Twin Cam ถึง Twin Charge เทคโนโลยีความแรง จากอดีตถึงปัจจุบัน

สิ่งที่คนจำนวนมากมักพูดถึงรถยนต์ที่พวกเขาขับคงไม่แปลก ถ้าคนบ้ารถ จะชอบพูดถึงสมรรถนะในการขับขี่ที่ได้จากเครื่องยนต์ใต้ฝากระโปรง

แม้ยุคสมัยจะเปลี่ยนไป เครื่องยนต์ยังยืนหยัดเป็นหัวใจหลักในการขับเคลื่อนรถยนต์มาทุกยุคสมัย วันนี้เราจะพาทุกท่านย้อนรอยอดีตมายังปัจจุบัน ถึง การพัฒนาความแรงของเครื่องยนต์ โดยเหล่า วิศวกรยานยนต์ ว่า พวกเขาได้ฝากเทคโนโลยีความแรงอะไรบ้าง จนวันนี้พวกได้เครื่องยนต์มีประสิทธิภาพสูง ตั้งแต่รถป้ายแดง

 

Twin Cam

ใครโตทันในยุค 90 จะเคยได้ยินคำว่า “ทวินแคม” กันมาบ้าง ปัจจุบัน คนส่วนใหญ่รู้จักมันในฐานะ  DOHC  หรือ  Double Overhead Cam Shaft  อันหมายถึงเครื่องยนต์รุ่นนั้น มี “เพลาลูกเบี้ยว” ที่ไว้กดวาล์ว 2 ชุดด้วยกัน ชุดหนึ่งใช้กดทางฝั่งไอดี อีกชุดเอาไว้กดทางฝั่งไอเสีย

ระบบทวินแคม มีมาสักพักแล้วในอดีต แต่เดิมถูกวางเป็นสุดยอดเทคโนโลยีสำหรับรถสปอร์ตเครื่องยนต์  N/A   ก่อนยุคเครื่องยนต์เทอร์โบชาร์จ

สาเหตุที่ระบบทวินแคม ดีกว่า เนื่องจากการมีเพลาลูกเบี้ยว 2 ชุด ทำงานอิสระ แยกกดวาล์วไอดีไอเสีย ทำให้ ไม่เสียจังหวะการทำงานในช่วงรอบสูง รายงานทางวิศวกรรมเผยว่า มันให้แรงบิดดีในช่วงรองกลางถึงรอบสูง และยังให้การตอบสนองเครื่องยนต์กว้างกว่า แถมทำงานเงียบกว่าด้วย

 

เทอร์โบ

ขุนพลความแรงที่ทุกคนต้องการ ไม่ใช่เรื่องใหม่ในรถยนต์นะครับ ระบบนี้มีมานาน 20-30 ปี ย้อนไปสมัยรุ่นพ่อ ก็มีเทอร์โบมาให้ใช้กันแล้ว

ระบบเทอร์โบชาร์จเกิดขึ้น ด้วยความต้องการเพิ่มพลังเครื่องยนต์ให้เท่าเครื่องยนต์ขนาดใหญ่ แต่ไม่ต้องการขยายปริมาตรห้องเผาไหม้

ทีนี้ทำไงน่ะ รึ ก็อัดอากาศเข้าไปในห้องเผาไหม้ให้เยอะ แล้ว เพิ่มน้ำมันไปอีก พอจุดระเบิด มันก็จะมีกำลังมากขึ้น เนื่องจาก อากาศเพิ่มขึ้นกว่า ที่ให้เครื่องยนต์ดูเอาเอง

กำลังอากาศที่ดันเจากเทอร์โบเข้าในห้องไหม้นี้ เรียกว่า “บูสต์” (Boost) หมายถึงแรงดันจากเทอร์โบ มีการวัด 2 หน่วยหลักๆ คือ ปอนด์ ต่อตารางนิ้ว และ บาร์

ส่วนใหญ่คนนิยมใช้หน่วยบาร์ เพราะเข้าใจง่ายกว่า  ในบรรยากาศปกติ มีค่าเท่ากับ 1 ชั้นบรรยากาศ หรือ 1 บาร์ เท่ากับ 14.7 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว  ซึ่งเครื่องยนต์ปกติจะดูดได้แค่นั้นเมื่อเราใส่เทอร์โบ มีแรงดันเพิ่ม อากาศเข้าในห้องเปาไหม้จะเพิ่มขึ่น เช่นบูสต์ 1 บาร์ หมายถึงในห้องเผาไหม้ จะมีอากาศเต็มที่สูงสุด 29.4 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว

เมื่อจ่ายน้ำมันเพิ่ม จุดระเบิดจะได้กำลังระเบิดแรงกว่า คล้ายกับ คุณเอาประทัดไป จุดในที่แคบมากๆ มันจะสร้างความเสียหายมากกว่า นั่นเอง

เทอร์โบแรกเริ่มไม่นิยมในรถญี่ปุ่น โดยค่ายแรกที่หากล้าทำเครื่องเทอร์โบ ออกมาขาย คือ นิสสัน แนะนำใน  Nissan Cedric   จากนนั้น ช่วงยุค 80 เป็นต้นมา เครื่องเทอร์โบ ตกเป็นของรถหรูราคาแพง และรถสปอร์ตญี่ปุ่น ก่อนระบาดไปทางอเมริกา ด้วยความใกล้ชิดหลังสงครามโลกครั้งที่ 2 และในที่สุดไปสู่บรรดารถยุโรป ที่จับเอาเทอร์โบไปพัฒนาร่วมกับเครื่องยนต์ดีเซล

ปัจจุบันเทอร์โบ เป็นส่วนสำคัญ ของเครื่องยนต์ดีเซล และเบนซินสมัยใหม่ ด้วยการลดขนาดกระบอกสูบแล้วใช้เทอร์โบปั้นกำลัง แนวคิดนี้ เรียกว่า  Engine Downsizing   นั่นเอง

 

ซุปเปอร์ชาร์จ

ในช่วงยุค 80 มีความพยายามหา ความแตกต่างในการพัฒนาเครื่องยนต์ ระบบ Super Charger   ถูกพัฒนา เข้ามาวางจำหน่ายในเครื่องยนต์หลายรุ่น แต่ที่จริงเดิมที Mercedes  คือ บริษัทแรกที่พัฒนาเครื่องยนต์พร้อมระบบซุปเปอร์ชาร์จออกมาตอบตลาด ตั้งแต่ ช่วงปี 1848 ก่อนจะจางหายไป

หลักการซุปเปอร์ชาร์คล้ายเทอร์โบชาร์จ คือมันทำหน้าที่ ดันอากาศเข้าสู่ห้องเผาไหม้ ต่างกันตรงที่ เทอร์โบจะใช้ไอเสียสร้างกำลัง ซึ่งจะต้องรอจังหวะหนึ่ง ก่อนจะเริ่มทำงาน

กลับกัน ระบบซุปเปอร์ชาร์จเจอร์ ใช้การขับใบพัดในตัวมัน ด้วยชุดสายพานหน้าเครื่อง สามารถล็อคและปลดล็อคได้ตามจังหวะการทำงานที่ต้องการ ซึ่งระบบมีข้อดีคือไม่ต้องรอรอบ กลับกันในทางปฏิบัติมันกินกำลังเครื่องบางส่วนแม้ว่าจะให้กำลังมากขึ้น ก็ตาม ทำให้กำลังที่ได้ออกมาไม่เทียบเท่าเทอร์โบ

แถมแรงบิดส่วนใหญ่จะเกิดขึ้นในช่วงต้นของการขับขี่ พอขับไปถึงรอบปลาย ก็เลยรู้สึกงั้นๆ แรกๆ บริษัทรถยนต์ชอบมาก เพราะว่า มันไม่ดึงดันเหมือนเทอร์โบ ขับง่ายกว่า

แต่เมื่อเทียบกับเทอร์โบที่สร้างกำลังได้ 100% โดยไม่กินกำลังเครื่องเดิม ซุปเปอร์ชาร์จ จึงเสื่อมความนิยมไป

 

5 Valve

เทคโนโลยี 5 วาล์ว เปิดตัวในรถยนต์หลายรุ่น หลายคนรู้จักมันใน  Toyota AE 86 จากเครื่องยนต์ 4AGE 20 V  ซึ่งฟังดูกำลังก็ไม่แรงอะไรมาก แต่อยากบอกว่าขับสมันส์ สุดๆ พะย่ะค่ะ

เทคโนโลยี 5 วาล์ว ทางญี่ปุ่นมีเจ้าเดียวที่ทำออกมา คือ ยามาฮ่า จน โตโยต้า ต้องขอให้ ยามาฮ่า ออกแบบ ฝาวาล์วให้เครืองยนต์ 4AG เลยทีเดียว

แต่ที่จริง เครื่อง 5 วาล์ว ไม่ได้มีแค่ทางญี่ปุ่น ทางยุโรป Audi   เป็นหนึ่งในบริษัทที่พัฒนาและให้ความสำคัญ เรื่องเครื่องยนต์ 5 วาล์ว จนมีเครื่องยนต์หลายรุ่น ทั้ง 1.8 20 V , V6 3.2 30 V , V8 4.2 40 V  อาจกล่าวว่าเป็นบริษัทหนึ่งที่มีเทคโนโลยีนี้

ระบบ 5 วาล์ว ที่จริง แนะนำลงในรถสูตร 1 หรือ ฟอร์มูล่า วันด้วย และความสำเร็จจากเครืองยนต์ในสนามแข่ง ทำให้ เฟอร์รารี่ แนะนำเทคโนโลยีเดียวกันในรถ F355 และ  F50  ในภายหลัง

มาถึงตรงนี้หลายคนสงสัย ทำไม ต้อง 5 วาล์ว ไม่ทำให้มันสมมาตร หรือ 6 วาล์ว นั่นเพราะ วิศวกร ต้องการสร้างแรงลมหมุนในห้องเผาไหม้ในกระบวนการดูดอากาศ และคายเร็ว ด้วยวาล์วไอเสียที่มีขนาดใหญ่กว่า วาล์วไอดี ขณะที่วาล์วไอดี เองจะเปิดในคนละจังหวะ เพื่อให้ลมมีอาการหมุนวนเข้าห้องเผาไหม้  แถมในทางปฏิบัติยังลดอาการ วาล์วลอย หรือ  Floating Valve   เมื่อใช้เครื่องยนต์รอบสูง

เฟอร์รารี่ เป้นค่ายแรก ที่ทำลายทฤษฏี 5 วาล์ว ดีกว่า  ด้วยกาให้   Pneumatic  Valve Spring   ทำให้เครื่องยนต์ 4 วาล์ว ไม่มีอาการวาล์วลอยอีกต่อไป เมื่อทำงานรอบสูง และพร้อมกันนี้ในปี 2005 ค่ายม้าลำพองแนะนำ  Ferrari F430  ที่มีกำลังมากกว่าเครื่องยนต์  Modena 360 ซึ่งใช้ระบบ 5 วาล์ว

เป็นอันจบตำนาน 5 วาล์ว จนแม้แต่อาวดี้ ก็เปลี่ยนมาเป้น ระบบ 4 วาล์ว เพรา ต้นทุนต่ำกว่า และทำงานได้เหมือนๆ กัน

 

วาล์วแปรผัน

ระบบวาล์วแปรผันเป็นหนึ่งในระบบที่มีมานาน เราเชื่อว่า พูดแบบหลายคน จะต้องตะโกนมาว่า   VTEC ..VTEC   อันที่จริง  VTEC   เป็นส่วนหนึ่งของระบบวาล์วแปรผันเท่านั้น และมันมีระบบมากมายมาก่อน หน้านี้อีก (แค่เราไม่เคยได้ยินเท่านั้น)

แนวคิดของวาล์วแปรผัน คือการปรับการทำงานของวาล์วให้ตอบสนองต่อการขับขี่ได้มากขึ้น ไม่ว่าจะเป็นในส่วนของระยะกด, ช่วงเวลากด ซึ่งเมื่อกดวาล์วมาก หรือนานขึ้น อากาศ จะไหลเข้าห้องเผาไหม้มากขึ้น ช่วยให้ตอบสนองในการขับขี่ดีขึ้นด้วย

วาล์วแปรผัน มีความพยายามมาตั้งแต่ปี 1920 แต่ ใช่ ฮอนด้า เป็นบริษัทรถยนต์ญี่ปุ่นรายแรกที่ประสบความสำเร็จในเรื่องนี้

ระบบ   VTEC   เป็นระบบวาล์วแปรผันเชิงกลไก ที่สามารถทำงานได้จริง และแนะนำลงในเครื่องยนต์รหัส B16A   ของฮอนด้า โดยมันทำงานด้วยการอาศัยแรงดันน้ำมันเครื่อง ดันสลักไปยังตำแหน่งที่ 2 เพื่อให้สามารถกดได้ กว้างและนานขึ้น จนกระทั่งผู้ขับขี่ไม่ต้องการ จึงกลับมาทำงานในจังหวะปกติ

ในระยะหลังเมื่อระบบอิเล็กทรอนิกส์เข้ามามีบทบาทมากขึ้น ระบบวาล์วแปรผัน จึงเป็นที่แพร่ฟลายมากขึ้น ด้วยการอาศัยระบบอิเล็กทรอนิกส์เข้าช่วยควบคุม กลไกซับซ้อนน้อยลง อาศัยการตรวจตราจากเซ็นเซอร์ และ ปรับการทำงานของชุดเพลาลูกเบี้ยว

โดยส่วนใหญ่ หลักการ การทำวาล์วแปรผันเหมือนๆ กัน อาจต่างกันบ้างในแง่หลักการทำงาน เป้าหมาย คือ ทำให้มีแรงบิดเพิ่มขึ้นเมื่อผู้ขับขี่ต้องการ เช่นในตอนเร่งแซง หรือต้องการอัตราเร่ง จากเครืองยนต์ และให้ประสิทธิภาพประหยัดน้ำมันมากขึ้นด้วยในทางหนึ่ง

 

Twin Charge

น้อยคนจะได้ยินเกี่ยวกับมันส์ แต่ถ้าคุณคร่ำวอดในวงการวิศวกรรม จะพบว่า  Twin Charge   เป็นสุดยอดไอเสียที่เกิดขึ้นมาสักพักใหญ่ แต่ไม่มีบริษัทไหนกล้าทำ จนกระทั่งในไม่กี่ปีที่ผ่านมา

Twin Charge   คือการ นำระบบอัดอากาศ ทั้ง เทอร์โบ และซุปเปอร์ชาร์จเจอร์ เข้ามาติดตั้งในเครื่องยนต์ตัวเดียว ที่เราไม่ค่อยเห็นบริษัทรถยนต์ทำ เพราะมันมีความซับซ้อนในการทำงานมาก จนเสี่ยงต่อเรื่องความทนทานในระยะยาว

การติดตั้งระบบอัดอากาศ 2 ใน 1 เดียว ทำให้ เครื่องยนต์ที่ใช้ระบบ  Twin Charge   สามารถทำกำลังสูงสุดได้มากกว่า และตอบสนองดีในทุกรอบเร่งไม่ว่าจะออกตัวอาศัยการทำงานของซุปเปอร์ชาร์จ และเมือถึงจังหวะเทอร์โบทำงาน ก็อาศัยมันช่วยในการทำอัตราเร่งต่อเนื่อง เรียกว่า ทุกช่วงความเร็วมีสมรรถนะซ่อนอยู่ตลอดเวลา

เดิมที Volkswagen  เคยทำเครื่องยนต์แบบนี้ออกมา แต่ปัจจุบันเหลือเพียง วอลโว่เท่านั้นที่ยังทำเครื่องแบบนี้อยู่ และน่าจะเป็นค่ายเดียวที่ยังขายอยู่ ในรหัส  T6   และ T8

เครื่องยนต์ของวอลโว่เอง เป็นเครื่อง 4 สูบ 2.0 ลิตร ทวินชาร์จ เห็นแบบนี้ทำกำลัง 320 แรงม้า มีแรงบิดถึง 400 นิวตันเมตร

 

จากอดีตจนปัจจุบัน มีเทคโนโลยีมากมายที่ทำให้รถแรงขึ้น ด้วยตัวเครื่องยนต์เอง ไม่ต้องพึ่งระบบมอเตอร์ไฟฟ้า ซึ่งเป้าหมายสำคัญจริงๆ ในเรื่องนี้ ไม่เพียงทำให้รถขับสนุกขึ้น ยังทำให้เครื่องยนต์มีประสิทธิภาพมากขึ้นด้วย

 

อ้างอิง

AutoZine

Wikipedia -Variable Vale timing

 

 



Comments

comments