บทความ

น้ำ กับ ไฟ


น้ำ กับ ไฟ ซึ่งเป็นคู่ตรงข้ามที่เหมือนจะเข้ากันไม่ได้เอาเสียเลย แต่เชื่อหรือไม่ว่า ถ้ารู้จักวิธีใช้แล้วล่ะก็ ทั้ง 2 สิ่งนี้สามารถเกื้อกูลซึ่งกันและกัน และก่อให้เกิดผลลัพธ์ที่ยอดเยี่ยมได้ เหมือนกับที่ทีมวิศวกรมือฉมังของ บีเอมดับเบิลยู ได้พยายามที่จะเกลี่ยกล่อมให้ทั้ง 2 สิ่งนี้ที่ต่างกันสุดขั้วอยู่ร่วมกัน และได้ผลลัพธ์ที่ร้อนแรงกว่าที่เคยเป็นมา

 

ซึ่งเป็นที่รู้กันดีว่า นี่เป็นยุคสมัยการลดขนาดของเครื่องยนต์ แต่สามารถเพิ่มสมรรถนะกับเครื่องยนต์ขนาดเล็กโดยการอัดอากาศด้วยเทอร์โบเข้าไป ทำให้ได้แรงม้า และแรงบิดทัดเทียมกับเครื่องยนต์ที่มีขนาดใหญ่กว่า รวมถึงยังประหยัดเชื้อเพลิงจากการที่สามารถลดน้ำหนักเครื่องยนต์ลงได้ เรียกว่า จุดดีนั้นมีมากมายเกินห้ามใจ

 

ในอดีต เครื่องยนต์เทอร์โบไม่ได้รับความนิยมมากนัก เกิดจากอาการหน่วงที่เรียกว่า เทอร์โบแลก (TURBO LAG) นั่นคือ มีการหน่วงในช่วงรอยต่อที่สัมผัสได้ ทำให้การควบคุมกำลังของรถยนต์ทำได้ไม่ราบรื่น แต่ในปัจจุบันได้มีการออกแบบตัวโข่งไอเสียให้เป็นแบบทวินสกรอลล์ (TWIN SCROLL) หรือมีช่องไหลเข้าของ “ไอเสีย” ที่เข้ามาหมุนกังหันเทอร์ไบน์แบบ 2 ช่อง ให้เหมาะสมกับรอบหมุนของเครื่องยนต์ ทำให้การตอบสนองคันเร่งว่องไวกว่าในอดีต อาการเทอร์โบแลกจึงลดลงไปมาก ความนิยมจึงสูงขึ้น จนกลายเป็นมาตรฐานใหม่ของรถยนต์ในยุคต่อไป

 

แม้จะมีกำลังมากกว่าเครื่องยนต์แบบไม่มีเทอร์โบ แต่เครื่องยนต์เทอร์โบก็มีจุดอ่อนอยู่อีกประการหนึ่ง นั่นคือ อุณหภูมิของอากาศ เป็นที่รู้กันดีว่า หากจะอัดรถกันในวันที่อากาศร้อนๆ เครื่องยนต์เทอร์โบจะวิ่งไม่ค่อยคึกคักนัก จึงไม่น่าแปลกใจที่ในวันอากาศเย็นช่วงฤดูหนาว เราจะได้เห็นชมรมรถเทอร์โบอย่าง กลุ่ม ซูบารุ หรือ มิตซูบิชิ แลนเซอร์ เอโวลูชัน ชวนกันไปขับรถเล่นตอนเช้ามืด เพราะความหนาแน่นของอากาศที่เย็นนั้นส่งผลโดยตรงกับอุณหภูมิของ “ไอดี” และยิ่งเป็นรถเทอร์โบด้วยแล้ว อุณหภูมิของ “อากาศ” ที่วิ่งผ่านตัวเทอร์โบเข้าสู่ “ท่อร่วมไอดี” นั้นจะได้รับการ “อัด” ซึ่งจะทำให้มีอุณหภูมิสูงยิ่งขึ้นไปอีก ยิ่งอากาศร้อนเท่าไร ความหนาแน่นของออกซิเจนที่ใช้ในการเผาไหม้ ก็ยิ่งเจือจาง ดังนั้นรถเทอร์โบจึงกลัวอากาศร้อนเป็นที่สุด

 

หนึ่งในกระบวนการลดอุณหภูมิของอากาศใน “ท่อร่วมไอดี” ที่จะส่งเข้าสู่ห้องเผาไหม้ของเครื่องยนต์เทอร์โบ ได้แก่ การใช้รังผึ้งอินเตอร์คูเลอร์ ที่ใช้หลักการในการใช้อากาศ (ลมปะทะ) ในการถ่ายเทความร้อนของไอดีที่ถูกอัดมาแล้วจากเทอร์โบลง โดยไอดีที่ร้อนจะถูกส่งผ่านเข้ามาในอินเตอร์คูเลอร์ ผ่านทางท่ออลูมิเนียมที่ได้รับการติดครีบระบายความร้อนไว้รอบๆ อากาศที่ไหลผ่านครีบจะช่วยลดอุณหภูมิของไอดีในท่อนั้นลงได้ ดังจะเห็นได้จากกลุ่มรถแรง หรือรถตกแต่ง ต่างก็สรรหาอินเตอร์คูเลอร์ลูกใหญ่ๆ มาติดตั้งไว้ด้านหน้าสุดของรถที่ได้รับลมปะทะเต็มที่ เพื่อลดอุณหภูมิลงให้ได้มากที่สุด

 

แต่ก็เป็นที่รู้กันว่า หากขับอย่างดุดันแล้วล่ะก็ ประสิทธิภาพเครื่องยนต์เทอร์โบจะตกลง เนื่องจากความร้อนสะสมในระบบจะสูงมาก ทำให้ในบางครั้ง เช่น เมื่อต้องการทำลายสถิติความเร็ว จะมีการนำเอา “น้ำแข็งแห้ง” มาวางไว้บนอินเตอร์คูเลอร์ (หากเป็นรถที่อินเตอร์คูเลอร์วางด้านบนของเครื่องยนต์) เพื่อช่วยลดอุณหภูมิของไอดีลงให้มากที่สุดนั่นเอง แต่จะมีวิธีอื่นที่ดีกว่านี้หรือไม่ ?

 

3

 

หนึ่งในแนวคิดก็คือ การ…สเปรย์….ละอองน้ำละเอียดเข้าไปในท่อร่วมไอดี ก่อนที่อากาศจะถูกส่งเข้าไปสันดาปภายในห้องเผ้าไหม้ โดยแนวคิดนี้ตั้งอยู่บนหลักการที่ว่า ไอน้ำที่เกิดขึ้นจะช่วยลดอุณหภูมิลงอย่างฉับพลัน และส่งผลให้โอกาสที่ไอดีที่ร้อน จะทำให้เครื่องยนต์ชิงจุดระเบิด (นอค/เข็ก) ลดลง ทำให้สามารถรีดสมรรถนะได้อย่างต่อเนื่องมากขึ้น

 

คำตอบนี้ ได้ถูกทำให้เห็นโดย บีเอมดับเบิลยู เอม 4 จีทีเอส ที่เปิดตัวในบ้านเราเมื่อไม่นานมานี้ โดยเครื่องยนต์แบบ 6 สูบเรียงเทอร์โบ อินเตอร์คูเลอร์ ความจุ 3.0 ลิตร ได้ติดตั้งระบบ “หัวฉีดน้ำ” ที่ควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์ จำนวน 3 ชุด เข้าไปในตำแหน่งท่อร่วมไอดี

 

ระบบหัวฉีดน้ำหรือ “WATER INJECTION” คือ เคล็ดลับสำคัญในการทำให้เครื่องยนต์ 6 สูบเรียงเทอร์โบตัวนี้ มีกำลังมากขึ้นกว่าใน เอม 4 รุ่นปกติ ที่ให้พละกำลัง 431 แรงม้า แรงบิดสูงสุด 56.1 กก.-ม. แต่เครื่องยนต์ที่ติดตั้งหัวฉีดน้ำของ เอม 4 จีทีเอส มีพละกำลัง 500 แรงม้า แรงบิดสูงสุด 61.2 กก.-ม. อัตราเร่งจาก 0-100 กม./ชม. ใน 3.8 วินาที ความเร็วสูงสุด 305 กม./ชม.

 

หลักการทำงานของระบบหัวฉีดน้ำ คือ ในขณะที่ยังไม่มีการอัดอากาศ หรือในรอบเครื่องต่ำนั้น ไอดียังมีอุณหภูมิต่ำ หัวฉีดน้ำจะยังไม่ทำงาน เมื่อมีการเริ่มอัดอากาศ อากาศจะเริ่มร้อนขึ้นตามธรรมชาติ เพราะเมื่ออากาศมีความหนาแน่นขึ้น โมเลกุลจะเสียดสีกันเกิดเป็นความร้อน ความร้อนจะได้รับการระบายออกเมื่ออากาศร้อนวิ่งผ่านอินเตอร์คูเลอร์ และเมื่อวิ่งเข้าสู่ท่อร่วมไอดีอากาศก็จะเย็นลงพอสมควร

 

แต่เมื่อเทอร์โบมีการทำงานหนักขึ้นในรอบเครื่องยนต์ที่สูง อากาศที่ถูกอัดจะร้อนมาก แม้วิ่งผ่านอินเตอร์คูเลอร์แล้วอุณหภูมิจะลดลง แต่ก็ยังร้อนอยู่ ในจุดนี้เครื่องยนต์อาจจะเกิดการสะดุดจากการจุดระเบิดผิดพลาดได้

 

เพื่อแก้ปัญหานี้ ละอองน้ำละเอียดปริมาณเล็กน้อยจะถูกฉีดเข้าไปในท่อร่วมไอดี ด้วยแรงดัน 10 บาร์ (10 เท่าแรงดันบรรยากาศ) โดยปริมาณการฉีดจะแปรผันตามการทำงานของเครื่องยนต์ในเวลานั้น เมื่อฉีดเข้าไปแล้วอุณหภูมิจะลดลงอย่างรวดเร็ว รวมถึงไอน้ำจะระเหยกลายเป็นออกซิเจนด้วยส่วนหนึ่ง ก่อนที่จะถูกดูดเข้าไปยังห้องเผาไหม้ ก่อให้เกิดเป็นพลังงานเพิ่มขึ้น ซึ่งยังส่งผลให้ประสิทธิภาพการบริโภคเชื้อเพลิงดีขึ้นอีกด้วย

 

8

 

นอกจากนั้น เพื่อเป็นการพิสูจน์ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ระบบใหม่นี้ เอม 4 จีทีเอส ได้ทดสอบในสนามนรืบวร์กริง โดยทำเวลาต่อรอบได้อย่างน่าทึ่งที่ 7:27.88 นาที ทัดเทียมกับซูเพอร์คาร์อย่าง โพร์เช 911 จีที 3 อาร์เอส 4.0/แฟร์รารี 458 อิตาลีอา/แมคลาเรน เอมพี 4 12 ซี และถือเป็นสถิติลำดับที่ 26 ของสนามแข่งรถบันลือโลกแห่งนี้

 

9

 

ส่วนเรื่องของที่เก็บน้ำ บีเอมดับเบิลยู ได้ติดตั้งถังน้ำขนาด 5 ลิตรไว้บริเวณท้ายรถ มีปั๊มที่ทำงานโดยคำสั่งจากเซนเซอร์จับอุณหภูมิ ซึ่ง บีเอมดับเบิลยู แจ้งว่า หากใช้ขับแบบดุดันในสนามแข่งรถ ก็จำเป็นจะต้องเติมน้ำทุกครั้งที่มีการเติมเชื้อเพลิง แต่หากเป็นการใช้งานทั่วไปนานๆ จะเติมซักทีก็ได้ อาทิ หากวิ่งทางไกลด้วยความเร็วสูง อาจจะต้องเติมน้ำทุกการเติมน้ำมันครั้งที่ 5 เป็นต้น แต่ถึงกระนั้นก็ไม่ต้องกลัว เพราะระบบจะคอยตรวจเชคและควบคุมไม่ให้เกิดความเสียหายหากน้ำหมด หากน้ำหมดระบบจะสั่งไม่ให้เทอร์โบทำงานที่ช่วงกำลังอัดสูง เพื่อคุ้มครองเครื่องยนต์ได้ด้วยตัวเอง และเมื่อเปิดใช้ระบบปรับอากาศ น้ำที่ควบแน่นจากระบบปรับอากาศก็จะไหลผ่านเข้าไปเก็บในถังสำรองน้ำได้อีกด้วย

 

นอกจากแนวคิดที่แหวกแนวนี้ บีเอมดับเบิลยู เอม 4 จีทีเอส ยังอัดแน่นไปด้วยนวัตกรรมเพื่อสมรรถนะเต็มรูปแบบ ไม่ว่าจะเป็นระบบเฟืองท้ายลิมิเทดสลิพ ควบคุมด้วยระบบอีเลคทรอนิคส์ ที่เรียกว่า แอคทีฟ เอม (ACTIVE M DIFFERENTIAL) เพลาส่งกำลังแบบกลวงเพื่อลดน้ำหนัก ไปจนถึงการใช้วัสดุคาร์บอนไฟเบอร์ มาแทนที่โลหะในส่วนฝากระโปรง หลังคา ห้องโดยสาร เพลาส่งกำลัง “ล้อ” ซึ่งเป็นการผสมผสานก้านล้ออัลลอย เข้ากับโครงล้อคาร์บอนไฟเบอร์ (ชุดล้อนี้น้ำหนักรวมลดลงถึง 7 กก.)

 

รถรุ่นนี้ผลิตจำนวนจำกัดเพียง 700 คันทั่วโลก ถ้าอยากรู้ว่า “น้ำ กับ ไฟ” จะเข้ากันได้ดีแค่ไหน คงต้องรีบกันหน่อย



------------------------------
เรื่องโดย : ภัทรกิติ์ โกมลกิติ
นิตยสาร FORMULA ฉบับเดือน ธันวาคม ปี 2559
คอลัมน์ : รู้ลึกอุปกรณ์
ลิงค์สำหรับแชร์ : https://autoinfo.co.th/IynX2

Follow autoinfo.co.th