ระบบฉีดเชื้อเพลิง

**ระบบฉีดเชื้อเพลิง** หรือ **ระบบตัวฉีด** () คือการนำเชื้อเพลิงเข้าสู่เครื่องยนต์สันดาปภายใน ส่วนใหญ่มักใช้ในเครื่องยนต์ยานยนต์ โดยใช้อุปกรณ์ที่เรียกว่าตัวฉีดเชื้อเพลิง (fuel injector) บทความนี้จะเน้นไปที่การฉีดเชื้อเพลิงในเครื่องยนต์ลูกสูบและเครื่องยนต์โรตารีวันเคล

เครื่องยนต์จุดระเบิดด้วยการอัดทั้งหมด (เช่น เครื่องยนต์ดีเซล) และเครื่องยนต์จุดระเบิดด้วยประกายไฟจำนวนมาก (เช่น เครื่องยนต์เบนซิน (แก๊สโซลีน) อย่างเช่นอ็อทโทหรือวันเคล) ล้วนใช้ระบบฉีดเชื้อเพลิงในรูปแบบใดรูปแบบหนึ่ง เครื่องยนต์ดีเซลที่ผลิตจำนวนมากสำหรับรถยนต์นั่ง (เช่น เมอร์เซเดส-เบนซ์ OM 138) เริ่มมีจำหน่ายในช่วงปลายทศวรรษ 1930 และต้นทศวรรษ 1940 ซึ่งเป็นเครื่องยนต์ฉีดเชื้อเพลิงเครื่องแรกสำหรับใช้ในรถยนต์นั่ง ในเครื่องยนต์เบนซินสำหรับรถยนต์นั่ง ระบบฉีดเชื้อเพลิงได้รับการนำมาใช้ในช่วงต้นทศวรรษ 1950 และค่อย ๆ ได้รับความนิยมมากขึ้นจนกระทั่งเข้ามาแทนที่คาร์บูเรเตอร์ส่วนใหญ่ในช่วงต้นทศวรรษ 1990 ความแตกต่างหลักระหว่างระบบคาร์บูเรเตอร์และระบบฉีดเชื้อเพลิงคือระบบฉีดเชื้อเพลิงจะทำให้เชื้อเพลิงเป็นละอองผ่านตัวฉีดขนาดเล็กภายใต้แรงดันสูง ขณะที่ระบบคาร์บูเรเตอร์อาศัยแรงดูดที่เกิดจากอากาศที่ไหลเข้าด้วยความเร็วสูงผ่านท่อเวนจูรีเพื่อดึงเชื้อเพลิงเข้าไปในกระแสอากาศ

คำว่า "ระบบฉีดเชื้อเพลิง" นั้นเป็นคำที่ไม่เจาะจงและครอบคลุมถึงระบบที่แตกต่างกันอย่างชัดเจนซึ่งมีหลักการทำงานที่แตกต่างกันโดยพื้นฐาน สิ่งเดียวที่ระบบฉีดเชื้อเพลิงทุกระบบมีเหมือนกันคือการที่ไม่มีระบบคาร์บูเรเตอร์ มีหลักการทำงานหลัก ๆ สองประการสำหรับระบบการสร้างส่วนผสมในเครื่องยนต์สันดาปภายใน คือ การสร้างส่วนผสมภายใน และการสร้างส่วนผสมภายนอก ระบบฉีดเชื้อเพลิงที่ใช้การสร้างส่วนผสมภายนอกเรียกว่าระบบท่อร่วม (manifold injection) ซึ่งมีสองประเภท คือ ฉีดแยกช่องไอดี และฉีดแบบจุดเดียว (หรือแบบเรือนลิ้นเร่ง) ระบบการสร้างส่วนผสมภายในสามารถแบ่งออกได้เป็นหลายประเภทของการฉีดตรง (direct) และอ้อม (indirect) ซึ่งที่พบมากที่สุดคือระบบรางร่วม (commonrail) ซึ่งเป็นระบบฉีดตรงประเภทหนึ่ง คำว่า "ระบบฉีดเชื้อเพลิงอิเล็กทรอนิกส์" (electronic fuel injection) หมายถึงระบบฉีดเชื้อเพลิงใดก็ตามที่ควบคุมโดยชุดควบคุมเครื่องยนต์ (engine control unit - ECU)

## การทำงาน
หน้าที่พื้นฐานของระบบฉีดเชื้อเพลิงจะอธิบายไว้ในส่วนต่อไปนี้ ในบางระบบ ส่วนประกอบชิ้นเดียวอาจทำหน้าที่ได้หลากหลาย

### การเพิ่มแรงดันเชื้อเพลิง
ระบบฉีดเชื้อเพลิงทำงานโดยการพ่นเชื้อเพลิงที่มีแรงดันสูงเข้าไปในเครื่องยนต์ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีอุปกรณ์สำหรับเพิ่มแรงดันเชื้อเพลิง เช่น ปั๊มเชื้อเพลิง

### การวัดปริมาณเชื้อเพลิง
ระบบต้องกำหนดปริมาณเชื้อเพลิงที่เหมาะสมที่จะจ่าย และควบคุมการไหลของเชื้อเพลิงเพื่อให้จ่ายได้ตามปริมาณที่กำหนดนั้น

ระบบฉีดเชื้อเพลิงแบบกลไกในยุคแรก ๆ หลายระบบใช้ปั๊มฉีดที่ควบคุมด้วยเกลียวที่มีความซับซ้อนซึ่งทำหน้าที่ทั้งวัดปริมาณเชื้อเพลิงและสร้างแรงดันในการฉีด ตั้งแต่ทศวรรษ 1980 เป็นต้นมา มีการนำระบบอิเล็กทรอนิกส์มาใช้ในการควบคุมการวัดปริมาณเชื้อเพลิง ระบบที่ใหม่กว่านั้นใช้หน่วยควบคุมเครื่องยนต์อิเล็กทรอนิกส์ซึ่งจะวัดปริมาณเชื้อเพลิงและควบคุมการตั้งไฟจุดระเบิดรวมถึงหน้าที่อื่น ๆ ของเครื่องยนต์

### การฉีดเชื้อเพลิง
หัวฉีดเชื้อเพลิงมีลักษณะเหมือนหัวฉีดละอองที่ทำหน้าที่ในขั้นตอนสุดท้ายของการจ่ายเชื้อเพลิงเข้าสู่เครื่องยนต์ โดยหัวฉีดจะติดตั้งอยู่ในห้องเผาไหม้ ท่อร่วมไอดี หรือที่พบน้อยกว่าในบริเวณเรือนลิ้นเร่ง

หัวฉีดเชื้อเพลิงที่ควบคุมการจ่ายเชื้อเพลิงด้วยนั้นเรียกว่าลิ้นฉีด (injection valves) ขณะที่หัวฉีดที่ทำหน้าที่ทั้งสามอย่างนั้นเรียกว่าหัวฉีดรวม (unit injector)

## ระบบฉีดตรง
ระบบฉีดตรง (direct injection) หมายถึงการฉีดเชื้อเพลิงเข้าไปในห้องเผาไหม้หลักของแต่ละสูบโดยตรง อากาศและเชื้อเพลิงจะผสมกันภายในห้องเผาไหม้เท่านั้น ดังนั้น ในจังหวะดูด ไอดีจะถูกดูดเข้าไปในเครื่องยนต์เพียงอย่างเดียว รูปแบบการฉีดจะเป็นแบบไม่ต่อเนื่องเสมอ (ทั้งแบบเรียงตามลำดับสูบหรือแบบแยกอิสระต่อสูบ)

ระบบฉีดตรงนี้สามารถทำได้โดยการใช้ลมเป่า หรือโดยระบบไฮดรอลิก วิธีหลังนี้เป็นที่นิยมมากกว่าในเครื่องยนต์ยานยนต์ โดยทั่วไปแล้ว ระบบฉีดตรงแบบไฮดรอลิกจะฉีดเชื้อเพลิงเข้าไปในอากาศภายในกระบอกสูบหรือห้องเผาไหม้ ระบบฉีดสามารถทำได้โดยใช้ปั๊มฉีดแบบควบคุมด้วยเกลียว หัวฉีดรวม หรือระบบฉีดแบบรางร่วมที่มีความซับซ้อน

### ระบบฉีดตรงสำหรับเครื่องยนต์เบนซิน

ในช่วงศตวรรษที่ 20 เครื่องยนต์เบนซินส่วนใหญ่ใช้คาร์บูเรเตอร์หรือระบบฉีดเชื้อเพลิงอ้อม การใช้ระบบฉีดตรงในเครื่องยนต์เบนซินกลายเป็นเรื่องปกติมากขึ้นเรื่อย ๆ ในศตวรรษที่ 21

### ระบบรางร่วม

ในระบบรางร่วม (common-rail) เชื้อเพลิงจากถังเชื้อเพลิงจะถูกส่งไปยังท่อร่วมแรงดันสูง (เรียกว่าตัวสะสมแรงดัน) จากนั้นจึงส่งผ่านท่อไปยังหัวฉีด ซึ่งจะฉีดเชื้อเพลิงเข้าไปในห้องเผาไหม้ ตัวสะสมแรงดันมีลิ้นระบายแรงดันสูงเพื่อรักษาแรงดันและส่งเชื้อเพลิงส่วนเกินกลับไปยังถังเชื้อเพลิง เชื้อเพลิงถูกฉีดพ่นด้วยความช่วยเหลือของหัวฉีดที่เปิดและปิดด้วยลิ้นเข็มที่ทำงานด้วยโซลินอยด์ เครื่องยนต์ดีเซลรางร่วมรุ่นที่สามใช้หัวฉีดเพียโซอิเล็กทริกเพื่อเพิ่มความแม่นยำ โดยมีแรงดันเชื้อเพลิงสูงถึง 

ประเภทของระบบรางร่วมรวมถึงระบบฉีดนำด้วยอากาศ (air-guided injection) และระบบฉีดนำด้วยละออง (spray-guided injection)

### ระบบหัวฉีดรวม

ใช้ในเครื่องยนต์ดีเซล ประกอบด้วย:
* พุมเพอดือเซอ (Pumpe-Düse)
* ระบบปั๊ม-ราง-หัวฉีด

### ระบบปั๊มควบคุมด้วยเกลียว
วิธีการฉีดนี้เคยถูกใช้ในเครื่องยนต์ดีเซลหลายชนิด ประเภทของระบบรวมถึง:
* ระบบฉีดตรงแบบลาโนวา
* ระบบฉีดเข้าห้องเผาไหม้ช่วย
* ระบบจี (ห้องเผาไหม้ทรงกลม)
* ระบบการ์ดเนอร์ (ห้องเผาไหม้ทรงครึ่งวงกลม)
* ระบบเซาเรอร์ (ห้องเผาไหม้ทรงทรงห่วงยาง)
* ลูกสูบแบน (ห้องเผาไหม้อยู่ระหว่างลูกสูบและฝาสูบ)

### ระบบฉีดด้วยลม

### ระบบอื่น ๆ
ระบบเอ็ม ซึ่งใช้ในเครื่องยนต์ดีเซลบางรุ่นตั้งแต่ทศวรรษ 1960 ถึง 1980 ได้ฉีดเชื้อเพลิงไปที่ผนังห้องเผาไหม้ ต่างจากระบบฉีดตรงส่วนใหญ่อื่น ๆ ที่ฉีดเชื้อเพลิงเข้าไปตรงกลางห้องเผาไหม้

## ระบบฉีดอ้อม
### ระบบฉีดท่อร่วม

ระบบฉีดท่อร่วม (manifold injection) เป็นระบบที่พบได้ทั่วไปในเครื่องยนต์เบนซิน เช่น เครื่องยนต์อ็อทโทและเครื่องยนต์วันเคล ในระบบฉีดท่อร่วม อากาศและเชื้อเพลิงจะถูกผสมกันภายนอกห้องเผาไหม้เพื่อให้ส่วนผสมของอากาศและเชื้อเพลิงถูกดูดเข้าไปในเครื่องยนต์ ระบบฉีดท่อร่วมหลัก ๆ มีสองประเภทคือ ระบบฉีดหลายจุดและระบบฉีดจุดเดียว 

ระบบเหล่านี้ใช้การออกแบบการฉีดแบบต่อเนื่อง (continuous injection) หรือแบบสลับหยุด (intermittent injection) ในระบบฉีดแบบต่อเนื่อง เชื้อเพลิงจะไหลออกจากหัวฉีดตลอดเวลา แต่ในอัตราการไหลที่เปลี่ยนแปลงได้ ระบบฉีดแบบต่อเนื่องที่พบมากที่สุดในยานยนต์คือระบบบ๊อช เค-เจโทรนิก ซึ่งเปิดตัวใน ค.ศ. 1974 และถูกใช้โดยผู้ผลิตรถยนต์หลายรายจนถึงช่วงกลางทศวรรษ 1990 ระบบฉีดแบบสลับหยุดสามารถแบ่งได้เป็นแบบตามลำดับ ซึ่งการฉีดจะถูกกำหนดเวลาให้สอดคล้องกับจังหวะดูดของแต่ละสูบ แบบเป็นกลุ่ม (sequential) ซึ่งเชื้อเพลิงจะถูกฉีดไปยังสูบต่าง ๆ เป็นกลุ่ม โดยไม่มีการซิงโครไนซ์ที่แม่นยำกับจังหวะดูดของสูบใดสูบหนึ่งโดยเฉพาะ แบบพร้อมกัน (simultaneous) ซึ่งเชื้อเพลิงจะถูกฉีดไปยังทุกสูบพร้อมกัน หรือแบบแยกสูบ (cylinder-individual) ซึ่งหน่วยควบคุมเครื่องยนต์สามารถปรับการฉีดสำหรับแต่ละสูบได้อิสระ 

#### ระบบฉีดแยกช่องไอดี

ระบบฉีดแยกช่องไอดี (multi-point injection หรือ port injection) คือระบบที่ฉีดเชื้อเพลิงเข้าไปในช่องไอดีที่อยู่เหนือลิ้นไอดีของแต่ละสูบ แทนการฉีดที่จุดศูนย์กลางภายในท่อร่วมไอดี โดยทั่วไปแล้ว ระบบฉีดหลายจุดจะใช้หัวฉีดหลายหัว แต่บางระบบ เช่น ระบบฉีดพอร์ตกลาง (central port injection) ของเจเนรัลมอเตอร์จะใช้ท่อที่มีลิ้นดอกเห็ด (poppet valves) ซึ่งรับเชื้อเพลิงจากหัวฉีดส่วนกลางเพียงหัวเดียวแทนการใช้หัวฉีดหลายหัว

#### ระบบฉีดจุดเดียว
ระบบฉีดจุดเดียว (single-point injection) (หรือเรียกอีกชื่อว่าระบบฉีดเข้าช่องลิ้นปีกผีเสื้อ (throttle-body injection)) ใช้หัวฉีดเพียงหัวเดียวติดตั้งอยู่ในเรือนลิ้นเร่งซึ่งมีลักษณะคล้ายกับการติดตั้งคาร์บูเรเตอร์บนท่อร่วมไอดี เช่นเดียวกับระบบจ่ายเชื้อเพลิงแบบคาร์บูเรเตอร์ เชื้อเพลิงจะถูกผสมกับอากาศก่อนเข้าไปในท่อร่วมไอดี ระบบฉีดจุดเดียวเป็นวิธีที่มีต้นทุนค่อนข้างต่ำสำหรับผู้ผลิตรถยนต์ในการลดการปล่อยไอเสียเพื่อให้เป็นไปตามกฎระเบียบที่เข้มงวดขึ้น ในขณะเดียวกันก็ให้ "ความสามารถในการขับขี่" ที่ดีกว่า (สตาร์ตง่าย เครื่องยนต์เดินเรียบ ไม่มีการสะดุด) เมื่อเทียบกับระบบคาร์บูเรเตอร์ ส่วนประกอบสนับสนุนหลายอย่างของคาร์บูเรเตอร์ เช่น กรองอากาศ ท่อร่วมไอดี และท่อทางเดินน้ำมันสามารถนำมาใช้ได้โดยมีการเปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อยหรือไม่ต้องเปลี่ยนแปลงเลย ทำให้สามารถชะลอการออกแบบใหม่และค่าใช้จ่ายในการผลิตเครื่องมือของส่วนประกอบเหล่านี้ออกไป ระบบฉีดจุดเดียวถูกใช้อย่างแพร่หลายในรถยนต์นั่งและรถบรรทุกขนาดเล็กที่ผลิตในอเมริกาในช่วง ค.ศ. 1980–1995 และในรถยนต์ยุโรปบางรุ่นในช่วงต้นถึงกลางทศวรรษ 1990 ในสหรัฐ เครื่องยนต์ G10 ในเชฟโรเลต เมโทรปี 2000 เป็นเครื่องยนต์สุดท้ายที่ติดตั้งในรถยนต์ที่ขายในอเมริกาที่ใช้ระบบฉีดเรือนลิ้นเร่ง

### เครื่องยนต์ดีเซล
ในเครื่องยนต์ดีเซลแบบฉีดอ้อม (รวมถึงเครื่องยนต์อัครอยด์ ) จะมีห้องเผาไหม้สองส่วน ได้แก่ ห้องเผาไหม้หลัก และห้องเผาไหม้ช่วย (เรียกอีกอย่างว่าห้องเตรียมเผาไหม้) ที่เชื่อมต่อกับห้องเผาไหม้หลัก เชื้อเพลิงจะถูกฉีดเข้าไปในห้องเผาไหม้ช่วยเท่านั้น (ซึ่งเป็นที่ที่เชื้อเพลิงเริ่มเผาไหม้) ไม่ได้ฉีดเข้าไปในห้องเผาไหม้หลักโดยตรง ดังนั้น หลักการนี้จึงเรียกว่าการฉีดอ้อม มีระบบฉีดอ้อมที่แตกต่างกันเล็กน้อยหลายแบบที่มีลักษณะคล้ายคลึงกัน

ประเภทของระบบฉีดอ้อมที่ใช้ในเครื่องยนต์ดีเซล ได้แก่:
*ฉีดเข้าห้องเผาไหม้ช่วย
*ฉีดเข้าห้องเผาไหม้เล็ก

### ระบบฉีดแบบกระเปาะร้อน

## ประวัติศาสตร์

### ทศวรรษ 1870–1930: ช่วงต้น

ใน ค.ศ. 1872 จอร์จ เบลีย์ เบรย์ตัน ได้รับสิทธิบัตรเครื่องยนต์สันดาปภายในที่ใช้ระบบฉีดแบบลมที่เบรย์ตันก็เป็นผู้ประดิษฐ์เช่นกันคือระบบฉีดด้วยลม (air-blast injection) ใน ค.ศ. 1894 รูด็อล์ฟ ดีเซิลลอกเลียนแบบระบบฉีดด้วยลมของเบรย์ตันสำหรับเครื่องยนต์ดีเซล แต่ก็ได้ปรับปรุงมันด้วย เขาเพิ่มแรงดันลมจาก 390–490 กิโลปาสกาล (57–71 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว) เป็น 6,400 กิโลปาสกาล (920 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว) ขณะเดียวกัน ระบบฉีดท่อร่วมระบบแรกได้รับการออกแบบโดยโยฮันเนิส สปีลใน ค.ศ. 1884 ขณะทำงานอยู่ที่โรงงานผลิตเครื่องจักรฮัลเลสเชอมาชชีเนนฟาบริก (*Hallesche Maschinenfabrik*) ในเยอรมนี

ใน ค.ศ. 1891 เครื่องยนต์น้ำมันเฮอร์เบิร์ต-อัครอยด์ (Herbert-Akroyd oil engine) ของอังกฤษกลายเป็นเครื่องยนต์แรกที่ใช้ระบบฉีดเชื้อเพลิงแรงดันสูง การออกแบบนี้เรียกว่าเครื่องยนต์กระเปาะร้อน (hot-bulb engine) ซึ่งใช้ 'ปั๊มกระตุก' (jerk pump) ในการจ่ายน้ำมันเตาด้วยแรงดันสูงไปยังหัวฉีด อีกหนึ่งพัฒนาการในเครื่องยนต์ดีเซลยุคแรกคือห้องเผาไหม้ช่วย ซึ่งถูกคิดค้นใน ค.ศ. 1919 โดยพรอสเปอร์ ลอเรนจ์ เพื่อเลี่ยงข้อเสียของระบบฉีดด้วยลม ห้องเผาไหม้ช่วยทำให้การผลิตเครื่องยนต์ขนาดเหมาะสมสำหรับยานยนต์เป็นไปได้และมันทรักส์แอนด์บัส (MAN Truck & Bus) ได้นำเสนอเครื่องยนต์ดีเซลแบบฉีดตรงเครื่องแรกสำหรับรถบรรทุกใน ค.ศ. 1924 ปั๊มฉีดดีเซลแรงดันสูงขึ้นได้รับการเปิดตัวโดยบ๊อช (Bosch) ใน ค.ศ. 1927

ใน ค.ศ. 1898 บริษัทด็อยทซ์ อาเก (Deutz AG) ของเยอรมนีเริ่มผลิตเครื่องยนต์เบนซินสี่จังหวะแบบอยู่กับที่ ซึ่งใช้ระบบฉีดท่อร่วม เครื่องยนต์อากาศยานแอนโทเน็ตต์ 8 วีปี 1906 (เครื่องยนต์วี 8 เครื่องแรกของโลก) เป็นอีกหนึ่งเครื่องยนต์สี่จังหวะรุ่นแรก ๆ ที่ใช้ระบบฉีดท่อร่วม เครื่องยนต์เบนซินเครื่องแรกที่ใช้ระบบฉีดตรงเป็นเครื่องยนต์อากาศยานสองจังหวะที่ออกแบบโดยอ็อทโท เมเดอร์ใน ค.ศ. 1916 เครื่องยนต์จุดระเบิดด้วยประกายไฟรุ่นแรก ๆ อีกเครื่องยนต์หนึ่งที่ใช้ระบบฉีดตรงคือเครื่องยนต์เฮสเซลแมนปี 1925 ซึ่งออกแบบโดยวิศวกรชาวสวีเดน โยนาส เฮสเซลมัน เครื่องยนต์นี้สามารถใช้น้ำมันได้หลากหลายชนิด (เช่น น้ำมันดิบ น้ำมันก๊าด น้ำมันเบนซิน หรือน้ำมันดีเซล) และใช้หลักการประจุไอดีแบบเป็นชั้น โดยเชื้อเพลิงจะถูกฉีดในช่วงท้ายของการอัด และจุดระเบิดด้วยหัวเทียน

เครื่องยนต์ดีเซลคัมมินส์ โมเดลเอช ถูกเปิดตัวในอเมริกาใน ค.ศ. 1933 ใน ค.ซ. 1936 เครื่องยนต์ดีเซลเมอร์เซเดส-เบนซ์ OM 138 (ใช้ห้องเผาไหม้ช่วย) กลายเป็นหนึ่งในเครื่องยนต์ระบบฉีดเชื้อเพลิงเครื่องแรก ๆ ที่ใช้ในรถยนต์นั่งที่ผลิตจำนวนมาก
### ทศวรรษ 1940–1950: เครื่องบินสงครามโลกครั้งที่สองและเครื่องยนต์เบนซินแบบฉีดตรงยุคต้น
ในช่วงสงครามโลกครั้งที่สอง เครื่องยนต์เบนซินหลายรุ่นสำหรับเครื่องบินใช้ระบบฉีดตรง เช่น Junkers Jumo 210, Daimler-Benz DB 601, BMW 801 และ Shvetsov ASh-82FN (M-82FN) ของยุโรป ระบบฉีดตรงของเยอรมันมีพื้นฐานมาจากระบบฉีดดีเซลที่ใช้โดยบ๊อช, เด็กเคิล, ยุงเคิร์ส และลอเรนจ์ ประมาณ ค.ศ. 1943 เครื่องยนต์โรลส์-รอยซ์ เมอร์ลินและไรต์ R-3350 ได้เปลี่ยนจากคาร์บูเรเตอร์แบบดั้งเดิมมาเป็นระบบฉีดเชื้อเพลิง (ขณะนั้นเรียกว่า "คาร์บูเรเตอร์แรงดัน") อย่างไรก็ตาม เครื่องยนต์เหล่านี้ใช้ระบบฉีดท่อร่วม แทนที่จะเป็นระบบฉีดตรงแบบเครื่องยนต์เยอรมัน ตั้งแต่ ค.ศ. 1940 เครื่องยนต์มิตซูบิชิ คินเซ 60 ซีรีส์ใช้ระบบฉีดตรง เช่นเดียวกับเครื่องยนต์มิตซูบิชิ คาเซที่เกี่ยวข้องตั้งแต่ ค.ศ. 1941 ใน ค.ศ. 1943 มีการเพิ่มระบบฉีดเชื้อเพลิงแรงดันต่ำให้กับเครื่องยนต์เรเดียลนากาจิมะ โฮมาเระ โมเดล 23

ระบบฉีดตรงเบนซินที่ผลิตจำนวนมากเป็นครั้งแรกได้รับการพัฒนาโดยบ๊อชและเริ่มแรกถูกนำมาใช้ในเครื่องยนต์เบนซินสองจังหวะขนาดเล็กสำหรับยานยนต์ เปิดตัวใน ค.ศ. 1950 ในรถเก๋งขนาดเล็กโกไลแอท GP700 และยังถูกเพิ่มเข้าไปในเครื่องยนต์กุทโบรท ซูพีรีออร์ใน ค.ศ. 1952 ระบบควบคุมแบบกลไกนี้โดยพื้นฐานแล้วคือปั๊มฉีดตรงดีเซลแรงดันสูงที่ได้รับการหล่อลื่นเป็นพิเศษที่ถูกควบคุมโดยแรงดูดที่อยู่ด้านหลังลิ้นปีกผีเสื้อไอดี ระบบฉีดตรงแบบกลไกของบ๊อชยังถูกใช้ในเครื่องยนต์แปดสูบเรียงที่ใช้ในรถแข่งฟอร์มูลาวันเมอร์เซเดส-เบนซ์ W196 ปี 1954 เครื่องยนต์เบนซินสี่จังหวะแบบฉีดตรงเครื่องแรกสำหรับรถยนต์นั่งได้รับการเปิดตัวในปีถัดมา ในรถสปอร์ตเมอร์เซเดส-เบนซ์ 300SL อย่างไรก็ตาม เครื่องยนต์ประสบปัญหาด้านการหล่อลื่นเนื่องจากน้ำมันเบนซินเจือจางน้ำมันเครื่อง และเครื่องยนต์เมอร์เซเดส-เบนซ์ในรุ่นต่อมาจึงเปลี่ยนไปใช้การออกแบบระบบฉีดท่อร่วม ทำนองเดียวกัน ระบบฉีดเบนซินส่วนใหญ่ก่อน ค.ศ. 2000 ก็ใช้การออกแบบระบบฉีดท่อร่วมที่มีราคาถูกกว่า

### ทศวรรษ 1950–1970: ระบบฉีดท่อร่วมสำหรับเครื่องยนต์เบนซิน

ตลอดทศวรรษ 1950 ผู้ผลิตหลายรายนำเสนอระบบฉีดท่อร่วมสำหรับเครื่องยนต์เบนซิน บริษัทลูคัสอินดัสทรีส์ (Lucas Industries) เริ่มพัฒนาระบบฉีดเชื้อเพลิงใน ค.ศ. 1941 และใน ค.ศ. 1956 ระบบนี้ถูกนำไปใช้ในรถแข่งจากัวร์ ในการแข่งขันเลอม็อง 24 ชั่วโมง ปี 1957 รถที่เข้าเส้นชัยในอันดับที่ 1 ถึง 4 เป็นรถยนต์จากัวร์ ดี-ไทป์ที่ใช้ระบบฉีดเชื้อเพลิงของลูคัส ใน ค.ศ. 1957 เจเนรัลมอเตอร์ยังเปิดตัวระบบโรเชสเตอร์ แรมเจ็ต (Rochester Ramjet) ระบบฉีดเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องยนต์ V8 ในเชฟโรเลต คอร์เวตต์ ในช่วงทศวรรษ 1960 ระบบฉีดเชื้อเพลิงยังถูกผลิตโดยฮิลบอร์น สปีกา และคูเกิลฟิชเชอร์

กระทั่งถึงเวลานี้ ระบบฉีดเชื้อเพลิงยังคงใช้ระบบควบคุมด้วยกลไก ใน ค.ศ. 1957 ระบบเบนดิกซ์อิเล็กโทรเจ็กเตอร์ (Bendix Electrojector) ของอเมริกาถูกนำเสนอ ซึ่งใช้ระบบอิเล็กทรอนิกส์แบบแอนะล็อกสำหรับการควบคุม อิเล็กโทรเจ็กเตอร์ตั้งใจจะนำมาใช้กับรถยนต์ขนาดกลางแรมเบลอร์ เรเบิล อย่างไรก็ตาม ปัญหาด้านความน่าเชื่อถือทำให้ตัวเลือกการฉีดเชื้อเพลิงไม่ได้ถูกนำเสนอ ใน ค.ศ. 1958 ไครส์เลอร์ 300D, เดอโซโท แอดเวนเจอเรอร์, ดอดจ์ D-500 และพลิมัท ฟิวรีได้นำเสนอระบบอิเล็กโทรเจ็กเตอร์ กลายเป็นรถยนต์กลุ่มแรกที่ทราบกันว่าใช้ระบบฉีดเชื้อเพลิงอิเล็กทรอนิกส์ (EFI)

สิทธิบัตรของอิเล็กโทรเจ็กเตอร์ถูกขายต่อให้กับบริษัทบ๊อช ซึ่งพัฒนาระบบดังกล่าวจนกลายเป็นระบบบ๊อช ดี-เจโทรนิก (D-Jetronic) ดี-เจโทรนิกถูกผลิตขึ้นตั้งแต่ ค.ศ. 1967 ถึง 1976 และถูกนำมาใช้ครั้งแรกในฟ็อลคส์วาเกิน 1600TL/E ระบบนี้เป็นระบบแบบความเร็ว/ความหนาแน่น โดยใช้ความเร็วรอบเครื่องยนต์และความหนาแน่นของอากาศในท่อร่วมไอดีในการคำนวณปริมาณเชื้อเพลิงที่จะฉีด ใน ค.ศ. 1974 บ๊อชเปิดตัวระบบเค-เจโทรนิก (K-Jetronic) ซึ่งใช้การไหลของเชื้อเพลิงอย่างต่อเนื่องจากหัวฉีด (แทนการไหลแบบเป็นจังหวะของระบบดี-เจโทรนิก) เค-เจโทรนิกเป็นระบบฉีดเชื้อเพลิงแบบกลไก โดยใช้ลูกสูบที่ทำงานด้วยแรงดันในท่อร่วมไอดีซึ่งควบคุมการไหลของเชื้อเพลิงไปยังหัวฉีด

ใน ค.ศ. 1974 เช่นกัน บ๊อชเปิดตัวระบบแอล-เจโทรนิก (L-Jetronic) ระบบการไหลเป็นจังหวะ (pulsed flow system) ที่ใช้มาตรอากาศไหล (air flow meter) ในการคำนวณปริมาณเชื้อเพลิงที่ต้องการ แอล-เจโทรนิกถูกนำไปใช้อย่างแพร่หลายในรถยนต์ยุโรปในช่วงทศวรรษ 1970 และ 1980 ในฐานะระบบที่ใช้หัวฉีดเชื้อเพลิงควบคุมด้วยอิเล็กทรอนิกส์ซึ่งจะเปิดและปิดเพื่อควบคุมปริมาณเชื้อเพลิงที่ไหลเข้าสู่เครื่องยนต์ แอล-เจโทรนิกใช้หลักการพื้นฐานเดียวกันกับระบบฉีดเชื้อเพลิงอิเล็กทรอนิกส์ที่ทันสมัยในปัจจุบัน

### ทศวรรษ 1980–ปัจจุบัน: อิเล็กทรอนิกส์ดิจิทัลและระบบหัวฉีดรางร่วม
ก่อน ค.ศ. 1979 อิเล็กทรอนิกส์ในระบบฉีดเชื้อเพลิงใช้วงจรอิเล็กทรอนิกส์แอนะล็อกสำหรับระบบควบคุม ระบบฉีดเชื้อเพลิงหลายจุดบ๊อช โมโทรนิก (Bosch Moyronic) (หนึ่งในระบบแรก ๆ ที่ระบบจุดระเบิดถูกควบคุมโดยอุปกรณ์เดียวกับระบบฉีดเชื้อเพลิง) เป็นระบบแรกที่ผลิตจำนวนมากซึ่งใช้วงจรอิเล็กทรอนิกส์ดิจิทัล ระบบฉีดเชื้อเพลิงจุดเดียวฟอร์ด EEC-III ซึ่งเปิดตัวใน ค.ศ. 1980 เป็นอีกหนึ่งระบบฉีดเชื้อเพลิงดิจิทัลในยุคแรก ๆ ระบบฉีดท่อร่วมอิเล็กทรอนิกส์เหล่านี้ (ไม่ว่าจะใช้การฉีดแยกช่องไอดีหรือการฉีดที่เรือนลิ้นเร่ง) แพร่หลายมากขึ้นในช่วงทศวรรษ 1980 และในช่วงต้นทศวรรษ 1990 ระบบเหล่านี้ได้เข้ามาแทนที่คาร์บูเรเตอร์ในรถยนต์เบนซินใหม่ส่วนใหญ่ที่ขายในประเทศพัฒนาแล้ว

ระบบฉีดที่กล่าวถึงข้างต้นสำหรับเครื่องยนต์เบนซินของรถยนต์นั่งยกเว้นเมอร์เซเดส-เบนซ์ 300 SL รุ่นปี 1954–1959 ล้วนใช้ระบบฉีดท่อร่วม (กล่าวคือ หัวฉีดติดตั้งอยู่ที่ช่องไอดีหรือเรือนลิ้นเร่ง แทนการอยู่ภายในห้องเผาไหม้) สิ่งนี้เริ่มเปลี่ยนแปลงไปเมื่อระบบฉีดตรงเบนซินสำหรับรถยนต์นั่งที่ผลิตจำนวนมากเป็นครั้งแรกคือระบบรางร่วมเปิดตัวในเครื่องยนต์มิตซูบิชิ 6G74 V6 ในปี 1997 ระบบรางร่วมแรกสำหรับเครื่องยนต์ดีเซลของรถยนต์นั่งคือเครื่องยนต์สี่สูบเรียงเฟียต มัลติเจ็ต (Fiat Multijet) ซึ่งเปิดตัวในอัลฟาโรเมโอ 156 1.9 JTD รุ่นปี 1999 ตั้งแต่ทศวรรษ 2010 เครื่องยนต์เบนซินจำนวนมากได้เปลี่ยนไปใช้ระบบฉีดตรง (บางครั้งใช้ร่วมกับหัวฉีดในท่อร่วมแยกสำหรับแต่ละสูบ) ทำนองเดียวกัน เครื่องยนต์ดีเซลสมัยใหม่จำนวนมากใช้การออกแบบแบบรางร่วม

ระบบฉีดแบบประจุไอดีเป็นชั้น (stratified charge injection) ถูกนำมาใช้ในเครื่องยนต์เบนซินหลายรุ่นในช่วงต้นทศวรรษ 2000 เช่น เครื่องยนต์ฟ็อลคส์วาเกิน 1.4 FSI ที่เปิดตัวใน ค.ศ. 2000 อย่างไรก็ตาม ระบบประจุไอดีเป็นชั้นส่วนใหญ่ไม่ได้ใช้งานอีกต่อไปในช่วงปลายทศวรรษ 2010 เนื่องจากมีการปล่อยไอเสียของก๊าซ NOx และอนุภาคที่เพิ่มขึ้น ควบคู่ไปกับต้นทุนและความซับซ้อนของระบบที่สูงขึ้น

## ดูเพิ่ม

* คาร์บูเรเตอร์
* รางร่วม
* เครื่องยนต์ดีเซล
* ท่อฉีดเชื้อเพลิงหุ้มฉนวน
* ระบบฉีดเชื้อเพลิงตรงเบนซิน
* ระบบฉีดเชื้อเพลิงอ้อม
* หัวฉีดรวม สำหรับเครื่องยนต์ดีเซล
## อ้างอิง

หมวดหมู่:ส่วนประกอบเครื่องยนต์
หมวดหมู่:ระบบฉีดเชื้อเพลิง