VTEC ต้นตำรับแคมกระดิก ของดีจากฮอนด้า ที่ยังดังถึงวันนี้

ทุกวันนี้รถยนต์ใหม่ๆ แทบทุกรุ่นต่างมาพร้อมระบบวาล์วแปรผัน ความสามารถในการปรับเปลี่ยนจังหวะการทำงานของวาล์วอากาศในเครื่องยนต์ให้เปลี่ยนไปตามความต้องการของผู้ขับขี่ จนปัจจุบันกลายเป็นมาตรฐานในรถยนต์ใหม่หลายรุ่น  และ ฮอนด้า คือผู้เริ่มตำนานระบบ “แคมกระดิก” ที่เรียกว่า   VTEC

VTEC   ย่อมาจากชื่อเต็มของมันว่า Variable Valve Timing and Lift Electronic Control แนวคิด ระบบนี้ไม่ได้ซับซ้อนอย่างที่หลายคนคิด ทางวิศวกรเพียงต้องเพิ่มสัดส่วนความสามารถในการจุดระเบิดของเครื่องยนต์ชั่วขณะ จากเครื่องยนต์ขับประหยัดใช้งานได้ทั่วๆ ไป เปลี่ยนให้มันเป็นขุมพลังแรงในเสี้ยววินาที เมื่อผู้ขับขี่ต้องการพละกำลังจากเครื่องยนต์ 

วิธีการเพิ่มความสามารถของเครื่องยนต์ก็หาได้ยากเย็นอะไร เพียง เพิ่มอากาศ และน้ำมันในห้องเผาไหม้ เพียงเท่านี้ก็ได้กำลังจากการจุดระเบิดเพิ่มขึ้น ผลคือรถวิ่งดีขึ้น แม้ว่าจะใช้เครื่องขนาดเท่าเดิมก็ตาม ในเวลานั้น มี 2-3 แนวทางที่สามารถทำได้ คือ 1. ใส่เทอร์โบ 2. ใส่ ซุปเปอร์ชาร์จ และ 3 เพิ่มองศาเพลาลูกเบี้ยว

Honda VTEC Engine

แต่การเพิ่มองศาเพลาลูกเบี้ยวสูงเกินไป จะทำให้เครื่องยนต์เดินหอบ เสียงอาจดูเหมือนเครื่องยนต์พร้อมจะดับตลอดเวลา มันไม่ส่งผลดีทางด้านจิตวิทยาในการใช้งานแน่

ในช่วงเดือนมีนาคม 1984 ในรั่วฝ่ายวิจัยพัฒนาในเมืองโทชิกิ ทางฮอนด้า จึงเริ่มพัฒนาเครื่องยนต์ใหม่ ภายใต้ชื่อโครงการ   Honda  NCE   หรือ   New Concept  Engine  เป้าหมายโครงการนี้คือสร้างเครื่องยนตืที่มีสมรรถนะสูงกว่าปัจจุบันให้กำลังแรงบิดสูงขึ้น ทั้งในช่วงรอบเครื่องยนต์ต่ำ และในรอบสูง ด้วยเป้าหมายสูงสุด หวังเพิ่มกำลังแรงม้าเครื่องยนต์ต่อลิตรให้ได้มากกว่าที่ทำอยู่ในปัจจุบัน

นาย อิคูโอะ อิจิทานิ (Ikuo Ijitani)  ในฐานะผู้ร่วมโครงการงานออกแบบดังกล่าว ชักจูงให้ทีมวิจัยพัฒนาเครื่องยนต์ความสามารถในการเปลี่ยนจังหวะการเปิดปิดวาล์ว 

เครื่องยนต์ 4 วาล์ว ในสมัยนั้นเป็นที่รู้จักกันดีว่า มีความสามารถในการทำงานรอบสูงที่ดี แต่การทำให้มันมีแรงบิดีในรอบต่ำไม่ใช้เรื่องง่าย การเปลี่ยนองศาเพลาลูกเบี้ยว ทำให้เมื่อรอบสูงจะพบปัญหาในการทำงาน และถ้าไม่ปรับในรอบต่ำเครื่องยนต์ก็ไม่มีแรงบิดที่ดีกว่าเดิม

อันที่จริงในช่วงปีก่อนหน้าที่โครงการนี้จะเริ่ม (1983)  วิศวกรฮอนด้าได้เข้าไปสำรวจการสร้างระบบแปรผันเชิงกลที่สร้างผลต่อชุดวาล์ว เพื่อให้ประสิทธิภาพในการทำงานของเครื่องยนต์สูงสุด ในตอนนั้น ทีมวิศวกรสามารถสร้างเครื่องยนต์ที่ใช้ในช่วงเวลาเดียวกันให้มีความประหยัดถึง 50 ไมล์ต่อแกลลอน เลยทีเดียว

การค้นหาเทคโนโลยีใหม่สำหรับเครื่องยนต์ฮอนด้าในยุคหน้าเป็นเรื่องที่สำคัญมากกับบริษัท  รวมถึงทีมผู้บริหารฝ่ายวิจัยและพัฒนา บริษัทมีแผนในการแนะนำรถรุ่นใหม่   Honda  Intregra   ในวาระเข้าสู่ยุค 90  ฮอนด้าต้องการเครื่องยนต์ที่ชี้ว่าพวกเขาเป็นคลื่นลูกใหม่ตัวจริง นาย อิคูโอะ ในฐานะที่รับผิดชอบโครงการดังกล่าว ตั้งเป้าหมายว่า จะพิชิตการทำกำลัง 90 แรงม้าต่อลิตร เป้าหมายรถรุ่นนี้คือใช้เครื่องยนต์ 1.6 ลิตร ตอนนั้นทางวิศวกรสร้างเครื่องยนต์ 130 แรงม้าได้แล้ว แต่มันยังไม่พอสำหรับเขา

อิคูโอะ ไปปรึกษากับบอสใหญ่ ประธาน Honda R&D  , โนบุฮิโกะ คาวาโมโต้ เขารู้ว่า ลูกนอกเขาต้องการแรงผลักดันอะไรสักอย่าง  โนบุ ซัง จึงท้าทายไปว่า “ทำไม นายไม่สร้างเครื่องยนต์ที่ทำได้ 100 แรงม้า ต่อลิตรไปเลย” ในยุคนั้นยังไม่มีใครทำได้ และสำหรับเครื่องยนต์สันดาปภายในทั่วไป ก็ไม่ใช่เรื่องง่ายนัก

โจทย์สร้างความตั้งมั่นใจ อิคูโอะ และเขากลับมาบอกข่าวกับลูกทีมทันที ถ้าเครื่อง 1.6 ลิตร จะทำกำลังได้ 100 แรงม้า ต่อลิตร หมายความ เขาต้องทำเครื่องยนต์ 160 แรงม้า และต้องเป็นเครื่องยนต์สมรรถนะสูงรอบจัด เพราะ 160 แรงม้า ที่ 8,000 รอบต่อนาทีเป็นไปได้

ทำไมต้องทำเครื่องยนต์ที่มีรอบจัดขนาดนั้น เขาในฐานะหัวหน้าทีม ชี้แจงลูกน้องว่า มันมี 2-3 ประเด็นสำคัญ คือ ลดภาวะแรงเฉื่อยระหว่างการทำงานของเครื่องยนต์ , ลดภาระน้ำหนักของชิ้นส่วนภายในเครื่องยนต์ และยังมีอีกหลายปัจจัย ช่วยผลักดันให้จำเป็นต้องสร้างเครื่องยนต์รอบจัดออกมา

การสร้างระบบ   VTEC   เต็มไปด้วยขวากหนามมากมาย ทีมถึงกับต้องเปลี่ยนชุดวาล์วใหม่หมดยกเซท เพื่อให้เครื่องยนต์มีประสิทธิภาพตามต้องการ อาทิ พูลเลย์น้ำหนักเบา สามารถลดแรงเฉื่อยได้ร้อยละ 10 , ชุดวาล์วขยายขนาดอีก3  มม. จากปกติ รวมถึง เพลาลูกเบี้ยว ปกติเซทไว้ที่ 32 องศา ก็ปรับลดลงเหลือ 20/30 องศา รวมถึงการใช้วัสดุใหม่กับเพลาลูกเบี้ยว

แต่ไม่ว่าอย่างไรในที่สุด ทีมก็ทำเครื่องยนต์นี้ออกมาสำเร็จ มันเป็นเครื่องยนต์ที่มีกำลัง 160 แรงม้า สูงสุด ที่ 7,600 รอบต่อนาที  และมีรอบเร่งถึง 8,000 รอบต่อนาที เครืองยนต์ตัวนี้น่าจะคุ้นกันดี มันคือ เครื่องยนต์   B16A   ประจำการให้   Honda Intrega  และ   Honda  CRX SiR  รวมถึง   Honda  Civic  SiR  

จนปัจจุบันสาวกฮอนด้ายังหาเครื่องยนต์บล็อกนี้กันให้ควัก จนแม้แต่เครื่องยนต์ประเภท   N/A   รุ่นใหม่ ขนาดเดียวกัน ยังไม่มีใครเทียบเคียง

วิธีการทำงานของ   VTEC  

แนวทางการพัฒนาของระบบ   VTEC   เราได้กล่าวไปแล้วคร่าวๆ ว่า ทางฮอนด้าพบวิธีการปรับองศาแคมชาฟร์ท เพื่อให้การทำงานของระบบแตกต่างระหว่างการทำงานในช่วงรอบเครื่องยนต์ต่ำสามารถเดินได้ราบเรียบให้ความประหยัดน้ำมันเมื่อขับใช้งานในเวลาปกติ จนเมื่อขับด้วยความรุนแรงใช้รอบคันเร่งลึกจะปรับองศาแคมให้มีจังหวะกดเพิ่มขึ้น ทำให้ อากาศเข้าสู่ห้องเผาไหม้เพิ่มขึ้น ทั้งหมดใช้ระบบไฮโดรลิกช่วยในการทำงาน

แนวความคิดนี้ง่ายมาก วิศวกรจะออกแบบองศาเพลาะลูกเบี้ยวไว้ 2 แบบ คือ สำหรับขับปกติ และขับด้วยความเร็วสูง ส่วนแขนโยกกดวาล์ว หรือ   rocker Arm   ออกแบบให้ มี 3 ชิ้น โดย 2 ชิ้นด้านข้าง ออกแบบสำหรับการทำงานปกติ และชิ้นกลางสำหรับองศากดที่มีระยะสูงกว่าปกติ

Honda VTEC Engine

 เมื่อเครื่องยนต์ทำงานขับในความเร็วต่ำ เครื่องยนต์จะดูปกติขับได้สบายและให้อัตราเร่งพอๆกับรถทั่วไป จนกระทั่งเมื่อผู้ขับขี่ใช้คันเร่งมากเป็นพิเศษ หรือเริ่มใช้เครื่องยนต์ในรอบสูง ชิ้นส่วนสลักไฮโดรลิกที่อยู่ภายในแขนโยกจะทำการล็อคชุดแขนโยกทั้ง 3 ชิ้น ให้เป็นชิ้นเดียว  องศากดวาล์ก็จะเปลี่ยนระยะยกวาล์ว และช่วงเวลาตามองศาแคมสูงขึ้น ทำให้อากาศเข้าสู่ห้องเผาไหม้มากขึ้น

ส่วนหน่วยประมวลผลก็จะสั่งให้การจ่ายน้ำมันเพิ่มปริมาตรมากขึ้น ส่งผลให้การจุดระเบิดมีความรุนแรงยิ่งขึ้นได้กำลังแรงบิดจากลูกสูบมากกว่าปกติ ตอบสนองดีกว่าในการขับขี่

Honda VTEC Engine detail

ทางทีมพัฒนาได้มีการทดสอบการปรับตำแหน่งพินมากถึงกว่า 4 แสนครั้ง เพื่อป้องกันความผิดพลาดการทำงานเชิงกลไก อาจจะเกิดขึ้นกับลูกค้า  รวมถึงยังออกแบบกลไก  Failsafe   ป้องกันเครื่องยนต์พังแม้ว่าตัวพันอาจทำงานผิดพลาดในระยะยาว

 

จาก อดีต สู่ปัจจุบัน

VTEC   เป็นที่รู้จักถึงพิษสงของมัน ตั้งแต่เริ่มวางขายในรถยนต์   Honda  Intrega   ในเดือนเมษายน ปี 1989 และได้รับความนิยมต่อเนื่องมาเรื่อยในรถยนต์อีกหลายรุ่น ทั้ง  Honda NSX   แต่ในภาพรวมเครื่องยนต์ตัวนี้ยังรู้จักใน   Honda  Intregra   หลังขยับเป็นเครื่องยนต์รหัส  B18C

หลังจากการออกจำหน่าย วีเทค รุ่นแรกที่พุ่งเป้าเรื่องแรงม้า ฮอนด้าก็ออกแบบระบบลักษณะเดียวกันต่อเนื่องออกมาในเจนเนอร์ชั่นที่ 2 ระบบนี้เรียกว่า VTEC- E (E= Economy) เป็นระบบที่มุ่งเน้นความประหยัดในการขับขี่สูงสุด

ระบบนี้ออกมาตอนพัฒนา  Honda  Civic   โฉมรหัสตัวถัง   EG   แนวความคิดออกจะประหลาดสักหน่อย และเน้นไปที่เครื่องยนต์เพลาลูกเบี้ยวเดี่ยว (SOHC)  โดยระบบจะออกแบบแคมชาร์ฟ ให้ทำงานคล้ายระบบดั้งเดิม แต่ปรับการทำงานให้สามารถเป็นแบบ โหมด 12 วาล์ว หรือ กดวาล์ว เพียง 3 ตัว เป็นวาล์วไอดี 1 ตัว และ วาล์วไอเสีย 2 ตัว

นั่นเพื่อทำให้ส่วนผสมระหว่างน้ำมันและอากาศเบาบางมากที่สุด เพิ่มความประหยัดในการขับขี่ จนมีรายงานว่า  Honda   เคยทดลองทำส่วนผสมบางที่สุด 20.0 :1  จนได้อัตราประหยัด  20 ก.ม./ลิตร ตั้งแต่ยุค 90 แต่ไม่ได้ทำออกมาขาย เนื่องจากด้วยปัจจัยหลายอย่างในการใช้งาน

ระบบ   VTEC-E เมื่อผู้ขับขี่เหยียบคันเร่ง ระบบจะเปิดวาล์วจนครบทั้ง 4 วาล์ว และให้อัตราเร่งที่เหมาะสมในการขับขี่ อันที่จริงมีคนจำนวนน้อยมารู้จักเกี่ยวกับระบบนี้ เพราะรถที่แนะนำระบบมีเพียงไม่กี่รุ่นเท่านั้น และด้วยข้อจำกัดการทำงานของชุดวาล์ว  มันเป็นรถที่มีกำลังขับต่ำกว่าปกติ รถรุ่นหนึ่งที่ชัดเจน คือ   Honda  Civic  ETi  ที่ขายในญี่ปุ่น  มีกำลังเพียง 92 แรงม้า เท่านั้น ทั้งที่มันเกิดในยุคเดียวกับ   D15B   เครื่องยนต์ที่มาพร้อมระบบ   VTEC  และมีกำลังถึง 130 แรงม้า

3 Stage VTEC

ในยุคเดียวกัน ระบบ วีเทค เน้นแรงม้า ถูกพัฒนาให้มีความสามารถในการทำงานได้ 3 ระดับ แทนที่การทำงานระดับ2 ระดับ อย่างที่เคยแนะนำในอดีต ระบบนี้ถูกเรียกว่า  3 Stage VTECแนะนำครั้งแรกในเครื่องยนต์ฮอนด้า รหัส  D15B เป็นระบบที่พยายามสร้างสมดุลระหว่างความประหยัดและให้กำลังในการขับขี่

ระบบนี้แบ่งเป็น 3 ช่วงการทำงานได้ แก่

ระยะที่ 1   lean burn   ช่วงการเผาไหม้บางเป็นช่วงที่เครื่องยนต์ใช้เชื้อเพลิงต่ำ สามารถใช้งานได้ถึง 2,500 รอบ บ้างก็ว่าสามารถใช้งานได้ถึง 3,000 รอบต่อนาที ใช้โหมด  12 วาล์วจาก   VTEC -E   

เมื่อเครื่องยนต์ทำงานมากกว่านั้น พินล็อคตัวบนจะล็อค เพื่อทำให้วาล์วทำงานปกติ (เปิด 4 วาล์ว) ด้วยระยะกดวาล์วปกติ ให้อัตราเร่งกำลังแรงบิดดีกว่า  และจะทำงานยาวไปถึง 6,000 รอบต่อนาที (ทำงานระยะที่ 2)

แต่ถ้าสมมุติว่าอัตราเร่งยังไม่พออีก ระบบจะเปิดระยะวาล์วเพิ่มคล้าย ระบบยุคแรก  โดยล็อคพินล่างและพินบนพร้อมกัน ทำให้ กำลังเครื่องยนต์เพิ่มขึ้น จนสามารถทำกำลังได้ถึง 130 แรงม้า สูงสุดที่ 6,800 รอบต่อนาที และทำงานต่อเนื่องยาวถึง 7,200 รอบต่อนาที เลยทีเดียว

i-VTEC   ของดีที่คุ้นเคย

ในช่วงปี 2000 ขึ้นมา   VTEC   ถูกพัฒนาให้ตอบสนองมากขึ้น ด้วยระบบใหม่ i-VTEC  (intelligent -VTEC) ระบบนี้ แตกต่างจากเดิมอย่างสิ้นเชิงด้วยการใช้หน่วยประมวลผลสั่งการการทำงาน จึงเป็นครั้งแรกที่ระบบสามารถทำงานสอดผสานคล้ายระบบ   VTC   – Variable Timing Control   

หน่วยประมวลผล จะเอาข้อมูลต่างๆ มาประมวลความเหมาะสม ทั้ง การเหยียบคันเร่ง ตำแหน่งองศาของเพลาลูกเบี้ยว ปริมาตรออกซิเจนในไอเสีย และจังหวะการจุดระเบิด เพื่อสั่งกดเพิ่มองศาการยกวาล์วตามที่เห็นสมควร

หากกล่าวให้เข้าใจง่าย คือการนำระบบคอมพิวเตอร์มาเปลี่ยนปัจจัยเชิงกลไก ซึ่งอาจจะตอบสนองการทำงานช้ากว่า นอกจากนี้ การปรับให้วาล์วทำงานในลักษณะ  Over lap   ทับซ้อนกันบ้างช่วง จึงเป็นเครื่องยนต์ในรหัส   VTEC   รุ่นแรกที่มีความสมดุลสูงสุด ระหว่างสมรรถนะและการรักษาสิ่งแวดล้อม

A-VTEC  ของใหม่ที่ไม่มีใครได้สัมผัส

ในปี 2006 ฮอนด้า ออกมาเปิดเผยว่าพวกเขาสำเร็จในการสร้างระบบใหม่ ให้ชื่อว่า   Advance VTEC   ออกมาในช่วงปี 2006 และมีแผนในการแนะนำระบบลงในรถ Honda  Accord   ใหม่  ใน 3ปี ข้างหน้า (2009)

แนวคิดของระบบใหม่คือปรับชิ้นส่วนให้ซับซ้อนน้อยลง และให้ประสิทธิผลเท่าเดิม จากข้อมูลชี้ว่า ตัวล็อกเกอร์ อาร์ม หรือ แขนโยกกดวาล์ว 3 ชิ้นหายไป กลายเป็นประกับหุ้มเพลาลูกเบี้ยว เมื่อทำงานถึงจังหวะที่กำหนด ประกับจะเลื่อนตัวเองไปอีกตำแหน่ง ทำให้มีระยะยกมากขึ้น และเลื่อนกลับตำแหน่งเดิม เมื่อไม่เป็นไปตามเงื่อนไขในการทำงาน

Advance vtec

อย่างไรก็ดี ระบบนี้ไม่เคยออกสู่ตลาดหลังจากเปิดเผยข่าว ไม่ว่าด้วยเหตุผลทางด้านต้นทุน หรือยุคสมัยที่เปลี่ยนไป เนื่องจากในระยะหลัง บริษัทรถยนต์หลายราย เริ่มให้ความสำคัญกับระบบจ่ายน้ำมันแบบ   Direct injection  มากขึ้น รวมถึงฮอนด้า อาจมองไปที่เทคโนโลยีใหม่ ยอ่างระบบไฮบริดด้วย นอกจากนี้ความซับซ้อนของระบบยังอาจเป็นปัญหาในแง่มุมมอื่นๆ ซึ่งอาจส่งผลเสียให้กับฮอนด้า

 ทุกวันนี้ระบบที่ใหม่ที่สุดของฮอนด้าคือ i-VTEC   และมีการพัฒนาต่อเนื่องในวิธีการปรับองศา หรือ ตอบสนองต่อการขับขี่อย่างต่อเนื่อง

ของดีจากฮอนด้า   VTEC   เป็นสิ่งที่เปลี่ยนแปลงอุตสาหกรรมยานยนต์ทั่วโลก มันทำให้เครื่องยนต์ปกติมีความสามารถในการขับขี่มากขึ้นตอบโจทย์ดีขึ้น จนไม่ว่าใครนึกถึงฮอนด้า ก็จะนึกถึงพวกมันเสมอ แม้นว่ามันจะเริ่มจางหายไป ตามยุคสมัยก็ตาม

Comments

comments