Engine downsizing รถใหญ่ทำไมเครื่องเล็ก?

รถยนต์ในปัจจุบันผู้ผลิตต่างมีเทคโนโลยีเครื่องยนต์ที่ทันสมัยมากมายและมีการแข่งขันกันสูง โดยเฉพาะเทรนด์เครื่องยนต์ที่ประหยัดแต่ยังคงความแรง โดยการใช้กระบอกสูบที่มีความจุน้อยลงทำให้ประหยัดน้ำมัน และลดมลพิษ แต่สามารถให้กำลังมากขึ้น การใช้เครื่องยนต์ที่มีความจุน้อยกับตัวรถที่มีขนาดใหญ่นั้นเป็นที่นิยมกันมานานแล้วในแถบยุโรป ซึ่งเป็นผลมาจากราคาน้ำมันและทรัพยากรธรรมชาติ (ปิโตรเลียม) ที่นับวันยิ่งลดลงเรื่อยๆ ประเทศในแถบยุโรป อเมริกาและเอเชียจึงร่วมมือกันรณรงค์ใช้เทคโนโลยีที่จะมากอบกู้วิกฤติพลังงานโลก ส่วนหนึ่งของแผนการนี้ก็คือ "Downsized engine" หรือการใช้เครื่องยนต์ความจุน้อยลงแต่กำลังสูง เพื่อทดแทนเครื่องยนต์ความจุมากๆ และกินน้ำมันนั่นเอง  

เป็นคำถามที่คนทั่วไปอาจสงสัย ในสมัยก่อนนั้นเทคโนโลยีด้านยานยนต์ยังไม่ค่อยทันสมัย รถยนต์ที่มีตัวถังขนาดใหญ่หรือรถยนต์ทั่วๆ ไปจึงจำเป็นต้องใช้เครื่องยนต์ที่ให้กำลังมากๆ ความจุกระบอกสูบเยอะๆ เพื่อที่จะลากตัวถังรถให้วิ่งได้อย่างทันอกทันใจ แต่ก็แลกกับการกินน้ำมันเชื้อเพลิงที่มากตามไปด้วย เช่น ในรถ Mercedes Benz S600 หรือ W140 ที่ใช้เครื่องยนต์ขนาด 6 สูบเรียง 2.8 ลิตร ขึ้นไปจนถึง วี12 สูบ 6.0 ลิตร 408 แรงม้า และหากใครที่เคยได้สัมผัสรุ่น 2.8 ลิตร จะพอทราบว่าสมรรถนะนั้นไม่โดดเด่นนัก เนื่องจากตัวรถมีน้ำหนักมาก แต่กำลังน้อยและกินน้ำมันมาก หรือในรุ่นเครื่องยนต์ 6.0 ลิตร กำลังเกินพอแต่ "ซด" น้ำมันราวกับเททิ้ง ดังนั้นรถรุ่นใหม่ๆ ในปัจจุบันของ Mercedes Benz และอีกหลายยี่ห้อจึงพัฒนาเครื่องยนต์ความจุน้อยลง เช่น S-Class รุ่นใหม่ๆ เริ่มต้นความจุที่ 3.0 ลิตร กำลัง 300 กว่าแรงม้า ซึ่งใกล้เคียงกับเครื่องยนต์ 6.0 ลิตรยุคเก่า 

V12 Engine 600 SEL

ใครจะคิดว่า Mercedes Benz C180 (W205) ใช้เครื่องยนต์เพียง 1.6 ลิตร เท่านั้น แต่ด้วยเทคโนโลยีจากระบบเทอร์โบชาร์จทำให้ได้เรี่ยวแรงมากถึง 156 แรงม้า แรงบิด 250 นิวตัน-เมตร  

Mercedes Benz C180 1.6 turbo 156 HP

อีกตัวอย่างที่เห็นได้ชัดคือ Peugeot 408 ที่รุ่นปกติจะใช้เครื่องยนต์ 2.0 ลิตร 145 แรงม้านับว่าเพียงต่อการใช้งานแล้ว แต่ก็มีรุ่นพิเศษคือ 1.6 ลิตร เทอร์โบ 165 แรงม้า ที่ผลิตออกมาตอบสนองความแรงและความประหยัดได้ในหนึ่งเดียว หากขับในชีวิตประจำวันทั่วไปก็จะประหยัดเหมือนเครื่องยนต์ 1.6 ลิตร แต่ถ้าต้องการความสนุกในเรื่องอัตราเร่งก็จะมีกำลังเทียบเท่าเครื่องยนต์ขนาด 2.5 ลิตรเลยทีเดียว

Peugeot 408 1.6 turbo 165 HP

ทางด้านญี่ปุ่นก็ไม่น้อยหน้า ล่าสุดก็ส่ง ฮอนด้า ซีวิค เทอร์โบออกมาให้ตื่นเต้น ด้วยเครื่องยนต์ขนาดเพียง 1.5 ลิตร เทอร์โบให้กำลังสูงสุดถึง 173 แรงม้า แรงบิด 220 นิวตัน-เมตร หรือจะเป็น ฟอร์ด โฟกัส ใหม่ เปิดตัวให้โลกตะลึงด้วยเครื่องยนต์ 1.5 ลิตร อีโคบูสต์ 180 แรงม้า แรงบิด 240 นิวตัน-เมตร ซึ่งทั้ง 2 รุ่นนี้มีกำลังน้องๆ รถสปอร์ตหรือมีแรงบิดเทียบเท่ากับเครื่องยนต์ขนาด 2.5 ลิตร 

Honda Civic 1.5 turbo 173

Ford Focus 1.5 EcoBoost 180 HP

เครื่องยนต์รุ่นใหม่ถูกออกแบบให้มีความจุ ขนาดและน้ำหนักเล็กลง เพื่อให้มีน้ำหนักเบาใช้วัสดุน้อยชิ้นแต่แข็งแรง และลดการเสียดสีของชิ้นส่วนทั้งภายในเครื่องยนต์และชุดส่งกำลังเพื่อลดภาระที่สูญเสียไปโดยเปล่าประโยชน์ ทำให้กำลังที่ส่งจากเครื่องยนต์มาแบบเต็มเม็ดเต็มหน่วย ให้ลองสังเกตได้จากตัวเลขแรงบิดที่ทางผู้ผลิตระบุเอาไว้ในสเปคเครื่องยนต์ เช่น 220, 240, 350 นิวตัน-เมตร แรงบิดระดับนี้สามารถลากตัวถังขนาด 1.5 - 2 ตันได้อย่างสบายๆ

หัวใจสำคัญที่ทำให้เครื่องยนต์ความจุน้อยๆ มีพละกำลังมากขึ้นได้นั่นคือ เทอร์โบชาร์จ การใช้ระบบอัดอากาศเพื่อให้ปริมาตรอากาศเข้าภายในห้องเผาไหม้มากขึ้นพร้อมกับระบบการฉีดเชื้อเพลิงที่มีประสิทธิภาพ ทำให้ได้กำลังเพิ่มขึ้นโดยไม่จำเป็นต้องใช้ความจุมากๆ เหมือนสมัยก่อน

ระบบเทอร์โบชาร์จในเครื่องยนต์มีมานานหลายศตวรรษแล้ว แต่ในปัจจุบันรถยนต์นั่งถูกเน้นไปในทางประหยัดน้ำมัน ลดมลพิษรักษาสิ่งแวดล้อม และต้องมีกำลังแรงเพียงพอต่อการใช้งาน เราจึงเห็นรถยนต์รุ่นใหม่ ที่ดูจากขนาดตัวรถแล้วควรใช้เครื่องยนต์ 2.0 ลิตร แต่กลับใช้เพียงแค่ 1.5 - 1.6 ลิตร ติดตั้งเทอร์โบก็ได้กำลังที่เพียงพอต่อการใช้งาน   

Twinscroll turbo

ยิ่งไปกว่านั้นตัวเทอร์โบเองก็มีเทคโนโลยีที่ทันสมัยมากมาย เช่น ระบบแปรผัน, ระบบท่อทางเข้า 2 ช่อง (Twin scroll) เพิ่มประสิทธิภาพในการอัดอากาศให้ดีขึ้นไปอีก ทำให้เครื่องยนต์ที่ติดตั้งเทอร์โบแบบใหม่นี้มีกำลังมากขึ้นในขณะที่ใช้เครื่องยนต์ความจุน้อยลง  

เครื่องยนต์ดีเซลใช้เผาไหม้จากกระบวนการอัดอากาศภายในกระบอกสูบคราวละมากๆ พร้อมกับการฉีดน้ำมันดีเซลเป็นฝอยละอองเข้าไปผสม จนมีความร้อนสะสมเพียงพอให้เกิดการระเบิดขึ้นเอง แล้วดันหัวลูกสูบลงมา ดังนั้นกำลังที่ได้จากเครื่องยนต์ดีเซลจึงมาจากแรงระเบิดภายในกระบอกสูบที่มีมากมายมหาศาล (เครื่องยนต์เบนซินใช้หัวเทียนจุดระเบิด) ในสมัยก่อนเครื่องยนต์ดีเซลไม่มีระบบอัดอากาศให้กำลังสูงสุด (ประมาณ) 80 - 90 แรงม้า แต่สามารถบรรทุกของขึ้นทางชันได้ เพราะมีแรงบิดที่มากนั่นเอง 

Mazda 2 SkyactivD 1.5 L 105 HP

Isuzu 1.9 Ddi 150 HP

เครื่องยนต์ดีเซลที่มีกำลังมากกว่าเบนซิน เช่น มาสด้า 2 SkyactivD 1.5 ลิตร ดีเซลเทอร์โบ แรงม้าดูเด็กๆ 105 ตัว แต่แรงบิด 250 นิวตัน-เมตร หรือจะเป็น อีซูซู ดีแม็กซ์ 1.9 ดีเซล  150 แรงม้า แรงบิด 350 นิวตัน-เมตร ซึ่งให้กำลังลากจูงและอัตราเร่งที่หลังติดเบาะได้สบายๆ เช่นกัน 

1 KD-FTV 

หากนึกไม่ออกให้คิดถึงรถตู้วินรุ่นแรกๆ ที่มีผู้โดยสารเต็มคันใช้เครื่องยนต์ดีเซลเทอร์โบ 2.5 ลิตร 102 แรงม้า แรงบิด 300 นิวตัน-เมตร ยังวิ่งฉิวจนน่ากลัวเลยทีเดียว!! 

แรงบิดเครื่องยนต์คือ กำลังของเครื่องยนต์ที่ส่งออกมาจากเพลาข้อเหวี่ยง เพื่อไปหมุนชุดพูเล่ ชุดเกียร์ เพลาขับและล้อขับเคลื่อน 

ภาพจาก www.eurofitdirect.co.uk

นึกภาพง่ายๆ หากเราขันสกรูด้วยไขควง เมื่อออกแรงหมุน (บิด) ไม่ว่าทิศทางใดก็ตาม นั่นคือ แรงบิด เครื่องยนต์เปรียบเป็นมือที่จับไขควง ส่วนกำลังก็มาจากแรงของเราว่าจะบิดสกรูได้แรงแค่ไหน 

การขันสกรูที่แน่นมากๆ ถ้าแรงบิดที่มือเรามีมากกว่าก็เอาขนะความฝืดของสกรูและไขออกมาได้ = แรงบิด (Torque)

การขันสกรูเมื่อเริ่มคลายความแน่นออกมาแล้วและใช้มือหมุนให้เร็วขึ้น ยิ่งเร็วเท่าไหร่ก็ยิ่งหลุดออกมาเร็วเท่านั้น = แรงม้า (HP)

ภาพจาก www.wallpaperup.com

สรุปง่ายๆ คือ

แรงบิด = กำลังลากจูง = อัตราเร่ง, การออกตัว, การเร่งแซง, ไต่ทางชัน, บรรทุกของ เป็นต้น
แรงม้า = ความเร็วปลาย, ความเร็วสูงสุด 

โดยทั้งสองอย่างต้องพึ่งพากัน และมีความสอดคล้องกันอย่างเหมาะสมด้วย

เทคโนโลยี Downsized engine นับเป็นนวัตกรรมแห่งอนาตค ที่คิดค้นเพื่อความประหยัดพลังงาน น้ำหนักเบา ลดมลพิษ รักษาสิ่งแวดล้อม พร้อมกับความแรง ต่อไปคงได้เห็นรถยนต์ขนาด C หรือ D เซกเมนต์ใช้เครื่องยนต์เพียง 1.0 ลิตร เทอร์โบก็เป็นได้

Ford fiesta 1.0 EcoBoost 125 HP