สุดยอดเครื่องยนต์ และระบบขับเคลื่อนแห่งปี ตอนที่ 2

ตอนแรกเราได้นำเสนอเครื่องยนต์รหัส B58 แบบ 6 สูบแถวเรียง ความจุ 3.0 ลิตร อันทรงประสิทธิภาพของ บีเอมดับเบิลยู กันไปแล้ว ฉบับนี้ยังคงเป็นเครื่องยนต์แบบ 6 สูบแถวเรียง อีกเช่นกัน แต่สร้างขึ้นด้วยแนวคิดที่แตกต่างออกไป นั่นคือ เครื่องยนต์รหัส M256 จาก เมร์เซเดส-เบนซ์

เครื่องยนต์รหัส M256 แบบ 6 สูบเรียง ความจุ 3.0 ลิตร ออกแบบมาเป็นระบบ มายด์ไฮบริด (MILD HYBRID) ที่ใช้ระบบไฟกระแสตรง 48 โวลท์ แบบไม่ต้องเสียบปลั๊กโดยเฉพาะ   เครื่องยนต์บลอคนี้ถูกใช้อย่างแพร่หลายในรถยนต์หลายรุ่นของค่ายดาวสามแฉก อาทิ เมร์เซเดส-เอเอมจี รหัส 53 รวมถึงรถกลุ่มที่มีเลข 450 ต่อท้าย   เมร์เซเดส-เบนซ์ เริ่มใช้เครื่องยนต์แบบ 6 สูบแถวเรียง ครั้งแรกในปี 1924 แต่ได้เลิกใช้มาเป็นเวลากว่า 20 ปีแล้ว หลังจากเปิดตัวเครื่องยนต์รหัส M112 แบบ วี 6 สูบ มุมเอียง 90 องศา ออกมาในปี 1997 อันเป็นแนวคิดในช่วงเวลานั้น พวกเขานำเครื่องยนต์ แบบ วี 8 สูบ รหัส M113 ฝาสูบแบบ SOHC 3 วาล์ว/สูบ 2 หัวเทียน มาตัดให้สั้นลง เพื่อให้อะไหล่หลายๆ ส่วนของเครื่องบลอค วี 6 สูบ กับ วี 8 สูบสามารถใช้ร่วมกันได้ โดย   เครื่องยนต์แบบ 6 สูบแถวเรียง DOHC 24 วาล์ว รหัส M104 คือเครื่องยนต์ 6 สูบเรียงรุ่นสุดท้ายของพวกเขาที่หยุดผลิตในปี 1999   ในปี 2004 เครื่องยนต์รหัส M112 ก็ได้วิวัฒนาการกลายเป็นรหัส M272 โดยใช้ 4 วาล์ว/สูบ 1 หัวเทียน แบบเครื่องยนต์ทั่วไป และในปี 2010 ได้ปรับปรุงอีกครั้งเป็นรหัส M276 ที่ใช้ลูกสูบ และก้านสูบเหมือนกับ M272 แต่ปรับให้องศาของกระบอกสูบทั้ง 2 ฝั่ง ทำมุม 90 องศา เป็น 60 องศา แทน เพื่อให้มีการทำงานนุ่มนวลยิ่งขึ้น ซึ่งถึงจุดนี้ เครื่องยนต์แบบ วี 6 สูบ กับ วี 8 สูบ เริ่มแตกต่างกันด้านพื้นฐานการออกแบบแล้ว   แนวคิดแบบ 6 สูบแถวเรียง แบบดั้งเดิมได้กลับมาอีกครั้ง ในรหัส M256 เพราะมันมีสมดุลที่ดีเยี่ยม ความสั่นสะเทือนน้อยกว่าเครื่องยนต์แบบ วี 6 สูบ ทำมุม 60 องศา รวมถึงทำได้ดีกว่าเครื่องยนต์แบบ วี 8 สูบ อีกด้วย   เนื่องจาก เครื่องยนต์แบบ 6 สูบเรียง จะมีพื้นที่ว่างบริเวณด้านข้างมากกว่าเครื่องยนต์แบบสูบ วี พวกเขาจึงออกแบบให้เครื่องยนต์รหัส M256 สามารถนำเอาตัวกรองไอพิษ (CATALYTIC CONVERTER) เข้ามาอยู่ใกล้กับชุดเทอร์โบได้มากขึ้น ชนิดที่เรียกว่าติดกันเลย ทำให้ตัวกรองไอพิษอยู่ในอุณหภูมิใช้งานเร็วขึ้น ซึ่งช่วยลดมลพิษได้อย่างมีประสิทธิภาพ   นอกจากนั้น เครื่องยนต์แบบ 6 สูบแถวเรียง ยังลดความซ้ำซ้อนในระบบได้มาก อะไรที่เคยต้องมี 1 คู่ ก็เหลือเพียงชุดเดียว อาทิ ฝาสูบ เพลาราวลิ้น ท่อร่วมไอเสีย รวมถึงองค์ประกอบอีกนานาชนิด   ส่วนเรื่องการออกแบบลูกสูบกับช่วงชัก ให้ได้ความจุ 500 ซีซี/สูบ มีด้วยกันหลายสูตร แต่ของเครื่องยนต์รหัส M256 เลือกใช้สูตร “ช่วงชักยาว” (UNDERSQUARE) นั่นคือ เส้นผ่าศูนย์กลางลูกสูบน้อยกว่าช่วงชัก (83.0x92.4 มม) ซึ่งแตกต่างจากเครื่องยนต์แบบ วี 6 สูบ ความจุ 3.0 ลิตร ที่เป็นแบบ “ช่วงชักสั้น” (OVERSQUARE) เส้นผ่าศูนย์กลางลูกสูบมากกว่าช่วงชัก (88.0x82.1 มม.)   การออกแบบสูตร “ช่วงชักยาว” นอกจากจะได้คุณสมบัติด้านแรงบิดรอบต่ำแล้ว เส้นผ่าศูนย์กลางกระบอกสูบหน้าตัดเล็ก ยังทำให้เมื่อนำมาเรียงกันแล้ว วิศวกรสามารถลดความยาวโดยรวมของเครื่องยนต์ลงได้ หากเทียบกับกลุ่มลูกสูบหน้าตัดใหญ่ โดยสังเกตได้จาก เครื่องยนต์แบบ วี 6 สูบ รหัส M272 ที่จุดศูนย์กลางของลูกสูบแต่ละสูบ ห่างกันถึง 106 มม. ในขณะที่เครื่องยนต์รหัส M256 ห่างกันเพียง 90 มม. เท่านั้น และเมื่อเทียบความยาวโดยรวม แม้จะเป็นแบบ 6 สูบเรียง แต่มีความยาวมากกว่าเพียง 8 นิ้ว เท่านั้น และมีน้ำหนักเบากว่าเกือบ 6 กก.   ข้อดีอีกประการ ของเครื่องยนต์แบบช่วงชักยาว นอกเหนือจากเรื่องแรงบิดรอบต่ำที่ดี และความยาวของเครื่องยนต์ที่ค่อนข้างสั้น นั่นคือ การสูญเสียความร้อนไปกับระบบน้ำหล่อเย็นในเสื้อสูบน้อยกว่าเครื่องช่วงชักสั้น และระยะการเคลื่อนที่ที่มาก จะช่วยลดแรงดันภายในกระบอกสูบที่กระทำกับผนังเสื้อสูบ ซึ่งส่งผลดีกับระบบหล่อลื่น   ส่วนผู้ที่กังวลว่า ขนาดหน้าตัดกระบอกสูบที่เล็กจะมีปัญหากับขนาดของวาล์วที่จะต้องเล็กตามลงไป เรื่องนี้ไม่ต้องห่วง เพราะใช้เทอร์โบช่วยอัดอากาศเข้าสู่ห้องเผาไหม้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ และเชื่อหรือไม่ว่าสูตร “ความจุกระบอกสูบละ 500 ซีซี ช่วงชักยาว” นี้กำลังจะเป็นทเรนด์ของการออกแบบเครื่องยนต์ในปัจจุบัน เพราะไม่ใช่แค่ เมร์เซเดส-เบนซ์ ที่ใช้สูตรนี้ แต่ บีเอมดับเบิลยู และโฟล์คสวาเกน ที่ใช้เครื่องยนต์เทอร์โบ ก็ทำด้วยเช่นกัน เรียกว่าเป็นสูตรเด็ดแน่ๆ จึงเป็นที่มาของเครื่องยนต์สารพัดรุ่น ในปัจจุบันหลายค่าย อาทิ บีเอมดับเบิลยู ตั้งแต่ 3 สูบ ความจุ 1.5 ลิตร ไปถึง 6 สูบ ความจุ 3.0 ลิตร ส่วน ค่าย โฟล์คสวาเกน ใช้รูปแบบนี้มากมายหลายบลอค ไล่ไปจนถึงเครื่องยนต์ “รุ่นใหญ่” แบบ W12 ความจุ 6.0 ลิตร เทอร์โบ !   แต่สิ่งที่ทำให้เครื่องยนต์รหัส M256 แตกต่างจากเครื่องยนต์เจเนอเรชันก่อนอย่างแท้จริง คือ การหันมาใช้ระบบไฟกระแสตรง 48 โวลท์ นั่นเอง เพราะเครื่องยนต์ยุคใหม่นี้ไม่มีการใช้สายพานขับเคลื่อนมอเตอร์ หรือปั๊มน้ำ แบบเครื่องยนต์ดั้งเดิมอีกแล้ว เนื่องจากศักย์ไฟฟ้าที่สูงขึ้น จึงทำให้เหล่าอุปกรณ์ไฟฟ้า หรือปั๊มต่างๆ ที่ของเดิมต้องใช้ระบบสายพาน ทำงานควบคู่ไปกับการหมุนของเครื่องยนต์ ไม่จำเป็นต้องขับเคลื่อนด้วยสายพานผ่านพูลเลย์ อีกต่อไป ปั๊มน้ำ คอมเพรสเซอร์แอร์ สามารถใช้ไฟตรงจากระบบ 48 โวลท์ ได้เลย ซึ่งข้อดีจากการไม่มีสายพาน และพูลเลย์ คือ ลดความยาวเครื่องยนต์ลงได้ราว 2 นิ้ว   หัวใจของระบบไฟกระแสตรง 48 โวลท์ อยู่ที่ชุด ISG ที่พัฒนาขึ้นโดยมิตซูบิชิ อีเลคทริค หรืออาจจะเรียกแบบบ้านๆ ว่า “ไดสตาร์ท” นั่นคือ สตาร์เตอร์ และอัลเทอร์เนเตอร์ หรือมอเตอร์และเครื่องปั่นไฟ ที่ติดตั้งต่อจากเพลาข้อเหวี่ยงก่อนจะไปถึงห้องเกียร์ ซึ่งเป็นระบบที่สามารถทำงานได้ทั้งขับเคลื่อนและปั่นไฟ ขึ้นอยู่กับสถานการณ์ โดยมอเตอร์รูปวงแหวนนี้สามารถสร้างกำลังได้ 20 แรงม้า และมีแรงบิดสูงสุด 22.4 กก.-ม. ที่มีให้ใช้ตั้งแต่เริ่มออกตัว   ข้อดีของชุด ISG 48? โวลท์ มี 2 ข้อ ได้แก่ แรงบิดที่ดีของมอเตอร์ไฟฟ้าจะช่วยให้ลดความจำเป็นของการเปลี่ยนเกียร์ลงต่ำ หรือ คิคดาวน์ ขณะเร่งแซงช่วยให้ประหยัดพลังงาน และนอกจากนั้นมันยังใช้เป็น สตาร์ทมอเตอร์ ในระบบ สตาร์ท-สตอพ ที่ทำงานอย่างนุ่มนวล เพราะอยู่ในแนวเดียวกับเพลาข้อเหวี่ยง   ส่วนในภาคของการปั่นไฟกลับนั้น จะทำงานเมื่อมีการชะลอความเร็ว โดยกระแสไฟฟ้าที่ได้ จะถูกส่งกลับไปยังแบทเตอรีลิเธียม-ไอออน ขนาด 0.9 กิโลวัตต์ชั่วโมง เพื่อที่จะใช้จ่ายไฟให้ระบบต่างๆ ของเครื่องยนต์ ได้แก่ ปั๊มน้ำไฟฟ้า ระบบปรับอากาศ และระบบซูเพอร์ชาร์จไฟฟ้า ที่ใช้ใน เมร์เซเดส-เอเอมจี รหัส 53   ระบบซูเพอร์ชาร์เจอร์ไฟฟ้า ช่วยให้การตอบสนองว่องไว โดยจะปั่นเพื่ออัดอากาศในรอบต่ำ ก่อนส่งต่อให้เทอร์โบรับไปที่รอบเครื่องยนต์สูงขึ้น โดยซูเพอร์ชาร์จไฟฟ้า สามารถสร้างแรงดันได้มากถึง 6.6 ปอนด์/ตารางนิ้ว ด้วยระบบไฟกระแสตรง 48 โวลท์ โดยสามารถปั่นกังหันซูเพอร์ชาร์จหมุนได้เร็วถึง 70,000 รตน. ในเวลาเพียง 0.3 วินาที เท่านั้น !   แม้เครื่องยนต์รหัส M256 จะทำงานด้วยระบบไฟกระแสตรง 48 โวลท์ แต่ก็ยังต้องมีแบทเตอรีแบบ 12 โวลท์ ปกติอยู่ในรถด้วยเช่นกัน เพื่อจ่ายไฟให้ระบบต่างๆ ที่ยังผูกพันกับไฟแบบ 12 โวลท์ อาทิ ระบบเครื่องเสียง เป็นต้น   อีกระบบที่ทำให้เครื่อง M256 แตกต่างจากเครื่องยนต์รุ่นก่อนหน้านี้ คือ ระบบเทอร์โบเดี่ยว จากเครื่องยนต์แบบ วี 6 สูบ ที่ใช้ระบบเทอร์โบคู่ ซึ่งก็คือ เทอร์โบ ที่ทำงานให้ลูกสูบในแต่ละฝั่ง เพราะในอดีต วิศวกรต้องยอมใช้เทอร์โบลูกเล็ก เพื่อแลกกับการตอบสนองที่ฉับไว แม้จะยอมรับว่ามันมีประสิทธิภาพในการสร้างกำลังไม่ดีเท่าเทอร์โบลูกใหญ่ แต่ด้วยการที่มี มอเตอร์ไฟฟ้า ISG และในบางรุ่นก็มีซูเพอร์ชาร์จไฟฟ้า ทำให้วิศวกรตัดสินใจที่จะใช้เทอร์โบลูกใหญ่ขึ้น ซึ่งพวกเขาเลือกเทอร์โบแบบทวินสกรอลล์ และการใช้เทอร์โบแบบลูกเดียวย่อมมีความซับซ้อนน้อยกว่าเดิมแน่นอน   อีกสิ่งหนึ่งที่เครื่องยนต์รหัส M256 แตกต่างไปจากเครื่องยนต์ทั่วไป คือ การใช้ตัวกรองฝุ่น (PARTICULATE FILTER) เหมือนกับเครื่องยนต์ดีเซลคอมมอนเรล ไดเรคท์อินเจคชัน เนื่องจากการใช้ระบบฉีดเชื้อเพลิงตรงเข้าห้องเผาไหม้ ด้วยหัวฉีดเพียโซ (PIEZO) ที่มีแรงดันมากถึง 2,900 ปอนด์/ตารางนิ้ว   แม้ระบบฉีดเชื้อเพลิงตรงที่ฉีดเฉพาะช่วง “อัด” (จากกระบวน ดูด อัด ระเบิด คาย) จะมีประสิทธิภาพในการสร้างกำลัง แต่ก็มีปัญหาเรื่องการผสมไม่ทั่วถึงของอากาศกับเชื้อเพลิง มากกว่าระบบหัวฉีดที่ฉีดเชื้อเพลิงเข้าในท่อร่วมไอดี (PORT INJECTION) ที่มีช่วงการผสมเชื้อเพลิงกับอากาศนานกว่า ซึ่งหลายค่ายต่างมีความคิดที่จะแก้ปัญหาเรื่องฝุ่นที่เกิดจากการเผาไหม้ไม่สมบูรณ์ของระบบฉีดตรง แต่สำหรับเครื่องยนต์รหัส M256 ทีมวิศวกรเลือกการใช้ตัวกรองฝุ่น ที่ผลิตจากวัสดุ CORDIERITE ซึ่งมีคุณสมบัติทนความร้อนได้ดีเยี่ยม ซึ่งแน่นอนว่าสามารถเผาฝุ่นให้สลายหายไปได้ด้วยความร้อน     ดังนั้น ใครที่เลือกใช้เครื่องยนต์ตัวนี้ ต้องแน่ใจว่าสามารถสวมวิญญาณนัก”ซิ่ง” ลากรอบเผาฝุ่นได้บ้างเป็นครั้งคราว ไม่งั้นอาจจะ “ตัน” จนน้ำดันเหมือนรถบางยี่ห้อก็ได้   สรุปแล้ว เครื่องยนต์รหัส M256 นี้มีความใหม่ในหลายมิติ ด้วยพละกำลัง 429 แรงม้า ที่ 6,100 รตน. แรงบิดสูงสุด 53.0 กก.-ม. ที่ 1,800 รตน. ที่ประจำการใน เมร์เซเดส-เอเอมจี รหัส 53 แม้จะมีแรงบิดเท่ากับเครื่องยนต์แบบ วี 6 สูบ ความจุ 3.0 ลิตร รหัส M276 ใน เมร์เซเดส-เอเอมจี รหัส 43 แต่ M256 มีแรงม้ามากกว่า รหัส M276 ที่ให้กำลัง 390 แรงม้า เกือบ 40 แรงม้าเลยทีเดียว (กำลังของมอเตอร์ไฟฟ้า ISG ไม่มีผลต่อแรงม้าสูงสุด) สำหรับเครื่องยนต์รหัส M256 เวอร์ชันที่ประจำการใน เมร์เซเดส-เบนซ์ ไม่ได้เป็น เอเอมจี ดังที่ติดตั้งในรถกลุ่มที่มีเลข 450 ต่อท้าย จะมีพละกำลัง 362 แรงม้า   ถึงตรงนี้ทุกคนน่าจะมีความเห็นตรงกันว่า เครื่องยนต์รหัส M256 คือ เครื่องยนต์ที่น่าสนใจที่สุดเครื่องหนึ่งในปัจจุบัน ไม่ว่าจะเป็นเรื่องแนวคิด หรือผลลัพธ์จากการออกแบบ สมกับเป็น 1 ใน 10 เครื่องยนต์ยอดเยี่ยม อย่างแท้จริง