Direct injection ฉีดตรงเพิ่มพลัง มนต์ขลังเครื่องฯสันดาป ที่ต้องแลกกับบางสิ่ง

ในช่วงไม่กี่ปีทีผ่านมา รถเครื่องยนต์สันดาป มักถูกขับเคี่ยวให้มันจำเป็นต้องมีความสามารถในการสันดาปมากขึ้น ทำกำลังมากขึ้น และในขณะเดียวกันก็ต้องปล่อยไอเสียให้น้อยลง เมื่อเทียบกับที่ผ่านมา

เราอาจจะเคยพูดเกี่ยวกับเทคโนโลยียานยนต์มากมาย ที่ถูกพัฒนาให้รถที่เราใช้มีความประหยัดมากขึ้น ทว่าหนึ่งในหลายความก้าวหน้าทางด้านการพัฒนารถยนต์ในปัจจุบัน ที่ดูจะกลายเป็นมาตรฐานใหม่ในวันนี้ หนีไม่พ้น วิธีการจ่ายน้ำมันที่เรียกว่า Direct injection

ดั้งเดิม ระบบการจ่ายน้ำมันด้วยหัวฉีดไฟฟ้าจะถูกเรียกว่า ระบบ Port Injection โดยหัวฉีดจะถูกวางตำแหน่งไว้กับท่อร่วมไอดี ในจุดที่ใกล้กับวาล์วไอดี เพื่อให้น้ำมันกับอากาศผสมกันก่อนไหลผ่านระบบวาล์ว แล้วเข้าสู่ห้องเผาไหม้ เพื่อเข้าสู่วัฎจักรการเผาไหม้ จุดระเบิด หรือสันดาปต่อไป

อย่างไรก็ดี เนื่องจากน้ำมันอาจมีการตกค้างที่ปากท่อไอดี หรือที่ตัววาล์ว ส่วนมากวิศวกรจึงมักตั้งอัตราการจ่ายน้ำมันของหัวฉีดให้มากกว่าจุดที่ควรจะเป็นเล็กน้อย (น้ำมันที่ต้องถูกเผาไหม้จริง) เพื่อให้การสันดาป มีความแรงมากพอในระดับที่ควรจะเป็น

แต่ก็ยังคงมีน้ำมันส่วนเกินที่ยังคงตกค้างอยู่ตามเดิม ทั้งในตำแหน่งก่อนเข้าห้องเผ้าไหม้ ซึ่งหมายความว่ามันทำให้เกิดความสิ้นเปลือง หรือใช้น้ำมันได้ไม่คุ้มค่า และในขณะเดียวกัน ถึงแม้น้ำมันส่วนเกินจะสามารถไหลเข้าสู่ห้องเผาไหม้ไปได้ ทว่านั่นก็หมายความว่าการสันดาป หรือการจุดระเบิดอาจไม่สมบูรณ์ และเกิดมลพิษตามมาอีกอยู่ดี

เพื่อแก้ปัญหาดังกล่าว ระบบ Direct injection จึงได้ถูกคิดค้นขึ้นมา ด้วยแนวคิดใหม่ที่ต่างไปเล็กน้อย

นั่นคือการวางตำแหน่งหัวฉีดจ่ายน้ำมันใหม่ ให้หัวฉีดจุ่มปากเข้าไปในห้องเผาไหม้โดยตรง เพื่อที่มันจะได้สามารถจ่ายน้ำมันเข้าสู่ห้องเผาไหม้ได้โดยตรง ในจังหวะที่อากาศกำลังไหลเข้ามาสู่ห้องเผาไหม้ หรือในจังหวะใกล้จะจุดระเบิด (เช่นเครื่องยนต์ดีเซล)

ทำให้วิศวกรไม่จำเป็นต้องทำให้เครื่องยนต์จ่ายน้ำมันหนากว่าที่ควรจะเป็นอีกต่อไป เพื่อชดเชยการตกค้างของน้ำมันเชื้อเพลิงก่อนเข้าสู่ห้องเผาไหม้ และสามารถทำสิ่งที่เรียกว่า การจุดระเบิดเบาบาง หรือ Lean Burn ที่เพียงพอให้เครื่องยนต์ทำงานได้ตามต้องการง่ายกว่าเดิม

ข้อดีสำคัญของระบบ จ่ายน้ำมันฉีดตรง คือมันสามารถลดการจ่ายน้ำมันส่วนเกินได้อย่างมีประสิทธิภาพ ไม่ว่าจะเป็นน้ำมันที่ตกค้างก่อนเข้าห้องเผาไหม้ เพราะไม่มีการฉีดน้ำมันก่อนเข้าห้องเผาไหม้อีกต่อไป

หรือปัญหาน้ำมันส่วนเกิน จนไม่สามารถเผาไหม้ได้หมดในห้องเผาไหม้ ก็ลดน้อยลง เพราะวิศวกรสามารถสั่งจ่ายน้ำมันเชื้อเพลิงให้พอดีกับปริมาณอากาศที่เข้าสู่ห้องเผาไหม้ได้อย่างพอเหมาะพอเจาะมากขึ้น

เช่นเดียวกัน ยังทำให้วิศวกรสามารถออกแบบกำลังอัดเครื่องยนต์ให้สูงขึ้นได้ เพราะโอกาสที่น้ำมันส่วนเกินจะจุดระเบิดก่อนเวลามีน้อยลง และเมื่อกำลังอัดเครื่องยนต์สูงขึ้น ความแรงที่ได้จากการสันดาป หรือการจุดระเบิดก็จะสูงขึ้นตาม ช่วยทำให้เครื่องยนต์สามารถสร้างแรงบิดได้สูงขึ้น โดยการจ่ายน้ำมันที่น้อยลงกว่าการจ่ายน้ำมันแบบ Port Injection

ทั้งนี้ แม้ว่าค่ายผู้ผลิตส่วนใหญ่ จะบอกคุณแต่ข้อดีของระบบจ่ายน้ำมัน Direct Injection ว่ามีประโยชน์มากมาย แต่ในทางกลับกัน มันก็ข้อที่เป็นดาบสองคมอยู่บ้าง และส่วนใหญ่ไม่มีใครพูดถึงนัก

ข้อแรก, การเกิดเขม่าสะสมที่วาล์วไอดีในระยะยาว เพราะนอกจากน้ำมันเบนซิน จะมีคุณสมบัติในการให้พลังงานขับเคลื่อน มันยังเป็นน้ำมันก็มีคุณลักษณะสารกัดกร่อน สามารถทำความสะอาดชิ้นส่วนต่างๆได้ด้วย

นั่นจึงหมายความว่าหากมันยังคงถูกฉีดจ่ายก่อนเข้าสู่ห้องเผาไหม้ มันก็จะสามารถชะล้างเขม่าไอเสียที่ถูกวนกลับมาใช้ใหม่ (เพื่อลดปริมาณการปล่อยไอเสียออกสู่ชั้นบรรยากาศ) ในท่อไอดีจากใบวาล์วออกได้ด้วย ทว่าหลังจากนี้จะไม่มีแล้ว หากเครื่องยนต์เปลี่ยนไปใช้ระบบจ่ายน้ำมันแบบฉีดตรงเข้าห้องเผาไหม้เพียงอย่างเดียว

การออกแบบให้ ฉีดน้ำมันผสมกับอากาศ สามารถลดการเกิดเขม่าที่วาล์วไอดี ได้ดีกว่าการใช้ระบบจ่ายน้ำมันฉีดตรง

แต่เรื่องนี้สามารถแก้ไขได้ด้วยการใช้ น้ำยาพิเศษฉีดเข้าไปผสมกับอากาศ คล้ายวิธีการจ่ายน้ำมันดั้งเดิม สามารถช่วยลดการสะสมคราบเขม่าได้ และผู้เชี่ยวชาญแนะนำ

ข้อต่อมา, หัวฉีดอาจตันไว้กว่าเดิม ,​เรื่องนี้เป็นเรื่องที่เลี่ยงไม่ได้ เนื่องจากหัวฉีดถูกติดตั้งให้สามารถส่งน้ำมันสู่ห้องเผาไหม้โดยตรง และเป็นที่ทราบกันดีว่าในขั้นตอนการทำงานของเครื่องยนต์ เมื่อจุดระเบิดแล้ว ลูกสูบจะถูกดันลง ในขณะที่ห้องเผาไหม้ เต็มไปด้วยไอเสียที่กำลังถูกวาล์วไอเสีย ดูดออกไป

แม้ว่าสิ่งที่เรากล่าวคือเสี้ยววินาทีหนึ่งเท่านั้น หากนานวันไป เขม่าไอเสียเหล่านี้ก็กลายเป็นหอกข้างแคร่ ทำให้รูฉีดน้ำมันในหัวฉีดตัน หรือ ทำงานไม่เต็มประสิทธิภาพ

แถม ด้วยการฉีดน้ำมันในขณะที่กำลังจะจุดระเบิดในอีกเสี้ยววินาที ทางวิศวกร จึงมักออกแบบให้หัวฉีด จ่ายน้ำมันเป็นฝอยละเอียด เพื่อกระจายและคลุกเคล้ากับอากาศได้ดี รูหัวฉีด จึงมักมีขนาดเล็ก ทำให้เมื่อใช้งานนานๆ ประสิทธิภาพในการฉีดจะลดลงอย่างต่อเนื่อง

นอกจากประเด็นที่เรากล่าวไปแล้ว ระบบหัวฉีดน้ำมันของระบบ Direct injection จำเป็นต้องใช้หัวฉีดแรงดันสูง ซึ่งทำงานร่วมกับปั๊มติ๊กแรงดันสูง จึงมักมีค่าใช้จ่ายสูงตามไปด้วยเมื่อถึงเวลาต้องเปลี่ยนในระยะยาว

แต่สิ่งสุดท้าย , ที่ระบบ Direct injection อาจไม่ได้ดีอย่างที่หลายคนคิด โดยเฉพาะในรถใช้งานทั้งหลาย คือ พวกมันต้องการน้ำมันออกเทนสูง

สาเหตุที่โดยส่วนใหญ่เครื่องยนต์ GDI จะพยายามให้คุณใช้น้ำมันออกเทนสูง เนื่องจากการฉีดน้ำมันตรงเข้าห้องเผาไหม้โดยตรง และการฉีดจะอยู่ในขั้นตอนการบีบอัด ดังนั้นน้ำมันเชื้อเพลิงจำเป็นต้องมีค่าออกเทนสูง เพื่อป้องกันการจุดระเบิดก่อนเวลา ซึ่งหากเกิดขึ้นแล้ว จะทำให้เครื่องยนต์เสียหายอย่างมหาศาล

จะสังเกตว่า รถยนต์ที่ใช้เครื่องยนต์ Direct Injection หลายรุ่นจะแนะนำให้ใช้น้ำมันออกเทน 95 เป็นหลัก บางยี่ห้อไม่แนะนำให้ใช้น้ำมันอื่นเลย ในการให้พลังขับกับรถ ทำให้คุณพลาดในการใช้พลังงานทางเลือกไปอย่างน่าเสียดาย

ถึงแม้ว่า มันจะให้ผลลัพธ์ในความประหยัด และประสิทธิภาพที่ดีกว่า พอสมควร นั่นก็แลกมาด้วยราคาน้ำมันที่สูงขึ้นตามไปด้วย ทำให้ค่าใช้จ่ายในการเดินทางสูงขึ้นตาม โดยเฉพาะในรถที่ใช้เดินทางเป็นประจำ

ระบบ Direct Injection เป็นหนทางที่ดีหรือไม่ในการสร้างความประหยัดกับเครื่องยนต์สันดาป ในข้อเท็จจริง คือใช่ มันให้ประสิทธิภาพ และความประหยัดมากขึ้น พอสมควร แต่ก็มีสิ่งที่ต้องแลกมา

แม้ว่าเราไม่อาจสรุปว่าคุ้มหรือไม่ ที่เทคโนโลยีหัวฉีดนี้ก้าวหน้ากว่าวันวาน มาตอบโจทย์ในรถสันดาป ไม่ว่ารุ่นเล็กไปจนถึงรุ่นใหญ่ หากในเชิงประสิทธิภาพ และ สมรรถนะที่ได้มา มันให้ผลลัพธ์ที่น่าประทับใจ ไม่น้อย