณะพอจุดไฟปุ๊ป เชื้อเพลิงระเบิดหายวับไป ถ้าจะเป็นแบบหายวับไปก็ต้องมีประกายไฟทั่วไปทุกโมเลกุลพร้อมกัน อย่างไรก็ตามเหตุการณ์นี้อาจเกิดขึ้นได้ในลักษณะที่ความร้อนสูงเกิดขึ้นในตัวเชื้อเพลิงมาก จนเชื้อเพลิงลุกไหม้เองได้โดยไม่ต้องอาศัยประกายไฟในการเผาไหม้ ที่พบในเครื่องยนต์เรียกว่าสถานการณ์นี้ว่า 'การชิงจุดระเบิด'

ระบบฉีดเชื้อเพลิงแก๊สโซลีน (Gasoline Fuel Injection System)

หมายเหตุ

หัวฉีด (Injector) ในพจนานุกรมศัพท์ยานยนต์ ฉบับบัณฑิตยสถาน ๒๕๔๒ เรียกว่า "ตัวฉีด"

มาตรวัดการไหลอากาศ (Air Flow Meter) ในพจนานุกรมฯ เรียกว่า "มาตรอากาศไหล"
ตัวตรวจจับ (Sensor) ในพจนานุกรมฯ เรียกว่า "ตัวรับรู้"

รูปที่ 1 เครื่องยนต์ระบบฉีดเชื้อเพลิงแก๊สโซลีนแบบหัวฉีดกลไกร่วมกับอิเล็กทรอนิกส์ (KE-Jetronic)

เครื่องยนต์ระบบฉีดเชื้อเพลิงแก๊สโซลีน (โดยทั่วไปแล้วใช้กับเครื่องยนต์แก๊สโซลีน 4 จังหวะ) ถูกแบ่งออกเป็น 2 ชนิดตามการทำงานของหัวฉีด (หรือตัวฉีด) ดังต่อไปนี้

1. หัวฉีดกลไก เริ่มถูกนำมาใช้กับรถยนต์เมอร์เซดิส-เบนซ์ (MERCEDES–BENZ) ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2497 (ค.ศ. 1954) โดยเป็นแบบฉีดเชื้อเพลิงตรงเข้ากระบอกสูบ ต่อมาจึงพัฒนาเป็นการฉีดเชื้อเพลิงแบบฉีดโดยอ้อม คือฉีดเชื้อเพลิงที่ปลายท่อร่วมไอดี โดยคูเกลฟิสเชอร์ (Kugelfischer) ซึ่งระบบนี้เป็นการฉีดเชื้อเพลิงด้วยกลไก (Mechanical Fuel Injection)

1.1 หัวฉีดกลไกล้วน (K–Jetronic ) ใช้กับวอลโว่ (VOLVO) และเมอร์เซเดส-เบนซ์ W-123

1.2 หัวฉีดกลไกร่วมกับอิเล็กทรอนิกส์ (KE–Jetronic) ระบบนี้นำมาใช้ในประเทศไทยกับรถยนต์ เมอร์เซดิส-เบนซ์ W-124 (เช่นในรุ่น 190E, 230E และ 300E เป็นต้น) โดยเรียกชื่อย่อว่า CIS-E (Continuous Injection System-Electronic Adaptation of Mixture) ดังแสดงในรูปที่ 1 สำหรับตัวอย่างของระบบ KE-Jetronic นี้ในสหรัฐอเมริกาใช้กับรถยนต์ Ferrari GTSi QV ปี ค.ศ. 1984

2. หัวฉีดไฟฟ้า หัวฉีดไฟฟ้าได้เริ่มนำมาใช้กับรถยนต์เมอร์เซดิส-เบนซ์ เมื่อปี พ.ศ. 2511 (ค.ศ. 1968) ออกแบบโดยบอสช์ (BOSCH) ต่อจากนั้นมา รถยนต์ของญี่ปุ่นจึงเริ่มใช้ในปี พ.ศ. 2514 (ค.ศ. 1971)

ระบบการทำงานของเครื่องยนต์ที่ใช้หัวฉีดไฟฟ้านี้ถูกเรียกว่าระบบฉีดเชื้อเพลิงแก๊สโซลีนควบคุมด้วยอิเล็กทรอนิกส์หรือเรียกสั้น ๆ ว่า EFI (Electronic Fuel Injection) เครื่องยนต์รุ่นเก่าบางรุ่นการฉีดเชื้อเพลิงจะเป็นแบบฉีดโดยอ้อม ถ้าหัวฉีดถูกติดตั้งที่ตัวเรือนลิ้นเร่งเรียกว่า การฉีดแบบจุดเดียว (Single Point Injection) หรือ SPI แต่บางบริษัทเรียกว่า การฉีดที่ตัวเรือนลิ้นเร่ง (Throttle Body Injection) หรือ TBI ดังแสดงในรูปที่ 2 สำหรับการฉีดเชื้อเพลิงแบบจุดเดียวนี้บางบริษัทใช้หัวฉีดเพียงหัวเดียวแต่บางบริษัทใช้ 2 หัวระบบฉีดเชื้อเพลิงแบบนี้รถยนต์ใหม่ในปัจจุบันไม่ผลิตแล้ว

รูปที่ 2 หัวฉีดไฟฟ้าแบบจุดเดียว

ระบบฉีดเชื้อเพลิงแก๊สโซลีนควบคุมด้วยอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมากและใช้อยู่ปัจจุบัน คือหัวฉีดถูกติดตั้งที่ปลายท่อร่วมไอดีเรียกว่าการฉีดแบบหลายจุด (Multi Point Injection) หรือ MPI แต่มีบางบริษัทเรียกว่า การฉีดเชื้อเพลิงที่ท่อ (Port Fuel Injection) หรือ PFI ดังแสดงในรูปที่ 3

ในประเทศญี่ปุ่นเมื่อปี ค.ศ.1996 โตโยต้าเริ่มพัฒนาต้นแบบเครื่องยนต์ระบบฉีดเชื้อเพลิงแก๊สโซลีนเข้าห้องเผาไหม้โดยตรง เรียกระบบนี้ว่า D-4 ซึ่งหมายถึงการฉีดเชื้อเพลิงโดยตรง 4 โหมด (4 Modes Direct Injection Gasoline) แต่มิตซูบิชิได้ผลิตเครื่องยนต์ระบบเดียวกันนี้ใช้เชิงพาณิชย์เมื่อปี ค.ศ.1997 โดยเรียกระบบว่า GDI (Gasoline Direct Injection) ซึ่งต่อมาหลายบริษัทได้พัฒนามาใช้จนถึงปัจจุบันโดยเรียกหลายชื่อเช่น Petrol Direct Injection หรือ Direct Petrol Injection หรือ Spark Ignited Direct Injection (SIDI) หรือ Fuel Stratified Injection (FSI)

ระบบฉีดเชื้อเพลิงแก๊สโซลีนควบคุมด้วยอิเล็กทรอนิกส์ (EFI) สามารถแบ่งตามวิธีการตรวจจับปริมาณอากาศที่ประจุเข้ากระบอกสูบได้ 2 แบบ คือ

2.1 ระบบฉีดเชื้อเพลิงแบบ L (L-Type EFI หรือ L–Jetronic) (L มาจากภาษาเยอรมันว่า Lüft Mengen Messer หมายถึงวัดส่วนผสมจากอากาศ) EFI แบบ L นี้ใช้การตรวจจับปริมาตรของอากาศที่ประจุเข้ากระบอกสูบจากมาตรวัดการไหลอากาศ (หรือมาตรอากาศไหล) (Air Flow Meter) หรือบางบริษัทเรียกว่า มาตรวัดมวลอากาศ (Air Mass Meter) เป็นสัญญาณหลักที่ส่งเข้าหน่วยควบคุมทางอิเล็กทรอนิกส์ (Electronic Control Unit) หรือ ECU โดย ECU จะประมวลผลร่วมกับสัญญาณความเร็วรอบเครื่องยนต์และอื่น ๆ แล้วกำหนดปริมาณการฉีดเชื้อเพลิงของหัวฉีด สำหรับมาตรวัดการไหลอากาศนั้นมีอยู่ 4 ชนิด คือแบบครีบหรือแผ่นวัด (Flap หรือ Vane) แบบคลื่นไหลวนคาร์มาน (Karman Vortex) แบบขดลวดร้อน (Hot Wire) และแบบฟิล์มร้อน (Hot Film) ซึ่งมาตรวัดการไหลอากาศ 2 แบบแรกนั้นปัจจุบันเลิกผลิตแล้ว

รูปที่ 4 โครงสร้างระบบฉีดเชื้อเพลิงแบบ L

2.2 ระบบฉีดเชื้อเพลิงแบบ D (D–Type EFI หรือ D–Jetronic) (D มาจากภาษาเยอรมันว่า Druckfühler หมายถึงวิธีวัดจากความดัน) (EFI แบบ D นี้ ใช้การตรวจจับความดันอากาศในห้องประจุไอดีจากตัวตรวจจับความดันในท่อร่วมไอดี (Manifold Pressure Sensor) หรือเรียกได้ว่า ตัวตรวจจับ (หรือตัวรับรู้) สุญญากาศ (Vacuum Sensor) สำหรับรถยนต์ยุโรปและฮอนด้าจะเรียกว่า ตัวตรวจจับความดันสมบูรณ์ในท่อร่วมไอดี (Manifold Absolute Pressure Sensor) (MAP Sensor) ซึ่ง ECU จะประมวลผลของสัญญาณนี้ร่วมกันกับสัญญาณความเร็วรอบเครื่องยนต์และสัญญาณอื่น ๆ สำหรับการกำหนดปริมาณการฉีดเชื้อเพลิงโดยควบคุมระยะเวลาการฉีดเชื้อเพลิงที่หัวฉีด

รูปที่ 5 โครงสร้างระบบฉีดเชื้อเพลิงแบบ D

ระบบฉีดเชื้อเพลิงด้วยอิเล็กทรอนิกส์แบบต่างๆ

หน่วยควบคุมทางอิเล็กทรอนิกส์หรือ ECU (Electronic Control Unit) หรือบางบริษัทเรียกว่า ECM (Electronic Control Module) ระบบฉีดเชื้อเพลิงแบบดั้งเดิม (Conventional EFI) หรือ EFI ธรรมดา ภายใน ECU ยังไม่ได้นำระบบไมโครคอมพิวเตอร์มาใช้ โดยใช้เพียงไอซีขยายสัญญาณการทำงาน (IC-Op Amp) ECU จึงมีหน้าที่ควบคุมการฉีดเชื้อเพลิงเพียงอย่างเดียว จึงมิได้ควบคุมจังหวะการจุดระเบิด และความเร็วรอบเดินเบา (ที่จานจ่ายมีชุดเร่งไฟด้วยสุญญากาศ (Vacuum Advance) และชุดเร่งไฟด้วยกลไก (Mechanical Advance) ต่อมาได้นำระบบไมโครคอมพิวเตอร์มาใช้ใน ECU โดยมีหน่วยประมวลผลกลางหรือ CPU8 บิต (Bit) ทำให้ ECU มีความสามารถมากขึ้นด้วยการควบคุมการทำงานของเครื่องยนต์มิใช่แค่ควบคุมระบบฉีดเชื้อเพลิงเพียงอย่างเดียว (เช่นควบคุมอัตราส่วนผสมอากาศต่อเชื้อเพลิง, ควบคุมจังหวะและมุมการจุดระเบิด, ควบคุมความเร็วรอบเดินเบา, ควบคุมการประจุอากาศ และการวินิจฉัยข้อบกพร่องตัวเองเป็นต้น) โดยแต่ละบริษัทได้ตั้งชื่อเรียกระบบเหล่านี้ไว้เช่น

ECCS (Electronic Concentrated Engine Control System) หรือระบบควบคุมเครื่องยนต์ด้วยศูนย์กลางทางอิเล็กทรอนิกส์ เป็นระบบของนิสสัน (NISSAN) เริ่มใช้ในปี พ.ศ.2522 (ค.ศ.1979)

TCCS (Toyota Computer-Controlled System) หรือระบบควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์ของของโตโยต้า เริ่มใช้ในปี พ.ศ.2526 (ค.ศ.1983)

PGM-FI (Programmed-Fuel Injection) หรือการฉีดเชื้อเพลิงด้วยโปรแกมของฮอนด้า (HONDA)

คลิปที่ 1 การทำงานของเครื่องยนต์ระบบฉีดเชื้อเพลิงด้วยอิเล็กทรอนิกส์

(ขอขอบคุณที่มาของคลิปจากบางส่วนของไฟล์ภาพเคลื่อนไหวรักษาหน้าจอของ Deutz Engine)

คลิปที่ 2 การทำงานของหัวฉีด (หรือตัวฉีด)

(ขอขอบคุณที่มาของคลิปจาก Wikipedia.com)