ระบบน้ำมันเชื้อเพลิงของเครื่องยนต์ดีเซล

Posted on : 08-11-2012 | By : Author | In : การทำงานของเครื่องยนต์

ระบบป้อนนํ้ามันเชื้อเพลิงให้กับเครื่องยนต์มี 2 ระบบ ได้แก่ ระบบปั๊มศูนย์กลาง ซึ่งป้อนนํ้ามันเชื้อเพลิงภายใต้ความดัน ปริมาณ และเวลาที่เหมาะสมไปยังกระบอกสูบโดยผ่านท่อความดันสูง ส่วนอีกระบบหนึ่งก็คือ ระบบที่นํ้ามันเชื้อเพลิงไปยังหัวฉีดภายใต้ความดันค่อนข้างตํ่า หัวฉีดจะมีตัวเลื่อนซึ่งสามารถปรับได้ ลูกเบี้ยวจะทำให้ตัวเลื่อนเคลื่อนที่ ซึ่งจะอัดนํ้ามันความดันสูง เข้าสู่กระบอกสูบ ระบบนี้มักนิยมใช้กับเครื่องจักรกลหนัก

สำหรับระบบปั๊มศูนย์กลางนั้นมักนิยมใช้กับเครื่องยนต์ดีเซลของรถยนต์ ปั๊มหัวฉีดของระบบนี้แบ่งออกเป็น 2 แบบ ได้แก่ ปั๊มตัวเลื่อนและปั๊มโรตารี ดังนี้

1. ปั๊มตัวเลื่อน ปั๊มหัวฉีดลักษณะนี้ใช้ในเครื่องยนต์ดีเซล 4 สูบและ 6 สูบ บางเครื่องที่ใช้กับรถยนต์ รถบรรทุก และรถแทรกเตอร์ ปั๊มจะมีกระบอกและตัวเลื่อนสำหรับแต่ละกระบอกสูบ เช่น ปั๊มตัวเลื่อนสำหรับเครื่องยนต์ดีเซล 4 สูบ จะมีกระบอกและตัวเลื่อนแยกจากกันเป็น 4 ชุด ส่วนบนของแต่ละกระบอกมีท่อความดันสูงต่อไปยังหัวฉีดแต่ละอันดังแสดงในรูปที่ 14.6 ปั๊มตัวเลื่อนส่วนมากขับเคลื่อนด้วยเฟืองจากเพลาข้อเหวี่ยง ดังแสดงในรูปที่ 14.7 ส่วนรูปที่ 14.8 นั้น แสดงระบบหัวฉีดของเครื่องยนต์ดีเซล 6 สูบที่ใช้ปั๊มตัวเลื่อนสำหรับรถยนต์บรรทุก

รูปที่ 14.9 แสดงโครงสร้างของปั๊มตัวเลื่อน ช่องว่างระหว่างปลายตัวเลื่อนกับวาล์วลำเลียง เต็มไปด้วยนํ้ามัน เมื่อลูกเบี้ยวหมุนและดันตัวเลื่อนให้เคลื่อนที่ขึ้น ตัวเลื่อนจะอัดนํ้ามันเชื้อเพลิงออกจากกระบอกด้วยความดันสูง นํ้ามันจะไหลผ่านวาล์วลำเลียงไปยังหัวฉีดในกระบอกสูบ (ดูรูปที่ 14.8)

ปั๊มหัวฉีดนี้จะมีกลไกปรับล่วงหน้า ซึ่งจะปรับไทมิ่งของการฉีดนํ้ามันเชื้อเพลิงให้เกิดขึ้นล่วงหน้า ในกรณีที่อัตราเร็วรอบของเครื่องยนต์เพิ่มขึ้น การป้อนนํ้ามันเชื้อเพลิงเข้ากระบอกสูบจะเกิดขึ้นเร็วกว่าปกติ เพื่อให้โอกาสแก่นํ้ามันเชื้อเพลิงมีเวลาในการเผาไหม้มากขึ้น และมีผลต่อกำลังของเครื่องยนต์ไทมิ่งของการฉีดนํ้ามันเชื้อเพลิงจะถูกควบคุมโดยกัฟเวอร์เนอร์ (governor) ซึ่งอยู่ภายในปั๊ม

ปริมาณของนํ้ามันเชื้อเพลิงที่ฉีดจะเปลี่ยนแปลงไปตามระยะชักยังผล (effective stroke) ของตัวเลื่อน เมื่อเครื่องยนต์มีกำลังตํ่าและต้องการนํ้ามันน้อย ระยะชักยังผลของตัวเลื่อนจะสั้น แต่ถ้าเครื่องยนต์ต้องการนํ้ามันมากขึ้น ระยะชักยังผลจะยาวมากขึ้น

ที่จริงแล้วระยะชักจริง (actual stroke) ของตัวเลื่อนจะมีค่าคงเดิม แต่ปริมาณนํ้ามันเชื้อเพลิงที่ฉีดออกมานั้นไม่เท่ากันเมื่อมีการหมุนตัวเลื่อน ที่ส่วนบนของตัวเลื่อนแต่ละตัวมีร่องบาก เอียงเป็นเกลียว (ดูรูปที่ 14.10) ในขณะที่หมุนตัวเลื่อนไปจากตำแหน่งเดิม ระยะชักยังผลจะ เปลี่ยนแปลงตัวเลื่อนถูกทำให้หมุนไปโดยการเคลื่อนที่ของก้านควบคุม ก้านควบคุมต่อกับแป้นคันเร่งผ่านกัฟเวอร์เนอร์และก้านต่อ ดังนั้นเมื่อแป้นคันเร่งขยับตัว ตัวเลื่อนจะถูกทำให้หมุน

2. ปั๊มโรตารี ปั๊มนี้ถ้าเปรียบเทียบก็จะคล้ายกับจานจ่ายของเครื่องยนต์แก๊สโซลีน แต่ทำหน้าที่ป้อนนํ้ามันเชื้อเพลิงไปยังหัวฉีดของแต่ละกระบอกสูบในขณะที่โรเตอร์ภายในปั๊มหมุน รูปที่ 14.11 แสดงระบบนํ้ามันเชื้อเพลิงของเครื่องยนต์ดีเซล V-6 ที่ใช้ปั๊มโรตารี รูปที่ 14.12 เป็นภาพตัดของปั๊มโรตารีที่ใช้ในเครื่องยนต์ดีเซล V-8 และรูปที่ 14.13 แสดงปั๊มโรตารีซึ่งถอดออกมาจากเครื่องยนต์ ปั๊มโรตารีติดตั้งบนเครื่องยนต์ (รูปที่ 14.11 และรูปที่ 14.12) และถูกขับเคลื่อนจากเพลาลูกเบี้ยวโดยเฟืองดอกจอก 1 คู่ ปั๊มจะมีอัตราเร็วรอบเพียงครึ่งหนึ่งของเพลาข้อเหวี่ยง

รูปที่ 14.14 และรูปที่ 14.15 แสดงวิธีการทำงานของปั๊ม ปั๊มมีโรเตอร์ (รูปที่ 14.16 ซึ่งรวมถึงลูกกลิ้ง 2 อันและตัวกระทุ้ง ลูกกลิ้งทั้งสองกลิ้งไปบนลูกเบี้ยวซึ่งมีส่วนนูนด้านใน (รูปที่ 14.17) ในขณะที่โรเตอร์

หมุน ลูกกลิ้งจะกลิ้งไปบนส่วนนูนของลูกเบี้ยว จึงทำให้ลูกกลิ้งเลื่อนเข้าและออกไปตามจังหวะของลูกเบี้ยว ในขณะที่ลูกกลิ้งเลื่อนออก จะทำให้ตัวกระทุ้งเลื่อนออกด้วย สิ่งนี้ทำให้ขนาดของห้องนํ้ามันภายในใหญ่ขึ้น นํ้ามันเชื้อเพลิงจะไหลเข้าห้องนํ้ามัน

เมื่อตัวกระทุ้งถูกดันเข้า (ลูกกลิ้งอยู่บนส่วนปลายของลูกเบี้ยว) จะมีแรงกระทำกับนํ้ามันเชื้อเพลิงซึ่งอยู่ในห้องนํ้ามัน นํ้ามันจะถูกอัดออกมาโดยผ่านช่องเปิดในโรเตอร์ จากช่องเปิดจะมีท่อต่อไปยังหัวฉีด การฉีดนํ้ามันของหัวฉีดจะเกิดขึ้นตามลำดับการจุดระเบิด

การควบคุมปั๊มโรตารี  ปั๊มโรตารีมีกลไก 2 ชุดลำหรับควบคุมไทมิ่งและปริมาณนํ้ามันเชื้อเพลิงที่ฉีดออกมา กลไกไทมิ่งต่อกับแหวนลูกเบี้ยว ในขณะที่รอบเครื่องยนต์เพิ่มขึ้น แหวนลูกเบี้ยวจะเลื่อนไปข้างหน้า สิ่งนี้ทำให้ตัวกระทุ้งทั้งสองเคลื่อนทื่ออกและเข้าก่อนเวลาปกติ ทำให้การฉีดนํ้ามันเกิดขึ้นล่วงหน้า (ดูรูปที่ 14.17) ในเวลาเดียวกัน กัฟเวอร์เนอร์จะปรับปริมาณนํ้ามันเชื้อเพลิง ที่จะฉีดเข้ากระบอกสูบ

กัฟเวอร์เนอร์และแป้นคันเร่งในห้องคนขับต่อถึงวาล์วนมหนูด้วยกลไก การเคลื่อนที่ของวาล์วปีกผีเสื้อจะมีผลการทำงานของวาล์วนมหนู เมื่อวาล์วปีกผีเสื้อเปิดน้อย (รอบตํ่าหรือกำลังตํ่า) กัฟเวอร์เนอร์จะลดปริมาณนํ้ามันเชื้อเพลิงที่ลำเลียงเข้าสู่กระบอกสูบ แต่ในขณะที่วาล์วปีกผีเสื้อเปิดกว้างมากขึ้น กัฟเวอร์เนอร์จะเพิ่มปริมาณนํ้ามันเชื้อเพลิงให้มากขึ้น กลไกวาล์วปีกผีเสื้อและกัฟเวอร์เนอร์จะทำงานร่วมกันเพื่อป้อนนํ้ามันเข้าสู่เครื่องยนต์ด้วยปริมาณที่ถูกต้อง

กัฟเวอร์เนอร์สำทรับปั๊มหัวฉีด

ปั๊มหัวฉีดนํ้ามันเชื้อเพลิงของเครื่องยนต์ดีเซลมักมีกัฟเวอร์เนอร์ 1 ชุด อุปกรณ์นี้ทำหน้าที่ควบคุมนํ้ามันเชื้อเพลิงเพื่อให้เหมาะสมกับสภาพการทำงาน การเคลื่อนที่ของแป้นคันเร่งจะเปลี่ยนการปรับตั้งของกัฟเวอร์เนอร์เท่านั้น

ถ้าปราศจากกัฟเวอร์เนอร์ เครื่องยนต์ดีเซลอาจดับที่รอบต่ำหรืออาจวิ่งเร็วมากจนเครื่องยนต์เสียหาย กัฟเวอร์เนอร์อาจเป็นกลไกทางกลหรือนิวแมติกก็ไต้ ทั้ง 2 แบบเป็นกัฟเวอร์เนอร์ ที่ปรับอัตราเร็วรอบได้

ข้อสังเกต กัฟเวอร์เนอร์แบบอัตราเร็วรอบคงที่มักใช้กับเครื่องยนต์ที่วิ่งด้วยอัตราเร็วรอบคงที่ เช่น เครื่องยนต์ดีเซลที่ใช้ขับเคลื่อนเจเนอเรเตอร์ไฟฟ้า

กัฟเวอร์เนอร์แบบกลไกทางกลมีนํ้าหนักถ่วงซึ่งหมุนไปพร้อมกับเพลาลูกเบี้ยว น้ำหนักถ่วงจะกางออกมากเมื่ออัตราเร็วรอบสูง การกางออกของนํ้าหนักถ่วงจะกระทำต่อก้านควบคุมเพื่อหมุนตัวกระทุ้งและปรับปริมาณนํ้ามันเชื้อเพลิงในปั๊ม

รูปที่ 14.18 แสดงรูปแบบของเครื่องยนต์ที่ใช้กัฟเวอร์เนอร์แบบนิวแมติก ระบบนี้มีวาล์วปีกผีเสื้อในท่อร่วมไอดี จุดประสงค์ของวาล์วปีกผีเสื้อนี้ก็เพื่อสร้างสัญญาณสุญญากาศป้อนให้กับกัฟเวอร์เนอร์ วาล์วนี้ไม่ได้ใช้เพื่อควบคุมอัตราการไหลของอากาศเข้าสู่เครื่องยนต์

ท่อสุญญากาศต่อจากส่วนของคอคอดในท่อร่วมไอดีไปยังห้องสุญญากาศในชุดไดอะแฟรม ก้านควบคุมยึดกับไดอะแฟรมนี้ การเปลี่ยนแปลงสุญญากาศจะมีผลต่อกัฟเวอร์เนอร์ ในขณะที่วาล์วปีกผีเสื้อเปิดและปิด จะทำให้สุญญากาศเปลี่ยนแปลง ไดอะแฟรมและก้านควบคุมจะเคลื่อนที่ สิ่งนี้จะทำให้ตัวเลื่อนหมุนเพื่อปรับปริมาณนํ้ามันเชื้อเพลิง

เครื่องยนต์ดีเซลจำนวนมากที่ใช้เทอร์โบชาร์จเจอร์ ที่มีกัฟเวอร์เนอร์ซึ่งเชื่อมต่อกับท่อร่วมไอดีด้วยท่อสุญญากาศ ทำให้กัฟเวอร์เนอร์ทำงานสัมพันธ์กันระหว่างปริมาณนํ้ามันกับความดันในท่อร่วมไอดี อัตราส่วนอากาศกับนํ้ามันเชื้อเพลิงในเครื่องยนต์ดีเซลอยู่ในช่วงประมาณ 100:1 ถึง 20:1 ภายใต้ภาระเต็มที่ กัฟเวอร์เนอร์จะรักษาอัตราส่วนผสมให้คงอยู่ในช่วงนี้ ถ้าอัตราส่วนผสมหนากว่า 20:1 ในไอเสียจะเกิดควันมาก

บทความอื่น ๆ ที่น่าสนใจ:

Share this :

  • Stumble upon
  • twitter

Comments are closed.