สุดยอดเครื่องยนต์ และระบบขับเคลื่อนแห่งปี (ตอนที่ 1)

เป็นธรรมเนียมของทุกๆ ปี ที่จะต้องมีการเฟ้นหาสิ่งที่เรียกว่า “สุดยอดแห่งปี” ในแต่ละสาขาของประดิษฐกรรม และนวัตกรรมที่มนุษย์คิดค้นขึ้น ดังที่เราคุ้นหูกับชื่อของรางวัล อาทิ โนเบล ออสการ์ หรือมิเชอแลงสตาร์ เป็นต้น ซึ่งเป็นรางวัลที่มอบให้แก่ศาสตร์ และศิลป์ ในหลากหลายสาขา ไม่ว่าจะเป็น ภาพยนตร์ ดนตรี อาหาร สังคม และสถาปัตยกรรม ตลอดไปจนถึงสิ่งที่เกี่ยวข้องกับพวกเราก็คือ รถยนต์ เพื่อที่จะเป็นการแสดงออกถึง “ความชื่นชม” ความอุตสาหะในการพัฒนาให้ศาสตร์นั้นๆ ให้ไปได้ไกลกว่าเดิม ซึ่งในขณะนี้จะขอพูดถึงรางวัล “สุดยอดเครื่องยนต์แห่งปี 2020” ซึ่งจัดโดย “วอร์ดส์ ออโท” (WARDS AUTO)

วอร์ดส์ ออโท เป็นองค์กรสัญชาติอเมริกันที่ทำงานเกี่ยวพันกับข่าวสารในด้านอุตสาหกรรมยานยนต์มากว่า 80 ปี โดยมิได้พุ่งเป้าไปที่กลุ่ม ผู้บริโภค แต่โฟคัสไปที่กลุ่มคนในอุตสาหกรรมยานยนต์เป็นหลัก และทุกๆ ปี พวกเขาจะเฟ้นหา 10 สุดยอดเครื่องยนต์ ซึ่งในปัจจุบันได้ขยายนิยามออกเป็น “10 สุดยอดเครื่องยนต์ และระบบขับเคลื่อน” (10 BEST ENGINE AND PROPULSION SYSTEM) เพื่อให้สอดคล้องกับโลกของยานยนต์ไฟฟ้าที่เติบโตขึ้น   นอกจากรางวัลนี้แล้ว พวกเขายังได้คัดเลือก “10 สุดยอดห้องโดยสาร” (10 BEST INTERIORS) และ “10 สุดยอดประสบการณ์การปฏิสัมพันธ์ระหว่างผู้ใช้กับระบบต่างๆ ในรถยนต์” (10 BEST UX หรือ 10 BEST USER EXPERIENCE) เป็นประจำทุกปีด้วยเช่นกัน     เครื่องยนต์ที่ได้รับรางวัลนี้ บางตัวเคยได้รางวัลมาแล้วอย่างต่อเนื่อง อาทิ เครื่องยนต์ บีเอมดับเบิลยู 3.0 ลิตร, ฮอนดา และนิสสัน โดยผู้เขียนจะขอยกเรื่องราวของเครื่องยนต์ บีเอมดับเบิลยู รหัส B58 (ชื่อเต็มๆ คือ B58B 30O1) ซึ่งติดตั้งอยู่ใน บีเอมดับเบิลยู เซด 4 เอม 40 ไอ (จี 29) และโตโยตา ซูปรา รุ่นที่มีจำหน่ายในบ้านเรา นอกจากนั้นยังประจำการใน บีเอมดับเบิลยู เอม 340 ไอ (จี 20) และครอสส์โอเวอร์ เอสยูวี 2 รุ่น ได้แก่ เอกซ์ 3 (จี 1) และเอกซ์ 4 (จี 2) รุ่น เอม 40 ไอ   เครื่องยนต์บลอค B58B30O1 นี้สมรรถนะสูงมาก มีพละกำลังถึง 387 แรงม้า แรงบิดสูงสุด 50.9 กก.-ม. แล้วถ้าอัพเกรดขึ้นประจำการใน ตระกูล เอม ทั้ง เอม 3, เอกซ์ 3 เอม, เอกซ์ 4 เอม และใช้รหัสว่า S58B30T0 จะมีพละกำลังเพิ่มขึ้นเป็น 480 แรงม้า ส่วนรุ่นทรงพลังที่สุดจะประจำการใน เอม 3 คอมเพทิชัน และเอกซ์ 3 เอม/เอกซ์ 4 เอม คอมเพทิชัน โดยใช้รหัส S58B30T0 เช่นกัน แต่มีพละกำลังเพิ่มขึ้นเป็น 510 แรงม้า   เครื่องยนต์ แบบ 6 สูบแถวเรียง ถือเป็นเครื่องยนต์คู่บุญของ บีเอมดับเบิลยู มาแต่ดั้งเดิม เรียกว่า ไม่เคยห่างเหินจากเครื่องยนต์รูปแบบนี้เลย โดยเครื่องรหัส B58 มีการออกแบบในสไตล์ CLOSED-DECK หรือแบบเสื้อสูบตัน (เสื้อสูบตันจะมีรูน้ำหล่อเย็นเฉพาะรอบเครื่อง ส่วนแบบทั่วไป คือ SEMI-CLOSED หรือแบบ OPEN DECK จะมีรูน้ำหล่อเย็นทั้งบริเวณรอบเครื่อง และรอบกระบอกสูบ) การเลือกใช้เสื้อสูบแบบตันนี้ เป็นแบบเดียวกับที่เราพบเครื่องยนต์ในตำนานอย่าง 2 เจเซด และเป็นแนวทางเดียวกับที่ใช้กับเครื่องยนต์ บลอค เอส 55 ที่ประจำการอยู่ใน บีเอมดับเบิลยู เอม 3 และเอม 4   แน่นอนว่า สำหรับเครื่องยนต์ทั่วไป วิศวกรผู้ออกแบบมักจะเลือกเสื้อสูบแบบ OPEN DECK เนื่องจากต้นทุนต่ำ ง่ายต่อการผลิต และส่งผลดีกับการระบายความร้อน รวมถึงน้ำหนักเบากว่าเสื้อสูบตัน แต่ก็แลกมาด้วยความแข็งแรงที่น้อยกว่าอีก 2 แบบ จึงทำให้ไม่นิยมนำเครื่องลักษณะนี้มาโมดิฟายด์ให้มีพละกำลังสูงมากนัก และเหมาะกับรถที่ไม่มีระบบอัดอากาศ หรือมีระบบอัดอากาศแบบกำลังอัดต่ำ   ในทางกลับกัน เสื้อสูบแบบตัน ซึ่งมีความแข็งแกร่งในการรับกำลังอัด ส่วนใหญ่เราจะพบได้ในเครื่องบลอคเหล็กหล่อ หรือเครื่องบลอคอลูมิเนียมสำหรับรถแข่ง โดยหัวใจของการเลือกใช้การออกแบบเสื้อสูบตัน คือ การรับกำลังอัดสูงของระบบอัดอากาศ หรือเครื่องยนต์รอบจัด จุดเด่นนี้ทำให้เครื่องยนต์ 2 เจเซด บลอคเหล็กหล่อเสื้อตันของ โตโยตา โด่งดังมาจนถึงปัจจุบัน ด้วยความทรหดต่อการแต่งรีดพละกำลังนั่นเอง   เหตุผลที่เราไม่ค่อยได้เห็นรถที่ติดตั้งเครื่องที่ออกแบบในลักษณะนี้ ก็เพราะมีต้นทุนการผลิตสูงจากความยากในกระบวนการผลิต อีกทั้งยังระบายความร้อนได้ไม่ดีเท่าแบบเสื้อสูบเปิด แต่หากออกแบบระบบระบายความร้อนเป็นอย่างดีก็สามารถมีความทนทานได้เท่าที่ควรจะเป็น   จากการออกแบบในลักษณะนี้ จึงไม่น่าแปลกใจว่าหลายคนจึงเรียกเครื่องยนต์บลอค B58 ที่ใช้เป็นบลอคอลูมิเนียมว่า 2 เจเซด เยอรมนี และการที่มันไปปรากฏตัวอยู่ใน โตโยตา ซูปรา ใหม่ จึงถือว่า “เหมาะสม” ด้วยประการทั้งปวง   ทุกสิ่งได้รับการออกแบบให้สอดคล้องกับการเป็นเครื่องยนต์แบบเสื้อสูบตัน ไม่ว่าจะเป็นการออกแบบให้บลอค B58 เพิ่มแรงอัดเทอร์โบขึ้นไปอีก 20 % เมื่อเทียบกับบลอค N54/N55 ที่ก็นับว่าเป็นสุดยอดเครื่องยนต์ 6 สูบแถวเรียง ความจุ 3.0 ลิตร เทอร์โบ แต่การที่มันเป็นเครื่องยนต์แบบเสื้อสูบเปิด แม้จะแข็งแกร่ง และรับดันเทอร์โบได้สูง ก็ยังเทียบกับ B58 ใหม่นี้ไม่ได้   นอกจากนี้ในเครื่อง B58B30O1 ยัง “ลด” อัดกระบอกสูบจาก 11.0:1 ใน B58 ทั่วไปลงมาเล็กน้อย เป็น 10.2:1 เพื่อเพิ่มกำลังอัดจากเทอร์โบ และการที่เป็นเครื่องแบบเสื้อสูบตัน จึงทำให้มีน้ำหนักเครื่องยนต์เพิ่มจากเดิมอีก 8 กก.   สำหรับระบบอินเตอร์คูเลอร์เปลี่ยนจาก แบบ อากาศ-อากาศ มาเป็นแบบ อากาศ-น้ำ โดย มีความซับซ้อนมากกว่าแบบ อากาศ-อากาศ อย่างที่เราคุ้นเคยกัน เพราะอุณหภูมิไอดีร้อนจัด ที่มาจากด้านคอสเพรสเซอร์ของเทอร์โบ จะวิ่งผ่านรังผึ้งที่ส่วนใหญ่มักจะติดตั้งอยู่บริเวณหน้าหม้อน้ำ เพื่อประสิทธิภาพในการแลกเปลี่ยนอุณหภูมิ ที่เราคุ้นเคยกันดี   แต่ระบบอินเตอร์คูเลอร์แบบนี้ก็มีข้อด้อยประการหนึ่ง นั่นคือ ระยะการเดินทางของ ไอดีที่ถูกอัดจากเทอร์โบมาถึงท่อร่วมไอดีนั้นไกลมาก ทำให้รถที่ใช้ระบบอินเตอร์คูเลอร์ด้านหน้าส่วนใหญ่จะมีอาการรอรอบ หรือเทอร์โบแลก ส่วนพวกที่ติดไว้เหนือเครื่องยนต์ มักจะตอบสนองได้ว่องไวกว่า จากทางเดินของไอดีที่สั้นกว่า ดังเช่น การออกแบบของ ซูบารุ แต่ก็มีข้อจำกัดด้านความสามารถในการลดอุณหภูมิที่สู้แบบติดด้านหน้าของรถไม่ได้   ด้วยแนวคิดนี้ จึงได้มีการพัฒนาให้เครื่อง B58 ใช้อินเตอร์คูเลอร์ แบบอากาศ-น้ำ ซึ่งจะได้ข้อดีของเส้นทางเดินไอดีที่สั้นกระชับ จากเทอร์โบแล้วยิงตรงไปยังเครื่องเลย ช่วยเรื่องการตอบสนองที่ว่องไว โดยในระบบนี้ ตัวอินเตอร์คูเลอร์ จะมีชุดรังผึ้งเปลี่ยนความร้อน 2 ชุด (ปกติแบบ อากาศ-อากาศ มีเพียงชุดเดียว) โดยชุดแรกนั้นจะประกอบเข้าไปอยู่ในท่อร่วมไอดี เพื่อดึงเอาความร้อนของกระแสไอดี ที่มาจากเทอร์โบ ไปแลกเปลี่ยนกับอากาศเย็นภายนอกรถ ผ่านทางรังผึ้งชุดที่ 2 ที่อยู่ทางด้านหน้าของรถ โดยใช้ “น้ำ” ที่ไหลเวียนระหว่างรังผึ้ง 2 ชุด เป็นตัวเชื่อมต่อ   การออกแบบลักษณะนี้ จะช่วยให้การตอบสนองของเครื่อง B58 ว่องไว จากแรงดันเทอร์โบที่ส่งไปยังห้องเผาไหม้ได้อย่างคล่องแคล่วเพราะใช้เส้นทางที่สั้นกว่า แต่ก็มีข้อด้อยเรื่องความซับซ้อน จากการที่ต้องมีปั๊มน้ำ ซึ่งอาจจะประสบปัญหาการรั่วซึมได้ในอนาคต หากเทียบกับแบบ อากาศ-อากาศ ที่เรียบง่ายกว่า และราคาถูกกว่า   นอกจากนั้น ยังมีความพยายามอีกมากที่จะทำให้เครื่อง B58 เหนือกว่าเครื่อง N54/N55 และ B58 ของปีก่อนๆ ไม่ว่าจะเป็น   1. ลดน้ำหนักกังหันเทอร์โบลง 25 % เพื่อช่วยให้ลดการรอรอบ   2. พัฒนาการจ่ายเชื้อเพลิงแบบฉีดตรง ให้มีแรงดันสูงถึง 350 บาร์ (เดิมที่ 200 บาร์) ทำให้จ่ายเชื้อเพลิงได้ละเอียดแม่นยำขึ้น   3. เปลี่ยนสายพานราวลิ้นเป็นแบบเส้นเดียว เพื่อลดแรงเสียดทาน   4. ลดกำลังอัด จาก 11.0:1 เป็น 10.2:1 สัมพันธ์กับการเพิ่มบูสต์ ทำให้เครื่อง B58B 30O1 มีสัดส่วนแรงม้า/ความจุ 1 ลิตร เพิ่มจาก 107 แรงม้า/ลิตร เป็น 127 แรงม้า/ลิตร   สิ่งต่างๆ ที่ บีเอมดับเบิลยู จัดการลงไป ทำให้เครื่องตัวนี้ได้รับมติเอกฉันท์จากคณะกรรมการมอบรางวัล ว่าเป็นเครื่องยนต์แบบ 6 สูบแถวเรียง ที่ยอดเยี่ยมที่สุดของโลกเครื่องหนึ่ง   ฉบับหน้าเราจะมาไล่ดู เครื่องยนต์ยอดเยี่ยมบลอคอื่นๆ มีดีในประเด็นใดกันบ้าง     สำหรับ รางวัล “10 สุดยอดเครื่องยนต์ และระบบขับเคลื่อน” ในปีนี้ พวกเขาได้คัดเลือกเครื่องยนต์ และระบบขับเคลื่อนชั้นเยี่ยม เรียงตามลำดับ อักษรภาษาอังกฤษได้ดังนี้ • บีเอมดับเบิลยู เครื่องยนต์แบบ 6 สูบแถวเรียง DOHC ความจุ 3.0 ลิตร เทอร์โบ จาก บีเอมดับเบิลยู เอม 340 ไอ • เมร์เซเดส-เบนซ์ เครื่องยนต์แบบ 6 สูบแถวเรียง DOHC ความจุ 3.0 ลิตร เทอร์โบ ไฮบริด 48 โวลท์ จาก เมร์เซเดส-เบนซ์ จีแอลอี 450 • เฟียต ไครสเลอร์ เครื่องยนต์แบบ วี 6 สูบ ความจุ 3.6 ลิตร อีทอร์ค ไฮบริด 48 โวลท์ จาก แรม 1500 • ฟอร์ด เครื่องยนต์ 4 สูบ 2.3 ลิตร เทอร์โบ จาก ฟอร์ด มัสแตง • เจเนอรัล มอเตอร์ส เครื่องยนต์ดีเซลแบบ 6 สูบ แถวเรียง ความจุ 3.0 ลิตร DOHC จาก จีเอมซี สิเอร์รา • เจเนอรัล มอเตอร์ส เครื่องยนต์แบบ วี 8 สูบ OHV ความจุ 6.2 ลิตร จาก เชฟโรเลต์ คอร์เวทท์ สติงเรย์ • ฮอนดา เครื่องยนต์แบบ 4 สูบ DOHC I-VTEC ATKINSON CYCLE/HEV จาก ฮอนดา แอคคอร์ด • ฮันเด มอเตอร์ไฟฟ้า กำลัง 150 กิโลวัตต์ จาก ฮันเด โคนา • ฮันเด เครื่องยนต์แบบ 4 สูบ DOHC ความจุ 1.6 ลิตร เทอร์โบ จาก ฮันเด โซนาตา • นิสสัน เครื่องยนต์ 4 สูบ DOHC ความจุ 2.0 ลิตร วีซี เทอร์โบ จาก นิสสัน อัลทิมา