แวดวงยานยนต์ในปัจจุบัน หัวข้อการสนทนาส่วนใหญ่มักพูดถึงความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องของการใช้พลังงานไฟฟ้าและระบบขับอัตโนมัติ แต่คอลัมน์นี้ จะพูดถึงเทคโนโลยีขั้นสูงในอดีตที่ใช้ในรถ Porsche ซึ่ง.... บางครั้ง การมองย้อนกลับไปที่นวัตกรรมแรกเริ่มในอดีต ก่อนหน้าเทคโนโลยีอันทันสมัยของระบบส่งกำลังยุคใหม่ ทำให้เราเข้าใจการทำงานของเครื่องยนต์ยุคใหม่ รวมถึงเหตุผลในการคิดค้นสิ่งที่ทำให้ Porsche กลายเป็นที่รู้จัก ช่วยทำให้ทุกอย่างกระจ่างแจ้ง และเข้าใจได้ดียิ่งขึ้นว่าระบบส่งกำลังสมัยใหม่มีรากเหง้ามาอย่างไร ทุกวันนี้ Porsche เครื่องยนต์สันดาปรุ่นคลาสสิคส่วนใหญ่ ใช้ระบบหัวฉีดเชื้อเพลิงอิเล็กทรอนิกส์ (EFI) และบางคันที่ยังวิ่งได้นั้นเก่าแก่มากกว่า 40 ปี
ไม่ว่าจะใช้วิธีเหนี่ยวนำเชื้อเพลิงแบบใด ก็จะมีพื้นฐานบางอย่างที่ใช้ได้ดีกับเครื่องยนต์เบนซิน น้ำมันเบนซินนั้นไม่เผาไหม้ในรูปของเหลวที่เก็บไว้ในถังเชื้อเพลิงของรถยนต์ แต่การเผาไหม้ได้อย่างเต็มประสิทธิภาพนั้น เบนซินต้องอยู่ในรูปไอและถูกผสมกับอากาศด้วยสัดส่วนที่พอดีถึงจะติดไฟ เนื่องจากจุดเดือดของของเหลวนั้นสัมพันธ์โดยตรงกับแรงดันอากาศ การระเหยของเชื้อเพลิงในเครื่องยนต์รุ่นเก่า จึงได้รับความช่วยเหลือจากแรงดันที่ค่อนข้างต่ำ เพื่อเพิ่มศักยภาพในการระเหยของเชื้อเพลิงที่รับเข้ามาให้ได้มากที่สุด จำเป็นต้องทำให้เชื้อเพลิงกลายเป็นละอองหรือแตกเป็นหยดเล็กๆ ก่อนที่จะเข้าไปในห้องเผาไหม้ของเครื่องยนต์
...
ในอดีต การวัดปริมาณเชื้อเพลิงไม่มีความแม่นยำมากนัก แต่ระบบจ่ายเชื้อเพลิงโบราณอย่างคาร์บูเรเตอร์ก็มีประสิทธิภาพดีพอในการทำให้ส่วนผสมของเชื้อเพลิงและอากาศอยู่ในเกณฑ์ที่เหมาะสม คาร์บู ฯ ทำให้การแบ่งเชื้อเพลิงเป็นละอองค่อนข้างดี เนื่องจากต้องวางช่องเวนทูรีไว้ในช่องไอดีอย่างระมัดระวัง เวนทูรีเป็นช่องที่ได้รับการปรับเทียบ ทำหน้าที่เร่งปริมาณอากาศที่ไหลผ่าน ช่วยลดแรงดันในบริเวณดังกล่าวได้ดี เชื้อเพลิงจะผสมกับอากาศที่จุดศูนย์กลางของเวนทูรี เพื่อช่วยให้เชื้อเพลิงกลายเป็นละออง และช่วยให้เชื้อเพลิงกับอากาศ ผสมกันได้ดีขึ้น ท่อเวนจูรี่ (Venturi) คือภายในคาร์บูเรเตอร์มีท่อทางที่เป็นคอขวดอยู่ ทำให้เกิดปรากฏการณ์เวนจูรี่ ในจุดที่เป็นคอขวดนี้ความเร็วของไอดีจะเพิ่มขึ้น เนื่องมาจากเส้นผ่านศูนย์กลางท่อมีขนาดลดลง การเพิ่มความเร็วในการเคลื่อนที่จะทำให้ความดันที่คอขวดลดลง ทำให้เกิดความดันต่ำกว่าความดันบรรยากาศ ตรงทางคอขวดจะมีท่อน้ำมันเล็ก ๆ เกิดการดูดน้ำมันเชื้อเพลิงขึ้นมาผสมกับอากาศ และวิ่งเข้าไปสู่ห้องเผาไหม้
อัตราการระเหยของไอน้ำมันในท่อเวนจูรีนั้นจะขึ้นอยู่กับปัจจัยหลัก ๆ 3 ประการ คือ อุณหภูมิอากาศที่ไหลผ่าน ความเร็วอากาศที่ไหลผ่าน และองค์ประกอบของน้ำมันเบนซิน ถ้าอากาศที่ไหลผ่านมีอุณหภูมิสูง เบนซินจะระเหยได้ง่าย ถ้าอากาศไหลผ่านด้วยอัตราเร็วที่สูง ความดันบริเวณท่อเวนจูรีก็จะลดต่ำลงมาก น้ำมันก็จะระเหยได้ง่ายอีกเช่นกัน และถ้าน้ำมันเบนซินมีองค์ประกอบที่มีจุดเดือดต่ำผสมอยู่มาก น้ำมันก็จะระเหยได้ง่ายยิ่งขึ้น
อุณหภูมิอากาศนั้น ขึ้นอยู่กับอากาศในห้องเครื่องยนต์ (ใต้ฝากระโปรง) ถ้าเริ่มติดเครื่องจากตอนเครื่องเย็น อุณหภูมิอากาศก็คืออุณหภูมิอากาศรอบนอกตัวรถนั่นเอง แต่พอเริ่มเดินเครื่องแล้ว ความร้อนจากเครื่องยนต์จะทำให้อากาศที่อยู่รอบ ๆ เครื่องยนต์ร้อนขึ้น หรือบางทีก็ใช้การดึงเอาอากาศจากบริเวณที่อยู่ใกล้เครื่องยนต์ไปผสม ทำให้อุณหภูมิอากาศที่ไหลเข้าคาร์บูเรเตอร์สูงขึ้น พออุณหภูมิอากาศสูงขึ้น น้ำมันก็ระเหยได้ง่ายขึ้น
ส่วนอัตราการไหลของอากาศนั้นจะขึ้นอยู่กับความเร็วรอบของเครื่องยนต์ ที่ความเร็วรอบต่ำ ลูกสูบเคลื่อนที่ช้า อัตราการไหลของอากาศก็ต่ำ ที่ความเร็วรอบสูงขึ้น ลูกสูบก็เคลื่อนที่เร็วขึ้น อัตราการไหลของอากาศสูงขึ้น ส่งผลให้ความดันในท่อเวนจูรีลดต่ำลงไปอีก น้ำมันก็ระเหยได้ง่ายขึ้น
...
ระบบหัวฉีดเชื้อเพลิงแบบใหม่เริ่มเข้ามาแทนที่คาร์บูเรเตอร์ด้วยแรงดันที่มีประสิทธิภาพเหนือกว่ามาก แรงดันเชื้อเพลิง ถูกบังคับผ่านวาล์วหัวฉีด เพื่อให้เกิดการกลายพ่นเป็นฝอยละออง วิศวกรของ Porsche ได้ทดสอบระบบฉีดเชื้อเพลิงเชิงกล (MFI) ของบริษัท Bosch ที่ใช้ในเครื่องยนต์ดีเซล ซึ่งอยู่ในเครื่องยนต์รถแข่งมาหลายทศวรรษ ระบบฉีดเชื้อเพลิงเชิงกลของ Bosch ยังถูกนำมาใช้ในเครื่องยนต์เบนซินสูบนอนของ 911 รุ่นปี 1969-1973 อีกด้วย คุณลักษณะสำคัญของระบบ MFI ก็คือ มันจะทำงานที่แรงดันประมาณ 250 psi ทำให้สามารถฉีดเชื้อเพลิงเข้าไปในช่องไอดีแต่ละจังหวะได้อย่างละเอียด สามารถปรับตั้งคาบเวลาการฉีดได้อย่างแม่นยำ ผลลัพธ์ที่ตามมาก็คือ เกิดการระบายความร้อนด้วยการระเหยของเชื้อเพลิงที่ฉีดเข้าไป ซึ่งส่งผลดีต่อเครื่องยนต์รถแข่งของ Porsche ที่ต้องเร่งรอบสูงอย่างต่อเนื่องทั้งวันทั้งคืนในรายการเอนดูลานซ์
...
Porsche ประสบความสำเร็จในการใช้ระบบฉีดเชื้อเพลิง K-Jetronic ของ Bosch (หรือ CIS สำหรับระบบฉีดต่อเนื่อง) ใน 911 ซึ่งใช้วิธีฉีดเชื้อเพลิงอย่างต่อเนื่องเข้าไปในช่องไอดีของเครื่องยนต์แต่ละช่อง แม้ว่าแรงดันของระบบที่ 80 psi ยังคงทำให้ละอองเชื้อเพลิงกระจายตัวได้ดี แต่เชื้อเพลิงบางส่วน จะยังคงอยู่ในช่องไอดีจนกว่าจะถึงการเปิดวาล์วไอดีครั้งต่อไป แม้ว่าวิธีนี้จะดูไม่ค่อยเหมาะสมนัก แต่ก็ยังมีเชื้อเพลิงกระจายตัวเข้าไปในกระบอกสูบ เครื่องยนต์ที่ติดตั้ง CIS มีการออกแบบมงกุฎลูกสูบพิเศษ เพื่อทำให้การผสมระหว่างอากาศกับเชื้อเพลิงมีประสิทธิภาพ เป็นไปตามที่ต้องการ
...
ระบบฉีดเชื้อเพลิงแบบพอร์ตอิเล็กทรอนิกส์ของ Bosch ใช้หัวฉีดเชื้อเพลิงซึ่งแต่ละอันมีโซลินอยด์แม่เหล็กไฟฟ้า หัวฉีดจะถูกป้อนเชื้อเพลิงที่มีแรงดันคงที่ (ประมาณ 2.0-2.5 บาร์ หรือ 29-37 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว ในระบบเก่า) ผ่านท่อจ่ายที่เรียกว่ารางเชื้อเพลิงสำหรับกระบอกสูบแต่ละชุด แรงดันเชื้อเพลิงจะคงอยู่ผ่านอุปกรณ์ควบคุมที่จำกัดท่อส่งกลับไปยังถังเชื้อเพลิง แม้ว่าความสามารถในการทำให้เชื้อเพลิงเป็นละอองของระบบ EFI รุ่นแรกจะไม่ดีเท่ากับระบบกลไกรุ่นก่อนๆ แต่ชดเชยข้อบกพร่องนี้ด้วยการวัดเชื้อเพลิงที่แม่นยำมากกว่าและมีความยืดหยุ่นในการทำงานที่ดีกว่า
ปริมาณการฉีดเชื้อเพลิงจะถูกควบคุมโดยการเปลี่ยนแปลงคาบเวลาเปิดหัวฉีด จากสัญญาณกราวด์ไปยังขั้วลบของระบบไฟฟ้าในหัวฉีด พัลส์ไวด์ของหัวฉีดเชื้อเพลิงทั่วไป อาจทำงานสั้นเพียง 1.5-2.0 มิลลิวินาที (มิลลิวินาทีหรือหนึ่งในพันวินาที) ไปจนถึงมากกว่า 20 มิลลิวินาที สำหรับความเร็วเครื่องยนต์ รวมถึงโหลดที่สูงขึ้น ขั้วบวกของหัวฉีดเชื้อเพลิงจะได้รับแรงดันไฟฟ้าเสมอ ในขณะที่เครื่องยนต์กำลังสตาร์ทหรือทำงาน เส้นทางกราวด์ที่ออกแบบให้สามารถสลับได้ เพื่อทำให้วงจรสมบูรณ์ หัวฉีดจะถูกควบคุมโดยทรานซิสเตอร์ ที่ติดตั้งอยู่ภายในหน่วยควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ (ECU) ตรงนี้นี่เริ่มปวดกระโหลกแล้ว!
Bosch D-Jetronic
เครื่องยนต์สี่สูบของ Porsche 914 เป็นการนำระบบหัวฉีดเชื้อเพลิงอิเล็กทรอนิกส์มาใช้เป็นครั้งแรก Porsche เคยนำระบบ D-Jetronic ของ Bosch (โดย “D” ย่อมาจาก druck ซึ่งเป็นคำภาษาเยอรมันที่แปลว่าแรงดัน) มาใช้กับ 911 แต่ระบบฉีดเชื้อเพลิง MFI พิสูจน์จากการทดสอบแล้วว่าเหมาะสมกว่าสำหรับเครื่องยนต์ 911 ที่รอบสูง แต่ระบบ “D-Jet” ก็ถือว่าเพียงพอเมื่อนำไปใช้กับเครื่องยนต์ Volkswagen Type IV ซึ่งติดตั้งใน Porsche 914 เครื่องยนต์สี่สูบนอน พร้อมระบบหัวฉีดเชื้อเพลิงของ 914 ซึ่งใช้ลิ้นปีกผีเสื้อเพียงตัวเดียวส่งอากาศเข้าไปในท่อร่วมไอดีส่วนกลาง โดยมีท่อไอดีแยกแต่ละท่อ ไปยังช่องไอดีแต่ละช่อง หัวฉีดเชื้อเพลิงติดตั้งอยู่ระหว่างรางเชื้อเพลิงและช่องไอดี
เพื่อคำนวณปริมาณเชื้อเพลิงที่จำเป็นในการฉีดเข้าในเครื่องยนต์ในสภาพการทำงานของเครื่องยนต์ใดๆ ก็ตาม ECU ของ D-Jet ใช้แบบจำลองความเร็ว/ความหนาแน่น เพื่อประมาณการไหลของอากาศที่เข้าสู่เครื่องยนต์ โดยอาศัยอินพุตอะนาล็อกจากเซ็นเซอร์แรงดันในท่อร่วมไอดี รอบเครื่องยนต์ (ซึ่งกำหนดโดยจุดกระตุ้นสองจุดที่ฐานของเพลา) เซ็นเซอร์ตำแหน่งคันเร่งแบบอะนาล็อก และเซ็นเซอร์อุณหภูมิอากาศฝั่งไอดี (ความหนาแน่นของอากาศจะลดลงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น) มีเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิหัวสูบเพื่อปรับให้ส่วนผสมเข้มข้นขึ้นในระหว่างการสตาร์ท ที่สภาวะเริ่มต้นการทำงาน
ECU ของ D-Jet เป็นคอมพิวเตอร์อะนาล็อก เนื่องจากไม่มีความสามารถในการประมวลผลแบบดิจิทัล ส่วนผสมเชื้อเพลิงพื้นฐานสามารถปรับได้โดยใช้ปุ่มบนหน่วยควบคุม! นอกจากนี้ ECU ยังขาดฮาร์ดแวร์ตรวจจับและความสามารถในการฉีดเชื้อเพลิงแบบต่อเนื่อง ดังนั้น หัวฉีดจึงถูก "จุดไฟเป็นชุด" เป็นคู่ ในกรณีของการฉีดแบบ CIS เชื้อเพลิงใดๆ ที่ฉีดเข้าไปในวาล์วไอดีที่ปิดอยู่ จะยังคงอยู่ในพอร์ตจนกว่าวาล์วจะเปิดขึ้น เพื่อดึงอากาศ/เชื้อเพลิงเข้ามา เชื้อเพลิงบางส่วนจะควบแน่นอีกครั้ง ที่ด้านในของพอร์ตไอดี (โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสภาวะการทำงานที่เครื่องยนต์ยังเย็นอยู่)
ระบบ D-Jetronic ทำงานได้ค่อนข้างดีใน 914-4 1.7 และ 2.0 ลิตร แต่เซ็นเซอร์แรงดันและหน้าสัมผัสทริกเกอร์หัวฉีดที่ติดตั้งบนตัวจ่ายไฟนั้นมีแนวโน้มที่จะเกิดการสึกหรอทางกลไกและส่งผลถึงการทำงานที่ขาดความแม่นยำตามมา ข้อจำกัดของ ECU แบบดั้งเดิม ทำให้ไม่สามารถใช้ระบบนี้ในรถสปอร์ตประสิทธิภาพสูง เช่น เครื่องยนต์ 6 สูบนอนของ 911
L-Jetronic
เครื่องยนต์ 1.8 ลิตร ใน 914-4 รุ่นปี 1974-1976 มีระบบ EFI L-Jetronic ที่ได้รับการปรับปรุงใหม่ของ Bosch ใช้มาตรวัดการไหลของอากาศแบบใบพัด เพื่อวัดปริมาณ (แต่ไม่ใช่มวล) ของอากาศที่เข้าสู่เครื่องยนต์โดยตรง มาตรวัดการไหลของอากาศ ติดตั้งไว้เหนือลิ้นปีกผีเสื้อ ใช้ใบพัดแบบสปริงที่เคลื่อนเข้าด้านในเมื่อการไหลของอากาศเพิ่มขึ้น กลไกแขนปัดที่ติดมาจะสัมผัสกับรางที่มีค่าความต้านทานไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา เมื่อการไหลของอากาศเพิ่มขึ้น ค่าความต้านทานของรางก็จะเพิ่มขึ้นด้วย ส่งผลให้สัญญาณแรงดันไฟฟ้าไปยัง ECU ลดลงและส่งสัญญาณให้เพิ่มความกว้างพัลส์ของหัวฉีดเชื้อเพลิงทันที ดูค่อนข้างจะซับซ้อน และอาจเสี่ยงต่อความไม่เสถียร แต่ในยุคนั้นถือว่าทำได้ดีแล้ว
การวัดการไหลของอากาศโดยตรง ช่วยให้วัดภาระของเครื่องยนต์ได้แม่นยำกว่าการจัดเรียงแบบ D-Jet ที่ค่อนข้างหยาบ เป็นวิธีชดเชยการสึกหรอของเครื่องยนต์ ในการไหลของอากาศ เช่น วาล์วที่ปรับไม่ถูกต้องเล็กน้อย ECU L-Jet ที่ซับซ้อนยิ่งขึ้น ใช้ข้อมูลอินพุตรอบเครื่องยนต์ จากวงจรจุดระเบิด เซ็นเซอร์ตำแหน่งคันเร่งแบบอนาล็อกถูกกำจัดออกไปใน ระบบหัวฉีด L-Jetronic เวอร์ชันแรกๆ ใช้เซ็นเซอร์อุณหภูมิอากาศไอดีผสานรวมไว้ในตัวเรือนมาตรวัดการไหลของอากาศ และตัวควบคุมอากาศเสริม (ควบคุมโดยสวิตช์เทอร์โมไทม์แบบง่ายๆ ไม่ใช่ ECU) เพื่อให้เดินเบาได้เร็วและนิ่ง หลังจากสตาร์ทเครื่อง เพื่อช่วยอุ่นเครื่องได้เร็วขึ้น
Motronic
Bosch ออกแบบระบบนี้บนพื้นฐานของระบบ L-Jet โดยรวมระบบควบคุมเวลาจุดระเบิดอิเล็กทรอนิกส์และการควบคุมเชื้อเพลิงเข้าเป็นหน่วยควบคุมอิเล็กทรอนิกส์เดียว ซึ่งเรียกระบบนี้ว่า Motronic วิศวกรของ Bosch และ Porsche เรียกระบบนี้ว่าหน่วยควบคุม DME (อิเล็กทรอนิกส์มอเตอร์ดิจิทัล) หน่วยควบคุม DME มีไมโครโปรเซสเซอร์กลาง เพื่อทำหน้าที่ในการแปลงสัญญาณอินพุตอนาล็อกและดิจิทัลต่างๆ ให้เป็นสัญญาณคลื่นสี่เหลี่ยมดิจิทัลที่จำเป็นสำหรับการควบคุมการทำงานของหัวฉีดเชื้อเพลิง การตั้งค่าความกว้างพัลส์ (และระยะเวลาจุดระเบิด/การหยุดนิ่ง) จากชิป EPROM (หน่วยความจำแบบอ่านอย่างเดียวที่ลบได้และตั้งโปรแกรมได้) บนบอร์ด
การใช้งาน Motronic ครั้งแรกของ Porsche ในรถสปอร์ตรุ่น 944 ปี 1983 ตามมาด้วย 928 และ 911 3.2 ลิตร ระบบนี้ ในช่วงแรกยังคงใช้หัวฉีดแบบแบตช์ แต่ระบบควบคุมการจุดระเบิดแบบดิจิทัลและกำหนดเวลายังต้องใช้การวัดความเร็วและตำแหน่งของเครื่องยนต์อย่างแม่นยำ ซึ่งทำได้โดยใช้เซ็นเซอร์เหนี่ยวนำสองตัว เซ็นเซอร์ความเร็วเครื่องยนต์ สร้างสัญญาณแอนะล็อกเพื่อตอบสนองต่อฟันเฟืองวงแหวนสตาร์ท และเซ็นเซอร์อ้างอิงส่งสัญญาณว่ากำลังเข้าใกล้จุดศูนย์บนสุดบนกระบอกสูบที่ 1
ในขณะที่ระบบเซ็นเซอร์ป้อนกลับ/ออกซิเจน แบบวงจรปิดพื้นฐาน ถูก "พ่วง" กับระบบหัวฉีด CIS ของ 911 รุ่นหลังๆ ระบบเซ็นเซอร์ออกซิเจนที่ให้ความร้อน ถูกผสานเข้าในระบบ Motronic ของ Porsche เพื่อทำให้ตัวแปลงเร่งปฏิกิริยาทำงานได้อย่างเหมาะสม พร้อมกับความสามารถในการแก้ไขอัตราส่วนอากาศ/เชื้อเพลิง ที่บางเกินไป หรือมากเกินไป
เครื่องยนต์ของ 944S 16 วาล์ว รุ่นปี 1987 มีระบบ Motronic แบบปรับปรุงใหม่ มีการเพิ่มเซ็นเซอร์ไปที่ตัวจ่ายไฟ ซึ่งทำให้หน่วยควบคุม DME สามารถระบุได้ว่า กระบอกสูบใดกำลังจุดระเบิดในจุดที่กำหนด เซ็นเซอร์ตำแหน่งเพลาลูกเบี้ยวนี้ ทำให้ DME สามารถชะลอคาบเวลาจุดระเบิดของกระบอกสูบแต่ละกระบอกได้เมื่อเกิดการจุดระเบิด รวมถึงทำให้การฉีดเชื้อเพลิงเป็นลำดับที่แท้จริงได้ โดยการจับเวลาการฉีดแต่ละครั้งให้เกิดขึ้นก่อนที่วาล์วไอดีแต่ละอันจะเปิด เกิดประสิทธิภาพจากการแยกเชื้อเพลิงออกจากปลายหัวฉีด ส่งผลให้สิ้นเปลืองเชื้อเพลิงลดลง เดินเบาได้ดีขึ้น และขับเคลื่อนด้วยการแตะคันเร่งแค่นิดเดียวได้
928 S4 ปี 1987 และ 964 ปี 1989 ได้รับประโยชน์จากระบบ Motronic ที่ปรับปรุงใหม่ สามารถจัดเก็บรหัสข้อผิดพลาดสำหรับสภาวะการทำงานที่ผิดปกติ ช่างสามารถอ่านรหัสข้อผิดพลาด โดยใช้เครื่องสแกน Porsche System Tester (PST) เพื่อช่วยในการวินิจฉัยอาการของเครื่องยนต์ที่เข้ามาซ่อมบำรุง แม้ว่ามาตรวัดการไหลของอากาศเชิงกลจะค่อนข้างเชื่อถือได้ แต่ก็ยังมีแนวโน้มที่จะเกิดการสึกหรอของรางแบบไฟฟ้า และการดีดกลับอย่างรุนแรงผ่านช่องรับอากาศ อาจทำให้ชุดมาตรวัดได้รับความเสียหาย นอกจากนี้ มาตรวัดการไหลของอากาศเองก็เกิดข้อจำกัดต่อการไหลของอากาศ ซึ่ง กลายเป็นปัญหาเมื่อขนาดกระบอกสูบของเครื่องยนต์ Porsche ถูกออกแบบให้ใหญ่ขึ้น ตรงกันข้ามกับความเชื่อที่แพร่หลาย ข้อจำกัดนี้ไม่ได้มาจากใบพัด (ข้อมูลการทดสอบของ Bosch แสดงให้เห็นว่าแรงดันลดลงเพียง 0.017 psi ทั่วใบพัด) แต่เป็นเพราะช่องสี่เหลี่ยมที่มีขนาดค่อนข้างเล็ก ซึ่งจำเป็นต่อการวัดการไหลของอากาศ
การตรวจจับการไหลของมวลอากาศ
สำหรับระบบวัดความหนาแน่นของความเร็วและระบบวัดการไหลของอากาศแบบใบพัด ปริมาณการไหลของอากาศเข้าไปในเครื่องยนต์เป็นการประมาณมวลอากาศทางอ้อม อัตราส่วนอากาศต่อเชื้อเพลิงที่เหมาะสมของเครื่องยนต์เบนซิน (ซึ่งคืออากาศ 14.7 ส่วนต่อเชื้อเพลิง 1.0 ส่วน) ขึ้นอยู่กับมวลของธาตุต่างๆ ที่เกี่ยวข้อง เนื่องจากโมเลกุลของน้ำมันเบนซิน (ไฮโดรคาร์บอน) มีขนาดใหญ่และซับซ้อนกว่าอากาศมาก อัตราส่วนอากาศต่อเชื้อเพลิงโดยปริมาตรจึงอยู่ที่ประมาณ 9,000 ต่อ 1!
Porsche 928S เปิดตัวในยุโรปปี 1980 สามปีหลังจากที่ 928 รุ่นแรกสร้างความตกตะลึงให้กับอุตสาหกรรมยานยนต์ในงาน Geneva Motor Show การเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่เกิดขึ้นที่ใต้ฝากระโปรง เครื่องยนต์ V-8 ขนาด 4.5 ลิตร กำลัง 240 แรงม้าถูกปรับให้เป็น 4.7 ลิตร และปรับแต่งให้ผลิตกำลังได้ 296 แรงม้า จากการทดสอบบนท้องถนน ในปัจจุบันพบว่า 928S เร่งความเร็วจาก 0 ถึง 100 กิโลเมตรต่อชั่วโมงได้ใน 6.9 วินาที (ในยุคที่ Corvette ใช้เวลา 7.9 วินาที) และทำความเร็วสูงสุดได้ 241 กิโลเมตรต่อชั่วโมง นั่นถือว่าเร็วมากในยุค 1980 Porsche 928 S ให้ความรู้สึกไม่ใหญ่ไปกว่า 911 ในความเป็นจริงแล้ว 928S สั้นกว่า 3.3 นิ้ว แคบกว่าเกือบ 1 นิ้ว และเตี้ยกว่า 4 ใน 10 นิ้ว เมื่อเทียบกับ 911 Carrera 4 GTS โฉมปัจจุบัน ฝากระโปรงหน้าต่ำและเสาบางทำให้ห้องโดยสารดูโปร่ง
Porsche 928S เครื่องยนต์ V8 32 วาล์ว เป็นรถรุ่นแรกที่ Porsche ใช้เซ็นเซอร์วัดอัตราการไหลของอากาศแบบลวดร้อน (MAF) เพื่อแทนที่มาตรวัดอัตราการไหลของอากาศแบบใบพัดของระบบรุ่นก่อนหน้า (968 ปี 1992 มีเซ็นเซอร์ MAF แต่ 911 ไม่ได้รับการอัปเดตนี้จนกระทั่งมีการเปิดตัวซีรีส์ 993 ในปี 1994) เซ็นเซอร์ MAF ใช้สายไฟที่ให้ความร้อนด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์ซึ่งติดตั้งภายในท่อที่ได้รับการปรับเทียบให้ตรงกับลักษณะการไหลของอากาศของเครื่องยนต์ หน่วยควบคุม DME จะตรวจสอบปริมาณกระแสไฟฟ้าที่จำเป็นเพื่อรักษาอุณหภูมิของสายไฟให้คงที่ การเพิ่มขึ้นของมวลอากาศที่ผ่านเซ็นเซอร์จะทำให้สายไฟเย็นลง ซึ่งต้องใช้กระแสไฟฟ้าทำความร้อนจาก DME มากขึ้น สัญญาณ MAF ใช้เพื่อวัดมวลอากาศจริงที่ไหลเข้าสู่เครื่องยนต์อย่างแม่นยำ ซึ่งช่วยปรับปรุงความแม่นยำของสัญญาณโหลดเครื่องยนต์ได้อย่างมาก และด้วยเหตุนี้ จึงปรับปรุงความแม่นยำของปริมาณการฉีดเชื้อเพลิงได้
มาที่ Porsche รุ่นปี 1996 รถ 911 รหัส 993 มาพร้อมกับระบบวินิจฉัยออนบอร์ดรุ่นที่สอง (OBD-II) ในขณะที่ระบบ (OBD-I) ก่อนหน้านี้สามารถตรวจจับความผิดปกติพื้นฐานได้ เช่น เซ็นเซอร์ออกซิเจนที่ไม่ทำงานอย่างสมบูรณ์ หรือไฟฟ้าลัดวงจรในสายไฟของเซ็นเซอร์ แต่ OBD-II จะตรวจสอบสภาพของระบบควบคุมการปล่อยไอเสียออนบอร์ดต่างๆ สภาพของตัวเร่งปฏิกิริยาจะถูกตรวจสอบโดยออกซิเจนเซ็นเซอร์ที่อยู่ด้านล่างของตัวเร่งปฏิกิริยาแต่ละตัว สามารถตรวจจับการจุดระเบิดเครื่องยนต์ที่ทำลายตัวเร่งปฏิกิริยาได้โดยการตรวจสอบการชะลอความเร็วเพลาข้อเหวี่ยงอย่างกะทันหัน (และสามารถระบุกระบอกสูบที่มีปัญหาได้โดยการตรวจสอบความสัมพันธ์ระหว่างเซ็นเซอร์ตำแหน่งเพลาลูกเบี้ยวและเพลาข้อเหวี่ยง) นอกจากนี้ ยังตรวจสอบการทำงานของระบบฉีดอากาศรองควบคู่ไปกับระบบกู้คืนไอระเหย/เชื้อเพลิง (ซึ่งเป็นสาเหตุที่ฝาเติมเชื้อเพลิงที่หลวมอาจทำให้ไฟ "ตรวจสอบเครื่องยนต์" ในรถยนต์ OBD-II โชว์ได้)
Porsche 986 Boxster และ 911 รุ่น 996/997 นำเสนอระบบ Bosch Motronic ที่พัฒนาขึ้นใหม่พร้อมระบบควบคุมการกำหนดเวลาเพลาลูกเบี้ยวแบบแปรผัน VarioCam (ซึ่งเปิดตัวครั้งแรกใน Porsche 968 รุ่นปี 1992 ที่มีเครื่องยนต์วางหน้า) ซึ่งจำเป็นต้องมีการออกแบบปุ่มชัตเตอร์ที่ซับซ้อนยิ่งขึ้น เพื่อให้เซ็นเซอร์ตรวจจับตำแหน่งเพลาลูกเบี้ยวได้อย่างแม่นยำ ระบบควบคุมคันเร่งอิเล็กทรอนิกส์ใน 996 Carrera 4 รุ่นปี 1999 ทำให้สามารถผสานรวมคุณสมบัติลดแรงบิดของ Porsche Stability Management (PSM) ได้
996 Carrera 3.6 ลิตร ปี 2002 และ Boxster ปี 2003 ใช้ระบบเชื้อเพลิงแบบไม่ต้องส่งกลับคืน ท่อส่งเชื้อเพลิงกลับจากห้องเครื่องไปยังถังถูกยกเลิก มีเพียงปริมาณเชื้อเพลิงที่ใช้จริงโดยเครื่องยนต์เท่านั้นที่ถูกสูบออกจากถังไปยังรางเชื้อเพลิง วิธีนี้ ช่วยขจัดปัญหาเชื้อเพลิงร้อนที่ส่งกลับคืนจากห้องเครื่อง ซึ่งเพิ่มการปล่อยไอระเหยของเชื้อเพลิง
การฉีดเชื้อเพลิงโดยตรง
หนึ่งในแง่มุมที่สำคัญที่สุดของแรงดันสูง (สูงถึง 1,800 psi ในระบบรุ่นแรก และมากกว่า 3,000 psi ในรุ่นปัจจุบัน) DFI ก็คือ เป็นระบบ EFI รุ่นแรกที่เหนือกว่าความสามารถในการทำให้เชื้อเพลิงเป็นละอองของระบบ MFI แบบตั้งเวลาของ Bosch รุ่นเดิม การระบายความร้อนด้วยการระเหยที่เกิดจากการทำให้เชื้อเพลิงเป็นละอองนั้นยังใช้ประโยชน์ได้อีกมากด้วยการฉีดเชื้อเพลิงเข้าไปในห้องเผาไหม้โดยตรง ช่วยเพิ่มความต้านทานต่อการระเบิดได้อย่างมาก สามารถบรรลุอัตราส่วนการอัดที่สูงขึ้น /หรือระดับแรงดันของเทอร์โบชาร์จเจอร์ได้
ระบบ DFI แรกของ Porsche ใน 9PA Cayenne และ 987.2 /997.2 ใช้การจัดเรียงเซ็นเซอร์ Bosch MAF แบบเดียวกับ 911 รุ่นก่อนหน้า แต่ 970 Panamera ปี 2010 กลับคืนสู่การคำนวณภาระของเครื่องยนต์ ด้วยการใช้ความเร็ว/ความหนาแน่น โดยใช้เซ็นเซอร์ MAP (ความดันสัมบูรณ์ของท่อร่วมไอดี) แบบดิจิทัลเป็นอินพุตหลักไปยัง ECU อาจดูเหมือน Porsche กำลังก้าวถอยหลัง แต่พลังการประมวลผลของ ECU ที่เพิ่มขึ้นแบบทวีคูณได้ทำให้เกิดข้อได้เปรียบของการวัดมวลอากาศที่เข้ามาโดยตรง ที่สำคัญกว่านั้น เซ็นเซอร์ MAF เองก็กลายเป็นข้อจำกัดของการไหลของอากาศเข้า เนื่องจากต้องใช้ท่อที่มีขนาดที่ปรับเทียบแล้วและการไหลของอากาศตรงที่ไม่ปั่นป่วน ความต้องการที่มากมายของเครื่องยนต์อย่าง Panamera Turbo และ 991 GT3 ต้องใช้ระบบไอดีขนาดใหญ่ที่ไม่จำกัด!
นอกเหนือจากต้นทุนและความซับซ้อนแล้ว ข้อเสียของ DFI ก็คือ ต้องพึ่งพาชิ้นส่วนกลไกอีกครั้งเพื่อให้ทำงานพื้นฐานได้ เช่นเดียวกับปั๊ม MFI ของ Bosch รุ่นเก่า ปั๊มฉีด DFI ต้องอาศัยเชื้อเพลิงเพื่อระบายความร้อนและหล่อลื่น หมายความว่าปั๊มเหล่านี้มักจะเสียหายได้ง่าย แม้ว่าปั๊ม DFI ของ Porsche จะดูเหมือนไม่แพร่หลายเท่ากับผู้ผลิตรถยนต์เยอรมันคู่แข่งบางราย แต่ก็เป็นเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นบ่อยพอจนทำให้ Porsche ต้องออกแบบปั๊ม DFI หลายครั้งในเครื่องยนต์หลายรุ่น ปั๊ม DFI มักจะเสียหายเนื่องจากเวลาสตาร์ทเครื่องยนต์นานขึ้น ตามด้วยไฟเตือนและกำลังเครื่องยนต์ลดลง โชคดีที่เครื่องยนต์มักจะยังทำงานได้ (แม้ว่าจะมีกำลังขับที่จำกัดมาก) ผ่านวงจรเชื้อเพลิงแรงดันต่ำเพียงอย่างเดียวในกรณีที่ปั๊มหัวฉีดเสียหายทั้งหมด.
อาคม รวมสุวรรณ
E-Mail chang.arcom@thairath.co.th
Facebook https://www.facebook.com/chang.arcom
https://www.facebook.com/ARCOM-CHANG-Thairath-Online-525369247505358