บทความ

สกายแอคทีฟ


มลพิษต่ำ ประหยัดน้ำมันยิ่งขึ้น

หลังจากเทคโนโลยีคอมมอนเรลเริ่มแพร่หลาย รถยนต์นั่ง, เอสยูวี, เอมพีวี ฯลฯ ต่างหันมาให้ความสำคัญกับเครื่องยนต์ดีเซลมากขึ้น เพราะมีข้อดีหลายอย่าง ไม่ว่าจะเป็นเรื่องของความประหยัด, มีแรงบิดสูง หรือมลพิษต่ำ ไม่ว่าจะเป็นรถเล็ก หรือรถใหญ่ ในยุโรปเองรถยนต์นั่งเครื่องยนต์ดีเซลมีส่วนแบ่งตลาดกว่าครึ่่งเลยทีเดียว พื้นฐานของเครื่องยนต์ดีเซลนั้นมีอัตราส่วนการอัดสูง จังหวะอัดเมื่อลูกสูบเลื่อนขึ้นสู่ศูนย์ตายบน อากาศจะมีอุณหภูมิและแรงดันสูงมาก เมื่อฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงออกมาภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ มันจะเกิดการลุกไหม้ก่อนที่อากาศกับน้ำมันเชื้อเพลิงจะผสมผสานกันอย่างสมบูรณ์ เป็นผลให้เกิดแกสไนโตรเจนออกไซด์มาก จากการเผาไหม้ไม่สมบูรณ์

ปัญหาของเครื่องยนต์ดีเซล คือ ทำอย่างไรถึงสามารถจ่ายน้ำมันในระยะเวลาที่เหมาะสมได้ ความเหมาะสมในที่นี้ คือ มีระยะเวลาเพียงพอให้เกิดการคลุกเคล้ากับอากาศ และการจุดระเบิดได้อย่างเหมาะสม เพื่อให้ได้กำลังสูงสุดและเกิดมลพิษต่ำที่สุด เนื่องจากคุณสมบัติของน้ำมันดีเซลจะจุดระเบิดช้ากว่าน้ำมันเบนซิน ทำให้เครื่องยนต์ดีเซลยุคเก่าไม่สามารถทำรอบสูงได้, ควันดำ, สิ้นเปลืองเชื้อเพลิง และมลพิษสูง ด้วยความล้ำหน้าของเทคโนโลยีด้านโลหะวิทยา และด้านอีเลคทรอนิคส์ ทำให้เราสามารถก้าวข้ามปัญหาเดิมๆ ของเครื่องยนต์ดีเซลได้ จนกลายเป็นว่าเครื่องยนต์ดีเซลสามารถแซงหน้าเครื่องยนต์เบนซินได้หลายขุม มาดูกันว่าอะไรเป็นปัจจัยทำให้เครื่องยนต์ดีเซลมีความล้ำหน้าไปมา

 

ลดกำลังอัด แต่เพิ่มแรงดัน

โดยปกตินั้นเครื่องยนต์ดีเซลจะมีอัตราส่วนกำลังอัดสูงราว 17-19:1 เลยทีเดียว แต่ในเทคโนโลยีสกายแอคทีฟนั้น มีการปรับเปลี่ียนในเรื่องของอัตราส่วนกำลังอัด เหลือเพียง 14:1 จึงสอดคล้องกับที่บอกไปข้างต้นว่า แรงดันและอุณหภูมิที่สูง จะทำให้เกิดแกสไนโตรเจนออกไซด์นั่นเอง การลดกำลังห้องเผาไหม้ลง แต่ปรับจังหวะการฉีดให้เหมาะสม และแรงดันการฉีดที่สูงขึ้น ทำให้เกิดการเผาไหม้ที่รุนแรง และมีช่วงกำลังกว้างขึ้น ส่งผลทำให้แรงบิดมากขึ้นในรอบที่ต่ำลง แต่มันไม่ใช่เรื่องง่าย เพราะกำลังอัดที่ต่ำอาจส่งผลให้อุณหภูมิของอากาศหลังจากถูกอัดแล้วต่ำเกินไป ตอนสตาร์ทเครื่องยนต์ครั้งแรกอาจจะทำให้เครื่องยนต์ติดยากขึ้น และก่อให้เกิดมลพิษสูงในจังหวะนั้น แต่มันก็พอมีทางออกอยู่

นอกจากนี้ยังทำให้สามารถลดขนาดและน้ำหนักเครื่องยนต์ให้น้อยลงได้ และเครื่องยนต์ไม่จำเป็นต้องมีความจุกระบอกสูบมากเกินจำเป็น สามารถลดน้ำหนักเครื่องยนต์ได้ราว 25 กก. ในส่วนของเสื้อสูบ ส่วนฝาสูบนั้นลดได้ราว 3 กก. เพลาข้อเหวี่ยงนั้นสามารถลดขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางจาก 62 มม. ลงมาเหลือ 50 มม. ซึ่งลดน้ำหนักได้ราว 25 % ทำให้เครื่องยนต์มีรอบจัด ตอบสนองได้อย่างรวดเร็วมากยิ่งขึ้น

แนวทางการแก้ไขปัญหาที่กล่าวมาข้างต้น ก็คือ หัวฉีดประสิทธิภาพสูง เทคโนโลยีหัวฉีด PIEZO จากค่ายโบช มีความสามารถอันน่าทึ่ง ฉีดน้ำมันได้ฉับไวตามความต้องการจริงของเครื่องยนต์ สามารถควบคุมความเข้มข้นของส่วนผสม เพื่อให้มั่นใจว่าสามารถสตาร์ทเครื่องยนต์ได้ง่ายแม้เครื่องยนต์ยังเย็นอยู่ หัวฉีด PIEZO นี้มีความสามารถสูง สามารถฉีดได้ถี่ถึง 9 ครั้ง/1 จังหวะการเผาไหม้ พร้อมพโรแกรมพื้นฐานการฉีดให้เหมาะสม 3 ระดับ ได้แก่ PRE-INJECTION คือ ฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงส่วนน้อยล่วงหน้า ก่อนจะถึงจังหวะ MAIN INJECTION คือ ฉีดน้ำมันส่วนใหญ่ เมื่อเกิดการจุดระเบิดแล้วก็จะมีการฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงซ้ำในจังหวะ POST-INJECTION เพื่อให้เกิดการเผาไหม้ที่รุนแรง, รวดเร็ว และหมดจด นั่นเอง จังหวะการฉีดน้ำมันนั้นจะมีความแตกต่างกัน ตั้งค่าให้เป็นไปตามเงื่อนไขต่างๆ เช่น อุณหภูมิเครื่องยนต์, รอบเครื่องยนต์ และภาระหรือโหลดที่ได้รับ การฉีดน้ำมันจึงมีความแม่นยำสูง ในจังหวะที่เครื่องยนต์มีอุณหภูมิต่ำ ยังมีโกลว์ปลั๊กเซรามิค (หัวเผา) ที่สามารถเพิ่มอุณหภูมิในห้องเผาไหม้ได้ในเวลาอันสั้น แต่การทำงานของระบบเหล่านี้ถูกประมวลผลและสั่งการด้วยระบบสมองกลอันชาญฉลาด

อีกระบบหนึ่งที่มีความสำคัญไม่แพ้กัน ก็คือ ระบบ VVL (VARIABLE VALVE LIFT) สามารถเพิ่มระยะยกของวาล์วให้สามารถเพิ่มปริมาณอากาศเข้าสู่ห้องเผาไหม้ได้มากขึ้น และช่วยให้ไอเสียที่จะถูกปล่อยออกไปนั้น ย้อนกลับเข้าห้องเผาไหม้ส่วนหนึ่ง ทำให้อุณหภูมิภายในห้องเผาไหม้สูงขึ้นในระยะเวลาอันสั้น

 

เพิ่มอากาศด้วยเทอร์โบ

สิ่งที่จะทำให้เครื่องยนต์ดีเซลมีสมรรถนะสูง, ประหยัดน้ำมัน และมลพิษต่ำ อีกสิ่งที่สำคัญ หรือ “อากาศ” ที่เข้าห้องเผาไหม้ ถ้าไม่เพียงพอ เทคโนโลยีที่กล่าวมาทั้งหมดก็จะไม่เกิดประโยชน์อันใดเลย เมื่อก่อนการนำเทอร์โบชาร์เจอร์มาใช้ เราพบว่าเทอร์โบลูกเล็กจะมีปัญหาอั้นในรอบสูง แม้ว่าจะทำตีนต้นได้ดี เทอร์โบลูกใหญ่ก็ต้องรอรอบ แต่มีสมรรถนะดีในความเร็วปลาย เมื่อก่อนการแก้ปัญหาจึงทำด้วยการใช้เทอร์โบ 2 ลูกในเครื่องยนต์เดียวกัน เทอร์โบตัวเล็กทำหน้าที่รอบต่ำ เทอร์โบลูกใหญ่ทำหน้าที่รอบสูง แต่ก็มีปัญหา เพราะว่าชิ้นส่วนมากเกินไป, ต้นทุนแพง, เซอร์วิศยาก และค่าใช้จ่ายสูง จนกระทั่งเทคโนโลยีด้านโลหะวิทยาล้ำหน้ามากขึ้น เทอร์โบแปรผันจึงกลายมาเป็นทางเลือกใหม่ เพราะต้นทุนและการเซอร์วิศต่ำกว่าการใช้เทอร์โบคู่ หรือที่คุ้นปากว่า ทวินเทอร์โบ เราจะได้ยินเทคโนโลยีเทอร์โบแปรผันกันอย่างต่อเนื่องใน

ช่วง 10 ปีที่ผ่านมา และดูเหมือนว่ามันจะเป็นเทคโนโลยีที่ล้ำสมัย และเป็นทางออกอย่างแท้จริง แต่วันนี้เราต้องมาคิดใหม่ เพราะบางค่ายเริ่มหันกลับมาใช้เทอร์โบคู่ หรือทวินเทอร์โบ

การเปลี่ยนมาใช้เทอร์โบคู่ในครั้งนี้ จะใช้เทอร์โบ 2 ขนาด ต่อการทำงานเรียงลำดับกัน คือ เมื่อไอเสียไหลผ่านท่อร่วมไอเสียออกมา ก็จะมาผ่านเทอร์โบลูกเล็กก่อน เพื่ออัดอากาศในรอบต่ำ ทำให้อากาศเข้าห้องเผาไหม้ได้อย่างเต็มที่ และไอเสียก็จะไหลผ่านไปหาเทอร์โบลูกใหญ่เพื่อให้มีแรงดันส่วนหนึ่งรอไว้ เมื่อรอบเครื่องยนต์สูงขึ้น แรงดันไอเสียสูงขึ้น วาล์วที่ปิดกั้นระหว่างเทอร์โบลูกใหญ่กับท่อร่วมไอเสีย ก็จะเปิดออก เพื่อให้เทอร์โบลูกใหญ่ทำงาน ซึ่งสามารถทำงานได้อย่างทันท่วงที เพราะด้านเทอร์ไบน์มีแรงดันไอเสียรออยู่แล้วส่วนหนึ่ง การเปิด/ปิดวาล์วตัวนี้ใช้ระบบอีเลคทรอนิคส์ควบคุม เพื่อให้เกิดความแม่นยำในการทำงาน

คราวนี้กลับมาดูด้านไอดีกันบ้าง อากาศที่เทอร์โบอัดเข้าห้องเผาไหม้ของเทอร์โบทั้ง 2 ลูกนั้น จะผ่านท่อเดียวกัน เมื่อเทอร์โบลูกใหญ่ทำงาน จะมีแรงเฉื่อยของอากาศภายในท่อที่เทอร์โบลูกเล็กสร้างไว้ ช่วยดึงไอดีให้ไหลจากเทอร์โบลูกใหญ่ได้เร็วขึ้น ทำให้อากาศเข้าห้องเผาไหม้ได้อย่างต่อเนื่อง จึงส่งผลให้เครื่องยนต์ตัวนี้ทำงานได้ดีในรอบต่ำและสูง เมื่อบวกกับเทคโนโลยีสกายแอคทีฟ ดี ทั้งหมดทำให้สามารถใช้เครื่องยนต์ที่มีความจุต่ำลงได้ เครื่องยนต์มีสมรรถนะสูงขึ้น ประหยัดน้ำมันมากขึ้น และปล่อยมลพิษต่ำลง

การเพิ่มความสามารถในแต่ละส่วนเมื่อผนวกเข้าด้วยกัน ทำให้เกิดผลรวมที่น่าพอใจอย่างยิ่ง เราจึงได้เห็นเครื่องยนต์ที่มีความจุน้อยลง มีขนาดกะทัดรัดมากขึ้น กำลังและแรงบิดสูง ประหยัดเชื้อเพลิงมากขึ้น ขณะเดียวกันมลพิษก็น้อยลง เร็วๆ นี้เราคงได้สัมผัสกับเทคโนโลยีเหล่านี้ จาก มาซดา ซีเอกซ์-5 ในบ้านเรา



------------------------------
เรื่องโดย : พหล ฯ 30
นิตยสาร 4WHEELS ฉบับเดือน ธันวาคม ปี 2554
คอลัมน์ : รู้ทันเทคนิค
ลิงค์สำหรับแชร์ : https://autoinfo.co.th/q87WL

Follow autoinfo.co.th