การฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงในเครื่องยนต์เบนซิน ข้อดี ข้อเสีย และปัญหาที่อาจเกิดขึ้น

ประเภทของระบบหัวฉีดจะกำหนดพารามิเตอร์ของเครื่องยนต์และต้นทุนการดำเนินงาน ส่งผลต่อไดนามิก การสิ้นเปลืองน้ำมันเชื้อเพลิง การปล่อยไอเสีย และค่าบำรุงรักษารถยนต์

ประวัติความเป็นมาของการใช้การฉีดน้ำมันเบนซินในทางปฏิบัติในเครื่องยนต์สันดาปภายในในการขนส่งย้อนหลังไปถึงช่วงก่อนสงครามโลกครั้งที่หนึ่ง แม้กระทั่งในขณะนั้น การบินก็กำลังมองหาวิธีแก้ปัญหาใหม่อย่างเร่งด่วนที่สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพของเครื่องยนต์และเอาชนะปัญหาด้านกำลังในตำแหน่งต่างๆ ของเครื่องบินได้ การฉีดเชื้อเพลิงซึ่งปรากฏตัวครั้งแรกในเครื่องยนต์เครื่องบิน V8 ของฝรั่งเศสปี 1903 ได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีประโยชน์ จนกระทั่งปี 1930 Mercedes 1951 SL ที่ฉีดเชื้อเพลิงเปิดตัว และได้รับการยกย่องอย่างกว้างขวางว่าเป็นผู้บุกเบิกในภาคสนาม อย่างไรก็ตามในเวอร์ชั่นสปอร์ตนั้นเป็นรถคันแรกที่มีการฉีดน้ำมันโดยตรง

การฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงแบบอิเล็กทรอนิกส์ถูกใช้ครั้งแรกในรุ่น 300 ในเครื่องยนต์ Chrysler ปี 1958 การฉีดน้ำมันเบนซินแบบหลายจุดเริ่มปรากฏบนรถยนต์ในปี 1981 แต่ส่วนใหญ่จะใช้ในรุ่นหรูหรา ปั๊มแรงดันสูงแบบไฟฟ้าถูกใช้งานอยู่แล้วเพื่อให้แน่ใจว่ามีแรงดันที่เหมาะสม แต่การควบคุมยังคงเป็นความรับผิดชอบของช่างเครื่อง ซึ่งจางหายไปจนถูกลืมเลือนในปี 600 เมื่อสิ้นสุดการผลิต Mercedes XNUMX ระบบหัวฉีดยังมีราคาแพงและไม่เปลี่ยนเป็นรถยนต์ราคาถูกและเป็นที่นิยม แต่เมื่อใน XNUMXs จำเป็นต้องติดตั้งเครื่องฟอกไอเสียเชิงเร่งปฏิกิริยาในรถยนต์ทุกคันโดยไม่คำนึงถึงประเภท หัวฉีดชนิดที่ถูกกว่าจะต้องได้รับการพัฒนา

การมีตัวเร่งปฏิกิริยาจำเป็นต้องมีการควบคุมองค์ประกอบของส่วนผสมที่แม่นยำกว่าที่คาร์บูเรเตอร์จะให้ได้ ดังนั้นจึงสร้างการฉีดแบบจุดเดียวซึ่งเป็นรุ่น "หลายจุด" เพียงเล็กน้อย แต่เพียงพอสำหรับความต้องการของรถยนต์ราคาถูก นับตั้งแต่ปลายยุค 1996 มันเริ่มหายไปจากตลาดโดยถูกแทนที่ด้วยหัวฉีดหลายจุดซึ่งปัจจุบันเป็นระบบเชื้อเพลิงที่ได้รับความนิยมมากที่สุดในเครื่องยนต์ยานยนต์ ในปี พ.ศ. XNUMX การฉีดเชื้อเพลิงโดยตรงได้เปิดตัวเป็นมาตรฐานใน Mitsubishi Carisma เทคโนโลยีใหม่จำเป็นต้องปรับปรุงอย่างจริงจังและในตอนแรกพบผู้ติดตามเพียงไม่กี่คน

อย่างไรก็ตาม เมื่อต้องเผชิญกับมาตรฐานก๊าซไอเสียที่เข้มงวดมากขึ้น ซึ่งตั้งแต่เริ่มแรกมีอิทธิพลอย่างมากต่อความก้าวหน้าในระบบเชื้อเพลิงยานยนต์ ในที่สุดนักออกแบบก็ต้องเปลี่ยนไปใช้ระบบหัวฉีดน้ำมันเบนซินโดยตรง ในโซลูชันล่าสุด ซึ่งมีจำนวนไม่มากนัก โดยได้รวมการฉีดน้ำมันเบนซินสองประเภท - หลายจุดทางอ้อมและทางตรง    

การฉีดจุดเดียวทางอ้อม

ในระบบหัวฉีดแบบจุดเดียว เครื่องยนต์ขับเคลื่อนด้วยหัวฉีดเดี่ยว ติดตั้งที่ทางเข้าของท่อร่วมไอดี เชื้อเพลิงถูกจ่ายภายใต้แรงดันประมาณ 1 บาร์ เชื้อเพลิงที่เป็นอะตอมผสมกับอากาศที่ด้านหน้าพอร์ตไอดีของช่องสัญญาณที่นำไปสู่กระบอกสูบแต่ละอัน

ส่วนผสมของเชื้อเพลิงและอากาศจะถูกดูดเข้าไปในช่องโดยไม่ต้องเติมส่วนผสมในแต่ละกระบอกสูบอย่างแม่นยำ เนื่องจากความแตกต่างในความยาวของช่องและคุณภาพของการตกแต่ง แหล่งจ่ายไฟไปยังกระบอกสูบไม่เท่ากัน แต่ยังมีประโยชน์ เนื่องจากเส้นทางของส่วนผสมระหว่างเชื้อเพลิงและอากาศจากหัวฉีดไปยังห้องเผาไหม้นั้นยาว เชื้อเพลิงจึงสามารถระเหยได้ดีเมื่อเครื่องยนต์อุ่นเครื่องอย่างเหมาะสม ในสภาพอากาศหนาวเย็น เชื้อเพลิงจะไม่ระเหย ขนแปรงจะควบแน่นบนผนังของตัวสะสมและเข้าไปในห้องเผาไหม้บางส่วนในรูปของหยด ในรูปแบบนี้จะไม่สามารถเผาไหม้ได้อย่างสมบูรณ์ในวงจรการทำงาน ซึ่งจะทำให้ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ต่ำในช่วงอุ่นเครื่อง

ผลที่ตามมาคือการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงที่เพิ่มขึ้นและความเป็นพิษสูงของก๊าซไอเสีย การฉีดแบบจุดเดียวทำได้ง่ายและราคาถูก ไม่ต้องการชิ้นส่วนจำนวนมาก หัวฉีดที่ซับซ้อน และระบบควบคุมขั้นสูง ต้นทุนการผลิตที่ต่ำส่งผลให้ราคารถต่ำลง และการซ่อมด้วยการฉีดจุดเดียวทำได้ง่าย การฉีดประเภทนี้ไม่ได้ใช้ในเครื่องยนต์รถยนต์นั่งส่วนบุคคลสมัยใหม่ สามารถพบได้ในรุ่นที่มีการออกแบบย้อนหลังเท่านั้น แม้ว่าจะผลิตนอกยุโรป ตัวอย่างหนึ่งคือซามานด์อิหร่าน

สิทธิพิเศษ

– การออกแบบที่เรียบง่าย

– ต้นทุนการผลิตและการบำรุงรักษาต่ำ

– ความเป็นพิษต่ำของไอเสียเมื่อเครื่องยนต์ร้อนจัด

ข้อบกพร่อง

– ความแม่นยำในการเติมเชื้อเพลิงต่ำ

– อัตราสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงค่อนข้างสูง

– ก๊าซไอเสียมีความเป็นพิษสูงในช่วงอุ่นเครื่องของเครื่องยนต์

– ประสิทธิภาพต่ำในแง่ของไดนามิกของเครื่องยนต์

การฉีดหลายจุดทางอ้อม

การขยายการฉีดทางอ้อมแบบจุดเดียวคือการฉีดโดยอ้อมแบบหลายจุดพร้อมหัวฉีดในแต่ละพอร์ตไอดี เชื้อเพลิงจะถูกส่งหลังจากคันเร่ง ก่อนถึงวาล์วไอดี หัวฉีดจะอยู่ใกล้กับกระบอกสูบมากขึ้น แต่เส้นทางผสมอากาศและเชื้อเพลิงยังคงยาวพอที่เชื้อเพลิงจะระเหยกลายเป็นไอในเครื่องยนต์ที่ร้อน ในทางกลับกัน เฟสการให้ความร้อนมีแนวโน้มที่จะควบแน่นที่ผนังของพอร์ตขาเข้าน้อยกว่า เนื่องจากระยะห่างระหว่างหัวฉีดและกระบอกสูบสั้นกว่า ในระบบหลายจุด เชื้อเพลิงจะถูกจ่ายที่แรงดัน 2 ถึง 4 บาร์

หัวฉีดแยกสำหรับแต่ละกระบอกสูบช่วยให้นักออกแบบมีความเป็นไปได้ใหม่ ๆ ในแง่ของการเพิ่มไดนามิกของเครื่องยนต์ ลดการใช้เชื้อเพลิง และลดการปล่อยไอเสีย ในขั้นต้น ไม่มีการใช้ระบบควบคุมขั้นสูง และหัวฉีดทั้งหมดจะสูบจ่ายน้ำมันเชื้อเพลิงในเวลาเดียวกัน วิธีแก้ปัญหานี้ไม่เหมาะสม เนื่องจากไม่มีโมเมนต์ฉีดเกิดขึ้นในทุกกระบอกสูบในช่วงเวลาที่เหมาะสมที่สุด (เมื่อกระทบกับวาล์วไอดีที่ปิด) มีเพียงการพัฒนาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เท่านั้นที่ทำให้สามารถสร้างระบบควบคุมขั้นสูงขึ้นได้ ซึ่งทำให้การฉีดเริ่มทำงานได้แม่นยำยิ่งขึ้น

ในขั้นต้น หัวฉีดจะเปิดเป็นคู่ จากนั้นจึงพัฒนาระบบฉีดเชื้อเพลิงแบบต่อเนื่อง ซึ่งหัวฉีดแต่ละอันจะเปิดแยกกันในช่วงเวลาที่เหมาะสมที่สุดสำหรับกระบอกสูบที่กำหนด วิธีนี้ช่วยให้คุณเลือกปริมาณเชื้อเพลิงสำหรับแต่ละจังหวะได้อย่างแม่นยำ ระบบหลายจุดแบบอนุกรมนั้นซับซ้อนกว่าระบบจุดเดียวมาก มีราคาแพงกว่าในการผลิต และมีราคาแพงกว่าในการบำรุงรักษา อย่างไรก็ตาม ช่วยให้คุณเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ได้อย่างมากด้วยการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงน้อยลงและความเป็นพิษของก๊าซไอเสียน้อยลง

สิทธิพิเศษ

- การจ่ายเชื้อเพลิงแม่นยำสูง

– สิ้นเปลืองเชื้อเพลิงน้อย

– ความเป็นไปได้มากมายในแง่ของไดนามิกของเครื่องยนต์

– ความเป็นพิษต่ำของไอเสีย

ข้อบกพร่อง

- ความซับซ้อนในการออกแบบที่สำคัญ

– ต้นทุนการผลิตและการบำรุงรักษาค่อนข้างสูง

ฉีดตรง

ในการแก้ปัญหานี้ มีการติดตั้งหัวฉีดในกระบอกสูบและฉีดเชื้อเพลิงเข้าไปในห้องเผาไหม้โดยตรง ในแง่หนึ่ง สิ่งนี้มีประโยชน์มาก เนื่องจากช่วยให้คุณเปลี่ยนประจุเชื้อเพลิงและอากาศที่อยู่เหนือลูกสูบได้อย่างรวดเร็ว นอกจากนี้ เชื้อเพลิงที่ค่อนข้างเย็นจะทำให้เม็ดมะยมและผนังกระบอกสูบเย็นลงได้ดี ดังนั้นอัตราส่วนการอัดจะเพิ่มขึ้นและประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ก็เพิ่มขึ้นโดยไม่ต้องกลัวว่าจะเกิดการน็อคจากการเผาไหม้ที่ไม่พึงประสงค์

เครื่องยนต์หัวฉีดไดเร็คอินเจ็กชันได้รับการออกแบบเพื่อเผาผลาญส่วนผสมของอากาศ/เชื้อเพลิงแบบลีนมากที่โหลดเครื่องยนต์ต่ำ เพื่อให้สิ้นเปลืองเชื้อเพลิงต่ำมาก อย่างไรก็ตาม ปรากฎว่าสิ่งนี้ทำให้เกิดปัญหากับไนโตรเจนออกไซด์ที่มากเกินไปในก๊าซไอเสีย เพื่อกำจัดซึ่งจำเป็นต้องติดตั้งระบบทำความสะอาดที่เหมาะสม นักออกแบบต่อสู้กับไนโตรเจนออกไซด์ในสองวิธี: โดยการเพิ่มและลดขนาด หรือโดยการติดตั้งระบบที่ซับซ้อนของหัวฉีดแบบสองเฟส การปฏิบัติยังแสดงให้เห็นว่าด้วยการฉีดเชื้อเพลิงโดยตรง ปรากฏการณ์ที่ไม่พึงประสงค์ของการสะสมของคาร์บอนในท่อไอดีของกระบอกสูบและบนก้านวาล์วไอดี (การลดลงของไดนามิกของเครื่องยนต์, การสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงที่เพิ่มขึ้น)

นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าทั้งพอร์ตไอดีและวาล์วไอดีไม่ได้ถูกชะล้างด้วยส่วนผสมของอากาศและเชื้อเพลิง เช่นเดียวกับการฉีดโดยอ้อม ดังนั้นจึงไม่ถูกชะล้างโดยอนุภาคน้ำมันละเอียดที่เข้าสู่ระบบดูดจากระบบระบายอากาศของห้องข้อเหวี่ยง สิ่งเจือปนของน้ำมันจะแข็งตัวภายใต้อิทธิพลของอุณหภูมิ ทำให้เกิดชั้นตะกอนที่ไม่ต้องการหนาขึ้น

สิทธิพิเศษ

– ความแม่นยำในการจ่ายเชื้อเพลิงสูงมาก

– ความเป็นไปได้ของการเผาไหม้ของผสมแบบไม่ติดมัน

– ไดนามิกของเครื่องยนต์ดีมากพร้อมการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงต่ำ

ข้อบกพร่อง

- การออกแบบที่ซับซ้อนมาก

– ต้นทุนการผลิตและการบำรุงรักษาสูงมาก

– ปัญหาไนโตรเจนออกไซด์ส่วนเกินในไอเสีย

- การสะสมของคาร์บอนในระบบไอดี

การฉีดคู่ - ทางตรงและทางอ้อม

การออกแบบระบบหัวฉีดแบบผสมใช้ประโยชน์จากทั้งการฉีดทางตรงและทางอ้อม ไดเร็คอินเจคชั่นจะทำงานเมื่อเครื่องยนต์เย็น ส่วนผสมของเชื้อเพลิงและอากาศจะไหลผ่านลูกสูบโดยตรงและไม่รวมการควบแน่น เมื่อเครื่องยนต์อุ่นและทำงานภายใต้ภาระที่เบา (การขับด้วยความเร็วคงที่ อัตราเร่งที่ราบรื่น) การฉีดตรงจะหยุดทำงาน และการฉีดโดยอ้อมหลายจุดจะเข้าแทนที่ เชื้อเพลิงระเหยได้ดีกว่า หัวฉีดแบบฉีดตรงที่มีราคาแพงมากไม่ทำงานและไม่เสื่อมสภาพ วาล์วไอดีถูกล้างด้วยส่วนผสมของเชื้อเพลิงและอากาศ ดังนั้นจึงไม่เกิดคราบเกาะ ที่ภาระเครื่องยนต์สูง (อัตราเร่งสูง การขับขี่ที่รวดเร็ว) การฉีดโดยตรงจะเปิดขึ้นอีกครั้ง ซึ่งช่วยให้มั่นใจว่าจะเติมกระบอกสูบได้เร็วมาก

สิทธิพิเศษ

- ปริมาณเชื้อเพลิงที่แม่นยำมาก

– การส่งมอบเครื่องยนต์ที่เหมาะสมในทุกสภาวะ

– ไดนามิกของเครื่องยนต์ดีมากพร้อมการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงต่ำ

– ไม่มีการสะสมของคาร์บอนในระบบไอดี

ข้อบกพร่อง

- ความซับซ้อนในการออกแบบอย่างมาก

– ต้นทุนการผลิตและการบำรุงรักษาสูงมาก