ระบบหัวฉีดอิเลคทรอนิค (Electronic Fuel Injection)

ระบบการจ่ายน้ำมันเชื้อเพลิงด้วย หัวฉีดอิเลคทรอนิค เป็นอีกทางเลือกหนึ่ง ที่สามารถทดแทน วิธีการจ่ายน้ำมันเชื้อเพลิงอย่างคาร์บูเรเตอร์ได้ บริษัทโรเบิร์ตบ๊อช (Robert Bosch GmbH.) จากประเทศเยอรมัน เป็นผู้คิดค้นระบบการจ่ายเชื้อเพลิงด้วยหัวฉีดอิเลคทรอนิคสำหรับเครื่องยนต์เบนซิน ระบบหัวฉีดอิเลคทรอนิค ยังแบ่งได้เป็นหลายแบบเช่น D-Jetronic, K-Jetronic, KE-Jetronic, L-Jetronic เป็นต้น แต่ละแบบ จะแตกต่างกัน เรื่องอุปกรณ์การทำงาน ซึ่งได้มีการพัฒนา ให้มีประสิทธิภาพ และความสามารถในการทำงาน ที่แตกต่างกันไป

จุดติดตั้งหัวฉีด
หัวฉีด จะติดตั้งในเครื่องยนต์ที่ 2 ตำแหน่ง แล้วแต่การออกแบบคือ
1. ติดตั้งบริเวณช่องวาล์วปีกผีเสื้อ (Throttle body) การฉีดน้ำมันเชื้อเพลิง จะฉีดเข้าช่องวาล์วปีกผีเสื้อ (Throttle body injection) หรือที่เรียกว่า TBI การฉีดลักษณะนี้ เป็นการผสมน้ำมันกับอากาศ ที่บริเวณช่องวาล์วปีกผีเสื้อ และส่วนผสมดังกล่าว จะเคลื่อนตัวไปตามท่อไอดี แต่ละตำแหน่งสูบ การทำงานลักษณะเช่นนี้ เรียกว่า การฉีดแบบจุดเดียว (Single-point injection)

2. ติดตั้งใกล้กับวาล์วไอดี (Port injection) หัวฉีดจะติดตั้ง ยื่นเข้าไปที่ช่องไอดี ใกล้กับวาล์วไอดี ก่อนถึงห้องเผาไหม้ หัวฉีดจะทำการฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงผสมกับอากาศ ส่วนผสมที่เกิดขึ้น จะอยู่ใกล้กับทางเข้าห้องเผาไหม้ หัวฉีดจะติดตั้งประจำอยู่ ณ ตำแหน่งนี้ทุกกระบอกสูบ จึงเรียกลักษณะเช่นนี้ว่า การฉีดแบบหลายจุด (Multi-point injection) การฉีดประจำแต่ละกระบอกสูบนี้ จะตัดปัญหา ส่วนผสมที่ไม่เท่ากันในแต่ละกระบอกสูบไปได้ ซึ่งทำให้เครื่องยนต์ทำงานมีประสิทธิภาพมากขึ้น อย่างไรก็ตาม ในปัจจุบัน มีระบบหัวฉีด ที่วางตำแหน่งหัวฉีด นอกเหนือไปจากนี้ เช่น ใช้วิธีฉีดโดยตรง เข้าห้องเผาไหม้ เช่นเดียวกับเครื่องยนต์ดีเซล

ลักษณะการฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงนั้น มีทั้งแบบฉีดเป็นจังหวะ (Timed injection) ซึ่งจะแปรผันไปตามคำสั่งของ อุปกรณ์ควบคุมการฉีด (ECU) และระบบการฉีดบางระบบ ถูกออกแบบมาให้มีลักษณะการฉีดแบบต่อเนื่อง (Continuous injection)

อุปกรณ์สำคัญ ที่ใช้ในระบบหัวฉีดอิเลคทรอนิคโดยทั่วไป

• ปั๊มพ์น้ำมันเชื้อเพลิงไฟฟ้า (Electronic fuel pump) ทำหน้าที่สูบน้ำมัน จากถังน้ำมันเชื้อเพลิง ผ่านไปตามท่อส่งน้ำมันเชื้อเพลิง ไปให้กับระบบจ่ายน้ำมันเชื้อเพลิง
• กรองน้ำมันเชื้อเพลิง (Fuel filter) จะทำการกรองสิ่งสกปรก ที่อาจติดมากับน้ำมันเชื้อเพลิงออกไป
• อุปกรณ์ควบคุมแรงดันน้ำมันเชื้อเพลิง (Fuel pressure regulator) ทำหน้าที่รักษาสมดุลย์ของแรงดันน้ำมันเชื้อเพลิง ที่ได้รับมา ส่งให้กับหัวฉีด ซึ่งจะมีท่อน้ำมันกลับไปยังถังน้ำมันเชื้อเพลิง ในกรณีที่มีแรงดันน้ำมัน เกินกว่าความจำเป็นที่จะต้องใช้ แต่ระบบหัวฉีดอิเลคทรอนิคบางระบบ อาจใช้อุปกรณ์สะสมแรงดันน้ำมันร่วมในการทำงาน
• หัวฉีด (Injector) จะทำการฉีดน้ำมันออกไปเป็นฝอย โดยได้รับการควบคุมการฉีดมาจาก ชุดอุปกรณ์อิเลคทรอนิคควบคุม (Electronic control unit) หรือ ECU

ส่วนประกอบของหัวฉีด

อุปกรณ์ควบคุมแรงดันน้ำมันเชื้อเพลิง

• อุปกรณ์เซนเซอร์ (Sensor) ทำหน้าที่รายงานสภาวะ การเปลี่ยนแปลงของจุดที่ติดตั้งอุปกรณ์นี้เช่น เซนเซอร์ที่ติดตั้งอยู่ที่ผนังเสื้อสูบ จะมีแกนยื่นเข้าไปสัมผัสกับน้ำหล่อเย็นในระบบ เพื่อที่จะตรวจสอบอุณหภูมิในขณะนั้น แล้วรายงานผลไปให้กับอุปกรณ์ ECU ทราบ เพื่อประมวลผลต่อไป หรือจะเป็นเซนเซอร์ ที่ติดตั้งบริเวณท่อไอเสีย (ออกซิเจน เซนเซอร์) จะรายงานปริมาณออกซิเจน ที่ไหลออกจากวาล์วไอเสีย หลังการเผาไหม้ว่า ถ้ามีปริมาณออกซิเจนมาก แสดงว่า ส่วนผสมบางเกินไป หรือถ้ามีออกซิเจนน้อย แสดงว่า ส่วนผสมหนาเกินไป เหล่านี้ เมื่อ ECU ได้รับข้อมูล ก็จะสั่งการทำงานไปยังหัวฉีด เพื่อปรับปริมาณเชื้อเพลิง ให้ได้ตามความเหมาะสมต่อไป
• อุปกรณ์อิเลคทรอนิคควบคุมการจ่ายน้ำมันเชื้อเพลิง (Electronic control unit หรือ ECU) บางระบบใช้คำว่า Electronic control module หรือ ECM อุปกรณ์ชุดนี้จะทำงานด้วยระบบอิเลคทรอนิค โดยจะรับการรายงานผลการเปลี่ยนแปลง จากอุปกรณ์เซ็นเซอร์ และสวิตช์ต่างๆ มาประมวลผล แล้วส่งสัญญาณไฟฟ้า ไปกระตุ้นให้หัวฉีด ทำการฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงออกไป มากหรือน้อย ตามโปรแกรมที่ตั้งไว้ใน ECU ของแต่ละระบบ

อย่างไรก็ตาม ปัจจุบัน บริษัทผลิตรถยนต์ชั้นนำทั้งหลาย ได้มีการพัฒนาชุดอุปกรณ์ต่างๆ ที่จำเป็นสำหรับ ระบบหัวฉีด ที่ได้รับการออกแบบ ให้เข้ากับระบบเครื่องยนต์ของตนเอง ดังนั้น ระบบหัวฉีดของรถยนต์ยี่ห้อหนึ่ง ไม่จำเป็นที่จะต้องมีอุปกรณ์ติดตั้ง เหมือนกับยี่ห้ออื่นๆ

หัวฉีดทำงานอย่างไร ?
หัวฉีดถูกระตุ้นการทำงานด้วยไฟฟ้า กล่าวคือ ในขณะที่มีน้ำมันเชื้อเพลิงจากท่อน้ำมัน เข้ามาสู่ตัวหัวฉีด จะมีแรงดันน้ำมันมารออยู่ในหัวฉีดแล้ว แต่น้ำมันไม่สามารถ เคลื่อนตัวผ่านออกไปภายนอกหัวฉีดได้ เพราะวาล์วขนาดเล็ก (เข็มวาล์วหัวฉีด) ได้ปิดกั้นทางออกเอาไว้ ตัววาล์วนี้ จะยึดเกี่ยวกับแกนเลื่อนขดลวดไฟฟ้า และจะมีโซลินอยด์ขนาดเล็ก ติดตั้งอยู่ภายในหัวฉีดด้วย เมื่อมีประแสไฟฟ้าผ่านเข้ามาภายในหัวฉีด จะเกิดสนามแม่เหล็กไฟฟ้าเหนี่ยวนำ ดึงแกนเข็มวาล์วหัวฉีด ให้ถอยหลัง ที่ปลายเข็มหัวฉีด จึงเกิดเป็นช่องขนาดเล็ก น้ำมันเชื้อเพลิงที่มารออยู่ในหัวฉีด จึงเคลื่อนตัวผ่านทางช่องนี้ พุ่งออกไปเป็นเกล็ดฝอย ซึ่งเมื่อหมดกระแสไฟฟ้าแล้ว เข็มวาล์วหัวฉีด ก็จะเคลื่อนตัวไปอุดรูทางออก ของน้ำมันเชื้อเพลิงไว้เช่นเดิม