ทำไมต้อง "คอมมอน-เรล" ?

เดือนนี้เรามาดูวิธีประหยัดเชื้อเพลิงอีกแบบหนึ่งกันต่อครับ หลังจากใช้แอลกอฮอล์ ซึ่งผลิตจากพืชมาเป็นเชื้อเพลิงทดแทนเสริม และการใช้มอเตอร์ไฟฟ้าทำงานร่วมกับเครื่องยนต์ในรถแบบไฮบริด คำว่าประหยัดเชื้อเพลิงในที่นี้ ผมหมายถึงเมื่อเทียบกับเครื่องยนต์เบนซินปกติทั่วไปกับรถเก๋ง ถ้าเปรียบเทียบพลังงานในน้ำมันดีเซลและน้ำมันเบนซินต่อปริมาตรเท่ากัน จะได้ค่าเกือบเท่ากันนะครับ แต่สาเหตุที่เครื่องยนต์ดีเซลประหยัดกว่า มีสองประการด้วยกันคือ อัตราส่วนอัด (COMPRESSION RATIO) ของเครื่องดีเซลสูงกว่า และเครื่องดีเซลไม่ต้องใช้ลิ้นผีเสื้อหรือลิ้นคันเร่งควบคุมกำลัง ทำให้ไม่สูญเสียพลังงานส่วนหนึ่งไปในจังหวะดูดคือ ลูกสูบกำลังเคลื่อนที่ลง และดูดไอดีเข้า แต่ถูกลิ้นผีเสื้อขวางทางไว้ ในส่วนที่สองนี้ เป็นสาเหตุที่รถเครื่องยนต์ดีเซลประหยัดกว่ารถเครื่องยนต์เบนซินอย่างเห็นได้ชัด เมื่อขับในเมืองและรถติดในสภาพเดียวกัน เพราะผู้ขับรถเบนซินเหยียบคันเร่งเปิดลิ้นผีเสื้อได้เพียงแคบๆ เท่านั้น ผู้ที่ใช้รถดีเซลรุ่นเก่าจะสังเกตได้ง่ายว่า ถ้าขับด้วยความเร็วสูงคงที่นานๆ มันจะใช้เชื้อเพลิงเกือบเท่ารถเครื่องเบนซินในระดับเดียวกัน เพราะลิ้นผีเสื้ออ้ากว้าง ข้อได้เปรียบที่สองของเครื่องยนต์ดีเซลจึงหมดไป เพียงสองประการนี้ก็ทำให้เครื่องยนต์ดีเซลประหยัดเชื้อเพลิงกว่าแล้ว ทั้งๆ ที่เครื่องดีเซลก็ยังเหลือจุดอ่อนอยู่มาก เช่น ยังใช้ปั๊มฉีดแบบกลไก จังหวะ ช่วงเวลา และปริมาณที่เชื้อเพลิงถูกฉีด จึงยังไม่เหมาะสมกับสภาวะที่เครื่องยนต์ถูกใช้งาน ที่จริงแล้วผู้ออกแบบเครื่องยนต์ดีเซล ต้องการใช้ระบบฉีดเชื้อเพลิงที่ถูกควบคุมด้วยระบบอีเลคทรอนิคส์มานานแล้ว ติดอยู่ที่ระบบนี้ต้องใช้ปั๊มเชื้อเพลิง อัดเชื้อเพลิงด้วยความดันสูง มา "รอ" ไว้ตลอดเวลา แล้วต้องการฉีดเมื่อใดก็ใช้กระแสไฟฟ้ามาสร้างสนามแม่เหล็กในหัวฉีดเพื่อดึงเข็มกั้นเชื้อเพลิงให้ถอยหลัง เชื้อเพลิงก็จะพุ่งออกไปด้วยความดันที่มีอยู่ตลอดเวลา อยากให้ฉีดมากก็เปิดนานหน่อย วิธีนี้เหมือนกับระบบฉีดเชื้อเพลิงที่ใช้กับรถเก๋งเบนซินของพวกเรานั่นเองครับ ปัญหาใหญ่อยู่ที่หลักการทำงานของเครื่องยนต์ทั้งสองแบบ ซึ่งต่างกันอย่างมาก เราสามารถฉีดเบนซินเข้าสู่ท่อไอดีซึ่งในนั้นมีอากาศความดันต่ำ โดยฉีดให้ฝอยเบนซินพุ่งไปแถวๆ หัวลิ้นไอดี บางส่วนก็ระเหยกลางทาง พวกที่ "เม็ด" ใหญ่หน่อย ระเหยไม่หมดก็ไม่เป็นไร เพราะมันจะถูกดูดเข้าสู่กระบอกสูบ รับความร้อนภายในกระบอกก็จะระเหยหมด ถึงยังระเหยไม่ทันอีก เช่น ตอนติดเครื่องที่ยังเย็น ก็จะระเหยตอนลูกสูบอัดไอดีให้ปริมาตรเล็กลงและเกิดความร้อน แล้วก็จะถูกจุดให้ลุกไหม้ด้วยประกายไฟที่เขี้ยวหัวเทียน ส่วนการทำให้น้ำมันดีเซลลุกไหม้ในเครื่องดีเซลไม่ง่ายอย่างนี้ครับ เชื้อเพลิงจะต้องลุกไหม้จากการรับความร้อน ที่เกิดจากการอัดอากาศในกระบอกสูบ ให้เล็กลงประมาณเกือบ 20 เท่า หรือมีปริมาตร 20 ส่วนในกระบอกสูบ ตอนลูกสูบอยู่ล่างสุด แล้วถูกอัดเหลือเพียง 1 ส่วน เมื่อลูกสูบอยู่บนสุดนั่นเอง น้ำมันดีเซลจึงต้องถูกฉีดเข้าไปในกระบอกสูบโดยตรง เมื่อลูกสูบเกือบถึงจุดสูงสุด แล้วถ้าฉีดออกมาเป็น "ลำ" พุ่งออกไปเฉยๆ ก็จะลุกไหม้ไม่ทันกับเครื่องยนต์ที่กำลังทำงานอย่างเร็วครับ เชื้อเพลิงจึงต้องถูกฉีดให้เป็นฝอยละเอียด ซึ่งการจะทำให้ได้ต้องมีเงื่อนไขสองข้อคือ รูฉีดต้องมีขนาดเล็กมากและความดันต้องสูงมากด้วย แค่นี้ยังไม่พอครับ ความดันของเชื้อเพลิงที่ปลายหัวฉีด ต้องสูงกว่าความดันอากาศหน้าหัวฉีดมากๆด้วย ความดันอากาศตอนถูกอัดในเครื่องดีเซลนั้นสูงอยู่แล้ว ความดันเชื้อเพลิงจึงต้องสูงกว่ามากมายครับ และต้องมีน้ำมันรออยู่ในท่อก่อนส่งเข้าหัวฉีดตลอดเวลาด้วย วิศวกรเครื่องยนต์สมัยก่อนเลยหมดปัญญาเพราะไม่รู้จะสร้างปั๊มเชื้อเพลิงความดันสูงขนาดนี้ได้อย่างไร นึกดูแล้วอาจจะรู้สึกว่าไม่น่ายาก แต่ใครที่เป็นช่างหรือวิศวกรเครื่องยนต์หรือเครื่องกล จะมองเห็นภาพทันที่ว่า ปั๊มเหล่านี้จะต้องมีเพลาหมุน การป้องกันไม่ให้น้ำมันความดันสูงมหาศาลลอดออกจากปั๊มที่กำลังทำงานนั้นยากเพียงใด ก็พยายามกันมาหลายสิบปีแล้วครับ สำเร็จโดยวิศวกรของ เฟียต จากอิตาลี เมื่อเกือบสิบปีที่ผ่านมานี่เองครับ มันคือจุดเริ่มต้นศักราชของเครื่องยนต์ดีเซล ยุคใหม่อย่างแท้จริง ที่ประหยัดกว่าเดิม เงียบกว่าเดิม และสารพิษในไอเสียสะอาดกว่าเดิมด้วย ถ้าติดเทอร์โบเข้าไปด้วย (ซึ่งเหมาะมาก) ก็ต้องบอกว่า แรงกว่าเดิมมากด้วย นี่คือที่มาของระบบจ่ายเชื้อเพลิงดีเซลแบบ คอมมอน เรล ที่ทำให้พวกเราชาวไทยงงงวยกันไปหมดว่ามันคืออะไรกันแน่ ระบบฉีดเชื้อเพลิงแบบคอมมอนเรล ของเครื่องดีเซล แทบจะไม่มีอะไรแตกต่างจากระบบฉีดเชื้อเพลิงของเครื่องเบนซินเลย คือควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์ จึงฉีดเชื้อเพลิงได้เหมาะสมแทบทุกสถานการณ์ ไม่ว่าอากาศจะเย็นหรือร้อน เครื่องยนต์จะเย็นหรือร้อน ขับบนที่ลุ่มหรือบนภูเขาสูง เครื่องยนต์หมุนเร็วหรือช้า คนขับเหยียบคันเร่งมากหรือน้อย จึงไม่มีการจ่ายเชื้อเพลิงเกินความจำเป็นทำให้ประหยัดเชื้อเพลิงได้มากพอสมควร เมื่อเทียบกับระบบกลไกแบบดั้งเดิม จะแตกต่างจากระบบเบนซิน ก็ตรงความดันในระบบเท่านั้น ถ้าเป็นอย่างนั้นทำไมไม่มีใครเรียกระบบหัวฉีดอีเลคทรอนิคส์ของเครื่องเบนซินว่าคอมมอน เรล มาตั้งแต่ต้น ความแตกต่างอยู่ที่ความแตกต่างครับ ระบบหัวฉีดของเครื่องเบนซิน เป็นการพัฒนาต่อมาจากคาร์บูเรเตอร์ เพราะฉะนั้นบอกแค่ว่าเป็นระบบหัวฉีด หรือ INJECTION ก็แจ่มแจ้งทันที ส่วนเครื่องดีเซลนั้นไม่ว่าจะเก่าหรือใหม่เพียงใด ก็เป็นระบบหัวฉีดทั้งนั้น ผู้ผลิตหรือผู้พัฒนาเขาก็เลยต้องมองหาจุดที่มันแตกต่างกันอย่างชัดเจนโดยหลักการ ซึ่งก็คือวิธีการส่งเชื้อเพลิงมายังหัวฉีดของแต่ละสูบ ซึ่งแบบดั้งเดิมจะใช้ปั๊มลูกสูบ "กระแทก" อัดน้ำมันความดันสูงมาในท่อแยกสำหรับแต่ละสูบโดยเฉพาะจนถึงหัวฉีด ส่วนแบบคอมมอนเรล จะรวมเชื้อเพลิงจากปั๊มความดันสูง ไว้ในท่อเดียวขนาดใหญ่ ท่อนี้แหละครับชื่อ คอมมอนเรล หรือท่อร่วม คือทุกสูบใช้น้ำมันในท่อนี้ร่วมกัน โดยมีท่อเล็กสั้นต่อจากท่อนี้ไปยังหัวฉีดแม่เหล็กไฟฟ้าของแต่ละสูบอีกทอดหนึ่ง เพราะฉะนั้นระบบหัวฉีดของเครื่องเบนซิน ก็มี คอมมอนเรล เหมือนกันไม่ผิดเพี้ยน แต่ไม่มีความจำเป็นต้องเรียกเท่านั้นเอง ความดันในท่อร่วมของคอมมอนเรล ดีเซลนี้สูงมากครับ ตอนแรกเริ่มก็เกิน 1,000 บาร์ไม่มาก ปัจจุบันนี้ขยับมาที่ 2,000 หรือเกือบๆ แล้ว ความดันหนึ่งบาร์มีค่า 14 ปอนด์/ตารางนิ้วเศษครับ ในยางรถยนต์ของพวกเราก็แค่ 2 ถึง 3 บาร์ เท่านั้น ถ้าจะเรียกให้ถูกต้องตามมาตรฐานสากล ก็ต้องใช้ ปาสกาล (PASCAL) เป็นหน่วยความดัน เป็นชื่อปราชญ์ชาวฝรั่งเศส ที่มีผลงานหลายด้าน ทั้งคณิตศาสตร์ ฟิสิคส์ ปรัชญา ฯลฯ หนึ่งปาสกาล เท่ากับ หนึ่งนิวตัน ต่อพื้นที่หนึ่งตารางเมตร แรงหนึ่งนิวตันก็ประมาณน้ำหนัก "หนึ่งขีด" หรือน้ำหนักของมวลราวๆ 100 กรัม เท่านั้น ความดันหนึ่งปาสกาลจึงน้อยมากเหมาะกับค่าความดันแกสต่ำๆ ที่เราเรียกว่าสุญญากาศเท่านั้น ถ้ามาใช้กับงานอื่นๆ ก็ต้องเติมศูนย์กันหลายตัว จึงมักคูณ 1 พัน หรือ 1 ล้านเพื่อความสะดวกคือ กิโล หรือ เมกะปาสกาล ถ้าใช้หน่วยนี้ความดันในท่อร่วมหรือคอมมอนเรล ก็จะมีค่าประมาณ 130-200 MPA หรือเมกะปาสกาลครับ ขณะกำลังพิมพ์ต้นฉบับนี้ สองค่ายยักษ์ของพิคอัพไทยก็กำลังถล่มกันสุดขีด เอากันแบบไม่ต้องให้ลูกค้าได้เห็นข้อมูลครบจริงๆ เลย คือถ้าบอกตัวเลขอะไรมา ก็หมายความว่า จุดนี้มีค่าสูงกว่าของคู่แข่งเรื่องโฆษณาชวนเชื่อไม่ว่ากันอยู่แล้วครับ แต่ไม่ควรจะตามใจ "เอเจนซี" กันจนเลยเถิด น่าจะสงบศึกตกลงกันได้ในบางเรื่องให้ยุติธรรม เช่น ทั้งสองฝ่ายมีข้อมูลจำเพาะครบถ้วนของเครื่องยนต์ให้ลูกค้าได้ทราบทุกครั้งที่โฆษณาในสิ่งพิมพ์ เห็นใจผู้บริโภคทึ่หอบเงินมาให้หน่อยครับ ผมไม่รับตอบปัญหาว่าของใครดีกว่านะครับ คุณภาพคือสิ่งตัดสินอนาคตและความสำเร็จ ผมว่าทุกฝ่ายอยากหาสิ่งที่ดีที่สุดให้ลูกค้าอยู่แล้ว จะเลือกราคา บริการหลังการขาย ความทนทาน หรือชื่อเสียงขึ้นอยู่กับเงื่อนไขของแต่ละคนครับ แต่คนที่ฉลาดจริงๆ จะรอสักระยะแล้วสอบถามประสบการณ์จากผู้ใช้หลายๆ รายครับ