คำตอบที่ 15
ระบบจ่ายน้ำมันเชื้อเพลิงของเครื่องยนต์ดีเซลในช่วงเวลา 20 ปีที่ผ่านมา มีการพัฒนาช้ามาก และมีการเปลี่ยนแปลงในรายละเอียดย่อย ๆ เท่านั้น ตัวปั๊ม และหัวฉีดเป็นแบบกลไก จ่ายน้ำมันตามการกดคันเร่ง ไม่ได้แปรผันตามปริมาณของอากาศที่ถูกประจุเข้าสู่กระบอกสูบ ฝอยน้ำมันไม่ละเอียดมาก ปั๊มแรงดันสูงก็จริง แต่ก็ยังไม่สูงมาก และการฉีดน้ำมันด้วยปริมาณที่ไม่เหมาะสมกับอากาศแบบพอดีเป๊ะ ย่อมทำให้เครื่องยนต์มีกำลังไม่มากเต็มที่ กินน้ำมัน และมีมลพิษสูง
ต่อมาก็มีการพัฒนาเป็นตัวปั๊มที่ควบคุมด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์ แต่แรงดันก็ยังไม่สูงมาก และหัวฉีดก็ยังเป็นแบบกลไก ความแม่นยำในการควบคุมปริมาณ และจังหวะการจ่ายน้ำมันดีขึ้นมาบ้าง แต่ก็ยังไม่สมบูรณ์แบบอย่างเครื่องยนต์เบนซินหัวฉีด
เป้าหมายในการพัฒนาเครื่องยนต์ดีเซลจึงพุ่งไปที่หัวฉีดไฟฟ้าควบคุมด้วยอิเล็กทรอนิกส์ คล้ายกับที่เครื่องยนต์เบนซินใช้กันอยู่ทั่วไป แต่แตกต่างกันที่รายละเอียด
ความสำเร็จเกิดขึ้น และเริ่มนำมาใช้จริงเมื่อไม่กี่ปีมานี้เอง โดยประกาศชื่อเรียกระบบจ่ายน้ำมันเชื้อเพลิงใหม่ว่า Common Rail ส่งน้ำมันเชื้อเพลิงแรงดันสูงเข้าไปรอในราง ฉีดผ่านหัวฉีดไฟฟ้า คือ มีรางน้ำมันแรงดันสูงมาก ๆ ต่อรออยู่หลังหัวฉีดไฟฟ้า ที่แหย่จากฝาสูบลงไปโผล่ในห้องเผาไหม้ การจ่ายน้ำมันของหัวฉีดจะคอยยกหัวเข็มซึ่งทำงานด้วยไฟฟ้า ถูกสั่งงานด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์ ที่ประมวลผลมาจากการรับข้อมูลจากเซนเซอร์ต่าง ๆ นับสิบตัว
ในด้านการตลาด อาจจะมีชื่อเรียกที่แตกต่างออกไป เช่น CDI, D4D ฯลฯ แต่โดยพื้นฐานแล้วก็คือระบบ Common Rail แต่ก็ไม่ได้มีความสำเร็จเฉพาะระบบนี้เท่านั้น บางบริษัทรถยนต์ก็ใช้ระบบอื่น เช่น Pump Injector แต่ก็ไม่แพร่หลายเท่ากับ Common Rail
ดังนั้น อย่าเพิ่งสรุปความโดดเด่นว่าต้อง Common Rail เท่านั้นถึงจะแจ๋ว เพราะยังมีรายละเอียดในการทำงานของแต่ละยี่ห้ออีกว่าจะดีแค่ไหน ไม่ใช่พอทราบว่าเครื่องยนต์บล็อกไหนมี Common Rail แล้วจะต้องแจ๋วเหมือนอย่างที่คิดกันว่า มีเทอร์โบแล้วจะต้องแรง ซึ่งก็ไม่ได้เป็นเช่นนั้นเสมอไป อย่างเครื่องยนต์เบนซินที่ล้วนเป็นหัวฉีดอิเล็กทรอนิกส์ของแต่ละยี่ห้อ ก็มีจุดเด่นจุดด้อยแตกต่างกัน ทั้งที่พื้นฐานเหมือน ๆ กัน
Common Rail เป็นเพียงหนึ่งในระบบจ่ายน้ำมันเชื้อเพลิงแบบของเครื่องยนต์ดีเซลช่วงปี 2000 และต่อเนื่องไป ที่ช่วยทำให้เครื่องยนต์แรง ประหยัด และมลพิษต่ำ แต่ไม่ใช่ระบบเดียวหรือวิธีเดียวที่ทำได้ ยังมีระบบอื่น ๆ อีก และอนาคตก็อาจมีการพัฒนาระบบใหม่ ๆ ที่ดีกว่าระบบนี้ก็เป็นได้
พื้นฐานการทำงานของ Common Rail
สร้างแรงดันน้ำมันสูงมาก ด้วยปั๊มกลไก น้ำมันโซลาแรงดันสูง ที่ถูกนำไปใช้กับหัวฉีดของเครื่องยนต์ดีเซลตั้งแต่อดีต ล้วนมาจากปั๊มที่ใช้แรงดันจากเครื่องยนต์ เพราะการฉีดเข้าสู่ห้องเผาไหม้ในจังหวะที่ลูกสูบเลื่อนขึ้นเกือบสุดหรือสุดแล้ว ต้องฉีดน้ำมันเข้าไปให้เป็นละอองที่ละเอียดมาก ๆ เพื่อสู้กับแรงดันในห้องเผาไหม้ที่มีอยู่
ถ้าใช้ปั๊มไฟฟ้าคงยากที่จะสร้างแรงดันได้สูงมาก ๆ และทนทาน เพราะแรงดันในระบบน้ำมันของเครื่องยนต์ดีเซล สูงกว่าเครื่องยนต์เบนซินหัวฉีด ที่ใช้แรงดันแค่ 2-3 บาร์อยู่หลายเท่า
ปั๊มของระบบ Common Rail ก็ใช้แรงจากเครื่องยนต์เป็นต้นกำลัง โดยมักจะต่อเข้ากับข้อเหวี่ยงด้วยเฟืองหรือโซ่ ความสำเร็จในการพัฒนาส่วนหนึ่งอยู่ที่การทำให้ปั๊มสามารถสร้างแรงดันน้ำมันโซลาได้สูงมาก ๆ ระดับ 1,300 กว่าบาร์ หรือกว่า 15,000-20,000 ปอนด์/ตารางนิ้ว ซึ่งก็ไม่ได้น่าตื่นเต้นมาก เพราะแต่ก่อนที่ไม่ได้ผลิตปั๊มแรงดันสูงออกมา อาจเป็นเพราะยังไม่สามารถพัฒนาหัวฉีดที่รับแรงดันสูงได้ไหวนั่นเอง
หัวฉีดควบคุมการเปิด-ปิดด้วยไฟฟ้า จากเดิมที่เป็นหัวฉีดแบบกลไก ทำการฉีดน้ำมันตามแรงดันของปั๊มที่ส่งมา พัฒนามาเป็นหัวฉีดควบคุมการเปิด-ปิดด้วยกระแสไฟฟ้า คล้ายกับเครื่องยนต์เบนซิน ประเด็นสำคัญอยู่ที่
1. การมีน้ำมันแรงดันสูงอยู่ในรางหัวฉีด หัวฉีดจึงต้องปิดให้ได้สนิทจริง
2. ต้องทนความร้อนและแรงดัน เพราะเสียบเข้าไปโผล่ในห้องเผาไหม้
3. ต้องมีรูฉีดน้ำมันหลายรู และขนาดเล็กมาก เพื่อให้ฉีดน้ำมันได้เป็นฝอยมากที่สุด
4. ต้องเปิดแล้วปิดได้ฉับไว สู้กับแรงดันน้ำมันอันมหาศาลได้ ไม่ใช่เปิดง่าย แต่ปิดยาก