ระบบหัวฉีดดีเซล การออกแบบข้อดีและข้อเสีย

เครื่องยนต์ดีเซลมีการฉีดเชื้อเพลิงตั้งแต่เริ่มต้นต่างจากเครื่องยนต์เบนซิน เฉพาะระบบหัวฉีด ฟิตติ้ง และแรงดันน้ำมันเชื้อเพลิงที่จ่ายให้กับกระบอกสูบเท่านั้นที่เปลี่ยนไป

หลักการทำงานของเครื่องยนต์ดีเซลหรือที่เรียกกันทั่วไปว่าเครื่องยนต์ดีเซลนั้นแตกต่างอย่างสิ้นเชิงจากเครื่องยนต์เบนซิน ในรถบรรทุกเชื้อเพลิง ส่วนผสมของเชื้อเพลิงและอากาศจะเข้าสู่ห้องเผาไหม้เหนือลูกสูบ หลังจากการบีบอัด ส่วนผสมจะติดไฟเนื่องจากการแตกของประกายไฟทางไฟฟ้าที่ขั้วไฟฟ้าของหัวเทียน นี่คือเหตุผลที่เครื่องยนต์เบนซินเรียกอีกอย่างว่าเครื่องยนต์จุดระเบิดด้วยประกายไฟ (SI)

ในเครื่องยนต์ดีเซล ลูกสูบในห้องเผาไหม้จะอัดอากาศเท่านั้น ซึ่งภายใต้อิทธิพลของแรงดันมหาศาล (อย่างน้อย 40 บาร์ - ดังนั้นชื่อ "แรงดันสูง") จะถูกทำให้ร้อนที่อุณหภูมิ 600-800 ° C การฉีดเชื้อเพลิงเข้าไปในอากาศร้อนดังกล่าวส่งผลให้เชื้อเพลิงในห้องเผาไหม้ลุกไหม้ได้เองทันที ด้วยเหตุนี้ ระบบส่งกำลังดีเซลจึงถูกเรียกว่าเครื่องยนต์จุดระเบิดด้วยการอัด (CI) จากจุดเริ่มต้น มันถูกจ่ายโดยการฉีดเชื้อเพลิงเข้าไปในห้องเผาไหม้ ไม่ใช่เข้าไปในท่อร่วมไอดี ซึ่งจะจ่ายอากาศให้กับเครื่องยนต์เท่านั้น ขึ้นอยู่กับว่าห้องเผาไหม้ถูกแบ่งหรือไม่ เครื่องยนต์ดีเซลถูกแบ่งออกเป็นหน่วยกำลังที่มีการฉีดทางอ้อมหรือทางตรง

การฉีดทางอ้อม

ดีเซลแม้ว่าจะเปิดตัวพร้อมกับระบบหัวฉีดโดยตรง แต่ก็ไม่ได้ใช้งานมานาน วิธีแก้ปัญหานี้ทำให้เกิดปัญหามากเกินไป และในอุตสาหกรรมยานยนต์ก็ถูกแทนที่ด้วยการฉีดทางอ้อมที่ได้รับการจดสิทธิบัตรในปี พ.ศ. 1909 ไดเร็กอินเจคชั่นยังคงอยู่ในเครื่องยนต์ขนาดใหญ่ที่อยู่กับที่และสำหรับเรือเดินทะเล เช่นเดียวกับในรถบรรทุกบางคัน นักออกแบบรถยนต์นั่งส่วนบุคคลชื่นชอบเครื่องยนต์ดีเซลแบบหัวฉีดทางอ้อม โดยมีการทำงานที่ราบรื่นกว่าและมีเสียงรบกวนน้อยกว่า

คำว่า "ทางอ้อม" ในเครื่องยนต์ดีเซลหมายถึงสิ่งที่แตกต่างจากเครื่องยนต์เบนซินอย่างสิ้นเชิง โดยที่การฉีดทางอ้อมคือการฉีดส่วนผสมของอากาศและเชื้อเพลิงเข้าไปในท่อร่วมไอดี ในเครื่องยนต์ดีเซลแบบหัวฉีดทางอ้อม เช่นเดียวกับการออกแบบหัวฉีดโดยตรง เชื้อเพลิงที่แยกเป็นอะตอมจากหัวฉีดจะเข้าสู่ห้องเผาไหม้ด้วย เพียงแค่แบ่งออกเป็นสองส่วน - ส่วนเสริมซึ่งฉีดเชื้อเพลิงและส่วนหลักคือ ช่องว่างเหนือลูกสูบโดยตรงซึ่งกระบวนการหลักของการเผาไหม้เชื้อเพลิงเกิดขึ้น ห้องเชื่อมต่อกันด้วยช่องหรือช่อง ตามรูปแบบและหน้าที่ ห้องแบ่งออกเป็นเบื้องต้น น้ำวน และอ่างเก็บน้ำอากาศ

ไม่สามารถใช้หลังได้เนื่องจากการผลิตได้หยุดลงแล้ว ในกรณีของห้องพรีแชมเบอร์และห้องหมุนวน หัวฉีดจะถูกติดตั้งถัดจากห้องเสริมและฉีดเชื้อเพลิงเข้าไป มีการจุดระเบิดจากนั้นเชื้อเพลิงที่เผาไหม้บางส่วนจะเข้าสู่ห้องหลักและเผาไหม้ที่นั่น ดีเซลที่มีห้องพรีแชมเบอร์หรือห้องหมุนวนทำงานได้อย่างราบรื่นและอาจมีระบบข้อเหวี่ยงที่มีน้ำหนักเบา พวกมันไม่ไวต่อคุณภาพเชื้อเพลิงและอาจมีหัวฉีดที่มีดีไซน์เรียบง่าย อย่างไรก็ตาม มันมีประสิทธิภาพน้อยกว่าดีเซลแบบไดเร็กอินเจ็คชั่น กินน้ำมันมากกว่า และมีปัญหาในการสตาร์ทเครื่องยนต์เย็น ทุกวันนี้ เครื่องยนต์ดีเซลหัวฉีดแบบอ้อมในรถยนต์นั่งเป็นเรื่องของอดีตและไม่มีการผลิตอีกต่อไป พวกเขาไม่ค่อยพบในรถยนต์สมัยใหม่ในตลาดปัจจุบัน สามารถพบได้ในการออกแบบเช่น Indian Hindustan และ Tata, Russian UAZ, Mitsubishi Pajero รุ่นเก่าที่จำหน่ายในบราซิลหรือ Volkswagen Polo ที่นำเสนอในอาร์เจนตินา มีการใช้ในปริมาณที่มากขึ้นในรถยนต์หลังการขาย

ฉีดตรง

ทุกอย่างเริ่มต้นกับเขา อย่างไรก็ตาม ประโยชน์ของการฉีดโดยตรงไม่ได้ถูกเอารัดเอาเปรียบในขั้นต้น ไม่ทราบถึงความสำคัญของการหมุนรอบเชื้อเพลิงอย่างเหมาะสมและการเผาไหม้ไม่เหมาะสม ก้อนเชื้อเพลิงก่อตัวขึ้นซึ่งมีส่วนทำให้เกิดเขม่า กระบวนการของลูกสูบดำเนินไปเร็วเกินไป เครื่องยนต์ทำงานหนัก ทำลายตลับลูกปืนเพลาข้อเหวี่ยงอย่างรวดเร็ว ด้วยเหตุผลนี้ การฉีดโดยตรงจึงถูกละทิ้ง โดยเลือกใช้การฉีดทางอ้อม

การหวนคืนสู่รากเหง้า แต่ในเวอร์ชันปัจจุบัน เกิดขึ้นเฉพาะในปี 1987 เมื่อ Fiat Croma 1.9 TD เข้าสู่การผลิตจำนวนมาก การฉีดเชื้อเพลิงโดยตรงต้องใช้อุปกรณ์ฉีดที่มีประสิทธิภาพ แรงดันฉีดสูง เชื้อเพลิงคุณภาพดี และชุดข้อเหวี่ยงที่แข็งแรงมาก (และหนักมาก) อย่างไรก็ตาม มันให้ประสิทธิภาพสูงและสตาร์ทเครื่องยนต์เย็นได้ง่าย โซลูชันสมัยใหม่สำหรับเครื่องยนต์ดีเซลแบบไดเร็กอินเจ็คชั่นส่วนใหญ่จะใช้หัวและลูกสูบที่แบนราบโดยสมบูรณ์ซึ่งมีช่องรูปทรงที่เหมาะสม (โพรง) ห้องมีหน้าที่รับผิดชอบต่อความปั่นป่วนที่ถูกต้องของเชื้อเพลิง ไดเร็กอินเจ็กชั่นถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในปัจจุบันในเครื่องยนต์ดีเซลสำหรับรถยนต์นั่งส่วนบุคคล

ไดเรคอินเจคชั่น-ปั๊มหัวฉีด

ในเครื่องยนต์ดีเซลทั่วไป ปั๊มประเภทต่างๆ มีหน้าที่จ่ายน้ำมันเชื้อเพลิง ในยุคบุกเบิก การฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงทำได้โดยใช้อากาศอัด ในช่วงทศวรรษ 20 การฉีดน้ำมันทำได้ด้วยปั๊มน้ำมันที่ออกแบบใหม่ ในยุค 300 มีการใช้ปั๊มพิเศษที่ออกแบบมาสำหรับเครื่องยนต์ดีเซลอย่างกว้างขวางแล้ว ในขั้นต้น มันขึ้นอยู่กับปั๊มอนุกรมที่สร้างแรงดันต่ำ (สูงถึง 60 บาร์) จนกระทั่งช่วงทศวรรษที่ 1000 ปั๊มที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นพร้อมตัวจ่ายแนวแกน (มากกว่า 80 บาร์) ปรากฏขึ้น ในช่วงกลางทศวรรษที่ 524 พวกเขาได้รับการควบคุมการฉีดด้วยกลไก และในช่วงกลางทศวรรษที่แปด พวกเขาได้รับการควบคุมแบบอิเล็กทรอนิกส์ (BMW 1986td, XNUMX)

หัวฉีด-ปั๊มที่ใช้ในรถบรรทุกในช่วงทศวรรษที่ 30 เป็นวิธีการฉีดเชื้อเพลิงที่แตกต่างกันเล็กน้อย ซึ่งถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในรถยนต์นั่งส่วนบุคคลตามความกังวลของ Volkswagen เป็นครั้งแรกในปี 1998 (Passat B5 1.9 TDI) กล่าวโดยย่อ หัวฉีดปั๊มเป็นหัวฉีดที่มีปั๊มของตัวเอง ซึ่งขับเคลื่อนด้วยเพลาลูกเบี้ยว ดังนั้น กระบวนการทั้งหมดของการเพิ่มแรงดันและฉีดเข้าไปในกระบอกสูบจึงจำกัดอยู่ที่ฝาสูบเท่านั้น ระบบมีขนาดกะทัดรัดมาก ไม่มีท่อน้ำมันเชื้อเพลิงที่เชื่อมต่อปั๊มกับหัวฉีด ดังนั้นจึงไม่มีแรงกระตุ้นของหัวฉีดซึ่งทำให้ควบคุมปริมาณเชื้อเพลิงและการรั่วไหลได้ยาก เนื่องจากเชื้อเพลิงระเหยบางส่วนในห้องหัวฉีดของยูนิต จังหวะการฉีดจึงอาจน้อย (สตาร์ทง่าย) อย่างไรก็ตาม ที่สำคัญที่สุดคือแรงดันฉีดที่สูงมากที่ 2000-2200 บาร์ ปริมาณเชื้อเพลิงในกระบอกสูบผสมกับอากาศอย่างรวดเร็วและเผาไหม้อย่างมีประสิทธิภาพ

โดยทั่วไปแล้ว เครื่องยนต์ดีเซลแบบปั๊ม-หัวฉีดนั้นมีลักษณะเฉพาะที่มีประสิทธิภาพสูง สิ้นเปลืองเชื้อเพลิงน้อย ความเร็วสูง และมีความเป็นไปได้ที่จะได้รับความหนาแน่นของพลังงานสูง แต่การผลิตเครื่องยนต์แบบหัวฉีดเดี่ยวนั้นมีราคาแพง สาเหตุหลักมาจากความซับซ้อนของฝาสูบ งานของเขาหนักและดัง เมื่อขับเคลื่อนด้วยหัวฉีดแบบยูนิต ปัญหาการปล่อยมลพิษก็เกิดขึ้นเช่นกัน ซึ่งมีส่วนอย่างมากต่อการละทิ้งโซลูชันนี้ของ VW

ไดเรคอินเจคชั่น-คอมมอนเรล

องค์ประกอบที่สำคัญที่สุดของระบบหัวฉีดคอมมอนเรลคือ "คอมมอนเรล" ซึ่งเป็นถังประเภทหนึ่งที่รู้จักกันในชื่อ "เครื่องสะสมเชื้อเพลิงแบบใช้แรงดัน" ซึ่งปั๊มสูบน้ำมันเชื้อเพลิงดีเซล มันเข้าสู่หัวฉีดไม่ได้โดยตรงจากปั๊ม แต่จากถังในขณะที่ยังคงความดันเท่ากันสำหรับแต่ละกระบอกสูบ

เปรียบเสมือนเราสามารถพูดได้ว่าหัวฉีดแต่ละตัวไม่รอเชื้อเพลิงบางส่วนจากปั๊ม แต่ยังมีเชื้อเพลิงที่ความดันสูงมาก แรงกระตุ้นไฟฟ้าที่กระตุ้นหัวฉีดเพียงพอที่จะจ่ายเชื้อเพลิงไปยังห้องเผาไหม้ ระบบดังกล่าวช่วยให้คุณสร้างการฉีดหลายเฟส (แม้กระทั่ง 8 เฟสต่อการฉีด) ซึ่งนำไปสู่การเผาไหม้เชื้อเพลิงที่แม่นยำมากพร้อมแรงดันที่เพิ่มขึ้นทีละน้อย แรงดันฉีดที่สูงมาก (1800 บาร์) ช่วยให้สามารถใช้หัวฉีดที่มีปากทางขนาดเล็กมากซึ่งส่งเชื้อเพลิงเกือบในรูปของหมอก

ทั้งหมดนี้เสริมด้วยประสิทธิภาพของเครื่องยนต์สูง การวิ่งที่ราบรื่นและระดับเสียงต่ำ (แม้จะใช้การฉีดโดยตรง) ความคล่องแคล่วดี และการปล่อยไอเสียต่ำ อย่างไรก็ตาม เครื่องยนต์คอมมอนเรลต้องการเชื้อเพลิงคุณภาพสูงและตัวกรองที่ดีที่สุด สารปนเปื้อนในน้ำมันเชื้อเพลิงสามารถทำลายหัวฉีดและทำให้เกิดความเสียหายซึ่งมีค่าใช้จ่ายสูงในการซ่อมแซม