“หยิน-หยาง” ของเครื่องยนต์

เรากำลังจะอยู่ในช่วงเปลี่ยนผ่านไปสู่ยุคสมัยของยานยนต์ไฟฟ้า แต่ก็ปฏิเสธไม่ได้ว่า ในโลกของเครื่องยนต์สันดาปภายในยังคงมุ่งมั่นพัฒนา ยกระดับประสิทธิภาพเพื่อรีดพลังงานจากน้ำมันทุกหยดให้กลายเป็นแรงขับเคลื่อนได้อย่างคุ้มค่าที่สุด โดยมีหัวใจสำคัญอยู่ที่ค่า “ประสิทธิภาพความร้อน” (THERMAL EFFICIENCY)

ในอดีต เครื่องยนต์สันดาป (เบนซิน) จะมีประสิทธิภาพความร้อนราว 30 % เท่านั้น หมายความว่า น้ำมัน 1 ลิตร จะถูกเปลี่ยนเป็นแรงขับเคลื่อนได้แค่ 30 % ส่วนอีก 70 % ที่เหลือหลุดลอยหายไปเป็นความร้อน และไอเสีย แต่เครื่องยนต์ยุคใหม่สามารถดันตัวเลขนี้ทะลุขึ้นไปจนถึงระดับ 40 % ได้ด้วยเทคโนโลยีเหล่านี้

1. อัตราส่วนกำลังอัดสูงลิ่ว (ULTRA-HIGH COMPRESSION RATIO) : มาตรฐานเครื่องยนต์ที่ไม่มีระบบอัดอากาศ ห้องเผาไหม้ในกระบอกสูบนั้นจะมี “กำลังอัด” อยู่ที่ประมาณ 10:1 บวกลบนิดหน่อย แต่เครื่องยนต์ไฮบริดยุคใหม่ สามารถมีกำลังอัด 15.5:1 ทำให้อากาศกับน้ำมันถูกอัดแน่นจนเกิดการระเบิดที่รุนแรง และหมดจด

2. ระบบฉีดน้ำมันแรงดันสูงพิเศษ (HIGH-PRESSURE FUEL INJECTION) : ค่ายรถชั้นนำเริ่มนำระบบฉีดตรง (DIRECT INJECTION) ที่มีแรงดันสูงถึง 500 บาร์ มาใช้ ทำให้น้ำมันแตกตัวเป็นละอองฝอยละเอียดระดับไมครอน เพื่อให้สามารถผสมกับอากาศได้อย่างสมบูรณ์ ซึ่งช่วยเพิ่มความเร็วในการลามไฟ

3.วัฏจักรแอทคินสัน (ATKINSON CYCLE) : วัฏจักรนี้แตกต่างไปจากเครื่องยนต์ทั่วไป เพราะมีช่วงการเก็บเกี่ยวพลังงานจากการเผาไหม้มากกว่า จากการออกแบบให้วาล์วไอดีปิดช้ากว่าปกติ เพื่อลดช่วงชักในการอัด และเพิ่มช่วงชักในการระเบิด ทำให้เครื่องยนต์มีอัตราสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงลดลง ขณะเดียวกันยังได้แรงบิดเท่าเดิม วัฏจักรนี้พบได้ทั่วไปในรถไฮบริดที่เน้นประสิทธิภาพด้านพลังงาน

4. ทำหน้าที่เป็นเครื่องปั่นไฟ (GENERATOR TRICK) : ระบบไฮบริดสมัยใหม่ อาทิ ระบบของ NISSAN E-POWER (นิสสัน อี-เพาเวอร์) เครื่องยนต์จะไม่ต้องรับภาระหนักตอนออกตัวจากจุดหยุดนิ่ง ซึ่งเป็นช่วงที่อัตราสิ้นเปลืองสูง แต่จะปล่อยให้มอเตอร์ไฟฟ้าของระบบไฮบริดทำหน้าที่แทน ส่วนเครื่องยนต์จะทำงานเฉพาะช่วงรอบความเร็วคงที่ และใช้งานเหมือนเครื่องปั่นไฟ โดยจะทำงานในรอบเครื่องที่มีประสิทธิภาพที่สุด (RPM SWEET SPOT) ซึ่งเป็นจุดที่อัตราสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงต่ำสุด

รถไฮบริดสมัยใหม่มักใช้หลักการเหล่านี้ โดยเครื่องยนต์จากผู้ผลิตชั้นนำอย่าง TOYOTA (โตโยตา) ซึ่งใช้ชื่อซีรีส์ของเครื่องยนต์กลุ่มนี้ว่า DYNAMIC FORCE สามารถดึงเอาประสิทธิภาพความร้อนออกมาใช้ได้ถึง 40-41 % ถือว่าสูงมาก แต่กลายเป็นว่า ผู้ผลิตเครื่องยนต์จากจีนกลับสามารถแซงหน้าขึ้นไปแบบฉีกกระจาย ไม่ว่าจะเป็น ค่าย BYD (บีวายดี) กับเครื่องยนต์ในกลุ่ม DM-I เจเนอเรชัน 5 ที่มีประสิทธิภาพสูงถึง 46.06 % หรือเครื่องจากค่าย DONGFENG (ตงเฟิง) ในชื่อ MACH 1.5T ที่มีประสิทธิภาพสูงถึง 48.09 % และท้ายสุด คือ เครื่องยนต์ระบบ I-HEV ใหม่ ตระกูล BHE จากค่าย GEELY (จีลี) ที่ใช้เทคโนโลยี “ปัญญาประดิษฐ์” (AI) ในการควบคุม ทำสถิติด้วยตัวเลข 48.41 % หมายความว่า น้ำมัน 1 ถัง กับแบทเตอรี 100 % ทางค่ายเคลมระยะเดินทาง 2,390 กม. มาตรฐาน CLTC โดยมีอัตราบริโภคเชื้อเพลิงเพียง 45.45 กม./ลิตร (2.2 ลิตร/100 กม.) !?!

แน่นอนว่า เครื่องยนต์นี้ใช้เทคนิคที่กล่าวมา ไม่ว่าจะเป็น การออกแบบห้องเผาไหม้รูปแบบพิเศษที่เรียกว่า FIRE TORNADO หรือ WIND-RIDE TORNADO เพราะท่อไอดี และหัวลูกสูบบังคับให้อากาศไอดีหมุนวนเข้าห้องเผาไหม้ด้วยความเร็วสูงมาก ซึ่งเมื่อทำงานร่วมกับหัวฉีดเชื้อเพลิงที่มีแรงอัดระดับ 500 บาร์ ทำให้อากาศ และละอองน้ำมันผสมเป็นเนื้อเดียวอย่างสมบูรณ์ พร้อมกับยกระดับกำลังอัดขึ้นเป็น 15.5:1 ทั้งหมดนี้เพื่อดึงพลังงานเคมีจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงออกมาให้ได้มากที่สุด

นอกจากนั้น ยังได้รับการออกแบบให้เคลือบชิ้นส่วนเคลื่อนไหวภายในเครื่องยนต์ด้วย “สารคาร์บอนที่แข็งเหมือนเพชร” หรือ DLC (DIAMOND LIKE CARBON) เพื่อความลื่นขั้นสุด ควบคู่กับการเจียน และขัดเงาพื้นผิวลูกสูบกับกระบอกสูบอย่างละเอียดระดับนาโน (PRECISION GRINDING) รวมถึงการพัฒนาใช้น้ำมันเครื่องที่มีความหนืดต่ำ ส่งผลให้ลดแรงเสียดทานในระบบลงได้ถึง 16.3 % ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพความร้อนอีก 0.4 %

    
แต่สิ่งที่น่าทึ่งที่สุด คือ การใช้ปัญญาประดิษฐ์ (AI) ซึ่งเป็นโมเดลแบบคลาวด์ขนาดใหญ่ (AI CLOUD POWER) ที่ดึงข้อมูลสภาพแวดล้อมเข้ามาใช้คำนวณแบบเรียลไทม์ ไม่ว่าจะเป็น ความกดอากาศ (ความสูงจากระดับน้ำทะเล) อุณหภูมิ และความชื้น เพื่อนำมาสั่งการปรับแต่งองศาการเปิด-ปิดวาล์วไอดี ไอเสีย (MILLER VALVE TIMING) และปรับตั้งจังหวะการจุดระเบิด (IGNITION SYSTEM) ให้เหมาะสมกับสภาพอากาศ ณ วินาทีนั้น นอกจากนี้ AI ยังช่วยบริหารหน้าต่างการชาร์จไฟ ทำให้ยืดอายุแบทเตอรีไฮบริดไฮเทคเพิ่มขึ้นได้อีก 15 %

ส่วนชื่อตอน “หยิน-หยาง” นั้นมาจากการที่ ทีมวิศวกรของ GEELY พบว่า นอกจากความร้อนแล้ว ความเย็นที่เหมาะสม คือ หัวใจที่จะช่วยให้บรรลุถึงประสิทธิภาพสูงสุดได้ ปกติแล้วเครื่องยนต์เบนซินดั้งเดิม น้ำหล่อเย็นจะถูกควบคุมไว้ที่อุณหภูมิคงที่ประมาณ 85-95 องศาเซลเซียส แต่พวกเขาเปลี่ยนวิธีคิดใหม่หมด โดยใช้ระบบที่เรียกว่า INTELLIGENT THERMAL MANAGEMENT SYSTEM หรือระบบจัดการความร้อนอัจฉริยะร่วมกับ AI ดังนี้ 

1. ระบบควบคุมแบบแยกส่วนอิสระ (SPLIT COOLING TECH) ตามปกติแล้วเครื่องยนต์ทั่วไปจะเอาน้ำหล่อเย็นชุดเดียวกันวิ่งผ่านทั้งเสื้อสูบ และฝาสูบ แต่เครื่องยนต์ตระกูล BHE แยกท่อทางเดินน้ำออกจากกัน ซึ่งผลลัพธ์ที่ได้ คือ สามารถควบคุมอุณหภูมิให้แตกต่างกันในแต่ละจุด แบ่งเป็น

• “อุณหภูมิต่ำบริเวณฝาสูบ” พวกเขาเลือกที่จะให้น้ำหล่อเย็นมีอุณหภูมิระหว่าง 80 ถึง 85 องศาเซลเซียส เพราะฝาสูบเป็นจุดที่เกิดการระเบิด และสะสมความร้อนสูงสุด โดยพวกเขาเลือกให้น้ำหล่อเย็นที่ป้อนเข้าบริเวณฝาสูบเย็นกว่าปกติ เพื่อลดอุณหภูมิในห้องเผาไหม้ ทั้งหมดนี้ก็เพื่อป้องกันไม่ให้เกิดอาการ “เครื่องนอค/ชิงจุดระเบิด” (KNOCKING) หรือ “เขก” จากกำลังอัดสูง 15.5:1

• “อุณหภูมิสูงบริเวณเสื้อสูบ” จุดนี้พวกเขาเลือกให้น้ำหล่อเย็นมีอุณหภูมิระหว่าง 105 ถึง 110 องศาเซลเซียส เพราะบริเวณกระบอกสูบ และเสื้อสูบ หากมีอุณหภูมิน้ำหล่อเย็นสูง เสื้อสูบร้อน น้ำมันเครื่องจะยิ่งเหลว และเพิ่มความลื่นไหล ลดแรงเสียดทาน (FRICTION) ของลูกสูบได้ดีที่สุด ทำให้น้ำมันทุกหยดถูกเปลี่ยนเป็นแรงวิ่งได้เต็มเม็ดเต็มหน่วย

2. ใช้ปั๊มน้ำไฟฟ้าแปรผันตามสั่ง (ELECTRIC WATER PUMP) แทนปั๊มแบบกลไก แต่เดิมนั้นเครื่องยนต์ทั่วไปจะใช้แรงจากเครื่องยนต์ไปหมุนปั๊มน้ำด้วยสายพาน หรือฟันเฟือง ทำให้ตอนสตาร์ทรถน้ำหล่อเย็นก็วิ่งทันที ซึ่งทำให้เครื่องร้อนช้า และสิ้นเปลืองเชื้อเพลิง แต่เครื่องยนต์รุ่นใหม่จะใช้ปั๊มน้ำไฟฟ้าอัจฉริยะที่คุมด้วยสมองกล 

• ตอนสตาร์ทเครื่อง (COLD START) : ปั๊มน้ำไฟฟ้าจะ “หยุดทำงาน 100 %” เพื่อกักน้ำหล่อเย็นให้อยู่กับที่ไม่ไหลไประบายความร้อนที่หม้อน้ำ วิธีนี้ทำให้เครื่องยนต์ร้อนขึ้นจนถึงอุณหภูมิทำงาน (OPTIMAL OPERATING TEMPERATURE) ได้ในเวลาเพียงไม่กี่วินาที ซึ่งลดอัตราสิ้นเปลืองช่วงสตาร์ทเครื่องได้มหาศาล

• ตอนวิ่งความเร็วสูง : ปั๊มน้ำจะแปรผันความเร็วในการหมุนตามความร้อนจริง ไม่ได้หมุนตามรอบเครื่องยนต์ ทำให้ไม่กินแรงเครื่องยนต์โดยไม่จำเป็น

3. วาล์วน้ำไฟฟ้าอัจฉริยะ (ELECTRONIC THERMOSTAT/ROTARY VALVE) แทนที่จะใช้วาล์วน้ำกลไกสปริงแบบดั้งเดิม ที่เปิด-ปิดตามธรรมชาติเมื่อเกิดความร้อน พวกเขาเลือกที่จะใช้วาล์วน้ำที่ควบคุมด้วยมอเตอร์ไฟฟ้าระบบวาล์วโรตารี

• วาล์วโรตารี สามารถปรับองศาการไหลของน้ำหล่อเย็นอย่างละเอียด โดยสมองกลจะสั่งการร่วมกับ ปัญญาประดิษฐ์ AI CLOUD POWER เพื่อเปิดช่องทางน้ำให้ไหลไปหล่อเย็นชิ้นส่วนต่างๆ ตามภาระโหลดของเครื่องยนต์ในวินาทีนั้นอย่างแม่นยำ อาทิ ขณะขึ้นเขา, รถติดในเมือง หรือวิ่งทางไกลความเร็วคงที่ เป็นต้น 

4. การแชร์น้ำหล่อเย็นร่วมกับระบบไฮบริด (ALL-IN ONE THERMAL LOOP) เนื่องจากรถของ GEELY เป็นระบบไฮบริด (I-HEV/EM-I) น้ำหล่อเย็นจึงไม่ได้ทำหน้าที่ดูแลแค่เครื่องยนต์ แต่ถูกนำไปเชื่อมโยงกับแบทเตอรีไฮบริด และอินเวอร์เตอร์ด้วย ซึ่งถือว่ายิงปืนนัดเดียวได้นกสองตัว

• ระบบจะสลับเอา “ความร้อนเหลือทิ้ง” จากน้ำหล่อเย็นเครื่องยนต์ วิ่งไปอุ่นแบทเตอรีไฮบริด และน้ำมันเกียร์ตอนเครื่องเย็น เพื่อให้ระบบไฟฟ้าเข้าสู่อุณหภูมิที่พร้อมทำงานเต็มประสิทธิภาพเร็วขึ้น ซึ่งเหมาะมากสำหรับประเทศในเขตหนาว เพราะแบทเตอรีจะสูญเสียประสิทธิภาพที่อุณหภูมิต่ำ

• ในทางกลับกัน เมื่อแบทเตอรี หรือมอเตอร์ไฟฟ้าเริ่มร้อนเกินไป ระบบจะสลับเอาน้ำหล่อเย็นผ่านแผ่น COOLING PLATE มาระบายความร้อนออกผ่านหม้อน้ำส่วนหน้าอย่างรวดเร็ว ซึ่งรถไฟฟ้าทั่วไปมักจะไม่มีตะแกรงหม้อน้ำด้านหน้า เพื่อผลด้านอากาศพลศาสตร์ ทำให้ประสิทธิภาพในการลดความร้อนไม่ดีนัก

สรุป คือ พวกเขาผสมผสานปรัชญา หยิน-หยาง เข้ากับปัญญาประดิษฐ์ แล้วนำมาใช้กับเครื่องยนต์ เพื่อหาสมดุล ร้อน-เย็น และดึงประสิทธิภาพออกมาได้อย่างน่าทึ่ง และชาญฉลาด ใครบอกว่า “จีน” ทำเครื่องยนต์สันดาปภายในไม่เป็น ต้องทบทวนความคิดใหม่แล้วนะครับ