รวมกันเราอยู่ แยกกันอยู่ “แรงกว่า”

ว่ากันเรื่องความแรงเครื่องยนต์ แน่นอนว่าเป็นสุดยอดปรารถนาของวิศวกรและผู้ใช้รถที่จะได้ครอบครองรถยนต์ที่มีเครื่องยนต์ประสิทธิภาพสูงที่สุดเท่าที่เทคโนโลยี และกำลังทรัพย์จะอำนวย และหนึ่งในวิธีการที่ได้รับความนิยมก็คือ การเพิ่มระบบอัดอากาศให้มีความหนาแน่นสูงขึ้นกว่าแรงดันบรรยากาศปกติ ซูเพอร์ชาร์เจอร์ อันเป็นระบบอัดอากาศให้มีความหนาแน่นที่ทำงานด้วยระบบกลไกที่ต่อเข้ากับการหมุนของเครื่องยนต์ หรือเทอร์โบชาร์เจอร์ ที่เรียกกันสั้นๆ ว่า “เทอร์โบ” ทำงานด้วยการใช้ระบบไอเสียเข้าไปภายในระบบเครื่องยนต์ โดยรูปร่างของเทอร์โบที่ดูคล้ายหอยโข่งนั้นมาจากรูปทรงของโข่งไอดีและไอเสียนั่นเอง   เป็นที่รู้กันดีว่า หลักการของ “เทอร์โบ” นั้นทำงานด้วยการ “อัดอากาศ” ให้มีความหนาแน่นสูงและคลุกเคล้ากับละอองเชื้อเพลิงได้ “มากกว่า” ที่ระบบดูดอากาศปกติจะทำได้ ก่อนจะส่งเข้าสู่ห้องเผาไหม้ โดยการต่อท่อจากระบบไอเสียส่งแรงดันไอเสียที่เป็นอากาศร้อนเข้า “โข่งไอเสีย” ที่เป็นที่อยู่ของ “กังหัน” หรือ “เทอร์ไบน์” (TURBINE) ฝั่งไอเสีย โดยไอเสียนั้นจะผลักดันกังหันฝั่งไอเสียให้หมุนเร็วจี๋นับแสนรอบต่อนาที และในขณะเดียวกัน กังหันไอเสียก็มีเพลาต่อเชื่อมเข้ากับกังหันอีกชุดหนึ่งที่หมุนด้วยรอบหมุนเท่ากัน ซึ่งก็คือ “กังหันไอดี” ทำหน้าที่ “ดูดอากาศ” และ “อัด” ส่งเข้าสู่ห้องเผาไหม้ ที่เรารู้จักกันในชื่อของ “คอมเพรสเซอร์” อันเป็นที่มาของการ “บูสต์ (BOOST) โดยหลักการแล้ว อากาศยิ่งเย็น ก็จะยิ่งหนาแน่น และมีโมเลกุลของออกซิเจนมากกว่า จะทำให้เครื่องยนต์ทำงานได้ดีกว่า ดังนั้น เรื่องของอุณหภูมิจึงเป็นเรื่องที่สำคัญมากในการออกแบบระบบเทอร์โบ ทำให้มีการใช้งานร่วมกับระบบอินเตอร์คูเลอร์ โดยอากาศที่ถูกอัดมาแล้วจะส่งผ่านไปยังอินเตอร์คูเลอร์เพื่อทำให้อากาศเย็นที่สุดเท่าที่ทำได้ ก่อนส่งเข้าห้องเผาไหม้ ในวันที่อากาศเย็นๆ รถเทอร์โบจึงครึกครื้นคึกคักกันเป็นพิเศษ ออกมาโชว์กล้ามเบ่งพลังกันอย่างสนุกสนาน แต่ปัญหาที่เจอก็คือ การออกแบบของตัวเทอร์โบนั่นเอง เนื่องจากวิศวกรที่ออกแบบเทอร์โบ ไม่สามารถคาดเดาได้ว่าจะถูกนำไปใช้กับเครื่องยนต์แบบใด จะมีพื้นที่ในห้องเครื่องมากน้อยเท่าใด ดังนั้นจึงออกแบบให้ “โข่ง” กังหันทั้งฝั่งไอดี (คอมเพรสเซอร์) และไอเสีย (เทอร์ไบน์) อยู่ติดกัน ซึ่งแน่นอนว่าจะผลิตได้สะดวก และนำไปใช้งานได้ง่าย ส่วนเรื่องประสิทธิภาพการถ่ายเทอุณหภูมิก็อยู่ในเกณฑ์ที่ “พอรับได้” ระบบเทอร์โบนี้ กว่าจะนำมาใช้กับรถยนต์ ก็ผ่านการพัฒนามานานมาก โดยวิศวกรชาวสวิสส์ได้จดสิทธิบัตรเป็นครั้งแรกเมื่อต้นศตวรรษที่ 20 แต่กว่าจะมีใครผลิตได้จริงกับเครื่องยนต์ของอากาศยาน ก็ราวช่วงสงครามโลกครั้งที่ 1 เมื่อเกือบ 100 ปีแล้ว เราได้เห็นการพัฒนารูปแบบของเทอร์โบหลายต่อหลายแบบ อาทิ ระบบ ทวิน สกอร์ ที่ออกแบบให้ฝั่งไอเสีย มีการแบ่งห้องเป็น 2 ส่วน เล็ก และใหญ่ให้สามารถตอบสนองกับแรงดันของไอเสียที่มากน้อยได้อย่างว่องไว ส่วนอีกระบบที่แพร่หลายก็คือ ระบบเทอร์โบแปรผัน หรือ VGT (VARIABLE GEOMETRY TURBO) ที่สามารถปรับครีบภายในโข่งไอเสีย ให้ตอบสนองกับแรงดันไอเสียได้ดีขึ้น ซึ่งระบบนี้ได้รับความนิยมกับกระบะจอมพลังบ้านเราเป็นอย่างมาก คำถาม คือ แต่จะมีใครสามารถทำ “เทอร์โบ” ให้ดีกว่านี้ได้ไหม ? คำตอบ คือ “มี” เพราะในปีที่ผ่านมา เราได้เห็นความโดดเด่นและชัยชนะที่ยากจะหาใครเทียบได้จาก ทีมแข่งของ เมร์เซเดส-เบนซ์ ในการแข่งรถสูตร 1 ส่วนหนึ่งนั้นเป็นที่รู้กันดีว่าเป็นเพราะรูปแบบของเทอร์โบชนิดใหม่ล่าสุดที่ เมร์เซเดส-เบนซ์ นำมาใช้นั่นเอง ระบบนี้มีชื่อว่า เทอร์โบแยกส่วน (SPLIT TURBO) ระบบเทอร์โบแยกส่วน ออกแบบขึ้นมาโดยความพยายามที่จะแก้ปัญหาดั้งเดิมของเทอร์โบ คือ “อุณหภูมิ” อย่างที่กล่าวมาตั้งแต่แรกว่า โข่งเทอร์โบทั้งฝั่งไอเสีย ซึ่งร้อนจัดดั่งไฟนรก อยู่ติดกับฝั่งคอมเพรสเซอร์ไอดี ซึ่ง “ต้องการ” อากาศที่เย็น ดังนั้นจึงไม่น่าแปลกใจว่าประสิทธิภาพของระบบเทอร์โบนั้นจะถูกจำกัดด้วยรูปทรงของมันเอง ทำให้ประสิทธิภาพไม่เต็มร้อยอย่างช่วยไม่ได้ แต่สุดท้ายแล้ว คำว่า “ช่วยไม่ได้” ก็ได้ถูกลบออกไป ด้วยการมาถึงของระบบเทอร์โบแยกส่วน ที่ได้ติดตั้งในเครื่องยนต์ วี 6 ไฮบริด ความจุ 1.6 ลิตร รหัส PU 106 A ของ เมร์เซเดส-เบนซ์ รหัส W-05 รถแข่งซึ่งเป็นที่ยอมรับกันว่า รถที่ประสบความสำเร็จสูงสุดตลอดกาลคันหนึ่ง แน่นอนว่าด้วยกฎการแข่งขันที่เปลี่ยนไป โดยบังคับให้ทีมแข่งใช้รอบหมุนของเครื่องยนต์ที่ลดลงจากเดิมในปี 2013 ให้ใช้เครื่องยนต์แบบ วี 8 สูบ 2.4 ลิตร ที่รอบหมุนสูงถึง 18,000 รตน. และต่อพ่วงกับระบบกักเก็บพลังงานไฟฟ้า และระบบมอเตอร์ไฟฟ้า แต่ในปี 2014 นั้นจำกัดความจุและรอบหมุนลง ใช้เครื่องยนต์แบบ วี 6 สูบ 1.6 ลิตร รอบหมุนเพียง 15,000 รตน. (ต่อพ่วงกับระบบกักเก็บพลังงานไฟฟ้า และมอเตอร์เหมือนเดิม) รวมถึงกำหนดให้เติมน้ำมันได้เพียง 130 ลิตรเท่านั้น จึงต้องทำให้รถวิ่งได้ประหยัดแต่แรงเท่าเดิม (สิ่งที่หายไป คือ เสียงแผดกร้าวของเครื่องยนต์รอบหมุนสูง เล่นเอาแฟน เอฟ วัน หมดอารมณ์เป็นแถวๆ เพราะรถรุ่นใหม่ช่างเงียบเสียเหลือเกิน) และแม้จะใช้กฎเดียวกัน แต่ไม่ใช่ว่าทุกทีมจะยอมรับและใช้เครื่องยนต์เหมือนๆ กัน ต้องมีใครสักคนคิดค้นเทคนิคอะไรขึ้นมาสักอย่างเพื่อที่จะได้เหนือกว่า สักครึ่งวินาทีต่อรอบกันให้ได้ วิศวกรของ เมร์เซเดส-เบนซ์ ก็เช่นกัน พวกเขาเห็นเส้นทางที่จะพัฒนาประสิทธิภาพของเทอร์โบ นั่นก็คือ การลดอุณหภูมิของโข่งเทอร์โบฝั่งไอดีให้มากที่สุดเท่าที่ทำได้ โดยการสร้าง “ช่องว่าง” ด้วยการแยกโข่งเทอร์โบให้ห่างออกจากกัน แต่ก็ยังเชื่อมกันด้วยเพลาเหมือนเดิม บางคนพอได้ยินคำว่า เทอร์โบแยก ก็จินตนาการไปไกลว่า เมร์เซเดส-เบนซ์ จะออกแบบให้แยกกันไกลร่วมฟุต แต่จริงๆ แล้วห่างแค่ราว 1 คืบเท่านั้นเอง เพราะการทำให้เพลาเชื่อมระหว่างกังหันทั้ง 2 ตัว ที่หมุนเป็นแสนรอบต่อนาที ให้หมุนได้เสถียรนั้น ยากเสียเหลือเกิน การถ่างโข่งทั้ง 2 ให้แยกออกจากกันนั้น วิศวกรของ เมร์เซเดส-เบนซ์ ได้คั่นกลางไว้ด้วยระบบเก็บเกี่ยวพลังงานเหลือใช้ ที่เรียกระบบนี้ว่า MGU-H (MOTOR GENERATOR UNIT-HEAT) โดยระบบนี้จะนำเอาพลังงานจากการหมุน และความร้อนที่ได้จากระบบเทอร์ไบน์และคอมเพรสเซอร์ มาเปลี่ยนให้เป็นพลังงานไฟฟ้า ซึ่งจะส่งพลังงานไฟฟ้าที่ได้จากความร้อนนี้ไปเก็บยังระบบเก็บพลังงานที่ชื่อว่า ES (ENERGY STORE) และนอกจากนั้นตัวมันยังทำหน้าที่เป็นมอเตอร์ เพื่อช่วยกระตุ้นการทำงานของเทอร์โบให้ฉับไว ลดอาการรอรอบได้อีกด้วย ถ้ามองดูภาพประกอบเราจะเห็นชุดเทอร์โบแบบแยก เป็นก้อนดูโดดเด่น อยู่ทาง “ท้าย” เครื่อง (รูปทั้งหมดนั้นเป็นภาพจากท้ายรถ) โดยตัวโข่งเทอร์ไบน์ (ไอเสีย) ตัวที่อยู่นอกสุดนั่นเอง โดยจะเห็นได้จากท่อไอเสียยั้วเยี้ยระโยงระยางที่ต่อเข้ากับตัวของมัน และตัวโข่งคอมเพรสเซอร์ที่ดูดอากาศเย็นจะอยู่ด้านใน ถูกคั่นด้วยยูนิท MGU-H ที่มีสายไฟโยงไปยังกล่องเก็บไฟด้านหน้าเครื่องยนต์ ข้อดีอีกข้อที่ได้จากการที่โข่งคอมเพรสเซอร์เย็นลง จากการแยกออกจากโข่งไอเสีย ก็คือ สามารถลดขนาดของอินเตอร์คูเลอร์ลงได้ ทำให้ลดขนาดของตัวถังด้านข้างอันเป็นที่ติดตั้งกล่องอินเตอร์คูเลอร์ ส่งผลให้รถเพรียวลมมากขึ้นนั่นเอง โดยอากาศเย็นจะเข้าสู่คอมเพรสเซอร์ผ่านทางช่องดูดอากาศเหนือหัวคนขับ และอากาศที่อัดแล้วจะส่งไปยังอินเตอร์คูเลอร์เพื่อลดอุณหภูมิ ก่อนจะส่งเข้าไปยังท่อร่วมไอดีนั่นเอง นวัตกรรมความแรงชิ้นนี้ ได้พิสูจน์ตัวเองในสนามแข่งรถสูตร 1 ว่า ทำงานได้ดีเยี่ยม ส่วนหนทางสู่รถยนต์ของเราๆ ท่านๆ คงต้องพิจารณาดูอีกทีว่าเหมาะสม และลงตัวหรือไม่ อย่างไรก็ตามผมเชื่อว่าอีกไม่นานระบบเทอร์โบแยก ที่ทำงานร่วมกับ MGU-H ในอนาคตน่าจะเข้ามาอยู่ในรถยนต์ของ เมร์เซเดส-เบนซ์ ในฐานะเครื่องยนต์แห่งอนาคตที่ทั้งแรง ทั้งประหยัด อย่างแน่นอน