PORSCHE ปฏิวัติการออกแบบเครื่องยนต์

การเปิดตัวของ PORSCHE 992.2 (โพร์เช 992.2) ปี 2025 หรือชื่อทางการค้า PORSCHE 911 CARRERA GTS (โพร์เช 911 คาร์เรรา จีทีเอส) เหมือนการยืนยันจากบแรนด์รถสปอร์ทที่ยิ่งใหญ่แห่งเยอรมนีว่า เครื่องสันดาปยังไม่ตาย แต่จะสะอาด และทรงพลังกว่าเดิม ด้วยการผสานเข้ากับระบบไฮบริด

ค่าย PORSCHE ใช่ว่าไม่เคยมีรถไฮบริดมาก่อน แต่นี่คือครั้งแรกสำหรับรถสปอร์ทเรือธงของค่ายอย่าง 911 ที่ใช้เครื่องยนต์ 6 สูบนอนยันวางด้านท้าย ซึ่งเราจะมาศึกษาว่า พวกเขาใส่ความคิดอะไรไปกับขุมพลัง และระบบขับเคลื่อนของรถรุ่นใหม่ ที่พวกเขาเรียกว่า ระบบ T-HYBRID (ที-ไฮบริด) โดยเราจะพิจารณาไปที่ 3 หัวข้อ คือ 1. แนวคิดของเครื่องยนต์รุ่นใหม่ 2. แนวคิดของระบบส่งกำลัง และ 3. แนวคิดของระบบไฟฟ้า

เริ่มกันที่หัวข้อแรก เครื่องยนต์บลอคใหม่นี้ใช้รหัส 9A3B6 มาแทนที่เครื่องยนต์รหัส 9A2B6 ความจุ 3.0 ลิตร (2,981 ซีซี) พร้อมเทอร์โบคู่ ซึ่งดูจากรหัสน่าจะพอเดาได้ว่า B6 = BOXER 6 หรือ 6 สูบบอกเซอร์ โดยมีการขยายความจุกระบอกสูบเพิ่มเป็น 3.6 ลิตร (3,591 ซีซี) แต่จะลดจำนวนเทอร์โบเหลือเพียงตัวเดียว และเป็นเทอร์โบที่มีแกนเป็นมอเตอร์/เครื่องปั่นไฟ 

เครื่องยนต์รหัส 9A3B6 มีขนาด กระบอกสูบxช่วงชัก เท่ากับ 97.0x81.0 มม. ในขณะที่เครื่องยนต์บลอคเดิม มีขนาด 91.0x76.4 มม. แต่มิติของเครื่องยนต์กะทัดรัดกว่าเดิมมาก โดยเฉพาะความหนาที่ลดลงราว 10 ซม. ซึ่งเป็นผลจากการจัดเรียงกลไกใหม่ เพื่อให้เหลือพื้นที่สำหรับชุดควบคุมระบบไฮบริด และไส้ในของเครื่องยนต์ที่ได้รับการปรับปรุงใหม่ทั้งหมด และยังมาพร้อมระบบ VARIOCAM (แวริโอแคม) หรือระบบวาล์วแปรผันของ PORSCHE ที่ใช้มายาวนานกว่า 2 ทศวรรษ ซึ่งทำหน้าที่ควบคุมการเปิด-ปิดวาล์ว หรือลิ้นไอดี-ไอเสีย ให้นาน หรือเร็ว รวมถึงปรับให้เปิดมาก หรือน้อย ให้เหมาะสมกับภาระของเครื่องยนต์แบบเรียลไทม์ และสัมพันธ์กับการทำงานของระบบไฮบริด

นอกจากนี้ ยังมีการเพิ่มกำลังอัดกระบอกสูบ จากเดิม 10.2:1 เป็น 10.5:1 แถมกำลังอัดเทอร์โบก็ยังเพิ่มจากเดิม 18.6 ปอนด์/ตารางนิ้ว (PSI) เป็น 26.1 ปอนด์/ตารางนิ้ว (PSI) ถ้าเราดูเพียงเท่านี้ ผสมกับความจุกระบอกสูบที่เพิ่มขึ้นอีก 600 ซีซี จากเดิมเครื่อง 9A2B6 ความจุ 3.0 ลิตร ทำได้ 473 แรงม้า ถ้าใช้สูตรกำลังอัดกระบอกสูบ และกำลังอัดเทอร์โบเท่านี้ มันน่าจะมีกำลังมากถึง 700 แรงม้า หรือมากกว่า PORSCHE 911 TURBO ที่มีกำลัง 640 แรงม้า

แต่มันไม่ได้เป็นเช่นนั้น เพราะเครื่องยนต์รหัส 9A3B6 ความจุ 3.6 ลิตร มีพละกำลังเพิ่มขึ้นจากเดิมแค่ 5 แรงม้า (ให้กำลัง 478 แรงม้า) เท่านั้น โดยแรงบิดสูงสุดนั้นเท่าเดิมเป๊ะ !

ทั้งหมดนี้ทำไปด้วยเหตุผลเรื่อง “การเผาไหม้ที่สมบูรณ์แบบไร้มลพิษ” ภายใต้สัดส่วน อากาศต่อเชื้อเพลิง (AIR-TO-FUEL RATIO) ที่เรียกว่า “แลมดา 1” ในทุกรอบการทำงานของเครื่องยนต์ เพื่อที่จะทำให้ระบบกรองไอเสีย หรือ CATALYTIC CONVERTER ทำงานได้เต็มประสิทธิภาพ ปล่อยไอพิษออกมาน้อยที่สุดเท่าที่เป็นไปได้ แม้กระทั่งช่วง “กดมิด” ซึ่งการทดสอบส่วนใหญ่มักจะหยวนให้ เพราะในช่วงกดมิดนั้นระบบจ่ายเชื้อเพลิงมักจะยอมให้สัดส่วนเชื้อเพลิง “หนา” ขึ้น หรือฉีดเชื้อเพลิงมากกว่าเดิมเล็กน้อย (ในกรณีของเครื่องยนต์รหัส 9A2B6 จะมากกว่าเดิม 8 %) เพื่อที่จะรักษาอุณหภูมิการเผาไหม้ไม่ให้สูงเกินไป เพื่อยืดอายุของระบบกรองไอพิษไม่ให้เสียหายจากไอเสียที่ร้อนเกินไป

แต่การหลีกเลี่ยงไม่ฉีดเชื้อเพลิงให้หนาขึ้น จะเกิดความร้อนในห้องเผาไหม้สูงขึ้น ซึ่งจำเป็นต้องหน่วงจังหวะการจุดระเบิดให้ช้าลง ส่งผลให้กำลังเครื่องตกลงอย่างมาก ดังนั้น การเพิ่มกำลังอัดไอดีของเทอร์โบให้เข้มข้นขึ้นจะสามารถชดเชยอาการนี้ได้ แต่การอัดอากาศให้เข้มข้นจะส่งผลให้อุณหภูมิไอดีเพิ่มสูงขึ้น ซึ่งทีมวิศวกรที่พัฒนาได้แก้ทางด้วยการใช้อินเตอร์คูเลอร์ขนาดใหญ่ตัวเดียว ที่คำนวณแล้วว่ามีประสิทธิภาพในการลดอุณหภูมิได้ดีกว่าการใช้อินเตอร์คูเลอร์เล็ก 2 ตัว เหมือนในเครื่องยนต์รหัส 9A2B6

แน่นอนว่า บรรดาทูเนอร์กับนักซิ่งที่ไม่แคร์เรื่องมลภาวะเห็นแล้วยิ้ม เพราะเครื่องยนต์บลอคใหม่ตระเตรียมเครื่องในชั้นยอดมาเรียบร้อยจากโรงงาน น่าจะเอามาทูนให้ทะลุพิกัดได้อย่างสบาย

นอกจากนี้ เครื่องยนต์รหัส 9A3B6 ยังไม่มีการใช้สายพานเชื่อมต่อกับไดชาร์จ (ALTERNATOR) และคอมเพรสเซอร์แอร์ เนื่องจากมันได้เปลี่ยนไปใช้ระบบไฟฟ้า 400 โวลท์ ซึ่งเราจะอธิบายต่อไปในหัวข้อที่ 3 

ดังที่กล่าวไปแล้วตอนต้นว่า เครื่องยนต์รหัส 9A3B6 จะมาพร้อมเทอร์โบเดี่ยวขนาดใหญ่ที่มีแกนเป็นมอเตอร์/เครื่องปั่นไฟ เทอร์โบที่ว่านี้พัฒนาขึ้นโดยบริษัท บอร์ก-วอร์เนอร์ (BORG-WARNER) โดยแกนหมุนของมอเตอร์ คือ แกนเพลาของเทอร์โบ ที่เชื่อมระหว่างกังหันฝั่งเทอร์ไบน์ (TURBINE) ที่หมุนด้วยแรงขับจากระบบไอเสีย และฝั่งคอมเพรสเซอร์ (COMPRESSOR) ที่ต่อกับระบบไอดี โดยมอเตอร์/เครื่องปั่นไฟนี้ ให้กำลังถึง 27 แรงม้า (20 กิโลวัตต์) ทำงานภายใต้ระบบไฟ 400 โวลท์

การที่แกนของเทอร์โบเป็นแกนเดียวกับระบบมอเตอร์ไฟฟ้า ทำให้มันลดเวลาในการตอบสนอง (RESPONSE TIME) ได้อย่างมาก เพราะแทนที่จะต้องรอแรงขับจากระบบไอเสียมาปั่นกังหันเทอร์ไบน์ กลายเป็นเริ่มต้นปั่นได้ทันทีด้วยมอเตอร์ไฟฟ้า เมื่อกระแทกคันเร่งลงไป ซึ่งลดเวลาการตอบสนองมากกว่าเดิมถึง 3 เท่า 

และมีการตัดระบบระบายแรงดัน หรือเวสต์เกท (WASTEGATE) ออกไป เพราะในอดีต การลดแรงดันเทอร์โบลง คือ การปล่อยให้แรงดันมันคายออก แต่สำหรับเทอร์โบแบบใหม่นี้ การลดแรงดันทำงานด้วยการสลับหน้าที่ของมอเตอร์มาเป็นการหน่วงด้วยเครื่องปั่นไฟแทน โดยสามารถปั่นไฟกลับไปยังแบทเตอรีได้ด้วยกำลังมากถึง 15 แรงม้า และมันจะช่วยควบคุมให้เทอร์โบไม่หมุนเกิน 125,000 รตน. ได้อย่างน่าทึ่ง ซึ่งการทำงานในรูปแบบของเครื่องปั่นไฟนี้จะเกิดขึ้นตั้งแต่ 5,700 รตน. จนถึงรอบตัด

การติดตั้งเทอร์โบจะอยู่ด้านขวาของตัวเครื่องหากมองจากด้านท้ายรถ ส่วนด้านซ้ายของเครื่องจะเห็นมีกล่องโหนกสูงขึ้นมา นั่นคือ หม้อพักไอเสีย โดยไอเสียจากเทอร์โบจะถูกส่งไปยังหม้อกรองไอพิษที่เป็นกระบอกทรงนอนขนาดใหญ่ ก่อนจะส่งไอเสียไปลดเสียงดังในหม้อพักอีกที ซึ่งแน่นอนว่า มีการปล่อยแกสคาร์บอนไดออกไซด์ แต่พวกเขาเชื่อว่ามลพิษต่ำ เพราะ “หักลบกลบหนี้” ด้วยการใช้เชื้อเพลิงสังเคราะห์ที่เก็บเกี่ยวจากคาร์บอนไดออกไซด์ในอากาศ !

หัวข้อที่ 2 คือ ระบบส่งกำลัง PORSCHE 911 GTS T-HYBRID มาพร้อมเกียร์อัตโนมัติคลัทช์คู่ PDK 8 จังหวะรุ่นใหม่ ที่มีขนาดตัวสั้นลง และประกบกับมอเตอร์ไฟฟ้าทรงแบนที่เรียกว่า อี-มอเตอร์ 

ระบบ อี-มอเตอร์ 400 โวลท์ ให้กำลัง 54 แรงม้า (40 กิโลวัตต์) และแรงบิดสูงสุด 15.3 กก.-ม. และนอกจากจะใช้ “เสริม” การขับเคลื่อน (รถรุ่นนี้ไม่มีโหมดขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าล้วน) มันยังทำหน้าที่เป็นมอเตอร์สตาร์ทอีกด้วย และด้วยกำลังที่มากขนาดนี้ เครื่องยนต์จะสตาร์ทติดทันทีทุกครั้งที่ต้องการ และยังช่วยเสริมกำลังในช่วงรอบต่ำ ช่วยลดอาการรอรอบ และเมื่อถอนคันเร่งมันก็ทำหน้าที่ปั่นไฟกลับเข้าแบทเตอรีเหมือนกับรถไฮบริดทั่วไป

ดังนั้น เมื่อรวมกับเครื่องสันดาปภายใน 9A3B6 แล้ว PORSCHE 911 GTS T-HYBRID จะให้กำลังสุทธิ 532 แรงม้า ที่ 7,500 รตน. และแรงบิดสูงสุด 62.0 กก.-ม. ช่วง 1,950-5,000 รตน. 

หัวข้อที่ 3 แนวคิดของระบบไฟฟ้า PORSCHE 911 GTS T-HYBRID (992.2) หัวใจสำคัญ คือ ไม่ต้องการให้สูญเสียบุคลิกการขับขี่ จากการที่ต้องมีแบทเตอรีขนาดใหญ่ ดังนั้น แบทเตอรีแบบลิเธียม-ไอออน ความจุ 1.9 กิโลวัตต์ชั่วโมง ที่ใช้อยู่จึงพัฒนาขึ้นภายใต้สถาปัตยกรรม 400 โวลท์ และมีน้ำหนักเพียง 27 กก. เท่านั้น

แพคแบทเตอรีประกอบด้วยเซลล์แบทเตอรีเบอร์ 21700 หรือขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 21 มม. ยาว 70 มม. โดยแต่ละก้อนมีแรงดัน 3.7 โวลท์ จำนวน 216 เซลล์เรียงแบบอนุกรม (SERIES) เป็นชุดอยู่ในกล่อง โดยมีแบทเตอรีซ้อนกัน 2 ชั้น แต่ละชั้นมีจำนวน 108 เซลล์ และเมื่อคูณด้วยแรงดัน 3.7 โวลท์เข้าไป แต่ละชั้นจะมี “แรงดัน” 108x3.7 = 399.6 โวลท์ หรือ 400 โวลท์ 

แบทเตอรี 2 ชั้นจะถูกนำมาต่อขนานกัน (PARALLEL) ซึ่งรวมแล้วจะมีความจุเท่ากับ 1.9 กิโลวัตต์ชั่วโมง และเนื่องจากมันมีการปล่อยกระแสออก และชาร์จไฟเข้าสลับไป/มา มันจึงเลี่ยงไม่ได้ที่จะเกิดความร้อน ดังนั้น เพื่อยืดอายุของแบทเตอรีจึงต้องมีการออกแบบระบบระบายความร้อนด้วยของเหลว เพื่อรักษาอุณหภูมิให้ไม่เกิน 42 องศาเซลเซียส ในทุกสภาพการใช้งาน แบทเตอรีแพคชุดนี้จะมีมิติใกล้เคียงกับแบทเตอรีแบบกรดตะกั่วทั่วไปที่ใช้กันในปัจจุบัน วางอยู่บริเวณฐานกระจกหน้าเหมือนเคย และนอกจากนั้น มันยังมีชุดแบทเตอรีแบบลิเธียม-ไอออน แรงดัน 12 โวลท์ อีกชุดหนึ่ง สำหรับเป็นไฟเลี้ยงระบบอื่นๆ ของตัวรถด้วย

วิศวกรเยอรมันไม่ยอมจนแต้มกันง่ายๆ เพราะเป็นที่ยอมรับกันว่า รถไฟฟ้าอาจจะดีสำหรับชีวิตประจำวันทั่วไป แต่มันยังขาดอรรถรสในการขับขี่แบบที่รถเครื่องยนต์สันดาปภายในชั้นดีมอบให้ งานนี้ต้องยกนิ้วให้ทีมวิศวกร PORSCHE ที่คิดค้นเครื่องยนต์รูปแบบนี้ออกมาได้