บทความ

ลดความจุ เพิ่มเทอร์โบ ไม่ประหยัดอย่างที่คุย !?!


เราได้เห็นผู้บริโภครถยนต์พยายามลดการบริโภคเชื้อเพลิงในเครื่องยนต์เบนซิน ด้วยการ “ลดความจุกระบอกสูบ” แล้วเพิ่ม “ระบบอัดอากาศด้วยเทอร์โบ” มาพักใหญ่ แต่จากประสบการณ์ในการใช้เครื่องยนต์ประเภทนี้ หลายคนพบว่า มันไม่ได้ประหยัดอย่างที่กล่าวอ้าง โดยหากจะทำตัวเลขให้ได้ใกล้เคียงที่เคลมไว้นั้น รถต้องอยู่ในสภาพการขับขี่ที่ “สมบูรณ์แบบ” คือ ไม่ต้องเร่ง ไม่ต้องเบรค ซึ่งเป็นสภาพรถที่ไม่ค่อยได้เจอในชีวิตจริง ยกเว้น การขับทางไกลแบบสบายๆ ไม่เร่งร้อนเท่านั้น

อธิบายง่ายๆ คือ ตัวเลขที่ผู้ผลิตอ้างนั้น อาจทำได้จริงตามมาตรฐานในการทดสอบ แต่ในชีวิตจริงนั้น “ภาระ” และ “สภาพแวดล้อม” ที่เครื่องยนต์ได้รับนั้นมันต่างออกไปจากอุดมคตินั่นเอง

 

สภาวะในอุดมคติของเครื่องยนต์เบนซินสันดาปภายใน จะมีส่วนผสมของอากาศกับเชื้อเพลิง (AIR DUEL MIXTURE) 14.7 ต่อ 1 หมายถึง อากาศ 14.7 ส่วนกับเชื้อเพลิง 1 ส่วน เพื่อให้เกิดการเผาไหม้ที่สมบูรณ์แบบ แต่ในความเป็นจริง เราไม่สามารถอยู่ในสภาพของอุดมคติได้ตลอดเวลา โดยเฉพาะเมื่อเราเร่งเพื่อเรียกกำลังในเครื่องยนต์เทอร์โบ ความร้อนจากไอเสียที่ส่งผ่านชุดเทอร์โบจากฝั่งโข่งไอเสีย จะผ่านเข้ามายังกังหันฝั่งไอดี ซึ่งทำให้ส่วนผสมของไอดีกับเชื้อเพลิงมีความร้อนสะสมสูง และอาจเกิดอาการ “ชิงจุดระเบิด” ก่อนเวลาที่ควร หรือที่เราเรียกว่า “นอค” (KNOCK)

 

P1J11207s copy

 

แนวทางในการแก้ไชอาการนี้มี 2 วิธี ได้แก่

 

1. ลดกำลังอัด (COMPRESSION RATIO) ในกระบอกสูบ วิธีนี้เป็นรูปแบบมาตรฐานที่ใช้กัน ดังที่รู้กันว่า ในเครื่องยนต์ทั่วไปที่ไม่มีระบบอัดอากาศ จะมีอัตราส่วนกำลังอัดประมาณ 9.5-10.5 ต่อ 1 แต่เครื่องยนต์ที่มีระบบอัดอากาศ จะมีอัตราส่วนกำลังอัดประมาณ 8.0-9.0 ต่อ 1 เพื่อไม่ให้เกิดความร้อนจนส่วนผสมเชื้อเพลิงและอากาศเกิดการจุดระเบิดขึ้นเอง

 

2. กล่องควบคุมจะทำหน้าที่ปรับส่วนผสม ด้วยการฉีดเชื้อเพลิงเพิ่มเข้าไป เพื่อลดอุณหภูมิ ดังนั้นส่วนผสมอากาศกับเชื้อเพลิงจาก 14.7 ต่อ 1 อาจลดลงไปถึง 10.0 ต่อ 1 ในบางช่วงเวลา ซึ่งวิธีนี้ดูแล้วอาจสร้างความสับสนกับความเชื่อในหัวเรา แต่ยิ่งเราป้อนสัดส่วนเชื้อเพลิงเข้าไปมาก อุณหภูมิในห้องเผาไหม้ยิ่งลดลง และสิ่งนี้เองเป็นตัวทำให้ในโลกของความเป็นจริงนั้น เครื่องยนต์เทอร์โบเมื่อมีโหลดมาก ก็จะบริโภคเชื้อเพลิงมาก เนื่องจากสัดส่วนของอากาศกับน้ำมัน จะเข้มข้น (RICH MIXTURE) กว่าปกติ

P1J11209l copy

มีหลายวิธีที่พยายามจะแก้ไขปัญหานี้ แต่มีวิธีหนึ่งที่น่าสนใจ ซึ่งริเริ่มโดย มาซดา ในเครื่องยนต์เบนซิน สกายแอคทีฟ-จี (SKYACTIV-G) แบบ 4 สูบแถวเรียง ความจุ 2.5 ลิตร ที่ประจำการใน มาซดา ซีเอกซ์-9 ครอสส์โอเวอร์ และมาซดา 6

 

แนวคิดที่วิศวกรของ มาซดา ใส่เข้าไปในเครื่องยนต์นี้มี 3 ข้อ ได้แก่ 1) ลดแรงต้านของระบบไอเสีย เพื่อให้เครื่องยนต์มีประสิทธิภาพมากที่สุด 2) พัฒนาให้เทอร์โบสามารถตอบสนองได้ว่องไวขึ้น และ 3) สร้างสภาวะที่เหมาะสมเพื่อทำให้ส่วนผสมคงอยู่ที่ 14.7:1 แม้ในสภาวะที่มีโหลดมาก ซึ่งจุดนี้ คือ หัวใจในการที่จะทำให้การใช้เครื่องยนต์เทอร์โบในชีวิตจริง สามารถประหยัดได้เหมือนตอนทดสอบ

 

ส่วนแรกพวกเขาได้ออกแบบให้ท่อร่วมไอเสีย เป็นแบบ 4-3-1 จากเดิมที่เป็นแบบ 4-1 นั่นคือ มีการรวบไอเสียของลูกสูบที่ 2 และ 3 มาเข้าคู่กัน ในขณะที่ไอเสียจาก สูบที่ 1 และ 4 นั้นเป็นเอกเทศ และนำมารวมสุดท้ายก่อนจะเข้าสู่เทอร์โบในส่วนของโข่งไอเสีย

 

ข้อดีของระบบ 4-3-1 ก็คือ ลดปัญหาไอเสียไหลย้อนของระบบ 4-1 มาตรฐาน เพราะในจังหวะจุดระเบิดทั่วไป คือ 1-3-4-2 นั้น จังหวะที่กระบอกสูบใกล้กัน จะมีโอกาสเกิด “ไอเสียไหลย้อน” จากกระบอกสูบที่ระเบิดก่อนหน้านี้ ไหลย้อนเข้าไปยังวาล์วไอเสียของกระบอกสูบที่ระเบิดตามหลังได้

 

ทีมวิศวกรได้นำเอาแนวคิดจากท่อเฮเดอร์มาพัฒนาใช้ให้เป็นระบบที่เรียบง่าย และมีประสิทธิภาพมากขึ้น โดยทำการรวบเอาไอเสียจากกระบอกสูบที่ 2 และ 3 เข้าด้วยกัน และจัดการรูปทรงท่อร่วมไอเสียให้สามารถสร้างแรงดูดและลดการไหลย้อนในรูปแบบที่คล้ายคลึงกับรถที่ใช้เทอร์โบแบบ “ทวินสกรอลล์” นั่นเอง

mazda_skyactivG25c2 (1) copy

ส่วนที่ 2 คือ การพัฒนาให้เทอร์โบตอบสนองได้ว่องไวขึ้นในรอบต่ำ พวกเขาเรียกระบบนี้ว่า เทอร์โบความดันแปรผัน (DYNAMIC PRESSURE TURBO) ที่ออกแบบให้กังหันในโข่งไอเสีย หมุนได้เร็วขึ้นที่รอบต่ำ จากการนำเอาวาล์วมาควบคุมการไหลของไอเสีย ช่วงรอบเครื่องยนต์ต่ำกว่า 1,620 รตน. วาล์วใหญ่จะปิด ทำให้ไอเสียถูก “รีด” ออกไปยังท่อที่แคบ จึงมีความเร็วไอเสียสูงขึ้น หลักการเดียวกับการเอานิ้วไปอุดสายยางรดน้ำต้นไม้ เพื่อให้น้ำพุ่งได้ไกลขึ้นนั่นเอง จากนี้เมื่อรอบเครื่องยนต์สูงกว่า 1,620 รตน. ไอเสียจะมีแรงดันมากพอ วาล์วจะเปิดเพื่อให้ไอเสียไหลเข้าไปปั่นกังหันเทอร์โบตามปกติ ด้วยเทคนิคนี้เครื่องยนต์จะพร้อมตอบสนอง และลดอาการรอรอบ หรือเทอร์โบแลก ได้อย่างมาก

 

และแนวคิดสุดท้ายของวิศวกร มาซดา คือ การทำให้อัตราการบริโภคเชื้อเพลิงในชีวิตจริงของเครื่องยนต์เทอร์โบ ออกมาใกล้เคียงกับตัวเลขทดสอบ ด้วยการควบคุมอุณหภูมิในห้องเผาไหม้ เพื่อให้เครื่องยนต์มีส่วนผสมของอากาศต่อเชื้อเพลิงอยู่ที่ 14.7 ต่อ 1 ได้โดยไม่นอค (ไม่มีการฉีดน้ำมันเพิ่มเพื่อลดอุณหภูมิ)

 

วิธีที่พวกเขานำมาใช้ คือ การหมุนเวียนเอาไอเสียป้อนเข้าไปในไอดีอีกครั้ง ใช่แล้วครับ อ่านไม่ผิด วิธีการนี้มีชื่อว่า “ระบบหมุนเวียนไอเสีย” หรือ อีจีอาร์ (EGR: EXHAUST GAS RECIRCULATION) ซึ่งจะว่าไปแล้วไม่ใช่เรื่องใหม่ เพราะมีการคิดค้นมานานหลายทศวรรษ แต่ส่วนใหญ่มักนำมาใช้ในเครื่องยนต์ดีเซล เพื่อผลในการลดค่าไอเสียที่เกิดจากการเผาไหม้

 

แต่แนวคิดของ มาซดา เป็นการนำระบบ อีจีอาร์ มาใช้มีประโยชน์ที่ต่างออกไป นั่นคือ เมื่อไอเสียนั้นเป็นอากาศที่เรียกได้ว่าไม่มีออกซิเจนเหลือ เนื่องจากออกซิเจนได้ถูกใช้ในการสันดาปไปจนหมดในกระบอกสูบแล้ว ดังนั้น หากนำเอาไอเสีย “บางส่วน” กลับมาป้อนเข้าไปพร้อมกับไอดีที่มีออกซิเจน จะทำให้อากาศในห้องเผาไหม้มีสัดส่วนโมเลกุลของออกซิเจนต่ำลง ทำให้เผาไหม้ได้ความร้อนที่ต่ำลงไปด้วย (ไอเสียที่เก็บเกี่ยวมาจากระบบนั้นมีอุณหภูมิสูงมาก ระบบ อีจีอาร์ ถูกออกแบบให้ช่วยลดอุณหภูมิไอเสียลงก่อนที่จะส่งกลับเข้าระบบ) เมื่ออุณหภูมิในห้องเผาไหม้ไม่สูง สมองกลก็ไม่ต้องสั่งให้ฉีดเชื้อเพลิงเพิ่มเพื่อ “ลดอุณหภูมิ” ในห้องเผาไหม้ เครื่องยนต์จึงสามารถใช้ส่วนผสมที่ 14.7 ต่อ 1 โดยไม่เกิดการนอค ทำให้อัตราการบริโภคภายใต้การทำงานในชีวิตจริงใกล้เคียงกับค่าที่ทดสอบ

 

คำถามเกิดขึ้นว่า หากระบบ อีจีอาร์ ให้ผลดีในด้านการบริโภคเชื้อเพลิง ทำไมระบบนี้ยังไม่แพร่หลาย ก็คงจะต้องบอกว่า ระบบ อีจีอาร์ นั้นไม่ได้ทำให้อัตราบริโภคเชื้อเพลิงในมาตรฐานการทดสอบลดลง แต่รถยนต์ มาซดา ที่ใช้เครื่องยนต์เทอร์โบ สกายแอคทีฟ-จี นี้จะมีอัตราการบริโภคเชื้อเพลิง ในชีวิตจริง “ใกล้เคียง” กับตัวเลขที่ทดสอบตามมาตรฐาน มากกว่ารถรุ่นอื่นๆ ในท้องตลาดนั่นเอง

P1J11212l copy

ท่านผู้อ่านอาจจะสงสัยว่า หากการทดสอบตามมาตรฐาน อาทิ อีพีเอ หรือ องค์กรเพื่อการอนุรักษ์สิ่งแวดล้อม (EPS: ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY) ของสหรัฐอเมริกา ไม่ได้สะท้อนรูปแบบของการใช้งานจริง ทำไมถึงยังคงใช้กันอยู่ ก็คงต้องบอกว่า มันเป็นเพียงแนวทางที่สามารถใช้เพื่อเปรียบเทียบรถยนต์แต่ละรุ่น ด้วยการทดสอบภายใต้เงื่อนไขเดียวกันเท่านั้น ดังนั้น หากจะพิจารณาถึงอัตราการบริโภคเชื้อเพลิงในชีวิตจริง ก็จำเป็นต้องทดสอบภายใต้เงื่อนไขของท่านเองเป็นสำคัญ ซึ่งก็จะพบว่า รถยนต์ส่วนใหญ่ไม่สามารถทำอัตราบริโภคเชื้อเพลิง สวยหรูเหมือนกับที่ผู้ผลิตแจ้งมา สิ่งนี้เป็นประเด็นที่ทำให้ทีมวิศวกรของ มาซดา พยายามสร้างเครื่องยนต์ที่สามารถมอบประสิทธิภาพที่เป็นไปได้จริงทั้งในบโรชัวร์ และในใบเสร็จค่าน้ำมันให้ตรงกันนั่นเอง

 

หวังว่าสักวันหนึ่ง พวกเขาจะถ่ายทอดเทคโนโลยีนี้มาให้บ้านเราได้ทดลองใช้กัน และเมื่อถึงวันนั้น เราจะได้รู้กันว่า มันเป็นแค่ “ราคาคุย” หรือเปล่า ?



------------------------------
เรื่องโดย : ภัทรกิติ์ โกมลกิติ
นิตยสาร FORMULA ฉบับเดือน พฤศจิกายน ปี 2561
คอลัมน์ : รู้ลึกเรื่องรถ
ลิงค์สำหรับแชร์ : https://autoinfo.co.th/HM7pm
อัพเดทล่าสุด
10 Nov 2018

Buyer's Guide | คู่มือซื้อรถ

Model Start Price (THB)
1.
524,000
2.
599,000
3.
3,599,000
5.
2,090,000
6.
2,229,000
7.
779,000
8.
3,590,000
10.
1,316,000
11.
1,749,000
12.
1,699,000
14.
3,299,000
15.
5,399,000
16.
6,799,000
17.
3,249,000
18.
4,980,000
19.
13,500,000
20.
6,799,000
  • MAIN SEARCH
  • EASY SEARCH
Make
Model
Price
Engine
More Option >
วัตถุประสงค์ในการใช้รถ (ประเภทรถ)
งบประมาณ
พฤติกรรมการขับรถ

Follow autoinfo.co.th