อัตราส่วนกำลังอัด(2) | คมชัดลึก

                ความต้องการที่จะใช้อัตราส่วนกำลังอัดสูงๆ ในเครื่องยนต์เบนซินสันดาปภายในนั้น เพียรพยายามกันมานานแล้วเริ่มตั้งแต่การเปลี่ยนแปลงระบบลิ้น (ดูด) ไอดีและลิ้นคลาย(ไอเสีย) เช่น จากสองวาล์วต่อสูบเป็นสามวาล์ว สี่วาล์ว ห้าวาล์วต่อสูบ เพิ่มระบบควบคุมการปิดเปิดวาล์วให้แปรผันไปตามรอบเครื่อง และท้ายสุดเพิ่มเครื่องอัดอากาศเข้าไป แต่ก็ดูเหมือนว่ายังไปไม่ถึงจุดหมาย จนเมื่อมีการพัฒนาระบบป้อนน้ำมันเข้าห้องเผาไหม้แบบฉีดตรง(GDI) เริ่มประสบความสำเร็จในการใช้งาน (เช่นจากเดิมอัตราส่วนกำลังอัด 10 : 1 ก็เป็น 11, 12, 13) แต่เป้าหมายสูงสุดของผู้ออกแบบก็คือ 14 : 1 อย่างเช่น มาสด้าสกายแอ็กทีฟ

               อดีตที่ผ่านมายังไปไม่ถึงดวงดาวก็เพราะปัญหาเรื่องน้ำมันเชื้อเพลิงที่ต้องเพิ่มค่าออกเทนให้ได้ถึง 98 โดยที่ค่าน้ำมันเกรดนี้ยังไม่เหมาะสมกับการใช้งานในรถทั่วไป ก็ต้องย้อนทวนความกันเรื่องน้ำมันเบนซินกับเครื่องยนต์พอเป็นกระสาย ก่อนนี้น้ำมันเบนซินจะถูกส่งเข้าห้องเผาไหม้ก็ด้วยการดูดอากาศผ่านถังน้ำมัน(ลูกลอยในคาร์บูเรเตอร์) เอาง่ายๆ จังหวะดูด(ลูกสูบเคลื่อนที่ลงสู่จุดต่ำสุด(เกิดแรงดูดในกระบอกสูบพร้อมๆ กับที่ลิ้นไอดีเปิดให้อากาศเข้าตามแรงดูดอากาศหรือไอดีก็จะนำพาน้ำมันในถังเคล้ากันไปกับไอดีพุ่งเข้าสู่ห้องเผาไหม้ นั่นเป็นในยุคคาร์บู จนมีระบบหัวฉีดเข้ามาแทนที่แรงดูดของลูกสูบจะดูดเอาอากาศอย่างเดียวส่วนน้ำมันจะถูกฉีดไปรอที่ท่อร่วมไอดี แล้วคลุกเคล้ากันรอเชื้อเพลิงก่อนจังหวะระเบิด และเราใช้ระบบนั้นมาจนบัดนี้(โดยไม่จำเป็นต้องมีเครื่องอัดอากาศมาเป็นตัวช่วย การเพิ่มอัตราส่วนกำลังอัดให้สูงๆ (14 : 1) นั้น ขอย้ำว่า ไม่ใช่เรื่องยากสำหรับวิศวกร(โธ่...เครื่องยนต์ดีเซลมีอัตราส่วนกำลังอัดมากกว่า 20 : 1 มาเป็นร้อยปีแล้ว) เรื่องยากในอดีตก็คือ จะเอาอากาศที่ไหนมาอัดก็แก้ด้วยการใช้ตัวช่วยคือ เทอร์โบ เทอร์โบทำงานที่รอบสูงรอบต่ำเครื่องจะเดินไม่เรียบก็แก้ได้โดยใช้เทอร์โบแปรผันเรื่องของอากาศที่จะใช้ก็ดูเหมือนจะหมดปัญหาไป ทีนี้ก็มาที่เรื่องของน้ำมันจากการถูกดูดเข้าห้องเผาไหม้ในระบบคาร์บูฯ ก็เปลี่ยนเป็นระบบหัวฉีด ก็แก้ใหม่ให้เป็นระบบหัวฉีด ฉีดน้ำมันเข้าท่อร่วมก็ยังไม่สำเร็จ ก็แก้ไขใหม่เป็นฉีดเข้าห้องเผาไหม้ตรงๆ เลย ก็ดูเหมือนว่าปัญหาการป้อนน้ำมันเข้าห้องเผาไหม้นั้นหมดไปแล้ว

                แต่ปัญหาใหญ่สุดก็คือ น้ำมันที่เข้าห้องเผาไหม้แบบนี้ต้องมีค่าออกเทนสูงๆ ทำไงดีก่อนนี้การจะปรับแต่งค่าออกเทนในน้ำมันให้ได้ค่าตามที่กำลังอัดต้องการ เขาเลยใช้สารตะกั่วเป็นตัวทำ สารตะกั่วก็ถูกสั่งให้เลิกใช้กันไปแล้ว หันมาใช้เอทานอลในอีกรูปแบบหนึ่ง (MBTE) แทนสารตะกั่ว และใช้เอทานอลตัวนี้เป็นตัวเพิ่มค่าออกเทนมาจนบัดนี้ และวันนี้ MBTE ก็ถูกพัฒนามาให้ปรับค่าออกเทนสูงเท่าที่ต้องการด้วยกรรมวิธีที่ไม่ยาก

                (เรื่อง MBTE ค่าออกเทน ที่มาที่ไปเป็นอย่างไรก็เขียนให้อ่านกันตั้งแต่ปีมะโว้แล้ว นี่แว่วข่าวมาว่า ปี 2557 หรือปีหน้า ที่อเมริกาจะมีการปรับปรุงสูตรน้ำมันใหม่เพื่อรองรับเครื่องยนต์กำลังอัดสูง แล้วจะนำมาเสนอทั้งหมด รับรองคอลัมน์นี้ไม่ปิดไม่บัง)

                เรื่องของน้ำมันในยุคนี้กับค่าออกเทนจะไม่มีปัญหาอีกต่อไปแล้ว ส่วนที่จะแข่งขันกันเอาเป็นเอาตายในแต่ละค่าย(เรื่องอัตราส่วนกำลังอัดสูงๆ) ก็น่าจะเป็น เรื่องการฉีดน้ำมันเข้าห้องเผาไหม้ ถ้าสังเกตโฆษณารถรุ่นใหม่จะเห็นว่า เริ่มกันที่การจ่ายน้ำมันเข้าห้องเผาไหม้เหมือนกับยี่ห้อหนึ่งที่โฆษณาว่า ใช้หัวฉีดสองหัวต่อหนึ่งสูบ

                เรื่องเป็นอย่างนี้ครับ เดิมฉีดน้ำมันผสมกับอากาศที่ท่อร่วมไอดี(ในระบบหัวฉีดธรรมดา) แล้วเปลี่ยนมาเป็นแบบฉีดตรงอย่างวันนี้นั้นบอกได้เลยว่า ฉีดครั้งเดียวแล้วระเบิดเลยไม่ทันกินแน่ๆ เช่นเครื่องยนต์ทำงานที่ 3,000 รอบต่อนาที เป็นตัวอย่าง 3,000 rpm พูดง่ายๆ ก็คือ 3,000 รอบใน 60 วินาที ดังนั้นหนึ่งรอบ (ลูกสูบดูดแล้วอัดแล้วระเบิดแล้วคลายคือหนึ่งรอบก็จะใช้เวลาเพียงเศษเสี้ยวของวินาทีเท่านั้น) การฉีดจ่ายน้ำมันเข้าห้องเผาไหม้ครั้งเดียวในหนึ่งรอบก็ต้องเร็วปานนั้น แต่เร็วไม่พอที่จะให้ส่วนผสมน้ำมันกับอากาศผสมกลมกลืนกัน

                ดังนั้นการฉีดน้ำมันเข้าห้องเผาไหม้ในหนึ่งรอบ จึงต้องเพิ่มให้มากกว่าหนึ่งครั้ง (ปกติเครื่องยนต์ทั่วไปแต่ก่อนน้ำจะฉีดน้ำเข้าในจังหวะก่อนการอัดครั้งเดียว) ในแบบฉีดตรงเขาจะฉีดน้ำมันครั้งแรกเมื่ออยู่ในจังหวะดูดและอีกครั้งในจังหวะ(เกือบ)อัดสุด บางยี่ห้อจึงต้องใช้หัวฉีดสองหัว และอีกหลายยี่ห้อใช้หัวเดียวแต่ฉีดหลายครั้ง ก็ต้องตามดูกันครับ คนเดียวหัวหายหรือหลายหัวดีกว่าหัวเดียว

               
.........................................................

(อัตราส่วนกำลังอัด(2) : คอลัมน์มอเตอร์เวิลด์)