ระบบแก๊ส LPG สำหรับรถยนต์

แบ่งตามประเภทใหญ่ๆได้ 2 กลุ่ม คือ

  

1. ระบบที่ใช้แรงดูดของเครื่องเป็นตัวกำหนดการจ่ายแก๊ส (ระบบดูด)     1.1 ระบบดูดแบบคงที่ หรือระบบดูดแก๊สแบบคาร์บูเรเตอร์ (Fix Mixer)
    1.2 ระบบดูดแบบแปรผันค่าตามอ็อกซิเจนเซนเซอร์ (Mixer & Lamda Control)
    1.3 ระบบการจ่ายแก๊สควบคุมด้วยสเตปมอเตอร์ (Lamda Feedback Control หรือ Fumigation)

2. ระบบที่มีการประเมินผลของเครื่องยนต์ โดยการจ่ายแยกสูบ ทั้งแบบอิสระและแบบรวม (ระบบติดแก๊ส)

    2.1 ระบบฉีดแก๊สแบบฉีดร่วม ( Full Group  หรือMultipoint Port )
    2.2 ระบบฉีดแก๊สแปรผันตามค่าการฉีดเชื้อเพลิงหลัก (Sequential Injection System)
    2.3 ระบบฉีดแก๊สแบบฉีดน้ำแก๊ส (Liquid Sequential Injection)

    จากระบบข้างต้นยังแยกย่อยออกได้อีกกลุ่มล่ะ 3 แบบ โดยมีการทำงานที่แตกต่างกัน อันเป็นผลจากการพัฒนาระบบเพื่อความเหมาะสมกับเครื่องยนต์และให้ได้ค่ามาตรา ฐานไอเสียที่กำหนดคือ กลุ่มมาตราฐานยูโร (EURO) จะแบ่งย่อยออกเป็นดังนี้

กลุ่มระบบดูด (Mixer)

1.1 ระบบดูดแบบคงที่ หรือระบบดูดแก๊สแบบคาร์บูเรเตอร์ (Fix Mixer)เป็นระบบที่ใช้กลไกของหม้อต้มแก๊สเป็นตัว เปิด – ปิด แก๊ส โดยอาศัยแรงดูดของเครื่องยนต์ แก๊สจะถูกดูดออกมาผสมที่ปากผสม( Mixer) ก่อน ที่จะเข้าห้องเผาไหม้ ปากผสมจะทำการลดมวลอากาศเพื่อให้เกิดแรงดูดที่มากขึ้น ส่วนปริมาณแก๊สจะถูกควบคุมโดยสปริงเร่งของหม้อต้มแก๊ส ปากผสมโดยส่วนใหญ่ที่ใช้กันจะมีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางภายในเล็กกว่าเส้นผ่า ศูนย์กลางของปีกผีเสื้อ และมีการควบคุมแรงดูดของเครื่องยนต์โดยผ่านวาล์วลด (ในประเทศไทยเรียกวาล์วกลางสาย หรือ Power Valve) วาล์ว ตัวนี้จะเป็นตัวกำหนดแรงดูดของเครื่องให้สัมพันธ์กับหม้อต้ม และมีส่วนอย่างยิ่งว่าเครื่องยนต์จะสามารถใช้งานได้จริงหรือไม่ขณะเครื่อง ยนต์มีภาระ ระบบนี้แทบจะเรียกได้ว่ามีมานานพอๆกับที่คนรู้จัก LPG มีการใช้งานมามากกว่า 50 ปี ปัจจุบันระบบ Fix Mixer ยังมีการพัฒนาเพื่อไม่ให้ตกมาตราฐาน EURO 1

1.2 ระบบดูดแบบแปรผันค่าตามอ็อกซิเจนเซนเซอร์ ( Mixer & Lambda Control ) ระบบจะซับซ้อนขึ้นจากระบบแรก กล่าวคืออุปกรณ์โดยรวมเหมือนกัน แต่สิ่งที่ต่างกันคือวาล์วกลางสาย หรือ Power Valve ระบบแบบนี้จะไม่มี Power Valve แต่จะใช้ชุดควบคุมการจ่ายแก๊สแบบสัญญาณสนองกลับ หรือเรียกว่า Actuator Control แทน การทำงานจะใช้สัญญาณอ็อกซิเจนเซนเซอร์เป็นตัวบอกปริมาณแก๊สที่จะต้องจ่ายเข้าไป แบ่งการทำงานง่ายๆออกเป็น 3 ส่วน คือ ส่วนผสมหนา ส่วนผสมกลาง และส่วนผสมบาง Actuator จะ ถูกสั่งงานตามจังหวะของสัญญาณอ็อกซิเจน ถ้าส่วนผสมหนาระบบจะลดแก๊สจนสุด ถ้าส่วนผสมกลางระบบจะคงที่ ถ้าส่วนผสมบางระบบจะเปิดแก๊สจนสุด จะสังเกตุได้จากค่า Lambda ที่เปลี่ยนแปลงอยู่ตลอด

ระบบ นี้ถูกออกแบบมาใช้กับรถที่มี อ็อกซิเจนเซนเซอร์โดยเฉพาะ หรือเป็นระบบที่ใช้เสริมคุณสมบัติให้ดียิ่งขึ้นกล่าวโดยรวมคือมีส่วนผสมที่ ดีขึ้นและเหมาะสมตามรอบเครื่องยนต์ ตัว Actuator ทำงานโดยอาศัยแรงดูดในท่อร่วมไอดีเพื่อดูดลิ้นควบคุมการจ่าย โดยลดแรงดูดด้วย Vacuum Regulator แต่ลิ้นควบคุมสามารถสนองการทำงานอย่างเฉียบพลันโดยการควบคุมของ Solenoid ที่ควบคุมด้วยไฟฟ้าจากชุดควบคุม (Feedback Control) และยังบังคับลิ้นควบคุมลดแก๊สได้อย่างรวดเร็ว Actuator ถูกพัฒนามากจนถึงขีดสุดที่มีลิ้นควบคุม 2 ลิ้น จำแนกการทำงานอย่างละเอียดได้ 6 Step แต่ระบบยังคงต้องพึ่งปากผสมที่ดีอยู่ และระบบถูกแทนที่ด้วย Step Motor เมื่อ Actuator ไม่ผ่านมาตราฐาน EURO 2

1.3 ระบบการจ่ายแก๊สควบคุมด้วยสเตปมอเตอร์ (Lambda Feedback Control หรือ Fumigation ) เป็นระบบที่สูงสุดของระบบที่ใช้ปากผสม การทำงานจะถูกควบคุมโดยการใช้สัญญาณแยกย่อยออกหลายๆแบบ ในแต่ละรุ่นอาจมีข้อแตกต่างกันเล็กน้อย สัญญาณส่วนใหญ่ที่ใช้จะมีหน้าที่แตกต่างกัน อาจแบ่งย่อยออกได้ตามลักษณะ ดังนี้
- สัญญาณวัดรอบ( RPM ) ใช้เป็น ตัวกระตุ้นระบบให้ทำงานหรือเป็นระบบตัดการทำงานขณะเครื่องยนต์หยุดหมุน และเป็นตัวสั่งให้ระบบสวิทช์จากน้ำมันไปใช้แก๊ส ในบางรุ่นอาจใช้ในการทำตาราง MAP เพื่อให้เหมาะสมกับรอบเครื่องยนต์ทุกๆย่าน
- สัญญาณตำแหน่งลิ้นปีกผีเสื้อ ( TPS ) เป็นตัวบอกตำแหน่งของลิ้นปีกผีเสื้อเพื่อบอกถึงอัตราคันเร่งของเครื่อง โดยทั่วไปมีแรงดันแปรผันที่ 1 – 5 V.
- สัญญาณอ็อกซิเจนเซนเซอร์ ( Lambda ) เป็นค่าที่บ่งบอกถึงส่วนผสมหลังการสันดาปของเครื่องยนต์ว่าส่วนผสม หนา หรือ บาง จะเป็นส่วนสำคัญในการประเมินค่าการจ่ายแก๊ส

การทำงาน ระบบจะประมวลผลโดยใช้ ECU ค่า สัญญาณที่วัดได้จะถูกประมวลผลเพื่อทำการจ่ายแก๊ส โดยการควบคุมของสเตปมอเตอร์ ระบบจะมีการควบคุมตั้งแต่ ปิดสุดถึงเปิดสุด ในบางรุ่นขั้นตอนนี้สามารถทำได้ถึง 300 Step แต่ขณะใช้งานจริงการควบคุมที่แปรผันมากที่สุดอยู่ในช่วงเครื่องยนต์เดินเบา อาจจะเดินอยู่ระดับ 20 – 100 Step เพราะมีการปรับส่วนผสม หนา – บาง ตลอดเวลาที่เดินเบาอยู่ ต่อเมื่อกดคันเร่งจะมีการจ่ายแก๊สเพิ่มขึ้นในช่วงแรก และจะเริ่มคงที่เมื่อใช้รอบเครื่องยนต์คงที่ ขั้นตอนนี้อาจเดินสเตปอยู่ในช่วงแคบๆ ซึ่งจากการสังเกตุสเตปของมอเตอร์ จะเป็นตัวบ่งบอกว่าขนาดของปากผสมเหมาะสมหรือไม่ ค่าเหล่านี้จะเป็นมาตราฐานของแต่ละยี่ห้อ อยู่ที่ผู้ออกแบบเป็นตัวกำหนด ซึ่งไม่เท่ากันและเป็นเทคนิคของผู้ผลิต

การปรับแต่งของระบบ สามารถทำได้ 2 อย่าง คือ
- การปรับแต่งโดย ใช้คอมพิวเตอร์ จะปรับแต่งค่าแยกย่อยในระบบได้มากที่สุด รวมถึงการปรับตั้งเมนูของระบบ รวมถึงการตรวจเช็คสเตปของมอเตอร์ ซึ่งรวมถึงการ Maping ค่าการจ่ายแก๊สตามรอบเครื่องยนต์
- การปรับโดยใช้อุปกรณ์มือถือ จะปรับเมนูระบบได้เพียงเล็กน้อย แต่หน้าที่หลักคือการตรวจสอบตำแหน่งของมอเตอร์ขณะทำงาน
แต่การปรับจูนทั้ง 2 อย่าง หัวใจหลักก็ยังคงต้องพึ่งหม้อต้มและปากผสม เพราะยังคงต้องปรับหม้อต้มและเลือกขนาดปากผสมที่เหมาะสมอยู่ดี แต่การพัฒนาระบบก็มีมาอย่างต่อเนื่อง จนระบบสุดท้ายของสเตปมอเตอร์ใช้สเตปมอเตอร์ควบคุมการทำงานถึง 2 ตัว แบ่งเป็นชุดควบคุมการจ่ายไอแก๊ส(ขั้นกลางท่อก่อนเข้าปากผสม) และอีกตัวถูกติดตั้งแทนที่สกูรตั้งหม้อต้มเพื่อทำหน้าที่ปรับการจ่ายแก๊สของ หม้อต้มให้เหมาะสมกับเครื่องยนต์มากที่สุด

2. กลุ่มระบบฉีด ( Injection )

2.1 ระบบฉีดแก็สแบบฉีดร่วม ( Full Group หรือ Multipoint Port )
จะมีการใช้สเตปมอเตอร์ในการควบคุมการฉีดแก๊ส ควบคุมโดยการ เพิ่ม – ลด แก๊สที่ฉีดเข้าพอร์ดไอดี ปกติจะมีการควบคุมโดยการใช้ MAP Sensor ที่ใช้เฉพาะระบบ เพื่อสร้างตราง MAP พื้นฐานขึ้นมา มีการประเมิณผลร่วมสัญญาณต่างๆ เช่น TPS , RPM , Lambda และ สัญญาณที่ได้มาจาก MAP Sensor ที่ เพิ่มขึ้นมา ระบบนี้จะไม่ใช้ค่าการฉีดน้ำมันมาเกี่ยวข้องกับระบบ แต่จะประมวลสัญญาณขึ้นมาใหม่ แก๊สที่จ่ายเข้าพอร์ดไอดีจะมีการจ่ายที่พร้อมกันโดยอาศัยให้เครื่องยนต์ดูด แก๊สเข้าไปสันดาปเอง เป็นระบบที่ไม่ค่อยแม่นยำมากนัก และมีปัญหาในการปรับจูน จึงไม่ค่อยเป็นที่นิยมมากนัก

2.2 ระบบฉีดแก๊สแปรผันตามค่าการฉีดเชื้อเพลิงหลัก ( Sequential Injection System )
เป็นระบบที่ถูกออก แบบมาเพื่อใช้กับเครื่องยนต์สมัยใหม่ทำงานโดยการฉีดแก๊สตามจังหวะของเครื่อง ยนต์แทนการฉีดน้ำมัน ระบบโดยทั่วไปต้องการสัญญาณการฉีดน้ำมันของเครื่อง เอามาเพื่อกำหนดการฉีดของแก๊ส การฉีดของแก๊สจะต้องทำการจำลองการฉีดน้ำมันและให้ข้อมูลดังกล่าวเป็นพื้นฐาน ในการฉีดแก๊ส อาจมีการใช้สัญญาณต่างๆเพื่อเอามาตรวจสอบการทำงานของระบบว่าแม่นยำขนาดไหน
หลักการประมวลผลของระบบโดยทั่วไปจะเป็นระบบที่ทำงานเองโดยอัตโนมัติ ( Auto Calibrate ) โปรแกรมบางตัวใช้ค่า ช่วงเวลาการฉีด/รอบของเครื่องยนต์ ประมวลผลร่วมกับค่า MAP Sensor ที่ เพิ่มเข้าไปในระบบซึ่งอุปกรณ์ทุกตัวจะมีหน้าที่แตกต่างกันแต่ต้องทำงาน สัมพันธ์กันทั้งระบบ พอจะแยกย่อยหน้าที่และการทำงานได้พอสังเขป ดังนี้

 

- ECU (Electronic Control Unit) เปรียบ เสมือนเป็นสมองคอยสั่งงานในระบบ มีหน้าที่รับสัญญาณต่างๆที่วัดได้ และทำการประเมินผลก่อนที่จะสั่งให้ระบบทำงานตามค่าต่างๆที่วัดได้และการสั่ง งานนั้นต้องไม่ผิดเพี้ยนจากค่าเดิมของระบบเครื่องยนต์ ECU ที่ใช้ในระบบแก๊สที่ดีนั้นไม่ได้วัดกันที่ปริมาณในการประเมินผล แต่วัดกันที่ความเร็วในการประเมินผล CPU จึงถูกออกแบบมาให้ใช้ความเร็วมากกว่าปริมาณการคำนวนที่มากๆ เพราะค่าสัญญาณต่างๆที่วัดได้จาก ECU ของรถยนต์เป็นค่าสัญญาณหลักที่สามารถนำไปคำนวนเพื่อนสนองการใช้งานได้ทันที

 

- หม้อต้มแก๊ส (Reducer & Regulator) มีหน้าที่หลักในการทำให้แก๊สเหลว (LPG) 

 
กลายเป็นไอแก๊ส และทำการลดแรงดันของไอแก๊สลงเพื่อส่งต่อเข้าไปในรางหัวฉีด แรงดันจะสูงหรือต่ำอยู่ที่การออกแบบระบบควบคุมการฉีด หม้อต้มแก๊สในระบบหัวฉีดถูกแบ่งออกได้ง่ายๆจากการทำงานของระบบควบคุมได้ 2 แบบคือ 1. แบบแปรผันค่าแรงดันได้ (Variable Pressure) จะใช้แรงดูดภายในท่อไอดีเป็นตัวดึงกลไกของหม้อต้มเพื่อให้เพิ่มแรงดันตอนส่งคันเร่ง และลดแรงดันลงเมื่อค่า Vacuum กลับลงมาปกติเมื่อรอบเครื่องยนต์คงที่ ระบบหม้อต้มแบบนี้จะต้องเพิ่ม MAP Sensor ให้กับระบบ

 

-หม้อต้มแบบแรงดันคงที่ (Constant Pressure)
ระบบหม้อต้มแบบ นี้ตัวหม้อต้มจะ จ่ายแรงดันคงที่ จะลดแรงดันลงเมื่อมีการฉีดแก๊สเข้าไปสันดาประบบที่ใช้หม้อต้มลักษณะนี้บาง ระบบไม่ต้องใช้ MAP Sensor แต่จะปรับค่าจากช่วงเวลาการฉีดเชื้อเพลิงของเครื่องยนต์ (Time Sequential) และ ประมวลผลออกมาต่อรอบของเครื่องยนต์ มีข้อเสียคือการปรับตั้งต้องทำการทดสอบรถบนแท่นวัดแรงม้าแล้วปรับอัตราการ ฉีดเชื้อเพลิงต่อรอบเป็นช่วงๆ ซึ่งทำให้ขั้นตอนการทำงานยากขึ้น

- หัวฉีดแก๊ส ( Injector)ทำหน้าที่จ่ายแก๊สออกจากระบบ โดยรับการสั่งงานจาก ECU ถูกแบ่งจ่ายออกตามสูบ ปกติมีอยู่เพียง 2 แบบ คือแบบลูกเลื่อน และ แบบลิ้น การเลือกใช้หัวฉีดผู้ออกแบบระบบอาจจะให้เลือกใช้ได้ทั้ง 2 แบบ แต่การเลือกใช้จะขึ้นอยู่กับค่าเวลาการฉีดเชื้อเพลิงเดิม(ค่าการฉีดของ น้ำมัน) ระบบลูกเลื่อนจะมีน้ำหนักจากกลไกภายในที่มากกว่า แต่สามารถควบคุมการทำงานได้อย่างแม่นยำ ดังนั้นจึงเหมาะสมกับเครื่องยนต์ที่มีช่วงเวลาการฉีดน้ำมันอยู่ที่ 2.5 – 3 ms ขึ้น ไป แต่ระบบลิ้นกลไกภายในน้ำหนักเบาความแม่นยำไม่สูงนักแต่สามารถควบคุมการทำงาน ได้เร็วกว่าลูกเลื่อนมากจึงเหมาะสมสำหรับเครื่องยนต์ที่มีค่าการฉีดน้ำมัน อยู่ที่ต่ำกว่า 2 ms ทั้งนี้การเลือกใช้ชนิดของหัวฉีดแก๊สก็เพื่อให้ได้สมรรถณะของเครื่องยนต์สูงสุดเมื่อใช้แก๊ส

- MAP Sensor เป็นตัววัดค่า Vacuum กับ ค่าแรงดันของแก๊สภายในระบบ(ความดันไอแก๊ส) การประเมินผลต่างๆจะต้องใช้อุปกรณ์ตัวนี้เป็นตัววัดค่าที่ได้เอาไปเปรียบ เทียบค่าการฉีดต่อรอบเครื่องยนต์เพื่อกำหนดค่าการจ่ายเชื้อเพลิงขึ้นมาใหม่ เปรียบเสมือนหัวใจของระบบ

 
- สวิทช์เปลี่ยนระบบ เอาไว้รับคำสั่งจากกล่อง ECU เพื่อแสดงสถานะ และเป็นตัวกำหนดระบบว่าจะเลือกใช้ฟังชั่นใด

2.3 ระบบฉีดแก๊สแบบฉีดน้ำแก๊ส ( Liquid Sequential Injection )
       มีอุปกรณ์และการทำงานทุกอย่างเหมือนระบบฉีดไอแก๊ส แต่ระบบไม่จำเป็นต้องใช้ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนหรือหม้อต้ม แต่ระบบจะฉีดแก๊สในสถานะของเหลวเช่นเดียวกับน้ำมัน มีต้นทุนในการผลิตสูงมากมีการทดสอบระบบกับเครื่องยนต์สมรรถณะสูง เป็นเทคโนโลยีที่ใหม่มากยังไม่มีใช้โดยทั่วไป แต่ระบบจะต้องมีการแปลงเบ้าหัวเทียนใหม่เพื่อให้มีพื้นที่สำหรับฉีดน้ำแก๊ส เข้าสู่ห้องเผาไหม้โดยตรงลักษณะจะเหมือกับเครื่องยนต์ตระกูล GDI ที่ฉีดน้ำมันเบ็นซินเข้าสู่ห้องเผาไหม้โดยตรง

ที่มา http://www.progas.co.th/index.aspx?ContentID=ContentID-080305155711464