ขุมพลัง W18 สูบ ความสุนทรีย์ของเครื่องยนต์สันดาปภายใน

เคยคิดไหมว่า ในยุคที่รถไฟฟ้าสามารถปักหมุดทำความเร็วสูงสุดแตะ 500 กม./ชม. ทำไมยังมีการพัฒนาจักรกลสันดาปภายในที่สลับซับซ้อนกันอยู่ เพราะเมื่อไม่นานนี้ สำนักสิทธิบัตรของเยอรมนีได้ประกาศการจดสิทธิบัตรเครื่องยนต์แบบ W18 สูบ ของ PORSCHE (โพร์เช) ให้สาธารณชนได้รับรู้ จนกลายเป็นคำถามว่า “เครื่องยนต์สันดาปภายใน ยังไม่ตายใช่ไหม ?”

เรื่องทำนองนี้เคยเกิดขึ้นมาก่อนแล้วกับหลายนวัตกรรม เช่น ในอุตสาหกรรมนาฬิกาที่เคยมีความเชื่อว่า นาฬิกาจักรกลที่ซับซ้อน แต่ไม่เที่ยงตรง แถมยังเปราะบาง จะต้องสูญพันธุ์ เมื่อระบบแบทเตอรี และควอร์ทซ์ (QUARTZ) เติบโตอย่างก้าวกระโดดในช่วงทศวรรษที่ 70 รวมไปถึงการมาถึงของนาฬิกาดิจิทอล และล่าสุด คือ เหล่าบรรดาสมาร์ทวอทช์ ที่ชาญฉลาด ซึ่งเราก็ต้องยอมรับว่า กลุ่มนาฬิกาใส่ถ่านนั้นครองพื้นที่ส่วนใหญ่ของอุตสาหกรรมนาฬิกา ด้วยความที่มันมีความสะดวก แม่นยำ และชาญฉลาด แต่นาฬิกาแอนาลอกที่ใช้กลไกแบบดั้งเดิมก็ยังเติบโตอย่างต่อเนื่อง แม้จะจำกัดตัวเองอยู่ในกลุ่มนาฬิการาคาสูง แต่ก็ได้รับการยอมรับจากผู้บริโภค เพราะมันมอบความรู้สึกพิเศษให้ผู้ใช้งาน 

ในวงการยานยนต์ รถไฟฟ้าอาจจะเป็นกำลังหลักในกลุ่มรถยนต์สามัญที่ใช้ในชีวิตประจำวัน ด้วยความที่ขับง่าย เงียบ สั่นสะเทือนน้อย และไม่ปล่อยไอเสีย แต่สำหรับกลุ่มรถสมรรถนะสูง รถสปอร์ท รถสำหรับนักสะสม หรือรถที่ใช้เดินทางไปยังพื้นที่ทุรกันดาร ต่างก็ยังต้องการเครื่องยนต์สันดาปภายในเช่นเดิม

สำหรับกลุ่มรถสมรรถนะสูง เหตุผล คือ เรื่องพลังงาน ซึ่งเป็นที่เข้าใจตรงกันว่า ประสิทธิภาพของมอเตอร์ไฟฟ้านั้นสูงมาก สามารถเปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นกำลังขับเคลื่อนได้โดยเกิดการสูญเสียต่ำมาก เรียกว่าประสิทธิภาพของมันนั้นอยู่ในระดับ 90 % ในขณะที่เครื่องยนต์สันดาปภายในมีประสิทธิภาพต่ำกว่ามาก สามารถเปลี่ยนพลังงานจากเชื้อเพลิงเป็นกำลังขับเคลื่อนได้อยู่ในช่วง 25-30 % เท่านั้น แต่น้ำมันเชื้อเพลิงเบนซิน 1 ลิตร จะให้พลังงาน 9 กิโลวัตต์ชั่วโมง ดังนั้นเบนซิน 1 ถัง หรือ 60 ลิตร จะมีพลังงานถึง 540 กิโลวัตต์ชั่วโมง ซึ่งมากกว่ารถไฟฟ้ารุ่นที่แบทเตอรีความจุมากที่สุดในปัจจุบันถึง 5 เท่า ! 

เครื่องยนต์สันดาปภายในที่ใช้เบนซินเป็นเชื้อเพลิง ซึ่งมีประสิทธิภาพเพียง 25 % จะเทียบเท่ากับรถไฟฟ้าที่ใช้แบทเตอรี 135 กิโลวัตต์ชั่วโมง และหากเป็นดีเซลก็จะยิ่งมีประสิทธิภาพสูงขึ้นไปอีกเป็น 10 กิโลวัตต์ชั่วโมง/ลิตร และให้ประสิทธิภาพถึง 30 % เท่ากับน้ำมันดีเซล 60 ลิตร จะให้พลังงานถึง 600 กิโลวัตต์ชั่วโมง ซึ่งประสิทธิภาพ 30 % ก็ยังเทียบเท่ากับรถไฟฟ้าที่ใช้แบทเตอรี 180 กิโลวัตต์ชั่วโมง ! 

ดังนั้น หากเดินทางไกลยังไงรถน้ำมันก็ได้เปรียบเสมอ แถมหากมีภาชนะบรรจุน้ำมันสำรอง ก็จะยิ่งไปได้ไกลขึ้นอีก โดยเฉพาะบรรดาซูเพอร์คาร์ การมีพลังงานติดตัวมากกว่าเท่ากับการทำความเร็วสูงได้นานกว่า และต้องจอดเพื่อเติมพลังงานน้อยครั้งกว่า เรียกได้ว่าในบางตลาด ระยะปฏิบัติการที่มีความเป็นแอนาลอกยังคงน่าสนใจ ซึ่งค่าย PORSCHE มองจุดนี้ว่ามีความจำเป็น เพราะทุกวันนี้แม้ในตอนแรกพวกเขาตั้งใจจะเปลี่ยนรถรุ่นขายดีหลายรุ่นให้เป็นรถไฟฟ้า อาทิ ครอสส์โอเวอร์ เอสยูวีขนาดกลาง อย่าง MACAN (มาคัน) และรถสปอร์ทรุ่นเริ่มต้นอย่าง CAYMAN (เคย์แมน) แต่พโรเจคท์ต้องถูกชะลอไว้ก่อน เพราะยอดขายของรถสปอร์ทพลังไฟฟ้าไม่เป็นไปตามคาด จริงอยู่ที่อัตราเร่งของรถไฟฟ้านั้นรวดเร็วทันใจ แต่ดูเหมือนว่าลูกค้าของพวกเขาไม่ได้สนใจในเรื่องนั้น ประกอบกับเทคโนโลยีของแบทเตอรีก้าวหน้าไปอย่างรวดเร็ว และยังไม่นิ่งพอสำหรับการนำมาใช้ในรถรุ่นใหม่ตอนนี้ แต่ในอนาคตอีก 4-5 ปี นั้นไม่แน่

สำหรับแนวคิดของขุมพลัง W18 สูบ ที่ยื่นขอสิทธิบัตรไปนี้มันจะเหมาะกับอะไร ก่อนอื่นต้องบอกว่า แม้เราจะเคยเห็นเครื่องยนต์ที่มีชื่อว่า W กันมาบ้างแล้ว อาทิ เครื่องยนต์ของค่าย VOLKSWAGEN (โฟล์คสวาเกน) ไม่ว่าจะเป็นที่ประจำการใน BENTLEY (เบนท์ลีย์) และ BUGATTI (บูกัตตี) แต่มันมีความแตกต่างออกไปอย่างชัดเจน เพราะเครื่อง W ในอดีตแท้จริงแล้วมันคือ การนำเครื่องยนต์แบบ V ที่มีมุมองศาของชุดกระบอกสูบแต่ละฝั่งแคบมาก หรือที่เรียกกันว่าเครื่องยนต์แบบ VR มาวางเข้าด้วยกันดังภาพ ซึ่งจะแตกต่างกันกับรูปแบบที่ยื่นจดสิทธิบัตรโดยสิ้นเชิง

รูปแบบเครื่องยนต์ของ PORSCHE ที่ยื่นจดสิทธิบัตรนั้นเห็นชัดเจนว่า เป็นเครื่องยนต์ที่มีแนวของกระบอกสูบ (CYLINDER BANK) 3 แนว วางทำมุมกัน 60 องศา โดยเครื่องยนต์ในภาพวาดนี้แสดงให้เห็นว่า มันได้นำเอาเครื่องยนต์แบบ 6 สูบเรียง 3 ชุดมาอยู่ด้วยกัน ทำให้เกิดเป็นเครื่องยนต์ 18 สูบ ซึ่งหากลดจำนวนลงเป็นแนวละ 4 สูบ ก็จะได้เป็นเครื่องยนต์ W12 สูบ และถ้าเป็นแบบ 3 สูบเรียงจับเข้าหากัน ก็จะได้เครื่องยนต์ W9 สูบ ถามว่าเป็นไปได้ไหม ต้องบอกว่าเป็นไปได้สูงมาก เพราะปัจจุบันเครื่องยนต์ 3 สูบเรียง มีการใช้งานกันอย่างแพร่หลาย

สิ่งที่แตกต่างกันระหว่างเครื่องยนต์แบบนี้กับเครื่องยนต์สมรรถนะสูงทั่วไปในปัจจุบัน คือ การออกแบบเส้นทางของไอดี (INTAKE) และไอเสีย (EXHAUST) โดยเครื่องยนต์สมรรถนะสูงทั่วไป นิยมการออกแบบฝาสูบแบบครอสส์โฟลว์ (CROSS FLOW CYLINDER HEAD) คือ ลิ้นไอดี (INTAKE VALVE) กับลิ้นไอเสีย (EXHAUST VALVE) อยู่ตรงข้ามกัน ซึ่งมีประสิทธิภาพในการดูดอากาศเข้าห้องเผาไหม้ พร้อมไล่ไอเสียที่เกิดจากการสันดาปออกได้อย่างรวดเร็ว ซึ่งเห็นชัดว่าเครื่องยนต์ฝั่งหนึ่งจะเป็นฝั่งของท่อร่วมไอดี (INTAKE MANIFOLD) และอีกฝั่งจะเป็นที่อยู่ของ ท่อร่วมไอเสีย (EXHAUST MANIFOLD) ข้อดีของการออกแบบลักษณะนี้ คือ อุณหภูมิของฝั่งท่อร่วมไอดีจะต่ำ ทำให้มีความหนาแน่นของอากาศ ช่วยให้เผาไหม้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

แต่สำหรับเครื่องยนต์แบบ W หากใช้แนวคิดการออกแบบฝาสูบแบบครอสส์โฟลว์ เราจะเห็นว่าจำเป็นต้องมีท่อร่วมไอดีของแนวกระบอกสูบ (CYLINDER BANK) ทำให้แนวกระบอกสูบแนวใดแนวหนึ่งได้รับผลกระทบจากอุณหภูมิของท่อร่วมไอเสียที่แผ่เข้ามาหา ส่งผลให้ประสิทธิภาพของแนวกระบอกสูบชุดนั้นต่ำ ดังนั้นจึงต้องสร้างรูปแบบของการเดินทางของไอดี-ไอเสียใหม่

วิธีการที่วิศวกรของ PORSCHE เลือก คือ การใช้กล่องดักอากาศ (AIR COLLECTOR) แยกเป็นเอกเทศสำหรับแนวกระบอกสูบแต่ละแนว โดยอากาศ หรือไอดีจะถูกลำเลียงเข้าสู่ห้องเผาไหม้จากด้านบน ส่วนไอเสียจะถูกปล่อยออกไปด้านซ้าย หรือขวาของแนวกระบอกสูบตามความเหมาะสมของการออกแบบ ซึ่งดูแล้วน่าจะมีประสิทธิภาพสูงไม่น้อย เพราะไอดีจะมีอุณหภูมิที่ต่ำ และถูกดูดเข้าไปยังห้องเผาไหม้ได้อย่างรวดเร็วในจังหวะที่ลูกสูบเคลื่อนที่ลง

จากภาพวาดที่ยื่นจดสิทธิบัตร มีการระบุชัดเจนว่า แต่ละจุดหมายถึงอะไร ดังนี้

1. เครื่องยนต์สันดาปภายใน (INTERNAL COMBUSTION ENGINE)
2. แนวกระบอกสูบฝั่งที่ 1 (FIRST CYLINDER BANK)
3. กระบอกสูบ (CYLINDER)
4. แนวกระบอกสูบฝั่งที่ 2 (SECOND CYLINDER BANK)
5. แนวกระบอกสูบฝั่งที่ 3 (THIRD CYLINDER BANK) 
6. ฝาสูบแนวที่ 1 (FIRST CYLINDER HEAD BANK)
7. ฝาสูบแนวที่ 2 (SECOND CYLINDER HEAD BANK)
8. ฝาสูบแนวที่ 3 (THIRD CYLINDER HEAD BANK)
9. ฝาสูบ (CYLINDER HEAD)
10. ท่อสำหรับป้อนเชื้อเพลิง (INLET DUCT)
11. ลิ้นไอดี (INTAKE VALVE)
12. ทางเดินไอเสีย (EXHAUST CHANNEL)
13. ลิ้นไอเสีย (EXHAUST VALVE)
14. แนวการขึ้น-ลงของลูกสูบ (RECIPROCATING PISTON)
15. ก้านสูบ (CONNECTING ROD)
16. ข้อเหวี่ยง (CRANKSHAFT)
17. กล่องเก็บอากาศ (AIR COLLECTOR)
18. แกนของการหมุน (AXIS OF ROTATION)
19. แกนของกระบอกสูบ (CYLINDER AXIS)
20. ชุดระบบไอเสีย (EXHAUST GAS DISCHARGE DEVICE)
21. ชิ้นส่วนแรก (FIRST PART)
22. ด้านแรก (FIRST SIDE)
23. ชิ้นส่วนที่ 2 (SECOND PART)
24. ด้านที่ 2 (SECOND SIDE)
25. ปากทางเดินไอเสีย (EXHAUST PORT)
26. ทางออกของไอเสีย (OUTLET OPENING)
27. ปากทางเข้ากล่องอากาศ (COLLECTOR INLET)
28. ลิ้นคันเร่ง (THROTTLE VALVE)
29. ท่อไอเสีย (EXHAUST PIPE)
30. กลุ่มของท่อไอเสีย (EXHAUST PIPE ASSEMBLY)
31. ชุดกรองไอเสีย (EXHAUST GAS PURIFICATION UNIT)
32. พื้นที่ด้านบน (TOP SURFACE)
    SA = ทิศทางการไหลของไอเสีย  
    SF = ทิศทางการไหลของไอดี

จากภาพจะเห็นว่ามีแนวท่อไอเสียเต็มไปหมดถึง 12 ชุดเลยทีเดียว แต่ไม่ต้องตกใจ เพราะนั่นเป็นการแสดงให้เห็นว่ามีจุดที่เป็นไปได้กี่จุดเท่านั้น ไม่ได้แปลว่าจะติดตั้งทุกจุด แต่หากจะออกแบบเพื่อติดตั้งเยอะขนาดนั้นให้มันสามารถปล่อยไอเสียได้ไหลโล่งหมดจดเลยก็ทำได้เช่นกัน

หากคาดเดากันแบบง่ายๆ ในยุคปัจจุบัน เครื่องยนต์สมรรถนะสูงแบบไม่มีเทอร์โบ สามารถให้กำลังระดับ 100 แรงม้า/ลิตร และเครื่องยนต์แบบ 6 สูบแถวเรียง ความจุ 3.0 ลิตร จะให้กำลัง 300 แรงม้า ดังนั้น ขุมพลัง W18 สูบ นี้ก็น่าจะให้กำลังได้ถึง 900 แรงม้า แต่เชื่อว่าพวกเขาจะไม่หยุดแค่นั้น เพราะหากพ่วงเข้ากับระบบเทอร์โบ แรงม้ากำลังระดับ 1,800 แรงม้า ก็น่าจะมีออกมาให้ใช้งานได้สบายๆ

อย่างไรก็ตาม สุดท้ายแล้วค่าย PORSCHE ก็อาจไม่ผลิตเครื่องยนต์บลอคนี้ออกมาก็ได้ เพราะที่ผ่านมาพวกเขามีสิทธิบัตรที่ไม่ได้ผลิตจริงอยู่ไม่น้อย โดยก่อนหน้านี้ก็เพิ่งจะฮือฮากันกับการยื่นจดสิทธิบัตรเครื่องยนต์แบบ 6 จังหวะ
 
เอาจริงๆ ก็แอบหวังจะได้เห็นขุมพลัง W18 สูบ ผลิตออกมาประจำการในซูเพอร์คาร์สักคัน เพราะมันคือ ศิลปะแห่งยนตรกรรมที่งดงามในยุคที่เราน่าจะเลิกพูดเรื่องสมรรถนะ หรืออัตราเร่ง แต่เน้นเรื่องอรรถรส และความอิ่มเอม เหมือนกินสเตคเนื้อวัวเกรด A5 ย่างบนเตาถ่านไม้ฮิคคอรี ซึ่งรสชาติย่อมแตกต่างจาก เนื้อจากพืช (PLANT BASED MEAT) ที่อุ่นร้อนจากเตาไมโครเวฟ นั่นเอง