แกสโซลีน ไดเรคท์อินเจคชัน ระบบเครื่องยนต์แห่งยุค

จากฉบับเดือนพฤษภาคม เราคงพอจะทราบกันบ้างแล้ว ถึงข้อดีระบบฉีดเชื้อเพลิงเข้าห้องเผาไหม้โดยตรงของเครื่องยนต์ที่ใช้เชื้อเพลิงเบนซิน ว่าสิ่งที่ได้มา คือ สมรรถนะที่ดีขึ้นอย่างมาก เมื่อเทียบกับเครื่องยนต์ที่ใช้ระบบคาร์บูเรเตอร์ หรือระบบหัวฉีดแบบดั้งเดิมที่ฉีดฝอยละอองน้ำมันเข้าในท่อร่วมไอดีก่อนจะไหลเข้าไปเผาไหม้ในกระบอกสูบ จากการที่เทคโนโลยีในปัจจุบันสามารถควบคุมจังหวะช่วงเวลาในการจ่ายเชื้อเพลิงได้แม่นยำเป็นอย่างมาก จึงทำให้สามารถเพิ่มกำลังอัดห้องเผาไหม้ในช่วงลดความเร็วหรือช่วงความเร็วคงที่ ให้อยู่ในสถานะ ULTRA LEAN BURN หรือ STRATIFIED CHARGE ซึ่งมีอัตราส่วนอากาศต่อเชื้อเพลิงที่เบาบางน้อยกว่า อัตราส่วน 14.7:1 (โดยมวล) อันเป็นอัตราส่วนที่สมบูรณ์ ซึ่งบางเครื่องยนต์สามารถทำได้ถึง 65:1 โดยเชื้อเพลิงจะฉีดเข้าไปยังห้องเผาไหม้ในจังหวะอัด แทนที่จะฉีดในจังหวะดูด เหมือนเครื่องยนต์ทั่วๆ ไป ซึ่งทำให้ประหยัดเชื้อเพลิงได้ดี และปล่อยมลภาวะต่ำ เหตุผลก็มาจากในจังหวะเผาไหม้แบบเบาบางนี้ ขอบเขตการเผาไหม้ในกระบอกสูบจะแคบกว่าปกติมาก เนื่องจากในจังหวะที่ลูกสูบพุ่งสูงขึ้นจนเกือบจะถึงจุดศูนย์ตายบนเชื้อเพลิงจะถูกฉีดเข้าไปยังหัวลูกสูบที่มีเบ้าสำหรับเผาไหม้จนเป็นเสมือนห้องเผาไหม้เล็กๆ อีกห้องหนึ่ง แล้วหัวเทียนจึงจุดระเบิดได้อย่างแม่นยำ ทำให้เปลวเพลิงจากการเผาไหม้จำกัดขอบเขตอยู่แต่ “ในหลุม” บนหัวกระบอกสูบ และไม่เผาไหม้ไปจนถึงผนังกระบอกสูบ ทำให้ผนังกระบอกสูบมีอุณหภูมิต่ำลง สูญเสียความร้อนต่ำ และลดมลภาวะลงอย่างได้ผล แต่ต้องเข้าใจว่าช่วงเวลาที่เกิดขึ้นนั้นสั้นมากๆ หากปราศจากเทคโนโลยีที่สามารถควบคุมแรงดันและจังหวะให้รวดเร็วและแม่นยำแล้ว ก็ไม่สามารถทำให้ปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้นได้อย่างแน่นอน ส่วนเมื่อต้องการกำลังมากขึ้นในขณะเร่งเครื่อง หรือใช้งานในรอบสูง ก็สามารถปรับเปลี่ยนรูปแบบการจ่ายเชื้อเพลิงให้เป็นแบบ STOICHIOMETRIC ที่เผาไหม้สมบูรณ์ในอัตราส่วนอากาศต่อเชื้อเพลิงที่ 14.7:1 ตามทฤษฎี และยังสามารถปรับเปลี่ยนสัดส่วนอากาศและเชื้อเพลิงให้เข้มข้นมากขึ้น ในกรณีที่ต้องใช้รอบเครื่องยนต์ที่สูงขึ้น ทำให้เค้นสมรรถนะจากเชื้อเพลิงแต่ละหยดออกมาได้เต็มที่ในทุกช่วงความเร็ว โดยทั้ง 2 รูปแบบจะฉีดเชื้อเพลิงในจังหวะดูดแทน ขณะที่ระบบหัวฉีดเชื้อเพลิงแบบดั้งเดิมที่จะฉีดเชื้อเพลิงในจังหวะใดก็ได้ เนื่องจากการฉีดเชื้อเพลิงผสมกับอากาศนั้นเกิดขึ้นในท่อร่วมไอดีหลังวาล์วที่ปิดอยู่ ก่อนจะถูกดูดเข้าไปในห้องเผาไหม้ ซึ่งเครื่องยนต์แบบไดเรคท์อินเจคชันบางแบบก็ผสมผสานระบบหัวฉีดมัลทิพอยท์แบบดั้งเดิมเข้าไปในระบบด้วย อาทิ เครื่องยนต์ของ โตโยตา รหัส 2GR-FSE V6 ที่ใช้ในรถยนต์ เลกซัส ไอเอส 350 รุ่นปี 2006 เป็นต้น เราเห็นถึงประสิทธิภาพที่มากขึ้นจากระบบเครื่องยนต์แบบนี้แล้ว ทีนี้มาดูกันว่า รถอะไรบ้างในปัจจุบันที่ใช้เครื่องยนต์ชนิดนี้ เพราะแต่ละยี่ห้อก็มีชื่อเรียกขานแตกต่างกันไป ตามสิทธิบัตรที่จดไว้ ซึ่งผู้เขียนขอจำแนกตามยี่ห้อและตามลำดับปีที่ผลิต มิตซูบิชิ เป็นผู้บุกเบิกเครื่องยนต์แกสโซลีน ไดเรคท์อินเจคชัน สำหรับรถยนต์ที่ขายเป็นจำนวนมากในยุคปัจจุบัน โดยติดตั้งในรถรุ่น กาแลนท์ ตั้งแต่ปี 1996 และส่งไปจำหน่ายในยุโรปในชื่อของ คาริสมา มิตซูบิชิ เรียกเครื่องยนต์แบบแกสโซลีน ไดเรคท์อินเจคชัน ของตนเองว่า จีดีไอ (GDI) เครื่องยนต์ของ มิตซูบิชิ จดตราสินค้าเป็นตัว ไอ ใหญ่ (I) หากเป็น ไอ เล็ก (i) ไม่ใช่ของ มิตซูบิชิ) โดยเครื่องยนต์ตัวแรกใช้รหัส 4G93 แบบ 4 สูบ ความจุ 1.8 ลิตร และต่อมาได้พัฒนาเครื่องยนต์แบบ 6 สูบ ในรหัส 6G73 ความจุ 3.5 ลิตร ในช่วงแรกๆ ของการพัฒนาเครื่องยนต์นั้น อาจจะประสบปัญหาเรื่องของคุณภาพเชื้อเพลิงในยุโรปอยู่บ้าง ทำให้ความประหยัดไม่ได้ตามเป้าที่วางไว้ เมื่อเทียบกับเชื้อเพลิงในญี่ปุ่น ซึ่งรถที่ใช้เครื่อง จีดีไอ ถูกนำเข้ามาจำหน่ายในบ้านเราอย่างเป็นทางการในช่วงสั้นๆ กับ รุ่น ปาเจโร แล้วยังมีเข้ามาในรูปแบบของเครื่องยนต์มือสองอีกเป็นจำนวนไม่น้อย ส่วนในต่างประเทศ มิตซูบิชิ ผลิต เครื่องยนต์ จีดีไอ ได้เกิน 1 ล้านเครื่อง ตั้งแต่ปี 2001 นิสสัน และ โตโยตา ก็เป็นบริษัทแรกๆ ที่ร่วมกระแสการพัฒนาเครื่องยนต์แกสโซลีน ไดเรคท์อินเจคชัน โดย นิสสัน ได้ออกเครื่องยนต์ตัวแรก คือ วีคิว 30 ดีดี (VQ30DD ในปี 1997 ส่วน โตโยตา ได้เรียกระบบนี้ว่า ดี โฟร์ (D4) เริ่มใช้งานในปี 1998 และยังมีระบบที่ผสมผสานข้อดีของระบบไดเรคท์อินเจคชันกับระบบมัลทิพอยท์อินเจคชันเข้าด้วยกัน เรียกว่า ดี โฟร์-เอส (D4-S) ซึ่งถูกนำไปใช้กับรถสปอร์ทยอดนิยมอย่าง โตโยตา 86 และ ซูบารุ บีอาร์เซด ค่าย โฟล์คสวาเกน เริ่มใช้ในปี 2000 เรียกว่าระบบ เอฟเอสไอ (FSI) หรือ FUEL STRATIFIED INJECTION อันบ่งบอกถึงระบบเผาไหม้แบบเบาบางนั่นเอง และหากติดตั้งระบบอัดอากาศด้วยเทอร์โบ จะเรียกว่า ทีเอสไอ (TSI) หรือ ทีเอฟเอสไอ (TFSI) หรือ TURBO FUEL STRATIFIED INJECTION ที่พัฒนาขึ้นมาจากเครื่องยนต์แข่ง 24 ชั่วโมงในรายการแข่ง เลอ มองส์ ระบบของ โฟล์คสวาเกน ได้ก่อให้เกิดกระแสการพัฒนาเครื่องยนต์ให้มีความจุเล็กลง เนื่องจากเครื่องยนต์ในระบบนี้สามารถให้พลังงานได้ทัดเทียมเครื่องยนต์หัวฉีดแบบเก่าที่มีความจุสูงกว่าได้ แถมยังประหยัดอย่างน่าทึ่ง ในปีเดียวกัน ค่ายเมืองน้ำหอม เปอโฌต์ และ ซีตรอง ก็ได้นำเสนอเครื่องยนต์ที่เรียกว่า เอชพีไอ (HPI) อันเป็นสิทธิบัตรจาก มิตซูบิชิ โดยติดตั้งกับ ซีตรอง เซ แซง และ เปอโฌต์ 406 ส่วนค่ายอิตาลี อัลฟา โรเมโอ เริ่มใช้เครื่องยนต์ เจทีเอส (JTS) หรือ JET TRUST STOICHIOMETRIC ในปี 2002 ปัจจุบัน รถยนต์เบนซินทุกรุ่นของ อัลฟา โรเมโอ ได้ใช้เครื่องยนต์ระบบ จีเอส หมดแล้ว ค่าย ฟอร์ด ออกเครื่องยนต์ ดูราเทค เอสซีไอ (DURATEC SCI) หรือ (SMART CHARGE INJECTION) สำหรับตลาดยุโรป โดยใช้กับรถรุ่น มนเดโอ ความจุ 1.8 ลิตร ส่วนค่ายใบพัดเครื่องบินฟ้าขาวจากแคว้นบาวาเรีย บีเอมดับเบิลยู นำเสนอเครื่องยนต์แบบไดเรคท์อินเจคชันเครื่องแรกในปี 2003 รหัส N73 V12 แต่ในตอนนั้นยังไม่สามารถบรรลุการเผาไหม้แบบเบาบางได้ มาทำได้สมบูรณ์กับเครื่องยนต์แบบ 6 สูบเรียงรหัส N54 ในปี 2006 และต่อจากนั้นก็ร่วมกันพัฒนาเครื่องยนต์แบบไดเรคท์อินเจคชันกับค่าย พีเอสเอ (PSA) (เปอโฌต์และซีตรอง) ผลลัพธ์ที่ได้คือเครื่องยนต์แบบ 4 สูบ ที่ใช้กับ มีนี คูเพอร์ เอส ในปีเดียวกัน ค่าย จีเอม จากแดนคาวบอยเสนอเครื่องยนต์ ระบบ เอสไอดีไอ (SIDI) หรือ (SPARK IGNITION DIRECT INJECTION) โดยใช้ในเครื่องยนต์ตระกูล อีโคเทค (ECOTEC) บางรุ่นทั้งที่จำหน่ายในยุโรป และสหรัฐอเมริกา ปี 2005 มาซดา ค่ายรถจากประเทศญี่ปุ่น ที่ได้นำเสนอ เครื่องยนต์แบบใหม่ ดีไอเอสไอ (DISI) หรือ (DIRECT INJECTION SPARK IGNITION) ใช้กับรถรุ่น 6 มาซดา สปีด และ รุ่น 3 มาซดา สปีด รวมไปถึงรุ่น ซีเอกซ์-7 ซึ่งต่อมาระบบไดเรคท์อินเจคชัน ก็กลายเป็นส่วนหนึ่งในแนวคิด SKYACTIV ของ มาซดา ในปัจจุบัน ปี 2006 ค่ายรถหรู เมร์เซเดส-เบนซ์ เปิดตัวระบบ ซีจีไอ (CGI) หรือ (CHARGED GASOLINE INJECTION) ติดตั้งเป็นครั้งแรกในรถรุ่น ซีแอลเอส 350 ซีจีไอ โดยใช้ระบบคอมมอนเรลแรงดันสูง ทำงานร่วมกับหัวฉีดเพียโซ อีเลคทริค (PIEZO-ELECTRIC) ความแม่นยำสูง ให้กำลังสูงถึง 292 แรงม้า เมื่อเทียบกับ 272 แรงม้าของเครื่องยนต์ 350 รุ่นปกติ นอกจากนั้นยังลด มลภาวะ และการบริโภคเชื้อเพลิงอีกด้วย ปี 2007 ฟอร์ด นำเสนอเครื่องยนต์แบบไดเรคท์อินเจคชัน ชื่อ ECOBOOST ในเครื่องยนต์แบบ 4 และ 6 สูบ ซึ่งอีกไม่นานเราคงจะได้เห็นระบบนี้ในรถ ฟอร์ด ที่จำหน่ายในบ้านเราแน่นอน ส่วนรถสปอร์ทค่ายม้าลำพอง แฟร์รารี ได้พัฒนาเครื่องยนต์แบบไดเรคท์อินเจคชันเช่นกัน โดยติดตั้งเป็นครั้งแรกในรุ่น คาลิฟอร์เนีย (CALIFORNIA) ตามด้วยรุ่น 458 อันโด่งดัง ส่วนค่าย โพร์เช จากเมืองเบียร์ ก็เริ่มติดตั้งระบบไดเรคท์อินเจคชันกับรุ่น 997 และ เคย์แมน ในปี 2009 ด้วยเช่นกัน ส่วนค่าย ฮอนดา เครื่องยนต์รหัส EARTH DREAM แบบ 4 สูบที่ติดตั้งใน ฮอนดา แอคคอร์ด รุ่นปี 2013 ก็ได้สิทธิบัตรมาจาก มิตซูบิชิ จีดีไอ ด้วยเช่นกัน นาทีนี้ค่ายไหนไม่มีเครื่องยนต์แบบไดเรคท์อินเจคชันคงจะตามใครเขาไม่ทัน และใครที่คิดจะหาซื้อรถใหม่สักคัน หากเป็นได้น่าจะจัดรถที่ใช้เครื่องยนต์แบบแกสโซลีน ไดเรคท์อินเจคชัน รับรองว่าทันยุคทันสมัยแน่นอน ฟันธง !