คอมมอนเรล

ระบบฉีดเชื้อเพลิงตรงแบบคอมมอนเรล () เป็นระบบฉีดเชื้อเพลิงตรงที่สร้างขึ้นจากรางเชื้อเพลิงแรงดันสูง (มากกว่า ) ที่จ่ายให้กับวาล์วโซลินอยด์ ต่างจากปั๊มเชื้อเพลิงแรงดันต่ำที่จ่ายให้กับหัวฉีดแบบยูนิต (หรือหัวฉีดปั๊ม) การฉีดเชื้อเพลิงแรงดันสูงให้ประโยชน์ด้านกำลังและอัตราการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงที่เหนือกว่าระบบฉีดเชื้อเพลิงแรงดันต่ำแบบเดิม โดยการฉีดเชื้อเพลิงเป็นละอองขนาดเล็กจำนวนมาก ทำให้มีอัตราส่วนพื้นที่ผิวต่อปริมาตรสูงกว่ามาก ช่วยให้การระเหยจากพื้นผิวของละอองเชื้อเพลิงดีขึ้น และดังนั้นการรวมตัวของออกซิเจนในอากาศกับเชื้อเพลิงที่ระเหยแล้วจึงมีประสิทธิภาพมากขึ้น ทำให้การเผาไหม้สมบูรณ์ยิ่งขึ้น

ระบบฉีดคอมมอนเรลถูกใช้อย่างแพร่หลายในเครื่องยนต์ดีเซล ทั้งยังเป็นพื้นฐานของระบบฉีดตรงที่ใช้ในเครื่องยนต์เบนซิน (Gasoline Direct Injection - GDI) อีกด้วย

ประวัติศาสตร์
ใน ค.ศ. 1916 บริษัทวิคเกอส์เป็นผู้บุกเบิกการใช้ระบบคอมมอนเรลเชิงกลในเครื่องยนต์เรือดำน้ำชั้น G สำหรับการหมุนทุก 90 องศา ปั๊มลูกสูบสี่ตัวสร้างแรงดันฉีดคงที่  โดยมีการปิดการจ่ายเชื้อเพลิงไปยังแต่ละสูบด้วยวาล์วในท่อหัวฉีด ตั้งแต่ ค.ศ. 1921 ถึง 1980 บริษัทดอกซ์ฟอร์ดเอ็นจินส์ใช้ระบบคอมมอนเรลในเครื่องยนต์เรือเดินทะเลแบบลูกสูบตรงข้าม ซึ่งปั๊มเชื้อเพลิงแบบลูกสูบหลายกระบอกสูบจะสร้างแรงดันประมาณ  โดยมีเชื้อเพลิงเก็บไว้ในขวดสะสม การควบคุมแรงดันทำได้โดยการปรับระยะชักของปั๊มและการใช้ "วาล์วระบาย" วาล์วตั้งเวลาเชิงกลที่ทำงานด้วยเพลาลูกเบี้ยวถูกใช้เพื่อจ่ายเชื้อเพลิงไปยังหัวฉีด Brice/CAV/Lucas ที่มีสปริง ซึ่งฉีดเชื้อเพลิงผ่านด้านข้างกระบอกสูบเข้าไปในห้องที่เกิดจากลูกสูบ เครื่องยนต์รุ่นแรก ๆ มีลูกเบี้ยวตั้งเวลาสองตัว ตัวหนึ่งสำหรับการเดินหน้า และอีกตัวสำหรับการถอยหลัง เครื่องยนต์รุ่นต่อมามีหัวฉีดสองหัวต่อสูบ และเครื่องยนต์เทอร์โบชาร์จแรงดันคงที่รุ่นสุดท้ายติดตั้งหัวฉีดสี่หัว ระบบนี้ถูกใช้สำหรับการฉีดทั้งน้ำมันดีเซลและน้ำมันเตาหนัก (600cSt ที่อุณหภูมิใกล้ 130 องศาเซลเซียส)

เครื่องยนต์คอมมอนเรลถูกนำมาใช้ในการใช้งานทางทะเลและรถจักรมาเป็นระยะเวลาหนึ่งแล้ว เครื่องยนต์ดีเซลคอมมอนเรลแบบไฮดรอลิกของ คูเปอร์-เบสเซเมอร์ GN-8 (ราวปี 1942) เป็นตัวอย่างหนึ่ง เรียกอีกชื่อหนึ่งว่าคอมมอนเรลแบบปรับปรุง

ระบบคอมมอนเรลต้นแบบสำหรับเครื่องยนต์ยานยนต์ได้รับการพัฒนาขึ้นในช่วงปลายทศวรรษ 1960 โดยรอเบิร์ต ฮิวเบอร์ ชาวสวิส และเทคโนโลยีนี้ได้รับการพัฒนาเพิ่มเติมโดยดร. มาร์โก แกนเซอร์ที่สถาบันเทคโนโลยีแห่งสหพันธ์สวิส ในซือริช ต่อมาคือบริษัทแกนเซอร์-ไฮโดรแม็ก อาเก (ก่อตั้งปี 1995) ในโอเบอเรเกรี

เครื่องยนต์ดีเซลระบบคอมมอนเรลเครื่องแรกที่ใช้ในพาหนะบนท้องถนนคือเครื่องยนต์ MN 106 ของ เฟาอีบี อีเอฟอา โมโทเรินแวร์เคอ นอร์ทเฮาเซิน จากเยอรมนีตะวันออก ถูกติดตั้งในรถ IFA W50 คันเดียวใน ค.ศ. 1985 เนื่องจากการขาดแคลนเงินทุน การพัฒนาจึงถูกยกเลิกและการผลิตจำนวนมากไม่เคยเกิดขึ้น

รถผลิตจำนวนมากที่ประสบความสำเร็จคันแรกที่ใช้ระบบคอมมอนเรล ถูกขายในประเทศญี่ปุ่นใน ค.ศ. 1995 ดร. โชเฮอิ อิโตะ และมาซาฮิโกะ มิยาเกะ จากบริษัทเด็นโซ่คอร์ปอเรชัน เป็นผู้พัฒนาระบบคอมมอนเรล ECD-U2 ซึ่งติดตั้งอยู่ในรถบรรทุกฮีโน่ เรนเจอร์ เด็นโซ่อ้างว่าเป็นระบบคอมมอนเรลแรงดันสูงเชิงพาณิชย์ระบบแรก

ระบบคอมมอนเรลสมัยใหม่ถูกควบคุมโดยหน่วยควบคุมเครื่องยนต์ (ECU) ซึ่งควบคุมหัวฉีดด้วยระบบไฟฟ้าแทนระบบกลไก มีการสร้างต้นแบบในช่วงทศวรรษ 1990 โดยแมกเนติ มาเรลลี, ศูนย์วิจัยเฟียตในบารี และเอลาซิส โดยมีการพัฒนาเพิ่มเติมโดยนักฟิสิกส์ชื่อมาริโอ ริกโก แห่งเฟียตกรุป น่าเสียดายที่เฟียตมีสถานะทางการเงินไม่ดีในขณะนั้น ทำให้การออกแบบถูกซื้อโดยบริษัทโรเบิร์ต บ๊อช เพื่อปรับปรุงและผลิตจำนวนมาก รถยนต์นั่งส่วนบุคคลคันแรกที่ใช้ระบบนี้คืออัลฟาโรเมโอ 156 ปี 1997 ที่มีเครื่องยนต์ 2.4 ลิตร JTD และต่อมาในปีเดียวกันนั้น เมอร์เซเดส-เบนซ์ ได้เปิดตัวรุ่น W202 ใน ค.ศ. 2001 ระบบฉีดคอมมอนเรลเข้ามาสู่รถกระบะด้วยการเปิดตัวเครื่องยนต์ดูราแม็กซ์ LB7 V8 ขนาด 6.6 ลิตร ที่ใช้ในเชฟโรเบต ซิลเวอราโด HD และจีเอ็มซี เซียร์รา HD ใน ค.ศ. 2003 ดอดจ์และคัมมินส์เปิดตัวเครื่องยนต์คอมมอนเรล และฟอร์ดก็ตามมาใน ค.ศ. 2008 ด้วยเครื่องยนต์เพาเวอร์สโตรกขนาด 6.4 ลิตร ปัจจุบันรถยนต์ดีเซลที่ไม่ใช่เชิงพาณิชย์เกือบทั้งหมดใช้ระบบคอมมอนเรล

 การใช้งาน 
ระบบคอมมอนเรลนั้นเหมาะสมสำหรับรถยนต์บนท้องถนนทุกประเภทที่ใช้เครื่องยนต์ดีเซล ตั้งแต่รถยนต์นั่งขนาดเล็กมาก (เช่น เฟียต แพนดา) ไปจนถึงรถยนต์นั่งขนาดใหญ่ (เช่น อาวดี้ เอ8) ผู้ผลิตหลักของระบบคอมมอนเรลสมัยใหม่ ได้แก่ บ๊อช, เดลฟีเทคโนโลจีส์, เด็นโซ่ และซีเมนส์วีดีโอ (ปัจจุบันเป็นเจ้าของโดยคอนติเนนทัล อาเก)

 คำย่อและเครื่องหมายการค้า 
ผู้ผลิตยานยนต์เรียกเครื่องยนต์คอมมอนเรลของตนเองด้วยตราสินค้าของตนเองดังนี้:
 อะโชกเลย์แลนด์ : CRS (ใช้ในรถบรรทุก U Truck และรถโดยสาร E4)
 อาวดี้: TDI, BiTDi คำว่า "Bi" ย่อมาจาก BiTurbo (เทอร์โบคู่)
 บีเอ็มดับเบิลยู กรุป (บีเอ็มดับเบิลยูและมินิ): d d (ใช้ในแลนด์โรเวอร์ ฟรีแลนเดอร์ในชื่อ TD4 และโรเวอร์ 75 และเอ็มจี ซีที ในชื่อ CDT และ CDTi), D และ SD
 ไครส์เลอร์ CRD
 ซีตร็อง: HDi, e-HDi และ BlueHDi
 คัมมินส์และสแกนเนีย: XPI (พัฒนาภายใต้บริษัทร่วมทุน)
 คัมมินส์: CCR (ปั๊มคัมมินส์พร้อมหัวฉีดบ๊อช)
 ไดม์เลอร์: CDI 
 เฟียต กรุป (เฟียต, อัลฟาโรเมโอ และลันเซีย): JTD (ยังมีการจำหน่ายในชื่อ MultiJet, JTDm และโดยผู้ผลิตที่จัดจำหน่ายในชื่อ TDi, CDTi, TCDi, TiD, TTiD, DDiS และ QuadraJet)
 ฟอร์ดมอเตอร์: TDCi (ดูราทอร์กและเพาเวอร์สโตรก) และ EcoBlue Diesel
 เจเนรัลมอเตอร์: VCDi (ได้รับอนุญาตจากวีเอ็มโมโตรี) Duramax Diesel, Diesel และ CTDI
 ฮอนด้า: i-CTDI และ i-DTEC
 ฮุนได, เกีย และเจเนซิส: CRDi
 ไอเคซีโอ: EFD
 อีซูซุ: iTEQ, Ddi และ DI TURBO
 จากัวร์: d
 จีป: CRD and EcoDiesel
 โคมัตสุ: Tier3, Tier4, 4D95 และ HPCR ที่มีแรงม้าสูงกว่า
 แลนด์โรเวอร์: TD4, eD4, SD4, TD6, TDV6, SDV6, TDV8, SDV8
 เล็กซัส: d (เช่น 450d และ 220d)
 มหินทรา: CRDe, m2DiCR, mEagle, mHawk, mFalcon และ mPower (รถบรรทุก) 
 มาเซราตี: Diesel
 มาสด้า: MZR-CD และ Skyactiv-D (เครื่องยนต์ MZR-CD บางรุ่นผลิตโดยบริษัทร่วมทุนระหว่างฟอร์ดและพีเอสเอเปอโยต์ซีตร็อง) และรุ่นก่อนหน้า DiTD
 เมอร์เซเดส-เบนซ์: CDI และ d
 มิตซูบิชิ: Di-D 
 นิสสัน: DDTi
 โอเปิล/ว็อกซอล: DTI, CDTI, BiTurbo CDTI, CRI, Turbo D และ BiTurbo D
 พอร์เชอ: Diesel
 โปรตอน: SCDi
 กรูปพีเอสซา (เปอโยต์, ซีตร็อง และดีเอส): HDi, e-HDi หรือ BlueHDi (พัฒนาภายใต้บริษัทร่วมทุนกับฟอร์ด) – ดูเครื่องยนต์พีเอสเอ HDi
 เรอโน, เอาโตโมบีเลดาชีอา และนิสสัน: dCi และ BLUEdCi (Infiniti ใช้เครื่องยนต์ dCi บางรุ่นซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของพันธมิตรเรอโน–นิสสัน, ใช้ชื่อตราสินค้าว่า d)
 ซ้าบ: TiD (เครื่องยนต์ดีเซลเทอร์โบ 2.2 ลิตรก็เรียกว่า "TiD" เช่นกัน แต่ไม่มีระบบคอมมอนเรล) และ TTiD ตัว "T" สองตัวย่อมาจาก Twin-Turbo (เทอร์โบคู่)
 เคจีโมบิลิตี: XDi, eXDI, XVT หรือ D
 ซูบารุ: TD, D หรือ BOXER DIESEL (ณ มกราคม 2008)
 ซูซูกิ: DDiS
 ทาทา: 2.2 VTT DiCOR (ใช้ใน SUV ขนาดใหญ่ เช่น ซาฟารี), VARICOR (ใช้ใน SUV ขนาดใหญ่ เช่น ซาฟารี สตรอม, เอเรีย และเฮกซา,1.05 Revotorq CR3 (ใช้ในเทียโกและทิกอร์) 1.5 Revotorq CR05 (ใช้ในเน็กซอนและอัลโทรซ), 1.4 CR4 (ใช้ในอินดิกาและอินดิโก), 3.0 CR4 (ใช้ในซูโม โกลด์) 1.3 Quadrajet (จัดจำหน่ายโดยเฟียตและใช้ในอินดิกา วิสตา, อินดิโก แมนซาและเซสต์, 2.0 Kryotec (จัดจำหน่ายโดยเฟียตและใช้ใน SUV แฮริเออร์และออลนิวซาฟารี, 3.3 L Turbotronn และ 5L Turbotronn (ใช้ในรถบรรทุก M&HCV) 
 โตโยต้า: D4-D
 ฟ็อลคส์วาเกินกรุ๊ป (ฟ็อลคส์วาเกิน, อาวดี้, ซีต และชโกดา): TDI (รุ่นใหม่กว่าใช้ระบบคอมมอนเรล ต่างจากเครื่องยนต์หัวฉีดแบบนูนิตรุ่นก่อนหน้า) เบนท์ลีย์เรียกเครื่องยนต์ดีเซลในเบนเทย์กาว่า Diesel
 วอลโว่: เครื่องยนต์ D, D2, D3, D4 และ D5 (บางรุ่นผลิตโดยฟอร์ดและพีเอสเอเปอโยต์ซีตร็อง), เครื่องยนต์วอลโว่ เพนตาซีรีส์ D

 หลักการ 
350px|right|thumbnail|แผนผังระบบคอมมอนเรล
วาล์วแบบโซลินอยด์หรือแบบเพียโซอิเล็กทริกทำให้สามารถควบคุมเวลาและปริมาณการฉีดเชื้อเพลิงด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์ได้อย่างละเอียด และแรงดันที่สูงขึ้นซึ่งเทคโนโลยีคอมมอนเรลมีให้ช่วยให้การฉีดเชื้อเพลิงเป็นฝอยละอองได้ดีขึ้น เพื่อลดเสียงดังของเครื่องยนต์ หน่วยควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ของเครื่องยนต์สามารถฉีดน้ำมันดีเซลจำนวนเล็กน้อยก่อนการฉีดหลัก (การฉีด "นำร่อง") ซึ่งจะช่วยลดแรงระเบิดและการสั่นสะเทือน รวมถึงปรับจังหวะและปริมาณการฉีดให้เหมาะสมกับความแปรผันของคุณภาพน้ำมัน การสตาร์ทเครื่องยนต์ขณะเย็น และอื่น ๆ ระบบจ่ายเชื้อเพลิงคอมมอนเรลขั้นสูงบางระบบทำการฉีดมากถึงห้าครั้งต่อจังหวะ(multistroke injection) See BMW 2009 Brochure for 3 series

เครื่องยนต์คอมมอนเรลต้องการระยะเวลาอุ่นเครื่องที่สั้นมากหรือไม่ต้องการเลย ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิภายนอก และก่อให้เกิดเสียงเครื่องยนต์และการปล่อยไอเสียที่ต่ำกว่าระบบเก่า

เครื่องยนต์ดีเซลในอดีตมีการใช้ระบบฉีดเชื้อเพลิงหลายรูปแบบ สองประเภทที่พบได้ทั่วไปคือระบบหัวฉีดแบบรวม (unit-injection system) และระบบปั๊มแบบแถวเรียง/แบบจานจ่าย (distributor/inline-pump systems) ขณะที่ระบบเก่าเหล่านี้ให้การควบคุมปริมาณเชื้อเพลิงและจังหวะการฉีดที่แม่นยำ แต่ก็มีข้อจำกัดหลายประการ:

พวกมันถูกขับเคลื่อนด้วยเพลาลูกเบี้ยว และแรงดันในการฉีดเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความเร็วรอบของเครื่องยนต์ โดยทั่วไปแล้วนี่หมายความว่าแรงดันในการฉีดสูงสุดจะสามารถทำได้ที่ความเร็วรอบเครื่องยนต์สูงสุดเท่านั้นและแรงดันในการฉีดสูงสุดที่สามารถทำได้จะลดลงเมื่อความเร็วรอบเครื่องยนต์ลดลง ความสัมพันธ์นี้เป็นจริงกับปั๊มทุกชนิด แม้แต่ปั๊มที่ใช้ในระบบคอมมอนเรลก็ตาม สำหรับระบบหัวฉีดแบบรวมหรือแบบจานจ่าย แรงดันในการฉีดจะผูกติดอยู่กับแรงดันชั่วขณะของการปั๊มแต่ละครั้งโดยไม่มีตัวสะสมแรงดัน ดังนั้นความสัมพันธ์นี้จึงเด่นชัดและก่อให้เกิดปัญหามากกว่า
พวกมันมีข้อจำกัดในด้านจำนวนครั้งและจังหวะการฉีดที่สามารถสั่งการได้ในการเผาไหม้แต่ละครั้ง ขณะที่ระบบเก่าเหล่านี้สามารถทำการฉีดหลายครั้งได้ แต่การทำให้สำเร็จนั้นยากและมีค่าใช้จ่ายสูงกว่ามาก
สำหรับระบบจ่ายน้ำมันแบบจานจ่าย/แบบแถวเรียงทั่วไป จุดเริ่มต้นของการฉีดน้ำมันเกิดขึ้นที่แรงดันที่กำหนดไว้ล่วงหน้า (ซึ่งมักเรียกว่าแรงดันเปิดหัวฉีด) และสิ้นสุดที่แรงดันที่กำหนดไว้ล่วงหน้า ลักษณะเฉพาะนี้เป็นผลมาจากหัวฉีดแบบ "ธรรมดา" ในฝาสูบ ซึ่งจะเปิดและปิดที่แรงดันที่กำหนดโดยแรงสปริงที่กระทำต่อลูกสูบภายในหัวฉีด เมื่อแรงดันในหัวฉีดถึงระดับที่กำหนดไว้ ลูกสูบจะยกตัวขึ้นและการฉีดน้ำมันก็จะเริ่มต้นขึ้น

ในระบบคอมมอนเรล ปั๊มแรงดันสูงจะเก็บกักเชื้อเพลิงแรงดันสูงไว้ในอ่างเก็บ โดยมีแรงดันสูงถึงและสูงกว่า  คำว่า "คอมมอนเรล" หมายถึงข้อเท็จจริงที่ว่าหัวฉีดเชื้อเพลิงทั้งหมดได้รับน้ำมันจากรางน้ำมันร่วมกันซึ่งแท้จริงแล้วก็คือตัวสะสมแรงดันที่เก็บเชื้อเพลิงไว้ภายใต้แรงดันสูง ตัวสะสมนี้จะจ่ายน้ำมันแรงดันสูงให้กับหัวฉีดเชื้อเพลิงหลายหัว ทำให้หน้าที่ของปั๊มแรงดันสูงง่ายขึ้นเนื่องจากมีหน้าที่เพียงรักษาแรงดันเป้าหมาย (ควบคุมด้วยกลไกหรืออิเล็กทรอนิกส์) โดยทั่วไปแล้ว หัวฉีดเชื้อเพลิงจะถูกควบคุมโดยหน่วยควบคุมเครื่องยนต์ (ECU) เมื่อหัวฉีดเชื้อเพลิงถูกกระตุ้นด้วยไฟฟ้า วาล์วไฮดรอลิก (ประกอบด้วยหัวฉีดและลูกสูบ) จะถูกเปิดด้วยกลไกหรือไฮดรอลิกและเชื้อเพลิงจะถูกฉีดเข้าไปในกระบอกสูบด้วยแรงดันที่ต้องการ เนื่องจากพลังงานแรงดันเชื้อเพลิงถูกเก็บไว้ภายนอกและหัวฉีดถูกสั่งงานด้วยไฟฟ้า แรงดันฉีดที่จุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดของการฉีดจึงใกล้เคียงกับแรงดันในตัวสะสม (ราง) มาก ทำให้เกิดอัตราการฉีดที่เป็นรูปสี่เหลี่ยม หากตัวสะสม ปั๊ม และท่อทางมีขนาดเหมาะสม แรงดันและอัตราการฉีดจะเท่ากันสำหรับการฉีดหลายครั้งแต่ละครั้ง

เครื่องยนต์ดีเซลคอมมอนเรลรุ่นที่สาม ในปัจจุบันมีหัวฉีดแบบเพียโซอิเล็กทริกเพื่อเพิ่มความแม่นยำ โดยมีแรงดันเชื้อเพลิงสูงถึง 

 ดูเพิ่ม 

 ระบบฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงอิเล็กทรอนิกส์ควบคุมด้วยไฮดรอลิก
 ปั๊มแบบยูนิต
 เซ็นเซอร์น้ำ

 อ้างอิง 

 แหล่งข้อมูลอื่น 

ระบบฉีดเชื้อเพลิงตรงแบบคอมมอนเรล หลักการทำงานและข้อดี
สรุปสั้นเกี่ยวกับการทำงานของเครื่องยนต์ CRDI
แอนิเมชั่นอธิบายการทำงานของคอมมอนเรล

หมวดหมู่:เทคโนโลยีเครื่องยนต์ดีเซล
หมวดหมู่:เทคโนโลยีระบบเชื้อเพลิงเครื่องยนต์