จากห้องเผาไหม้แบบต่าง ๆ ที่กล่าวมาแล้วนั้นก็มีข้อดีข้อเสียที่ต่างกันไป แต่ห้องเผาไหม้แบบไดเร็คอินเจ็คชั่นนั้น มีข้อดีที่เป็นคุณลักษณะเฉพาะตัว ก็คือ เนื่องจากว่าการเผาไหม้เกิดขึ้นเกิดขึ้นคราวเดียวภายในกระบอกสูบ ดังนั้นจึงได้พลังงานจากการเผาไหม้สูงกว่า และสูญเสียความร้อนจากการเผาไหม้น้อยกว่านั้น คือ ได้ประสิทธิภาพทางความร้อนสูงกว่า แล้วจากการที่มีห้องเผาไหม้เดียวอยู่บนฝาสูบก็ทำให้มีพื้นที่สูญเสียความร้อนของอากาศในจังหวะอัดน้อยกว่าทำให้สามารถสตาร์ทเครื่องง่ายในเวลาเครื่องเย็นโดยไม่ต้องอุ่นห้องเผาไหม้ก่อน (เผาหัว) และไม่ต้องใช้อัตราส่วนการอัดมากนัก (ประมาณ 15-18 ต่อ 1 ) ทำให้ไม่ต้องใช้กำลังหมุนเครื่องยนต์ขณะเริ่มสตาร์ทมากนัก และเครื่องยนต์จะได้กำลังฉุดลากดีที่รอบไม่สูงนัก และประหยัดน้ำมันกว่าถ้าความจุกระบอกสูบเท่า ๆ กัน ดังนั้นผู้สร้างแต่ละค่ายก็พยายามพัฒนา และแก้ไขออกแบบให้สามารถใช้เครื่องยนต์หมุนเร็วที่มีความเร็วรอบหมุนเกินกว่า 3,500 รอบ/นาที และมีขนาดความโตของลูกสูบน้อยกว่า 4 นิ้วให้ได้ หลังจากที่ฝ่าฟันขีดจำกัดในเรื่องของการฉีดน้ำมันต้องไม่กระทบผนังของห้องเผาไหม้ได้ โดยใช้วิธีฉีดเข้าหาเบ้าบนหัวลูกสูบแล้วให้มันแตกตัวกระเด็นกลับผสมกับอากาศอีกทีนึง ส่วนการหมุนวนของอากาศนั้นก็ใช้วิธีออกแบบให้ช่องทางของอากาศที่ฝาสูบให้เป็นก้นหอยก็สามารถแก้ไขปัญหานี้ได้
และก็มีการใช้หลักการนี้กับเครื่องยนต์ขนาดเล็กอย่างแพร่หลาย  รูปแสดงลักษณะการฉีดน้ำมัน และการหมุนวนของอากาศภายในห้องเผาไหม้ ลักษณะช่องอากาศในฝาสูบที่ออกแบบให้เป็นรูปก้นหอย จนกระทั่งราว ๆ ปี 1973 - 1974 อีซูซุ ก็ประสบความสำเร็จกับเครื่องยนต์รุ่น 4BB1 ซึ่งเป็นเครื่องยนต์ 4 สูบ มีความจุกระบอกสูบประมาณ 3,400 ซี.ซี ซึ่งใช้กับรถบรรทุกเล็กขนาด 4 ตันรุ่น KS-21 หรือที่ในวงการผู้ใช้รถเรียกรถรุ่นนี้ว่า อีซูซุ 100 แรง เพราะเครื่องยนต์มีกำลัง 100 แรงม้าที่ 3600 รอบต่อนาที ซึ่งสร้างชื่อเสียงให้กับอีซูซุเป็นอย่างมากในเรื่องของความประหยัด และเครื่องรุ่นนี้ก็มีเพื่อนร่วมรุ่นก็คือ 6BB1 ซึ่งหมือนกันทุกอย่างเพียงแต่เป็นเครื่อง 6 สูบเท่านั้นมีกำลัง 145 แรงม้าที่ 3,200 รอบต่อนาทีซึ่งใช้กับรถบรรทุก 6 ล้อขนาด 6 ตันก็คือรุ่น SBR ก่อนที่จะพัฒนามาเป็นรุ่น 4 BD1 ขนาด 3.6 ลิตร 110 แรงม้าที่ใช้ใน KS-22 และ 6BD1 160 แรงม้าซึ่งใช้ในรถบรรทุกสิบล้อ JCM และ JCZ ตามลำดับ รวมไปถึง ขสมก. รุ่นครีม-น้ำเงิน แล้วรถบัสของทหารด้วยแหละ ซึ่งในปัจจุบันนี้เครื่องยนต์ในรุ่นนี้ก็ยังได้รับความนิยมอย่างแพร่หลายในชื่อเสียงของความประหยัด สมรรถนะดี ทนทาน บำรุงรักษาง่าย ซ่อมง่าย อะไหล่ไม่แพงนักหาง่าย แล้วยังแตกลูกแตกหลานออกมาเป็นรุ่น 6 BF และ 6 BG 1 ตามลำดับมีทั้งรุ่นธรรมดา รุ่นเทอร์โบ แล้วก็ทั้งเทอร์โบอินเตอร์คูลเลอร์ ส่วนยี่ห้ออื่น ๆ ก็มีฮีโน่รุ่น EH-700 168 แรงม้าที่ 3,000 รอบต่อนาที ราวปี 1979 ก่อนที่จะเอารุ่น EL-100 ขนาด 191 แรงม้าที่ 2,900 รอบต่อนาทีเข้ามาแข่งราว ๆ ปี 81-83 แต่ก็อยู่ในตลาดไม่นานนัก ก่อนที่จะแตกรุ่นไปโดยมีเครื่องให้เลือกหลายรุ่นในตระกูลเจ้าอินทรีย์ก็มีตั้งแต่ W06D H07C EM-100 แล้วก็ M10C แล้วก็ฟูโซ่ (มิตซูบิชิ) รุ่น 6D14A1 160 แรงม้าที่ 3,200 รอบต่อนาที ก็ราวปี 1979 หลังจากนั้นก็มี 6D15 และ 6D16 ในรุ่นเฉินหลง ส่วนนิสสันก็มีรุ่น ND-6 ขนาด 160 แรงม้าที่ 2,300 รอบต่อนาที อยู่ในอยู่ในสิบล้อรุ่น CD10 แต่ก็ไม่ได้รับความนิยมมากนัก แล้วก็รุ่น PE-6 ขนาด 230 แรงม้าที่ 2,300 รอบต่อนาทีอยู่ในรุ่น CW-30 ซึ่งก็อยู่ในความนิยมผู้รับเหมาส่วนหนึ่งในเรื่องความอึด กำลังดี ถ้าไม่คำนึงว่ามันกินน้ำมันมากกว่าเขา และจากผลของวิกฤตราคาน้ำมันทั้งสองครั้งคือประมาณปี 2516 และราว ๆ ปี 2520 - 2522 ทำให้รถกระบะบรรทุก 1 ตันหันมาใช้เครื่องยนต์ดีเซล ซึ่งก็นำโดยอีซูซุในราวปี 2520 ช่วงนี้มีเริ่มมีการแข่งขันกันมากขึ้นในด้านการพัฒนาสมรรถนะของเครื่องยนต์ดีเซล เดี๋ยวมาต่อนะ ช่วงนี้ (ตั้งแต่ปี 2525 เป็นต้นมา) เทคโนโลยีของเครื่องยนต์ดีเซลหมุนเร็วก้าวหน้าอย่างมากแทบจะเรียกว่าก้าวกระโดดเลยก็ได้ เพราะเทคโนโลยีทางด้านโลหะวิทยาก้าวหน้ามากขึ้นสามารถทำให้ชิ้นส่วนมีขนาดเล็กลง น้ำหนักน้อยลงแต่มีความแข็งแรงมากขึ้น แล้วเทคโนโลยีทางด้านซอฟแวร์ และฮาร์ดแวร์คอมพิวเตอร์มีมากขึ้นโดยเฉพาะทางด้านกลศาสตร์ของไหลทำให้สามารถจำลองสภาวะที่เกิดขึ้นในเครื่องยนต์ตั้งแต่เริ่มประจุอากาศไปจนถึงเผาไหม้เสร็จทำให้การออกแบบสะดวกขึ้น ส่วนทางด้านเครื่องจักรที่ใช้ในการผลิตก็สามารถผลิตชิ้นส่วนที่ต้องการความละเอียดได้มากขึ้นโดยเฉพาะนมหนูหัวฉีด และชุดปั๊มแรงดันสูงซึ่งถือว่าเป็นชิ้นส่วนที่ต้องใช้ความปราฌีต ความละเอียดในการสร้างมากที่สุด และเมื่อทะลุขีดจำกัดตรงนี้ไปได้นั่นคือสามารถสร้างหัวฉีดรูเล็ก ๆ ได้ และสามารถสร้างปั๊มแรงดันสูงให้มีขนาดเล็กลงได้ ถึงตอนนี้ ก็สามารถนำเอาห้องเผาไหม้แบบไดเร็คอินเจ็คชั่นมาใช้กับเครื่องยนต์ที่มีขนาดลูกสูบเล็กกว่า 4 นิ้วได้ ความจุต่ำกว่า 3000 ซีซี และความเร็วรอบเกินกว่า 3,600 รอบต่อนาทีได้สำเร็จในเครื่องยนต์รุ่น 4 JA 1 ของอีซูซุ ซึ่งมีขนาดความจุ 2,500 ซี.ซี กำลัง 80 แรงม้าที่ 4,000 รอบต่อนาที ในปี 1986 ซึ่งถือว่าเป็นเครื่องยนต์ดีเซลหมุนเร็วที่ใช้ห้องเผาไหม้แบบฉีดตรงที่เล็กที่สุดในโลกในตอนนั้น เมื่อความนิยมในเครื่องยนต์ดีเซลขนาดเล็กเริ่มมีมากขึ้นอันเนื่องมากจากข้อดีที่ว่า ประหยัดกว่า ประมาณ 1 เท่าตัว และมีอายุการใช้งานยาวนานกว่า ประมาณ 3 เท่าตัว เมื่อเทียบกับเครื่องยนต์เบ็นซินที่ความจุกระบอกสูบเท่ากัน และสภาวะการใช้งานเหมือน ๆ กัน ทางผู้ผลิตรถยนต์นั่งค่ายยุโรปที่มีเครื่องยนต์ดีเซลของตัวเองอยู่แล้วที่จับตามองตลาดอยู่ เช่น โฟลค์สวาเก็น เมอร์เซเดสเบ็นซ์ เอาดี ซาบ วอลโว แม้กระทั้งบีเอ็มดับเบิลยู ก็เริ่มสนใจโดยเฉพาะเบ็นซ์ ซึ่งเล่นเครื่องดีเซลกับรถนั่งมาก่อน
แล้วก็มีรถนั่งที่ใช้เครื่องดีเซลให้เลือกหลายรุ่น โดยเฉพาะเครื่องรุ่น OM-621 ซึ่งเป็นเครื่องดีเซล 4 สูบขนาด 1,900 ซีซี มีกำลัง 56 แรงม้าที่ 3,600 รอบต่อนาทีเพียงแต่ไม่ได้ใช้ห้องเผาไหม้แบบฉีดตรงเท่านั้นซึ่งมีชื่อเสียงมากในรถรุ่น 190D รุ่นราว ๆ ปี 1955-56 ซึ่งในยุคนั้นยังไม่มีการนำเอาเครื่องยนต์ดีเซลเข้ามาใช้ในรถยนต์นั่งมากนัก เพราะติดขัดในเรื่องของน้ำหนัก
และเสียงของเครื่องยนต์ ห้องเผาไหม้แบบล่วงหน้าของเครื่องเบนซ์ OM-621 แต่ก็ยังมีอุปสรรคตามมานั่นคือกฎหมายเรื่อง มลภาวะ ซึ่ง ถือเป็นหนามยอกอกของเครื่องดีเซลเลยก็ว่าได้ ปัญหาของเครื่องดีเซลก็คือ ควันดำ เพราะเครื่องยนต์ดีเซลนั้นมีข้อดีที่เป็นเอกลักษณ์เฉพาะตัวก็คือ หน้าดื้อ หรือที่ภาษาโคราชเรียกว่าหน้ามึน กล่าวคือ มันจะสามารถทำงานในลักษณะที่เรียกว่าเกินกำลัง (Over load) โดยที่ไม่ดับ เว้นเสียแต่ว่าจะดันไม่ไหวจริงได้แบบต่อเนื่องเป็นเวลานาน ๆ โดยที่ไม่เสียหายในทันทีทันใดแต่อายุการใช้งานจะสั้นลง แต่ไอเสียจะมีควันดำ ซึ่งเป็นสิ่งที่ไม่พึงประสงค์ ซึ่งต่างจากเครื่องยนต์เบ็นซินซึ่งถ้ารับภาระมาก ๆ เมื่อรอบเครื่องยนต์ต่ำลงส่วนผสมจะหนามากแล้วในที่สุดก็จะเกิดอาการชิงจุด เครื่องยนต์ก็จะน็อค และดับในที่สุด ถ้าไม่พังไปซะก่อน แล้วยังมีก๊าซพิษตัวอื่น เช่น Nox สารไฮโดรคาร์บอน ดังนั้นเพื่อจะทะลุขีดจำกัดตรงนี้ได้ก็จะต้องควบคุมเครื่องยนต์ด้วยระบบอีเล็คทรอนิคส์ ปัญหาอีกเรื่องของเครื่องยนต์ดีเซลนั่นก็คือ มีเสียงดังรบกวนมากในขณะทำงาน แล้วก็ความสั่นสะเทือนขณะทำงานสูง ถึงแม้ว่าจะมีการใช้เพลาถ่วงสมดุลย์เข้ามาช่วยแต่ก็ยังไม่สามารถแก้อาการสั่นได้ทั้งหมด แถมชุดเพลาถ่วงสมดุลย์ยังกินกำลังเครื่องไปอีกส่วนหนึ่งด้วย ดังนั้นวิศวกรผู้ออกแบบเครื่องยนต์จึงหันไปหาวิธีอื่น โดยเฉพาะเครื่องยนต์ระบบไดเรคอินเจ็คชั่น (Direct Injection) นั้น จะมีเสียงน็อค (โขก) และการสั่นสะเทือนมากกว่าเครื่องยนต์ที่ใช้ห้องเผาไหม้แบบอื่นในขนาดเท่า ๆ กัน แต่ก็อย่างที่บอกแล้วว่า เครื่องยนต์ระบบไดเร็คอินเจ็คชั่นมีข้อดีเกินกว่าจะมองข้ามไปได้ ดังนั้นปัญหาแค่นี้ถ้าแก้ไม่ได้ก็เลิกทำเครื่องขายไปซะเลยดีกว่า เริ่มจากในราวปี 1960 ยุคที่เครื่องระบบไดเร็คอินเจคชั่นยังมีขนาดลูกสูบโตกว่า 5 นิ้ว และความเร็วรอบหมุนสูงสุดยังไม่เกิน 2,500 รอบต่อนาที ซึ่งเป็นเครื่องดีเซลที่ใช้ในรถบรรทุก รถโดยสารขนาดใหญ่ เครื่องยนต์ต้นกำลังที่ใช้ในเครื่องจักรกลหนัก เครื่องยนต์ของรถดีเซลราง รวบไปถึงเครื่องยนต์ของหัวรถจักรที่ความเร็วรอบหมุนสูงสุดเกิน 1,200 รอบต่อนาทีด้วย ช่วงนั้น M.A.N โดย ดร.มิเลอร์ ได้ออกแบบห้องเผาไหม้แบบไดเร็คอินเจ็คชั่นใหม่ โดยเรียกชื่อห้องเผาไหม้แบบนี้ว่าแบบ M - type หรือ M - system ซึ่งห้องเผาไหม้แบบนี้จะมีห้องเผาไหม้เป็นเบ้ารูปทรงกลมอยู่บนหัวลูกสูบ ถ้ายังนึกภาพไม่ออกก็ไปเอาลูกเทนนิสมาแล้วปาดด้านใดด้านหนึ่งออกไป 1 ใน 3 ห้องเผาไหม้ก็จะเป็นแบบนั้น ส่วนหัวฉีดนั้นจะมีสองรู รูหนึ่งใหญ่
ส่วนอีกรูนึงจะมีขนาดเล็กกว่าโดยรูใหญ่นั้นจะมีทิศทางในการฉีดน้ำมันไปในแนวเส้นสัมผัสตามเส้นรอบวงของผนังห้องเผาไหม้ ส่วนรูที่เล็กกว่าจะฉีดออกจากแนวของรูใหญ่ประมาณ 2 - 3 องศา โดยห้องเผาไหม้แบบนี้จะมีขั้นตอนการเผาไหม้โดยเริ่มด้นจาก เมื่ออากาศไหลเข้ากระบอกสูบในจังหวะดูด อากาศก็จะไหลผ่านช่องลิ้นไอดีที่ฝาสูบ ที่ถูกทำให้เป็นรูปก้นหอยไว้ผลก็คืออากศจะหมุนเป็นพายุหมุนเข้าไปในกระบอกสูบ เมื่อลูกสูบขึ้นอัดอากาศอากาศก็จะถูกบีบให้ไหลเข้าไปอยู่ในเบ้าเนื่องจากมันถูกลดพื้นที่หน้าตัดมันจึงหมุนเร็วขึ้น
(จากการคำนวนประมาณ 800 กิโลเมตรต่อชั่วโมงที่ความเร็วรอบสูงสุด) รูปแสดงลักษณะห้องเผาไหม้แบบ M-type ของ M.A.N หลังจากนั้นประมาณ 21 - 18 องศาก่อนศูนย์ตายบนน้ำมันก็จะถูกฉีดเข้าไปในเบ้าโดยน้ำมันจะออกที่รูใหญ่ประมาณ 85 เปอร์เซนต์ โดยส่วนใหญ่จะฉีดออกไปฉาบเป็นฟีล์มบาง ๆ อยู่ที่ผนังของเบ้า
และส่วนที่เหลือเล็กน้อยที่เป็นละอองที่ละเอียดกว่าจะลอยอยู่ในอากาศร่วมกับ อีก 15 เปอร์เซนต์จะฉีดออกที่รูเล็กและเป็นฝอยละเอียดกว่า จะถูกฉีดให้เป็นละอองลอยอยู่ในอากาศร้อน ประมาณ 0.0008 วินาที น้ำมันส่วนนี้จะติดไฟก่อน แล้วเปลวไฟส่วนนี้ก็จะถูกอากาศพัดพาให้หมุนไปรอบ ๆ ห้องเผาไหม้แลบเลียฟีลม์น้ำมันส่วนใหญ่ที่ฉาบอยู่ที่ผนังของเบ้าให้ระเหยและลุกติดไฟอย่างสม่ำเสมอ ทำให้ความดันในจังหวะระเบิดเพิ่มขึ้นไม่เร็วนักเมื่อเทียบกับห้องเผาไหม้แบบฉีดตรงในแบบแรก ทำให้เสียงน็อคเบาลง
และเครื่องยนต์มีอาการสั่นสะเทือนน้อยลง ลักษณะห้องเผาไหม้แบบ M-Type ของฮีโน่ ลักษณะการหมุนวนของอากาศในห้องเผาไหม้ แต่ของฮีโน่จะใช้หัวฉีดรูเดียว จนกระทั้งถูกกฎหมายบังคับในเรื่องมลภาวะในราวปี 1990 เพราะห้องเผาไหม้แบบนี้มีข้อเสียคือจะปล่อยสารประกอบประเภทไฮโดรคาร์บอนออกมากับค่อนข้างมาก โดยเฉพาะเมื่อเวลาเดินเครื่องขณะที่อุณหภูมิต่ำ หรือใช้เครื่องยนต์ที่ความเร็วรอบต่ำ ๆ ที่ภาระงานน้อย ๆ แล้วหัวลูกสูบไม่ร้อนพอ เพราะการระเหยของน้ำมันต้องอาศัยความร้อนจากหัวลูกสูบด้วย เมื่อถูกบังคับด้วยเรื่องของมลภาวะ บรรดาผู้ผลิตก็หาทางออกด้วยวิธีอื่น ๆ วิธีที่นิยมใช้กันก่อนที่จะใช้ระบบอีเล็คทรอนิค์ควบคุมคือ ระบบการฉีดน้ำร่อง (Pilot Injection) คือ จะฉีดน้ำมันส่วนน้อยออกมาก่อน แล้วจึงฉีดส่วนใหญ่ตามออกมาโดยน้ำมัน 2 ส่วนนี้จะฉีดห่างกันประมาณ 0.0002-0.0005 วินาที และวิธีที่จะฉีดแบบนี้ได้ที่นิยมใช้มากที่สุด เพราะสร้างไม่ยาก แล้วต้นทุนไม่แพงนักคือใช้หัวฉีดสปริง 2 ชั้น
โดยหัวฉีดแบบนี้จะมีแรงดันเปิดสองค่าอย่างเช่นในเครื่องยนต์ยี่ห้ออีซูซุรุ่น 6SD1 - TC หัวฉีดจะมีแรงดันเปิด 185/225 กิโลกรัมต่อตารางเซ็นติเมตร เป็นต้น ลักษณะของหัวฉีดแบบสปริงสองชั้น กับหัวฉีดแบบสปริงชั้นเดียว(รูปด้านล่าง) ฉะนั้นเมื่อปั๊มอัดแรงดันถึง 185 หัวฉีดก็จะฉีดน้ำมันออกมาส่วนหนึ่งก่อน จนกระทั่งก้านต่อเข็มหัวฉีดไปยันสปริงตัวที่สองซึ่งมีแรงดันเท่ากับ 225 น้ำมันส่วนที่สองก็จะฉีดออกมา แล้วประกอบกับการใช้หัวฉีดรูเล็กลง แต่ให้จำนวนรูมากขึ้นเพื่อให้ฉีดน้ำมันได้เท่าเดิม ผลที่ได้รับก็คือ เครื่องยนต์เดินเรียบ เสียงเงียบลง และมลภาวะน้อยลงโดยเฉพาะ Nox (ไนโตรเจนไดออกไซด์) เพราะในขณะการเผาไหม้นั้นความดันขณะเผาไหม้ไม่สูงจนเกินไป ส่วนยี่ห้ออื่นนอกเหนือไปจากอีซูซุก็มีฮีโน่รุ่น EP-100 เป็นต้น |
ข้อเสียของห้องเผาไหม้แบบฉีดตรง
ลิขสิทธิ์ © 2024 moicapnhap Inc.
