สกายแอคทีฟ

จากฉบับที่แล้ว เราแนะนำให้รู้จักกับเทคโนโลยีใหม่ของค่าย มาซดา ในฉบับนี้เริ่มจากในส่วนของเครื่องยนต์กันก่อน เพราะถือว่าเป็นหัวใจในการขับเคลื่อน และก็เป็นตัวแปรสำคัญของปัญหาที่เกิดขึ้นทั้งหมด เครื่องยนต์เป็นต้นกำเนิดพลังงานสำหรับการขับเคลื่อน เมื่อมันเริ่มทำงาน สิ่งที่เกิดขึ้นควบคู่กันไปนั้น ก็คือ มันเผาผลาญทรัพยากรธรรมชาติ ซึ่งก็คือ น้ำมันดิบ และมันก็ปล่อยมลพิษออกมาทำลายโลก ทำร้ายผู้คน แต่เราไม่สามารถที่จะหลีกเลี่ยงการใช้น้ำมันได้เลย ที่ผ่านมาบริษัทรถยนต์เองก็พยายามที่จะพัฒนาเครื่องยนต์ ให้มีสมรรถนะสูงขึ้น กินน้ำมันน้อยลง และที่สำคัญ ก่อให้เกิดมลพิษน้อยที่สุดเท่าที่จะทำได้ วันนี้ มาซดา มาพร้อมกับความเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ เป็นเรื่องที่เราจะเอามาคุยกัน   จ่ายเชื้อเพลิงแบบฉีดตรง สกายแอคทีฟ-จี เป็นเครื่องยนต์เบนซินแบบฉีดตรงเข้าห้องเผาไหม้ ที่เราคุ้นกันดีว่าเป็นระบบจ่ายน้ำมันแบบ "ไดเรคท์อินเจคชัน" นั่นเอง ชื่อของระบบนี้เราคุ้นเคยกับเครื่องยนต์ดีเซลมานาน แต่ทำไมเครื่องยนต์เบนซินถึงเพิ่งจะเริ่มใช้กันอย่างแพร่หลายเมื่อไม่นานนี้เอง ข้อเสียของการฉีดน้ำมันแบบเก่าในเครื่องยนต์เบนซินมีอยู่มาก เริ่มจากการฉีดน้ำมันนั้น จะทำการฉีดที่ท่อไอดีนอกห้องเผาไหม้ ดังนั้นไอน้ำมันส่วนหนึ่งก็จะไปเกาะอยู่ตามผนังท่อไอดีและหลังวาล์ว อีกปัญหาหนึ่งก็คือ แม้ว่าหัวฉีดจะดีเพียงใด ฉีดได้เป็นฝอยละอองละเอียดขนาดไหน ก็หาได้ประโยชน์เต็มที่ เนื่องจากทางเดินของท่อไอดีมีความยาวระดับหนึ่ง และอากาศที่ไหลผ่านบ่าวาล์วก็จะมีความแปรปรวนระดับหนึ่ง ทำให้ละอองน้ำมันไม่สามารถแตกตัวได้ดีเท่าที่ควรจะเป็น การแก้ปัญหาที่ดี คือ ฉีดตรงเข้าห้องเผาไหม้ให้รู้แล้วรู้รอดกันไป   กำลังอัด และการระบายไอเสีย เมื่อเปลี่ยนมาใช้ระบบฉีดน้ำมันแบบฉีดตรง หรือ ไดเรคท์อินเจคชัน สิ่งที่เปลี่ยนไปอันดับแรก นั่นก็คือ เรื่องของกำลังอัดในห้องเผาไหม้ โดยปกติเครื่องยนต์ในปัจจุบัน อัตราส่วนกำลังอัดอยู่ในช่วง 10-12:1 ซึ่งรถที่ใช้กำลังอัดมากกว่า 11:1 นั้นถือว่ากำลังอัดเริ่มสูงมากแล้ว แต่ในเครื่องยนต์เบนซิน แบบไดเรคท์อินเจคชันนั้น อัตราส่วนกำลังอัดจะสูงถึง 14-15:1 นั่นถือว่าสูงมากๆ สำหรับเทคโนโลยีของ มาซดา นั้น อัตราส่วนกำลังอัดสูงถึง 14.1:1 เลยทีเดียว แต่การเพิ่มกำลังอัดในห้องเผาไหม้ไม่ใช่ว่าจู่ๆ จะทำกันได้ง่ายๆ เพราะยิ่งกำลังอัดสูงขึ้น อุณหภูมิภายในห้องเผาไหม้ก็จะสูงขึ้นมากด้วย นอกจากนี้ปัญหาของไอเสียที่เผาไหม้แล้วและคงค้างอยู่ในห้องเผาไหม้ ก็เป็นอีกส่วนหนึ่งที่ทำให้ความร้อนในห้องเผาไหม้สูง ก่อนอื่นต้องบอกก่อนว่า เมื่อกำลังอัดในห้องเผาไหม้มากขึ้น การจุดระเบิดจะทำให้ได้ประสิทธิภาพสูงขึ้น แต่ปัญหาก็คือ การที่ความร้อนจากไอเสียที่ค้างอยู่ในห้องเผาไหม้จะทำให้เกิดปัญหาต่อเนื่องตามมา คือ ความร้อนสะสมสูง ดังนั้นเมื่อจะเพิ่มประสิทธิภาพในการเผาไหม้ ก็ต้องจัดการเรื่องปัญหาในการระบายของเสียก่อน มาซดา ใช้ระบบท่อไอเสียแบบ 4-2-1 หลายคนอาจจะสงสัยว่าคืออะไร 4 ตัวแรกก็คือ ท่อไอเสีย 4 ท่อที่ออกมาจากกระบอกสูบ ซึ่งเครื่องตัวนี้เป็นเครื่อง 4 สูบนั่นเอง เลข 2 ก็คือ จาก 4 ท่อที่ว่าจะจับคู่รวมกันเหลือ 2 ท่อ เช่น สูบ 1 จับคู่กับสูบ 3 และสูบ 4 จับคู่กับสูบ 2 ตามลำดับการจุดระเบิดของเครื่องยนต์ ที่ไล่ตั้งแต่สูบ 1-3-4-2 ทำไมถึงไม่จุดระเบิดเรียงตามลำดับกระบอกสูบ 1-2-3-4 นั่นก็เพราะว่า เครื่องยนต์ต้องออกแบบให้มีการบาลานศ์ที่ดี และวัฏจักรการทำงานของเครื่องยนต์ 4 จังหวะ ที่มีจังหวะดูด-อัด-ระเบิด-คาย นั้นมันต้องหมุน 2 รอบพอดี เครื่องยนต์ 4 สูบ จึงลงตัวในทุกๆ เรื่อง สูบ 1 และ 4 ตำแหน่งการเคลื่อนที่ของลูกสูบจะเหมือนกัน เมื่อขึ้นก็จะขึ้นพร้อมกัน ส่วนสูบ 2 และ 3 ก็จะจับคู่เหมือนกัน แต่ตำแหน่งการเคลื่อนที่จะตรงข้ามกัน เมื่อสูบ 1 และ 4 เคลื่อนที่ขึ้น สูบ 2 และ 3 จะเคลื่อนที่ลง แต่คนละจังหวะการทำงาน การเลื่อนขึ้นแบบนี้ทำให้เครื่องยนต์มีการบาลานศ์ที่ดีถ้าไล่ตามลำดับการจุดระเบิด 1-3-4-2 ก็หมายความว่า เมื่อสูบ 1 จุดระเบิดให้กำลังงานกับเครื่องยนต์ ลูกสูบก็จะเริ่มเลื่อนลงล่าง นั่นก็คือ เริ่มจังหวะต่อไป คือ จังหวะคาย แต่สูบที่ 3 นั้นเป็นคู่ที่อยู่ตรงข้ามกัน เมื่อสูบ 1 เลื่อนลง สูบ 3 จึงเลื่้อนขึ้นเป็นจังหวะอัดนั่นเอง เมื่อสูบ 3 เคลื่อนที่ขึ้นถึงศูนย์ตายบนก็จะเกิดการจุดระเบิด หลังจากนั้นก็จะเริ่มเลื่อนลงเป็นจังหวะคาย ขณะนั้นสูบที่ 4 ก็จะเลื่อนขึ้นเป็นจังหวะอัด แล้วก็ตามด้วยสูบที่ 2 ไล่กันเป็นวัฏจักรอย่างนี้ ถ้าจะมองไม่ให้งง ก็ต้องมองภาพตัดของเครื่องยนต์ สูบที่ 1 และ 4 ถ้าอยู่ตำแหน่งศูนย์ตายบน สูบ 2 และ 3 ก็จะอยู่ศูนย์ตายล่าง ลูกสูบจะเลื่อนขึ้น/ลงเป็นคู่อย่างนี้ แต่การจุดระเบิดตามลำดับ 1-3-4-2 นั้นคนละเรื่องกันนะครับ จะไม่ได้จับคู่กัน การจุดแบบนี้ทำให้เครื่องยนต์มีบาลานศ์ที่ดี และออกแบบกลไกการทำงานง่าย   จับคู่ให้ถูก กำลังเพิ่ม อุณหภูมิลด โดยปกติแล้วเครื่องยนต์จากโรงงานในรถทั่วไป ระบบไอเสียจะเป็นแบบ 4-1 คือ ใช้ท่อร่วมไอเสียอันเดียวกันทั้ง 4 สูบ แล้วรวมเป็นท่อเดียวไปเลย ข้อดี คือ ต้นทุนถูกมากๆ และท่อทางเดินสั้นมาก แต่ประสิทธิภาพในการระบายไอเสียไม่ดีนัก เพราะคลื่นไอเสียที่ออกมาจากกระบอกสูบจะมีการปะทะกัน ทำให้เกิดการขวางการไหลซึ่งกันและกัน ในรถใช้งานทั่วๆ ไปไม่ใช่เรื่องซีเรียสอะไร แต่ในรถแข่ง หรือรถสปอร์ท มันเป็นเรื่องที่ยอมไม่ได้ เพราะต้องการระบายไอเสียออกให้เร็วและมากที่สุด และมันก็เป็นความต้องการเดียวกับเทคโนโลยี สกายแอคทีฟ-จี ของ มาซดา พอดี การรวมท่อไอเสียช่วงแรกจาก 4 สูบ หรือ 4 ท่อ ให้เหลือ 2 ท่อนั้น จะจับคู่กันตามลำดับการจุดระเบิด คือ สูบ 1 คู่กับ 3 ส่วนสูบ 4 ก็จะคู่กับ 2 เพราะอะไรนั่นหรือ เมื่อสูบที่ 1 จุดระเบิดแล้ว ก็จะเริ่มคายไอเสีย จากนั้นไอเสียก็จะไหลไปตามท่อไอเสีย เมื่อสูบ 3 จุดระเบิดเป็นลำดับต่อไป ก็จะเกิดจังหวะคายตามมา เมื่อท่อไอเสียถูกจับคู่เข้าด้วยกัน แรงเฉี่อยของการคายไอเสียจากสูบที่ 1 ก็จะมาช่วยทำให้การระบายไอเสียจากสูบที่ 3 เร็วขึ้น ตรงจุดที่ท่อมารวมกันนั้น การเคลื่อนตัวของไอเสียจากสูบที่ 3 ก็ยังมีแรงเฉื่อยไปช่วยการระบายของสูบที่ 4 ด้วย ส่วนสูบที่ 4 และสูบที่ 2 นั้นก็จับคู่ช่วยกันอยู่แล้ว การที่ท่อไอเสียช่วงแรกยาวมากขึ้น และจับคู่จังหวะการระบายไอเสียอย่างเหมาะสม ทำให้การระบายไอเสียในรอบต่ำก็ดี รอบสูงก็ดี เป็นไปอย่างมีประสิทธิภาพ เมื่อระบายไอเสียได้เร็วขึ้น ไอเสียที่มีอุณหภูมิสูงในห้องเผาไหม้ก็จะเหลือน้อยลง   ทำไมกำลังอัดสูง ถึงเป็นเรื่องดี ? การที่ลดความร้อนในห้องเผาไหม้ลงได้ สามารถเพิ่มอัตราส่วนกำลังอัดของกระบอกสูบได้ง่าย เพราะความร้อนสะสมของห้องเผาไหม้ที่สูง จะทำให้เครื่องยนต์เกิดการชิงจุดระเบิด หรือเครื่องยนต์นอค อาการดังกล่าว คือ การจุดระเบิดเองของส่วนผสมระหว่างน้ำมันกับอากาศ ก่อนที่หัวเทียนจะปล่อยประกายไฟออกมา อันจะส่งผลให้เครื่องยนต์ทำงานผิดปกติ เมื่อแก้ปัญหาเรื่องของการระบายไอเสียได้แล้ว การเพิ่มกำลังอัดในห้องเผาไหม้เป็น 14.1:1 จึงไม่ใช่เรื่องยากเย็น ทำไมกำลังอัดในห้องเผาไหม้สูงแล้วเป็นเรื่องดี นั่นเพราะการจุดระเบิดในที่แคบๆ จะได้ความรุนแรงในการระเบิดสูงกว่า คือ ได้กำลังมากกว่า ผลที่ตามมาก็คือ การเผาไหม้ในที่แคบๆ ไม่จำเป็นต้องใช้เชื้อเพลิงเยอะ และอัตราส่วนผสมระหว่างน้ำมันกับอากาศที่เผาไหม้แล้วได้คาร์บอนไดออกไซด์กับน้ำ ก็คือ อัตราส่วนผสมที่ 14.7:1 แต่การจ่ายเชื้อเพลิงแบบเดิมที่หัวฉีดยังอยู่บริเวณท่อร่วมไอดีมันทำไม่ได้ เพราะส่วนผสมที่จะเข้าห้องเผาไหม้จริงๆ นั้นมันควบคุมได้ไม่ละเอียดเท่า ความฝืดของผนังท่อไอดี อุณหภูมิภายนอก มีผลต่อส่วนผสมทั้งนั้น ดังนั้นจึงต้องปล่อยให้มีการจ่ายน้ำมันหนาเอาไว้ก่อน เพื่อป้องกันความเสียหายภายในเครื่องยนต์ เมื่อเปลี่ยนมาเป็นจ่ายน้ำมันตรงในห้องเผาไหม้ จะสามารถควบคุมการจ่ายน้ำมันได้เต็มร้อย อัตราส่วนกำลังอัดจึงเพิ่มได้ใกล้เคียงกับอัตราส่วนในอุดมคติ เมื่อบวกกับความฉลาดของ ECU และระบบอีเลคทรอนิคส์ที่มีอยู่ ยิ่งส่งผลให้เครื่องยนต์มีสมรรถนะสูงขึ้น ประหยัดน้ำมันมากขึ้น และก่อให้เกิดมลพิษน้อยลง ตอนหน้าจะมาดูว่าเครื่องยนต์ดีเซล ในเทคโนโลยีสกายแอคทีฟ ของ มาซดา นั้นมีอะไรน่าสนใจ