Fri 22 Sep 2017, 4:02 pm by seahorse
ราวปีปี 1976 โฟล์คค่ายรถเยอรมนี เปิดตลาดเครื่องดีเซลที่ใช้ระบบจ่ายเชื้อเพลิงด้วยระบบ Direct In jection โดยใช้ชื่อว่า "TDI" เครื่องยนต์ดีเซลปัจจุบันถูกเลือกให้เป็นเครื่องยนต์ที่มีการลงทุนพัฒนา เพื่อได้สเปกของการลดมลพิษที่เข้มงวดซึ่งเครื่องยนต์เบนซินไปไม่ถึง ด้วยคุณสมบัติพิเศษที่ว่า "ลิตรต่อลิตร ดีเซลไปได้ไกลกว่า" เครื่องยนต์ดีเซลจึงมีการพัฒนาอย่างต่อเนื่องจนถึงปัจจุบัน เครื่องยนต์ดีเซลกำลังก้าวเข้าสู่ยุคที่ 3
ย้อนอดีตถึงเครื่องยนต์ดีเซลแบบ ดั้งเดิมจะใช้ปั๊มน้ำมันเชื้อเพลิงแบบกลไกเป็นแหล่งจ่ายน้ำเข้าไปเผาไหม้ แม้ในช่วงหลังจะมีระบบไฟฟ้าเข้ามาควบคุมบ้าง แต่ก็ใช้เพื่อสั่งจ่ายน้ำมันตามจังหวะการทำงานที่ถูกต้องเท่านั้น ระบบต่างๆ ยังคงเหมือนเดิม ซึ่งยังมีปัญหามลพิษ (ควันดำ) เพราะเกิดมาจากการเผาไหม้ไม่สมบูรณ์ การเผาไหม้ที่ไม่สมบูรณ์นี้เป็นเพราะฝอยน้ำมันดีเซลยังไม่ละเอียดพอที่จะทำให้น้ำมันเชื้อเพลิงเผาไหม้ได้หมดภายในระยะเวลาอันสั้น
ระบบของดีเซลอาศัย การบีบอัดตัวเองให้เกิดการระเบิดไม่ได้ใช้หัวเทียนช่วยอย่างเครื่องยนต์ เบนซิน ระยะเวลาการจุดระเบิดก็ช้าอยู่แล้วยังส่งผลให้เวลาในการเผาไหม้มีน้อยลงไป อีก
แนวทางที่จะช่วยแก้ปัญหาตรงนี้ได้คือต้องเพิ่มแรงดันน้ำมันเชื้อเพลิง ให้สูงขึ้น เพื่อฉีดให้มันเป็นฝอยมากขึ้น จุดระเบิดง่ายขึ้น การเผาไหม้ก็จะสมบูรณ์ขึ้น แล้วมลพิษก็จะน้อยลงเองโดยอัตโนมัติ
การพัฒนาระบบปั๊มน้ำมันแบบแรงดันสูงจึงเกิดขึ้นที่เรียกว่า คอมมอนเรล (Common Rail) ด้วยการเพิ่มแรงดันน้ำมันให้สูงขึ้นจากเดิมที่ปั๊มกลไกทั่วไปจะทำการสร้าง แรงดันในระบบประมาณ 175-785 บาร์ให้สูงขึ้น อยู่ในระดับ 1,350 บาร์ หรือมากกว่าเดิมเกือบ 10 เท่าตัว
พร้อมด้วยระบบควบคุมการจ่ายน้ำมันแบบอิเล็กทรอนิกส์ทำให้เครื่องดีเซลคอมมอนเรลมีค่ามลพิษที่ต่ำ และแนวทางนี้เป็นระบบที่แทบทุกค่ายพัฒนามาใช้กับเครื่องดีเซลของตัวเอง
การพัฒนาเกิดขึ้นต่อเนื่องด้วยเป้าหมายเพื่อลดมลพิษ ยุคต่อมาของดีเซลคือ การเพิ่มแรงดันเชื้อเพลิงให้สูงขึ้นเป็น 1,600 บาร์ พร้อมกับเปลี่ยนหัวฉีดให้ทำงานได้รวดเร็วยิ่งขึ้นและใช้ ECU ที่มีความสามารถสูง แบบ 32 Bit
เครื่องในยุคที่ 3 ค่ายผู้ผลิตชิ้นส่วนที่พัฒนาระบบคอมมอนเรล ซึ่งมีอยู่ 3 ค่าย คือ BOSCH, DELPHI และ DENSO ได้เพิ่มแรงดันเชื้อเพลิงมากขึ้นอีก
เครื่องยุคที่ 3 แรงดันอยู่ที่ 1,800-บาร์ การเพิ่มแรงดันนี้ถือเป็นปัจจัยสำคัญในการลดมลพิษ
และปัจจุบันเทคโนโลยีใหม่ เครื่องดีเซลยุคถัดไปจะมีแรงดันถึง 2,000 บาร์
อุปกรณ์สำคัญที่จะรองรับแรงดันน้ำมันมหาศาลขนาดนั้นคือ หัวฉีดจากเดิมหัวฉีดจะใช้โซลินอยด์แบบควบคุมด้วยแม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อใช้ในการ ยกหัวฉีด แต่เมื่อมาถึงปัจจุบันหัวฉีดแบบเดิมนั้นเริ่มจะทำงานได้ช้ากว่าที่จะรองรับ แรงดัน หัวฉีดทำงานได้ไม่แม่นยำพอ การควบคุมมลพิษก็ทำได้ยาก จึงมีการนำเทคโนโลยีหัวฉีดใหม่มาใช้เรียกว่า เพียโซ่ ( Piezo)
Piezo มาจากแร่ชนิดหนึ่งที่มีชื่อว่า Piezo Cryatals มีคุณสมบัติทำให้การทำงานของหัวฉีดเร็วขึ้น เวลายกตัวเพียง 0.1 มิลลิวินาที (หรือ 0.0001 วินาที) เทียบกับของเดิมที่ทำได้ 0.4 มิลลิวินาที และมีการพยายามลดลำดับชิ้นของการทำงานลง ผลจึงได้ความเที่ยงตรงและแม่นยำมาแทน
สำหรับการพัฒนาหัวฉีดใหม่นี้ถือว่าใกล้ถึงจุดขีดสุดในด้านของการพัฒนาระบบจ่ายน้ำมัน แต่เครื่องดีเซลยังต้องทำเครื่องยนต์ให้ผ่านมาตรฐานไอเสียที่เข้มงวดในอนาตต ทำให้ต้องพัฒนาส่วนอื่นๆ ขึ้นควบคู่กันไปด้วย
เช่น ระบบกรองไอเสียที่มีชื่อว่า Diesel Particulate Filters (DPFs) ตัวกรองไอเสียนี้ก็คล้ายกับแคตตาไลติคในเครื่องยนต์เบนซิน จะทำหน้าที่กำจัดไนโตรเจนออกไซด์ (NOx) ที่ออกมาจากไอเสียให้หมดไปภายในตัว DPFs จะทำมาจากเซรามิกเป็นช่องๆ ให้ไอเสียวิ่งผ่าน DPFs จะทำงานที่ความร้อน 500 องศาเซลเซียส เพื่อเผาไหม้ก๊าซพิษที่ออกมา ซึ่ง DPFs จะมีผลทำให้มลพิษลดลงอย่างมาก
ในปียุโรปที่ใช้มาตรฐานไอเสียยูโร 5 รถดีเซลทุกคันต้องใช้ DPFs เป็นอุปกรณ์มาตรฐาน
การเพิ่มแรงดันน้ำมันและใช้ระบบหัวฉีด Piezo นั้น เป็นแนวทางที่ดีเซลจะ พัฒนาออกมาในระดับรถที่ขายทั่วไป สำหรับรถคอมมอนเรลที่ขายอยู่ในเมืองไทย รถเก๋งเริ่มมีใช้แต่ ในปิกอัพยังรอการเปลี่ยนโมเดลอยู่และเชื่อว่าคนแรกที่จะใช้คือฟอร์ดและมาส ด้า
ด้วยกฎมาตรฐานไอเสียที่เข้มงวด ประกอบกับความต้องการประหยัดน้ำมัน รถดีเซลที่ เป็นแบบสำหรับพัฒนารองรับอนาคต ที่สำคัญน้ำมันเชื้อเพลิงจะต้องมีคุณสมบัติที่ตอบสนองกับระบบเชื่อเพลิงสมัย ใหม่ด้วย ซึ่งเวลานี้ในไทยคุณภาพน้ำมันเชื้อเพลิงยังไม่เข้าได้กับมาตรฐานของรถดีเซล ซึ่งเป็นรถไฮเทครุ่นใหม่ใครใช้คงต้องศึกษากันให้ดีๆ
ขอบคุณเนื้อหาข่าวจาก
ย้อนอดีตถึงเครื่องยนต์ดีเซลแบบ ดั้งเดิมจะใช้ปั๊มน้ำมันเชื้อเพลิงแบบกลไกเป็นแหล่งจ่ายน้ำเข้าไปเผาไหม้ แม้ในช่วงหลังจะมีระบบไฟฟ้าเข้ามาควบคุมบ้าง แต่ก็ใช้เพื่อสั่งจ่ายน้ำมันตามจังหวะการทำงานที่ถูกต้องเท่านั้น ระบบต่างๆ ยังคงเหมือนเดิม ซึ่งยังมีปัญหามลพิษ (ควันดำ) เพราะเกิดมาจากการเผาไหม้ไม่สมบูรณ์ การเผาไหม้ที่ไม่สมบูรณ์นี้เป็นเพราะฝอยน้ำมันดีเซลยังไม่ละเอียดพอที่จะทำให้น้ำมันเชื้อเพลิงเผาไหม้ได้หมดภายในระยะเวลาอันสั้น
ระบบของดีเซลอาศัย การบีบอัดตัวเองให้เกิดการระเบิดไม่ได้ใช้หัวเทียนช่วยอย่างเครื่องยนต์ เบนซิน ระยะเวลาการจุดระเบิดก็ช้าอยู่แล้วยังส่งผลให้เวลาในการเผาไหม้มีน้อยลงไป อีก
แนวทางที่จะช่วยแก้ปัญหาตรงนี้ได้คือต้องเพิ่มแรงดันน้ำมันเชื้อเพลิง ให้สูงขึ้น เพื่อฉีดให้มันเป็นฝอยมากขึ้น จุดระเบิดง่ายขึ้น การเผาไหม้ก็จะสมบูรณ์ขึ้น แล้วมลพิษก็จะน้อยลงเองโดยอัตโนมัติ
การพัฒนาระบบปั๊มน้ำมันแบบแรงดันสูงจึงเกิดขึ้นที่เรียกว่า คอมมอนเรล (Common Rail) ด้วยการเพิ่มแรงดันน้ำมันให้สูงขึ้นจากเดิมที่ปั๊มกลไกทั่วไปจะทำการสร้าง แรงดันในระบบประมาณ 175-785 บาร์ให้สูงขึ้น อยู่ในระดับ 1,350 บาร์ หรือมากกว่าเดิมเกือบ 10 เท่าตัว
พร้อมด้วยระบบควบคุมการจ่ายน้ำมันแบบอิเล็กทรอนิกส์ทำให้เครื่องดีเซลคอมมอนเรลมีค่ามลพิษที่ต่ำ และแนวทางนี้เป็นระบบที่แทบทุกค่ายพัฒนามาใช้กับเครื่องดีเซลของตัวเอง
การพัฒนาเกิดขึ้นต่อเนื่องด้วยเป้าหมายเพื่อลดมลพิษ ยุคต่อมาของดีเซลคือ การเพิ่มแรงดันเชื้อเพลิงให้สูงขึ้นเป็น 1,600 บาร์ พร้อมกับเปลี่ยนหัวฉีดให้ทำงานได้รวดเร็วยิ่งขึ้นและใช้ ECU ที่มีความสามารถสูง แบบ 32 Bit
เครื่องในยุคที่ 3 ค่ายผู้ผลิตชิ้นส่วนที่พัฒนาระบบคอมมอนเรล ซึ่งมีอยู่ 3 ค่าย คือ BOSCH, DELPHI และ DENSO ได้เพิ่มแรงดันเชื้อเพลิงมากขึ้นอีก
เครื่องยุคที่ 3 แรงดันอยู่ที่ 1,800-บาร์ การเพิ่มแรงดันนี้ถือเป็นปัจจัยสำคัญในการลดมลพิษ
และปัจจุบันเทคโนโลยีใหม่ เครื่องดีเซลยุคถัดไปจะมีแรงดันถึง 2,000 บาร์
อุปกรณ์สำคัญที่จะรองรับแรงดันน้ำมันมหาศาลขนาดนั้นคือ หัวฉีดจากเดิมหัวฉีดจะใช้โซลินอยด์แบบควบคุมด้วยแม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อใช้ในการ ยกหัวฉีด แต่เมื่อมาถึงปัจจุบันหัวฉีดแบบเดิมนั้นเริ่มจะทำงานได้ช้ากว่าที่จะรองรับ แรงดัน หัวฉีดทำงานได้ไม่แม่นยำพอ การควบคุมมลพิษก็ทำได้ยาก จึงมีการนำเทคโนโลยีหัวฉีดใหม่มาใช้เรียกว่า เพียโซ่ ( Piezo)
Piezo มาจากแร่ชนิดหนึ่งที่มีชื่อว่า Piezo Cryatals มีคุณสมบัติทำให้การทำงานของหัวฉีดเร็วขึ้น เวลายกตัวเพียง 0.1 มิลลิวินาที (หรือ 0.0001 วินาที) เทียบกับของเดิมที่ทำได้ 0.4 มิลลิวินาที และมีการพยายามลดลำดับชิ้นของการทำงานลง ผลจึงได้ความเที่ยงตรงและแม่นยำมาแทน
สำหรับการพัฒนาหัวฉีดใหม่นี้ถือว่าใกล้ถึงจุดขีดสุดในด้านของการพัฒนาระบบจ่ายน้ำมัน แต่เครื่องดีเซลยังต้องทำเครื่องยนต์ให้ผ่านมาตรฐานไอเสียที่เข้มงวดในอนาตต ทำให้ต้องพัฒนาส่วนอื่นๆ ขึ้นควบคู่กันไปด้วย
เช่น ระบบกรองไอเสียที่มีชื่อว่า Diesel Particulate Filters (DPFs) ตัวกรองไอเสียนี้ก็คล้ายกับแคตตาไลติคในเครื่องยนต์เบนซิน จะทำหน้าที่กำจัดไนโตรเจนออกไซด์ (NOx) ที่ออกมาจากไอเสียให้หมดไปภายในตัว DPFs จะทำมาจากเซรามิกเป็นช่องๆ ให้ไอเสียวิ่งผ่าน DPFs จะทำงานที่ความร้อน 500 องศาเซลเซียส เพื่อเผาไหม้ก๊าซพิษที่ออกมา ซึ่ง DPFs จะมีผลทำให้มลพิษลดลงอย่างมาก
ในปียุโรปที่ใช้มาตรฐานไอเสียยูโร 5 รถดีเซลทุกคันต้องใช้ DPFs เป็นอุปกรณ์มาตรฐาน
การเพิ่มแรงดันน้ำมันและใช้ระบบหัวฉีด Piezo นั้น เป็นแนวทางที่ดีเซลจะ พัฒนาออกมาในระดับรถที่ขายทั่วไป สำหรับรถคอมมอนเรลที่ขายอยู่ในเมืองไทย รถเก๋งเริ่มมีใช้แต่ ในปิกอัพยังรอการเปลี่ยนโมเดลอยู่และเชื่อว่าคนแรกที่จะใช้คือฟอร์ดและมาส ด้า
ด้วยกฎมาตรฐานไอเสียที่เข้มงวด ประกอบกับความต้องการประหยัดน้ำมัน รถดีเซลที่ เป็นแบบสำหรับพัฒนารองรับอนาคต ที่สำคัญน้ำมันเชื้อเพลิงจะต้องมีคุณสมบัติที่ตอบสนองกับระบบเชื่อเพลิงสมัย ใหม่ด้วย ซึ่งเวลานี้ในไทยคุณภาพน้ำมันเชื้อเพลิงยังไม่เข้าได้กับมาตรฐานของรถดีเซล ซึ่งเป็นรถไฮเทครุ่นใหม่ใครใช้คงต้องศึกษากันให้ดีๆ
ขอบคุณเนื้อหาข่าวจาก
