บทความ

เครื่องยนต์ความจุน้อย ประหยัดมาก อนาคตสดใส


และแล้วทุกสิ่งทุกอย่างก็ต้องหวนกลับมาที่ความพอดีครับ ไม่มีอะไรที่เที่ยงแท้แน่นอนตลอดไป ไม่เว้นแม้แต่โลกของรถยนต์ จากที่เคยแข่งกันมานานว่าใครจะมีความจุของเครื่องยนต์ หรือจำนวนสูบมากกว่ากัน มาถึงวันนี้เราน่าจะเชื่อได้แล้วว่า หมดยุคของรถแรงจากการใช้เครื่องยนต์ใหญ่ จำนวนสูบมากๆ กันแล้ว

อย่างที่รู้กันว่าปัญหามลภาวะจากเครื่องยนต์ที่กระตุ้นให้เกิดภาวะโลกร้อนจากการผลิตคาร์บอนไดออกไซด์อย่างมหาศาล รวมทั้งราคาเชื้อเพลิงที่นับวันก็ดูเหมือนจะยิ่งสูงขึ้นเรื่อยๆ จนเกินสัดส่วนความพอดีของค่าครองชีพในปัจจุบัน ผู้ผลิตรถยนต์รู้ถึงปัญหานี้ดีครับ แต่ทุกอย่างต้องดำเนินต่อไป ผู้ผลิตรถยนต์เลือกใช้วิธีลดจำนวนลูกสูบลง จากเครื่อง 12 สูบ ก็จะถูกลดจำนวนสูบลงเหลือ 8 สูบ เครื่องยนต์ 8 สูบ ก็จะลดเหลือแค่ 6 สูบ เครื่องยนต์ 6 สูบ จะถูกลดลงเหลือ 4 สูบ และเครื่องยนต์ 4 สูบ ก็จะถูกลดลงเหลือเพียง 3 สูบ หรือไม่ก็ลดลงแต่ความจุกระบอกสูบของเครื่องยนต์ครับ อาจมีคำถามว่า ทำไมผู้ผลิตรถยนต์ถึงไม่ลดจำนวนลูกสูบลงให้เหลือเพียง 2 สูบ ต้องขอบอกว่าจำนวน 2 สูบนั้น ถือเป็นสิ่งต้องห้ามก็ว่าได้ เพราะจะทำให้เกิดปัญหาจากความสั่นสะเทือน (VIBRATION) ที่แก้ไม่ตกกับจังหวะการจุดระเบิดที่ห่างกันเกินไป คือ 1 ครั้ง/1 รอบของเพลาข้อเหวี่ยง

การลดความจุกระบอกสูบ และจำนวนลูกสูบลง ย่อมทำให้แรงเสียดทานภายในเครื่องยนต์ลดลงตามไปด้วยครับ แรงเสียดทานที่ว่านี้คือตัวการสำคัญอย่างหนึ่ง ที่ทำให้สิ้นเปลืองเชื้อเพลิง เพราะเราต้องใช้พลังงานส่วนหนึ่งของเชื้อเพลิง เพื่อเอาชนะกับความฝืดของชิ้นส่วนภายในเครื่องยนต์ทุกชิ้นที่เสียดสีกัน กำลังที่ลดลงจากการลดความจุกระบอกสูบ ต้องถูกชดเชยด้วยการเพิ่มความหนาแน่นของอากาศที่ถูกป้อนเข้ากระบอกสูบ ซึ่งความจริงก็คือ การรักษาปริมาณออกซิเจนให้อยู่ในระดับเดียวกับของ “เครื่องใหญ่” นั่นเอง ซึ่งก็ทำได้ไม่ยากนักครับ ตามแต่ความถนัดของผู้ผลิตจะเลือกใช้ วิธีแรก คือ การใช้ปั๊มอัดอากาศที่รู้จักกันในชื่อ “เทอร์โบ” หรืออีกวิธีหนึ่ง คือ ใช้สายพานขับ โดยอาศัยกำลังจากเพลาข้อเหวี่ยงของเครื่องยนต์ หรือในชื่อที่เรียกแบบเหมารวมว่า “ซูเพอร์ชาร์เจอร์”

ผู้ผลิตรถยนต์รายใหญ่ที่เริ่มปรับตัวในแนวทางนี้อย่างเป็นรูปธรรมก่อนใคร คือ เมร์เซเดส-เบนซ์ ด้วยเครื่องยนต์ 4 สูบ ความจุ 1.8 ลิตร อัดอากาศด้วยซูเพอร์ชาร์เจอร์ให้กำลังที่แตกต่างกันไป ตามแต่เหตุผลทางการตลาด จากนั้นเปลี่ยนมาเป็นแบบเทอร์โบชาร์เจอร์ ส่วนคู่แข่งในระดับเดียวกันอย่าง บีเอมดับเบิลยู ก็ตามมาแบบห่างๆ เนื่องจากยังคงเสียดายเครื่องยนต์แบบ 6 สูบเรียง ที่ทำงานได้นุ่มนวล ราบเรียบ ระดับตำนานของโลก บวกกับความไม่แน่ใจว่าฐานลูกค้าที่ชอบในแนวทางเดิมจะยอมรับหรือไม่ จนกระทั่งเห็นผลชัดเจนจากความสำเร็จของคู่แข่งอย่าง เมร์เซเดส-เบนซ์

การตัดสินใจเลือกซื้อรถนั้น ผมเชื่อว่าลูกค้าเกือบทั้งหมดไม่เกี่ยงว่าจะเป็นเครื่องยนต์แบบไหน จะเล็กหรือใหญ่เพียงใด หรือมีจำนวนสูบมากน้อยแค่ไหน สิ่งสำคัญที่สุด คือ รถต้องมีคุณภาพ ให้สมรรถนะที่ดี และยังคงความประหยัดเชื้อเพลิงในระดับที่รับได้ (ซึ่งส่วนหนึ่งก็มาจากเครื่องยนต์) เท่านั้น จะได้มาจากไหน อย่างไร ไม่มีความหมายครับ ดังนั้น บีเอมดับเบิลยู จึงเป็นผู้ผลิตรถยนต์รายใหญ่ลำดับที่ 2 ที่เปลี่ยนแนวทางมาใช้เครื่องยนต์ความจุต่ำ จำนวนสูบน้อยลง แล้วประจุอากาศความดันสูงกว่าบรรยากาศด้วยเทอร์โบ จาก 12 สูบ เหลือเพียง 8 สูบเทอร์โบ จาก 10 สูบ ใน เอม 5 กลายมาเป็น 8 สูบเทอร์โบคู่ และเครื่องวี 8 ในเอม 3 ปัจจุบันก็จะถูกแทนที่ด้วยเครื่องยนต์ 6 สูบเทอร์โบคู่ใน เอฟ 30 เพราะฉะนั้นหมดยุคที่เลขรุ่นรถบอกความจุของเครื่องยนต์ไปนานแล้วครับ

เครื่องยนต์อีกค่ายหนึ่งที่ไม่พูดถึงไม่ได้ เพราะถือเป็นการลดขนาดความจุกระบอกสูบ และจำนวนลูกสูบอย่างชัดเจน แถมยังไม่ส่งผลกระทบต่อกำลังของเครื่องยนต์เลยแม้แต่น้อย ยังคงให้กำลังใกล้เคียงกับ “เครื่องใหญ่” แถมยังเป็นที่สนใจในขณะนี้อีกด้วย เครื่องยนต์ที่ว่านี้นับเป็นโครงการขนาดใหญ่ยักษ์ระดับโลกของบริษัท ฟอร์ด เขาครับ ด้วยเครื่องยนต์ที่ออกแบบมาเพื่อทดแทนเครื่องยนต์ความจุ 1.6 ลิตร 4 สูบแบบเดิม ด้วยเป้าหมายในการรักษากำลังไว้แถวๆ 120 ถึง 130 แรงม้า แต่ประหยัดเชื้อเพลิงลงหลาย 10 เปอร์เซนต์

เครื่องที่ว่านี้มีชื่อว่า อีโคบูสต์ (ECOBOOST) ที่ถูกลดความจุลงเหลือเพียง 1.0 ลิตร และลดจำนวนสูบลง 1 สูบ เหลือแค่ 3 สูบ ฟอร์ด คุยว่า ความกว้างและยาวของเสื้อเครื่องยนต์รุ่นนี้ไม่เกินขนาด A4 ตามมาตรฐานกระดาษ จากการออกแบบกระบอกสูบแคบกว่าระยะชักที่พวกเราเรียกกันง่ายๆ ว่าแบบ “ชักยาว” เพื่อประสิทธิภาพของการเผาไหม้เชื้อเพลิง และเพื่อให้ได้แรงบิดสูงโดยไม่ต้องหมุนเร็ว กำลังที่ได้ประมาณ 125 แรงม้า ต่อความจุ 1.0 ลิตร หรือ 1,000 ซีซี ซึ่งถือเป็นตัวเลขที่ดีมากครับ ฝาสูบเน้นให้สูญเสียพลังงานความร้อนน้อย หัวเทียนและหัวฉีดอยู่บริเวณกึ่งกลางเพื่อประสิทธิภาพของการเผาไหม้ ฉีดเชื้อเพลิงเข้าห้องเผาไหม้โดยตรง (DIRECT INJECTION) ด้วยความดัน 150 บาร์ (ประมาณ 2,200 ปอนด์/ตารางนิ้ว) ความดันสูงระดับนี้ นอกจากจะได้ละอองเชื้อเพลิงเป็นฝอยละเอียด ระเหยเร็วแล้ว ยังฉีดได้หลายครั้งต่อการทำงาน 1 จังหวะด้วย

จำนวนวาล์วต่อสูบ ต้องเป็นเลข 4 แน่นอนครับ ควบคุมด้วยเพลาลูกเบี้ยว 2 ท่อนแบบปรับมุมเป็นอิสระต่อกัน ทั้งไอดีและไอเสีย ถ้าหมุนช้าให้แรงบิดสูง และถ้าหมุนเร็วก็เน้นการให้กำลังสูง ระบบน้ำหล่อเย็นฝาสูบแยกเป็น 2 วงจร เพื่อให้เครื่องยนต์ร้อนถึงอุณหภูมิใช้งานโดยเร็วที่สุด แล้วลิ้นอัตโนมัติจึงจะปล่อยน้ำให้ไหลสู่วงจรที่ 2 ท่อร่วมไอเสียมีน้ำหล่อเย็นช่วยลดอุณหภูมิไอเสีย จึงใช้ไอดีเจือจางได้ที่ความเร็วต่ำและปานกลาง โดยกังหันเทอร์โบ ไม่ร้อนเกิน จึงช่วยประหยัดเชื้อเพลิงได้อีกส่วนหนึ่ง ชุดไส้ในของเทอร์โบเป็นแบบโมเมนท์แรงเฉื่อยต่ำ แม้ไม่มีครีบจัดแนวไอเสียแบบปรับตัวอัตโนมัติ ก็ยังเร่งความเร็วของกังหันได้โดยใช้อัตราไหลของไอเสียไม่มาก แรงบิดสูงสุดจึง “มา” ตั้งแต่ 1,400 รตน. เท่านั้นครับ

นอกจากนี้ระบบควบคุมเวสต์เกท หรือลิ้นระบายไอเสียก่อนเข้าเทอร์โบแบบพิเศษ ยังอ้าระบายไอเสียได้ตอนผู้ขับเหยียบคันเร่งไม่ลึก เป็นการลดความดันในท่อร่วมไอเสียที่ช่วยให้ไอเสียออกจากกระบอกสูบได้ดีขึ้น ลดแรงต้านตอนลูกสูบเคลื่อนที่ขึ้น และลดปริมาณไอเสียตกค้างในการจุดระเบิดไอดีครั้งถัดไป ซึ่งก็ล้วนส่งผลให้ประหยัดเชื้อเพลิงลงได้อีก

ส่วนที่ต้องถือว่าใหม่แหวกแนวจริงๆ คือ สายพานขับเพลาลูกเบี้ยว หรือสายพานไทมิง ที่เป็นแบบ “เปียก” คือ ถูกปิดผนึกและหล่อลื่นด้วยน้ำมันเครื่อง ฟอร์ด เผยว่า วิธีนี้ช่วยลดเสียงรบกวน แล้วยังยืดอายุการใช้งานของสายพานได้ในระดับเส้นเดียวตลอดอายุเครื่องยนต์ ฟังดูไม่น่าจะเป็นไปได้นะครับ ส่วนตัวผมก็ยังไม่อยากเชื่อเสียทีเดียว ไว้ให้เวลาเป็นเครื่องพิสูจน์ดีกว่าครับ

เครื่องยนต์ตัวนี้ถูกจับมาประจำการแล้วใน ฟอร์ด ฟิเอสตา โฉมล่าสุด (2014) ที่มีขายในประเทศไทย โดยยกเลิกเครื่องยนต์ 1.6 ลิตร 4 สูบ บลอคเดิมไป ฟอร์ด เลือกใช้รถรุ่นนี้แทนที่จะใช้กับรุ่น โฟคัส เหมือนในต่างประเทศ อาจเพราะรู้ดีถึงนิสัยคนไทย ที่ชอบยึดติดกับความคิดเดิมๆ ว่ารถที่ใช้เครื่องยนต์เล็ก กับรถที่ตัวถังขนาดใหญ่ จะทำให้วิ่งไม่ออก และกินน้ำมัน ยุคสมัยมันเปลี่ยนไปเร็วครับ การพัฒนาเครื่องยนต์ก็เปลี่ยนไปอย่างรวดเร็วเช่นกัน ผมว่าเปิดใจรับอะไรใหม่ๆ น่าจะดีกว่า

กลับมาที่ ฟิเอสตา ซึ่งทีมทดสอบของ “ฟอร์มูลา” ได้ทดสอบด้วยเครื่องมือ “ดาทรอน” เรียบร้อยแล้ว เครื่องยนต์ตัวนี้เป็นเครื่องยนต์เบนซินเทอร์โบ 1.0 ลิตร 3 สูบเรียง ฉีดเชื้อเพลิงโดยตรงให้กำลัง 125 แรงม้า โดยจับคู่กับเกียร์อัตโนมัติแบบคลัทช์คู่ 6 จังหวะ ทำให้ได้แรงบิดสูดสุดที่มากถึง 17.3 กก.-ม. ด้วยรอบต่ำเพียง 4,000-5,000 รตน. เท่านั้น ซึ่งแรงบิดมาในรอบต่ำขนาดนี้ คู่แข่งที่ใช้เครื่องยนต์ขนาด 1.5 ลิตร ในตลาด ไม่สามารถเทียบได้เลย

ผมจะขอเปรียบเทียบ ฟอร์ด ฟิเอสตา เครื่องยนต์อีโคบูสต์ กับ ฟอร์ด ฟิเอสตา บลอคเดิม เครื่องยนต์ 1.6 ลิตร 4 สูบ 121 แรงม้านะครับ ถ้าดูจากแรงม้าที่ต่างกัน 4 ตัว อาจเดาได้ยาก จากการทดสอบอัตราเร่ง 0-100 กม./ชม. เครื่องอีโคบูสต์ ทำได้ 10.1 วินาที ส่วนบลอค 1.6 ลิตรเดิม ทำได้ 12.5 วินาที (ต่างกันอยู่ 2.4 วินาที) ด้านอัตราเร่งยืดหยุ่น 80-120 กม./ชม. เครื่องอีโคบูสต์ ทำได้ 7.4 วินาที ส่วนเครื่องบลอคเดิม 1.6 ลิตร ทำได้ 8.4 วินาที(ต่างกัน 1 วินาที) ช่วงระยะทางไกล 0 – 1,000 เมตร ที่เครื่องใหญ่น่าจะเป็นต่อ ปรากฏว่าเครื่องอีโคบูสต์ ทำเวลาได้ 31.9 วินาที ที่ความเร็ว 165.0 กม./ชม. ในขณะที่เครื่องบลอคเดิม 1.6 ลิตร ทำได้ 33.6 วินาที ที่ความเร็ว 155.1 กม./ชม. (ต่างกัน 1.7 วินาที 9.9 กม./ชม.) แสดงให้เห็นว่าเครื่องยนต์อีโคบูสต์สามารถให้กำลังได้อย่างต่อเนื่อง เหนือกว่าเครื่องยนต์ 1.6 ลิตร ในทุกย่านความเร็ว

มาดูที่อัตราสิ้นเปลืองกันบ้างครับ เราวัดจากการวิ่งด้วยความเร็วคงที่ และปิดแอร์ตลอดการทดสอบ ที่ความเร็ว 60/80/100 และ120 กม./ชม. เครื่องยนต์อีโคบูสต์ทำได้ 23.6/21.9/18.8 และ 13.9 กม./ลิตร ตามลำดับ ส่วนเครื่องบลอคเดิม 1.6 ลิตร ทำได้ 21.6/19.7/16.9 และ 14.6 กม./ลิตร เห็นได้ว่า เครื่องยนต์อีโคบูสต์ที่ความเร็วต่ำ (60-100 กม./ชม.) ให้อัตราสิ้นเปลืองที่ต่ำกว่าเครื่องบลอคเดิม 1.6 ลิตร อยู่นิดหน่อย แต่ถ้าวิ่งด้วยความเร็วสูง (เกินกว่า 100 กม./ชม.) จะเริ่มใช้เชื้อเพลิงที่มากกว่าเครื่องยนต์ 1.6 ลิตร บลอคเดิมเล็กน้อย และใช้มากขึ้นเรื่อยๆ ถ้าวิ่งด้วยความเร็วที่สูงขึ้น

จากอัตราเร่งที่ดีกว่าในทุกย่านความเร็ว และอัตราสิ้นเปลืองที่ใกล้เคียง หรือดีกว่าเครื่องใหญ่ ถือได้ว่าเครื่องยนต์อีโคบูสต์ เป็นเครื่องยนต์ความจุน้อยยุคใหม่ ที่เปลี่ยนคำจำกัดความของเครื่องยนต์เล็กอย่างแท้จริง ผมเชื่อว่าอีกไม่นาน เราน่าจะเห็นเครื่องยนต์ลักษณะนี้จากหลายค่ายมากขึ้น แล้วเครื่องยนต์ขนาดใหญ่ก็จะค่อยๆ ลดจำนวนลงทีละน้อย ตามกาลเวลาครับ



------------------------------
เรื่องโดย : วิธวินท์ ไตรพิศ
นิตยสาร FORMULA ฉบับเดือน มิถุนายน ปี 2557
คอลัมน์ : รอบรู้เรื่องรถ
ลิงค์สำหรับแชร์ : https://autoinfo.co.th/DlMvt

Follow autoinfo.co.th