บทความ

เครื่องยนต์ประหลาด ที่ “อาจ” เปลี่ยนโลก


คุณคงเคยได้ยินมาไม่มากก็น้อยว่า เครื่องยนต์ที่เราใช้กันอยู่ทุกวันนี้ มันมีประสิทธิภาพต่ำมาก พลังงานที่ได้จากเชื้อเพลิงถูกใช้ไปเพื่อการขับเคลื่อนเพียงไม่เกิน 20 % ที่เหลือสูญเสียไปในรูปแบบอื่นๆ เช่น ความร้อน และสูญเสียให้กับแรงเสียดทานต่างๆ มากมาย แต่กว่าจะก้าวเข้าสู่ยุคพลังงานไฟฟ้าล้วนๆ เราคงต้องใช้เครื่องยนต์แบบลูกผสมไฮบริดกันไปอีกพักใหญ่ และคุณเคยสงสัยบ้างไหมว่า มีเครื่องยนต์แบบใดไหมที่สามารถเข้ามาแทนที่เครื่องยนต์แบบลูกสูบ หรือแบบโรตารีที่เราคุ้นเคยกันได้

ฉบับนี้ขอนำเสนอ เทคโนโลยีเครื่องยนต์แหวกแนวที่คุณอาจไม่เคยเห็นมาก่อน แต่มันอาจเข้ามาแทนที่เครื่องยนต์แบบที่เรารู้จักก็เป็นไปได้

 

1. เครื่องยนต์จานหมุนคลื่นกระแทก
(WAVE DISK ENGINE)

เทคโนโลยีนี้ถูกคิดค้นขึ้นจากการทำงานร่วมกันของมหาวิทยาลัย มิชิแกน สเตท ประเทศสหรัฐอเมริกา ร่วมกับสถาบันเทคโนโลยีแห่งวอร์ซอ ประเทศโปแลนด์ ด้วยทุนสนับสนุน 2.5 ล้านดอลลาร์สหรัฐ ฯ จากรัฐบาลสหรัฐอเมริกา

หลักการ คือ การใช้จานหมุนที่มีครีบ “ทรงโค้ง” ตั้งฉากกับตัวจาน เมื่อจานหมุนจะส่งส่วนผสมของเชื้อเพลิงและอากาศเข้าไปตรง “แกนกลาง” ของระบบ แล้วส่วนผสมก็จะถูกดูดเข้าไป จานหมุน และ “คลื่นกระแทก” หรือ SHOCKWAVES ที่เกิดขึ้นจากครีบที่หมุนด้วยความเร็วสูงและไม่มีทางออก ทำให้ส่วนผสมของเชื้อเพลิงและอากาศถูกผสม และอัดเข้าด้วยกันจนเกิดการจุดระเบิด แกสร้อนที่เกิดจากส่วนผสมที่เผาไหม้จะขยายตัว ดันให้ครีบหมุนไปอย่างต่อเนื่อง โดยไอเสียจะถูกผลักออกไป เมื่อหมุนผ่านช่องไอเสีย โดยกรูฟ (GROOVE) แบบการหมุนที่ต่อเนื่องนั้น ทำให้รูปแบบการทำงานของระบบไอเสีย และไอดีทำงานได้อย่างต่อเนื่องโดยไม่ต้องใช้วาล์ว คล้ายคลึงกับรูปแบบของเครื่องยนต์โรตารีนั่นเอง

จุดเด่นของเครื่องยนต์จานหมุนคลื่นกระแทกนี้ คือ ประสิทธิภาพด้านความร้อน เมื่อเทียบกับเครื่องยนต์แบบกระบอกสูบแล้ว ระบบจานหมุนคลื่นกระแทกจะทำงานได้ที่อุณหภูมิสูงกว่า ทำให้มีประสิทธิภาพสูงกว่า นอกจากนั้นยังไม่ต้องการระบบระบายความร้อนอีกด้วย ทำให้มีน้ำหนักเบากว่า มีความซับซ้อนต่ำ และเมื่อเทียบกับเครื่องยนต์กังหันเทอร์ไบน์ ระบบจานหมุนคลื่นกระแทกมีรอบหมุนที่ต่ำกว่า และมีอุณหภูมิที่ต่ำกว่า ทำให้มีความเครียดในเครื่องยนต์น้อยกว่า สามารถใช้วัสดุที่มีราคาย่อมเยากว่าได้ และยังมีต้นทุนการบำรุงรักษาต่ำกว่า

ขณะนี้ยังอยู่ในขั้นตอนการวิจัยให้สามารถนำมาใช้งานได้จริง โดยต้นแบบนั้นมีขนาดกะทัดรัดพอๆ กับหม้อหุงข้าวใบย่อมๆ เท่านั้น ผลิตพลังงานได้ 25 กิโลวัตต์ หรือราว 33 แรงม้า เป้าหมายในการใช้งานจะเข้ามาทดแทนเครื่องยนต์ที่ใช้ในรถยนต์ไฮบริดแบบซีเรียลไฮบริด ชนิดขยายระยะ (SERIAL HYBRID RANGE EXTENDER) โดยเครื่องยนต์แบบจานหมุนคลื่นกระแทกจะทำหน้าที่ปั่นไฟเท่านั้น สามารถลดน้ำหนักรถยนต์ลงได้ถึง 450 กก. เนื่องจากไม่ต้องมีระบบระบายความร้อน และตั้งเป้าไว้ว่าจะต้องประหยัดเชื้อเพลิงได้มากกว่าเครื่องยนต์แบบลูกสูบถึง 60 % และมีน้ำหนักเบาลงกว่า 30 % มีต้นทุนการผลิตต่ำกว่าเดิมถึง 30 % และลดการปล่อยไอเสียลงได้กว่า 90 % อีกด้วย เรียกได้ว่า ประสิทธิภาพ “ขั้นเทพ” น่าลุ้นให้ทำสำเร็จจริงๆ

 

2. เครื่องยนต์ดุค (DUKE)

ผลงานของบริษัทพัฒนาเครื่องยนต์ชื่อ ดุค จากประเทศนิวซีแลนด์ มีเป้าหมายที่จะลดข้อด้อยของเครื่องยนต์สันดาปภายในที่เราคุ้นเคย ด้วยการนำแนวคิดเครื่องยนต์แบบแอกเซียล หรือ ระบบ “ลูกสูบ” ทำงานในแนวแกนเดียวกับเพลาส่งกำลังมาพัฒนาใช้ หรือบางคนเรียกเครื่องยนต์แบบนี้ว่า “บาเรล” ที่แปลว่า ถัง เพราะดูๆ ไปหน้าตาภายนอกก็เหมือนถัง หรือเหมือนห้องเกียร์ ส่วนการเรียงตัวของลูกสูบภายในให้นึกถึงรังเพลิงของปืนลูกโม่ ซึ่งนับว่าคล้ายคลึงกัน

แนวคิดการทำงาน คือ การกำจัดแนวคิดลูกสูบที่ติดตั้งกับเพลาข้อเหวี่ยงที่หนักและสั่นสะเทือนแบบดั้งเดิมไปเสีย นำรูปแบบการเรียงลูกสูบเหมือนกับลูกโม่ของปืน และยึดก้านสูบทั้ง 5 ชุดเข้ากับอุปกรณ์รูปดาวห้าแฉกที่เรียกว่า รีซิพโรเคเตอร์ (RECIPROCATOR) มาใช้แทน โดยการจุดระเบิดนั้นจะทำงานต่อเนื่องกันทั้ง 5 ลูกสูบ ส่งผ่านให้เกิดเป็นการหมุนของเพลาไปยังฟลายวีล ในรูปแบบการทำงานนี้ ลูกสูบไม่เพียงจะเดินหน้าและถอยหลังเท่านั้น แต่ยังเคลื่อนที่หมุนเป็นวงโดยรอบอีกด้วย เหมือนลูกโม่ปืน ทำให้รูปแบบการเคลื่อนที่ของลูกสูบหากนำมาพลอทเป็นกราฟจะเห็นเป็นรูปไซน์เวฟ สมบูรณ์ แต่ความแปลกของระบบของ ดุค คือ เพลาข้อเหวี่ยง (CRANKSHAFT) นั้นจะหมุนไปในทิศทางตรงกันข้ามกับการหมุนของชุดรีซิพโรเคเตอร์

ในขณะที่ลูกสูบหมุนวนไปนั้น มันจะวิ่งผ่าน พอร์ทไอดี หัวเทียน และพอร์ทไอเสีย (เหมือนกับรูปแบบของเครื่องโรตารี) วิธีการนี้ช่วยลดการทำงานของวาล์ว แคมชาฟท์ และลดความซับซ้อนลงได้อย่างมาก นอกจากนั้นยังไม่มีการสูญเสียกำลังจากระบบแคมชาฟท์และวาล์วเหมือนในเครื่องยนต์ทั่วไป โดยในเครื่องยนต์แบบ 5 สูบ ใช้หัวฉีดและหัวเทียนเพียงแค่ 3 ชุดเท่านั้น

จุดเด่นที่เห็นได้ชัดเจน คือ ความกะทัดรัด เพราะขนาดของมันใหญ่กว่าห้องเกียร์ของรถขับเคลื่อนล้อหลังเพียงเล็กน้อยเท่านั้น และมีจุดศูนย์ถ่วงต่ำ ทำให้เหมาะกับการใช้งานในรถที่ต้องการสมรรถนะในการเข้าโค้ง นอกจากนั้น ขนาดที่กะทัดรัดยังส่งผลกับการออกแบบรูปทรงของรถอีกด้วย เพราะการทำให้รถลู่ลมขึ้นก็จะกลายเป็นเรื่องง่าย

แม้จะมีเพียง 5 สูบ แต่ก็ทำงานได้ทัดเทียมเครื่องยนต์แบบ 6 สูบในเครื่องยนต์ปกติ เพราะสามารถทำกำลังอัดได้มากถึง 14 ต่อ 1 ในการใช้เชื้อเพลิงออคเทน 91 และเบากว่าถึง 30 % รวมถึงมีชิ้นส่วนน้อยกว่าอีกด้วย

จุดเด่นอีกประการ คือ ความสั่นสะเทือนที่ต่ำมาก ขนาดที่สามารถวางเหรียญตั้งไว้แล้วเร่งเครื่องได้ โดยที่เหรียญไม่ล้ม !

ต้องลุ้นกันว่า จะได้เห็นรถยนต์จริงๆ เมื่อใด เพราะมีความเหมาะสมกับรถยนต์ไฮบริดแบบขยายระยะ (RANGE EXTENDED) เป็นอย่างยิ่ง หรือไม่เช่นนั้นก็อาจจะได้เห็นในยานพาหนะชนิดอื่น อาทิ เครื่องบินเล็ก กระทั่งยานบินไร้คนขับแบบ (DRONE) หรือเครื่องติดท้ายเรือ (OUTBOARD MOTOR) นี่นับว่าเหมาะเหม็ง
ศึกษาข้อมูลเพิ่มเติมได้ที่ https://www.dukeengines.com/

ไม่น่าเชื่อว่าแม้เราจะใช้งานเครื่องยนต์ชนิดสันดาปภายในมานานกว่า 100 ปีแล้ว แต่เราก็ยังมีหนทางให้พัฒนาต่อไปได้ไม่รู้จบ ถ้ากล้าที่จะคิดนอกกรอบ

ดังนั้น ใครที่คิดว่าจะขายหุ้น ปตท. ทิ้ง ก็ยังไม่ต้องรีบนะครับ เพราะเรายังคงต้องใช้น้ำมันไปอีกนานเลยทีเดียว



------------------------------
เรื่องโดย : ภัทรกิติ์ โกมลกิติ
นิตยสาร FORMULA ฉบับเดือน ธันวาคม ปี 2557
คอลัมน์ : รู้ลึกเรื่องรถ
ลิงค์สำหรับแชร์ : https://autoinfo.co.th/BKssv

Follow autoinfo.co.th