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-เบสเซเมอร์GN-8 (ราวปี 1942) เป็นตัวอย่างหนึ่ง เรียกอีกชื่อหนึ่งว่าคอมมอนเรลแบบปรับปรุง

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

เครื่องยนต์ดีเซลระบบคอมมอนเรลเครื่องแรกที่ใช้ในพาหนะบนท้องถนนคือเครื่องยนต์ MN 106 ของ *[[ฟ็อลคส์ไอเกนาร์เบอทรีบ|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 (เครื่องยนต์)|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 engine|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: **[[IKCO EF engines|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): **[[Turbocharged Direct Injection|TDI]]** (รุ่นใหม่กว่าใช้ระบบคอมมอนเรล ต่างจากเครื่องยนต์หัวฉีดแบบนูนิตรุ่นก่อนหน้า) เบนท์ลีย์เรียกเครื่องยนต์ดีเซลในเบนเทย์กาว่า **Diesel**
* วอลโว่: เครื่องยนต์ **D**, **D2**, **D3**, **D4** และ **D5** (บางรุ่นผลิตโดยฟอร์ดและพีเอสเอเปอโยต์ซีตร็อง), เครื่องยนต์วอลโว่ เพนตาซีรีส์ D

## หลักการ

วาล์วแบบโซลินอยด์หรือแบบเพียโซอิเล็กทริกทำให้สามารถควบคุมเวลาและปริมาณการฉีดเชื้อเพลิงด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์ได้อย่างละเอียด และแรงดันที่สูงขึ้นซึ่งเทคโนโลยีคอมมอนเรลมีให้ช่วยให้การฉีดเชื้อเพลิงเป็นฝอยละอองได้ดีขึ้น เพื่อลดเสียงดังของเครื่องยนต์ หน่วยควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ของเครื่องยนต์สามารถฉีดน้ำมันดีเซลจำนวนเล็กน้อยก่อนการฉีดหลัก (การฉีด "นำร่อง") ซึ่งจะช่วยลดแรงระเบิดและการสั่นสะเทือน รวมถึงปรับจังหวะและปริมาณการฉีดให้เหมาะสมกับความแปรผันของคุณภาพน้ำมัน การสตาร์ทเครื่องยนต์ขณะเย็น และอื่น ๆ ระบบจ่ายเชื้อเพลิงคอมมอนเรลขั้นสูงบางระบบทำการฉีดมากถึงห้าครั้งต่อจังหวะ

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