เรียบเรียงโดยJoh Burut

 

 

เครื่องยนต์สันดาป หรือเครื่องยนต์ที่ใช้น้ำมันเป็นแหล่งพลังงาน ถูกคิดค้นขึ้นมาเป็นเวลากว่าหนึ่งร้อยปีแล้ว ในช่วงเริ่มแรกของการพัฒนานั้น... กำลังที่สร้างได้ ถือเป็นปัจจัยที่สำคัญที่สุด ถ้าเครื่องไหนมีแรงม้ามากที่สุด...ก็ถือว่าเจ๋งที่สุด

แต่ในปัจจุบันนี้ ด้วยมาตรฐานในเรื่องของมลภาวะไอเสียที่เข้มงวดขึ้นทุกปีๆ นั้น ส่งผลให้...แรงม้า กลายเป็นปัจจัยที่ถูกลดความสำคัญลง ในขณะที่ อัตราการบริโภคน้ำมัน และ ปริมาณมลพิษไอเสีย กลายมาเป็นปัจจัยที่บริษัทรถยนต์ให้ความสำคัญเป็นอันดับต้นๆ หรือพูดง่ายๆ ก็คือว่า...ม้าแต่ละตัวที่เครื่องยนต์สร้างขึ้นมานั้น จะต้องกินน้ำมันน้อยที่สุด และจะต้องปล่อยมลพิษออกมาน้อยที่สุดเท่าที่จะทำได้...

เมื่อเป็นเช่นนี้ ค่ายรถยนต์บางค่าจึงตัดสินใจแยกทางกับเครื่องยนต์น้ำมัน หันไปคบกับแบตเตอรี่ลิเทียมและมอเตอร์ไฟฟ้า ซึ่งเป็นเชื้อเพลิงที่ยั่งยืนและสะอาดกว่าน้ำมันหลายเท่าตัว หรือไม่ก็เล่นของสูงอย่าง ไฮโดรเจน ก็มีครับ ...ในขณะเดียวกันก็ยังมีอีกหลายค่าย ที่ยังกระเสือกกระสน-ดิ้นรนพัฒนาเครื่องยนต์สันดาปให้มีประสิทธิภาพสูงขึ้นและสูงขึ้น

นอกจากเทคโนโลยีเครื่องยนต์ไฮบริด-ไฟฟ้าน้ำมันแล้ว เทคโนโลยียอดฮิตอย่าง ดาวน์ไซซิ่ง (Downsizing) ก็กำลังเป็นที่พูดถึงอย่างมากในชั่วโมงนี้ ไม่ว่าจะเป็นเทคโนโลยี EcoBoost ของ Ford หรือ VTEC Turbo ของ Honda ต่างก็ถูกพัฒนาขึ้นมาเพื่อต่อลมหายใจให้กับเครื่องยนต์สันดาป พอมาถึงจุดนี้แล้ว...ก็ทำให้เราๆ อดคิดไม่ได้ว่า...เครื่องยนต์น้ำมันที่เราใช้กันมาอย่างยาวนาน กำลังจะเข้าใกล้ จุดอวสาน แล้วงั้นเหรอ

บทความแนะนำ ความเหมือนที่แตกต่าง : VTEC Turbo ปะทะ EcoBoost

นอกจากเครื่องยนต์ประเภทไฮบริดและดาวน์ไซซิ่งแล้ว ยังมีเครื่องยนต์อีกรูปแบบหนึ่ง ซึ่งเป็นที่ฮือฮาในวงการอุตสาหกรรมยานยนต์มาพักหนึ่งแล้ว นั่นก็คือเครื่องยนต์ OPOC นั่นเองครับ (Opposed-piston Opposed-cylinder Engine) โดยเจ้าเครื่องยนต์รูปแบบใหม่นี้ เค้าว่ากันว่า...มันมีประสิทธิภาพสูงที่สุดในบรรดาเครื่องยนต์ที่ใช้น้ำมันด้วยกัน!

ความจริงแล้ว เครื่องยนต์ OPOC ไม่ใช่อะไรที่ ใหม่ เลยครับ มันมีมานานมากๆ แล้ว เพียงแต่ว่ายังไม่มีการผลิตเพื่อนำมาใช้ในเชิงพาณิชย์อย่างจริงจังเท่านั้นเอง ส่วนบริษัทที่ลงทุนพัฒนาเครื่องยนต์ตัวนี้ หลักๆ แล้วจะมีอยู่ 2 บริษัทครับ ได้แก่ EcoMotor และ Achates Power ซึ่งเครื่องยนต์จากทั้งสองสังกัดนี้ มีหลักการทำงานที่เหมือนกัน แต่ทว่ากลไกภายในนั้น มีความแตกต่างกันอยู่พอสมควร และในบทความนี้...ผมจะขอโฟกัสไปที่เครื่องยนต์ OPOC ของบริษัท EcoMotor เท่านั้นนะครับ

เครื่องยนต์ OPOC 2-กระบอกสูบ ของบริษัท EcoMotor

 

เครื่องยนต์ OPOC 3-กระบอกสูบ ของบริษัท Achates Power

ในบทความนี้ ผมจะพาไปเจาะลึกหลักการทำงาน รวมถึงวิเคราะห์ข้อได้เปรียบของเครื่องยนต์ OPOC เพื่อหาคำตอบว่าเครื่องยนต์ประเภทใหม่นี้ คืออนาคตที่สดใสของเครื่องยนต์ที่ใช้น้ำมันจริงหรือ! หรือว่ามันจะเป็นเพียงลมหายใจเฮือกสุดท้ายของเครื่องยนต์สันดาป!

บทความนี้ถูกแบ่งเป็น 3 บทครับ บทแรกจะเป็นการอธิบายหลักการทำงาน บทที่ 2 จะเป็นการวิเคราะห์ข้อได้เปรียบของเครื่องยนต์ OPOC ...ส่วนบทที่ 3 นั้น จะเป็นการสรุปรวมถึงพิจารณาความเป็นไปได้ของการนำเครื่องยนต์ประเภทนี้มาใช้งานจริงในอนาคตข้างหน้า...

 

บทที่ 1

หลักการทำงานของเครื่องยนต์ OPOC

 

1.1 ภาพรวมของเครื่องยนต์ OPOC

OPOC ก็คือเครื่องยนต์สันดาปภายในที่จัดอยู่ในประเภท เครื่องสูบนอน (Flat Engine) โดยที่ลูกสูบจะเคลื่อนในแนวแกนนอน-ขนานไปกับพื้นโลก เครื่องยนต์ที่จัดอยู่ในประเภทสูบนอนที่เราๆ รู้จักกันดีก็คือเครื่องยนต์ บ็อกเซอร์ ของค่ายดาวลูกไก่ ซูบารุ นั่นเองครับ

จุดแตกต่างระหว่าง OPOC และบ็อกเซอร์นั้น อยู่ตรงที่...เครื่องยนต์ OPOC มีการวางลูกสูบ 2 ลูกไว้ในกระบอกเดียวกัน (1-กระบอก 2-ลูกสูบ) ซึ่งทั้ง 2 ลูกจะเคลื่อนที่ในทิศทางตรงกันข้าม หรือเรียกว่า Opposed Pistons นอกจากนั้นเครื่องยนต์ OPOC ยังมีการวางกระบอกสูบไว้ในทิศตรงข้ามกันแบบ 180 องศา ซึ่งเรียกว่า Opposed Cylinders

บน : เครื่องยนต์ OPOC

ล่าง: เครื่องยนต์บ็อกเซอร์

 

Opposed Piston (ลูกสูบอยู่ตรงกันข้าม)

แน่นอนว่าประโยชน์ของการเอาลูกสูบ 2-ลูก มายัดไว้ในกระบอกเดียวกันก็คือว่า ประหยัดพื้นที่ นั่นเองครับ นอกจากนั้น ยังทำให้ลูกสูบแต่ละลูกมีระยะเคลื่อนที่สั้นลง (สั้นลงครึ่งหนึ่ง) ส่งผลให้มีแรงเสียดทานลดลงด้วยเช่นกัน

Opposed Cylinder (กระบอกสูบอยู่ตรงกันข้าม)

การวางกระบอกสูบไว้แบบตรงข้ามกันอย่างสมมาตรนั้น จะส่งผลให้ แรงส่ง จากก้านสูบมายังเพลาข้อเหวี่ยง สามารถ หักล้าง กันได้อย่างสมดุล (ไม่เยื้องศูนย์แบบเครื่องบ็อกเซอร์) ซึ่งจะช่วยลดแรงที่กระทำกับแบริ่งเพลาข้อเหวี่ยง ช่วยยืดอายุการใช้งานของเครื่องยนต์ได้อย่างชาญฉลาด

 

1.2 วัฏจักรของเครื่องยนต์ OPOC

เครื่องยนต์ OPOC เป็นเครื่องยนต์ดีเซลที่ทำงานแบบ 2-จังหวะ ซึ่งมีระบบการทำงานที่ไม่ซับซ้อน และมีข้อได้เปรียบในเรื่องของกำลังที่สร้างได้ เนื่องจากว่าเครื่องยนต์ 2-จังหวะนั้น มีจังหวะ จุดระเบิด ทุกรอบการหมุนของเพลาข้อเหวี่ยง ดังนั้นจึงสามารถให้กำลังออกมาทุกๆ รอบของการหมุน ผิดกับเครื่องยนต์ 4-จังหวะที่ให้กำลังทุกๆ 2 รอบของการหมุน

วัฏจักรของเครื่องยนต์ OPOC

เนื่องด้วยความที่มีขนาดกะทัดรัดและน้ำหนักเบา แต่สามารถสร้างกำลังได้อย่างต่อเนื่อง ส่งผลให้เครื่องยนต์ OPOC มีอัตราส่วน กำลังต่อน้ำหนัก (Power-to-weight Ratio) ที่สูงมากๆ ถ้าเปรียบเทียบกับเครื่องยนต์ 4-จังหวะโดยทั่วไปแล้ว เครื่องยนต์ OPOC มีอัตราส่วน กำลังต่อน้ำหนัก มากกว่าเกือบจะเท่าตัวเลยทีเดียว

 

1.3 ระบบดูดไอดี-คายไอเสีย

เครื่องยนต์ OPOC ไม่มีระบบวาล์วไอดี-ไอเสีย การดูดไอดีและคายไอเสียจะอาศัยการเคลื่อนที่ของลูกสูบ โดยที่ความแตกต่างของความดันจะเป็นตัวกำหนดทิศทางการไหลของไอดีและไอเสีย เพราะเหตุนี้ ทำให้เครื่องยนต์ OPOC ไม่จำเป็นต้องมีระบบกลไกการเปิด-ปิดวาล์ว (ไม่ต้องมีวาล์ว ไม่ต้องมีสปริงวาล์ว ไม่ต้องมีแคมชาฟท์) ส่งผลให้เครื่องยนต์ประเภทนี้มีจำนวนชิ้นส่วนที่น้อยชิ้นกว่าเครื่องยนต์ปกติ ซึ่งทำให้มีน้ำหนักเบากว่า และมีขนาดที่กะทัดรัดกว่า

 

 

1.4 ระบบอัดอากาศ

เครื่องยนต์ OPOC ของบริษัท EcoMotor ใช้ระบบอัดอากาศประเภท เทอร์โบชาร์จเจอร์ ...และที่เจ๋งกว่านั้นก็คือว่า เทอร์โบลูกนี้เป็น เทอร์โบไฟฟ้า นะครับ และเมื่อเครื่องยนต์ 2-จังหวะถูกพ่วงด้วยเทอร์โบแล้วล่ะก็ แน่นอนว่าไอดีก็จะถูกอัดเข้าสูกระบอกสูบอย่างเต็มปอด ในขณะเดียวกันไอเสียก็จะถูกไล่ออกจากห้องเผาไหม้อย่างหมดจด

บทความแนะนำ เทอร์โบชาร์จเจอร์ คืออะไร

เทอร์โบไฟฟ้าของเครื่องยนต์ OPOC

เทอร์โบไฟฟ้า หรือที่เรียกว่า ECT (Electrically Controlled Turbocharger) มีรูปร่างหน้าตาและหลักการทำงานคล้ายๆ กับเทอร์โบแบบปกติที่เราคุ้นเคยกันดี โดยกลไกพิเศษที่ถูกเพิ่มเข้าไปนั้นก็คือ มอเตอร์ไฟฟ้า ที่ถูกต่อเข้ากับ แกนเทอร์โบ โดยตรงเลยครับ มอเตอร์จะเข้ามาช่วยปั่นแกนเทอร์โบขณะที่เครื่องยนต์ต้องการกำลังแบบฉับพลัน เพราะฉะนั้น มั่นใจได้เลยว่า เทอร์โบลูกนี้ ไม่มีอาการ รอรอบ (Turbo-lag) อย่างแน่นอนครับ

บทความแนะนำ แอนติ-แล็ก ซิสเต็ม : ปุ้งปั้ง-สนั่น-ลั่นทุ่ง

 

บทที่ 2

ข้อได้เปรียบของเครื่องยนต์ OPOC

 

2.1 สร้างกำลังได้มากกว่า

เครื่องยนต์ OPOC สามารถสร้างแรงม้าได้มากกว่าเครื่องยนต์แบบทั่วไปที่มีความจุเท่ากัน (มีแรงม้าต่อความจุมากกว่า) เนื่องจากว่า...เครื่องยนต์ OPOC เป็นเครื่องยนต์ 2-จังหวะ ซึ่งหมายความว่าจะสามารถสร้างกำลังได้ทุกรอบการหมุนของเพลาข้อเหวี่ยง แต่สำหรับเครื่องยนต์ทั่วไปที่ทำงานแบบ 4-จังหวะแล้ว เพลาข้อเหวี่ยงต้องหมุนถึง 2 รอบเพื่อที่จะจุดระเบิดและสร้างกำลังออกมา

นอกจากจะมีอัตราส่วน แรงม้าต่อความจุ(แรงม้าสัมพัทธ์) ที่มากกว่าเครื่องยนต์สูบเรียงแล้ว ...ด้วยความที่ว่า เครื่องยนต์ OPOC มีน้ำหนักน้อยกว่าเครื่องยนต์แบบปกติ ส่งผลให้เครื่องยนต์ OPOC มีอัตราส่วน แรงม้าต่อน้ำหนัก (Power Density) ที่มากกว่าอีกด้วย

บทความแนะนำ รู้ไว้ใช่ว่า... แรงม้า คืออะไร

 

2.2 ประหยัดน้ำมันมากกว่า

นอกจากจะสามารถสร้างแรงม้าได้มากแล้ว เครื่องยนต์ OPOC ยังมีประสิทธิภาพในการเชื้อเพลิงที่ดีกว่า ซึ่งเป็นผลมาจากการที่มีจำนวน ชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่ได้ น้อยกว่าเครื่องยนต์แบบปกติ (ไม่มีวาล์ว ไม่มีสปริง ไม่มีเพลาลูกเบี้ยว ฯลฯ)

การที่มีชิ้นส่วนน้อย จะทำให้ แรงเสียดทาน ภายในเครื่องยนต์ลดลง นั่นหมายความว่าเครื่องยนต์จะใช้พลังงานที่ น้อยกว่า ในการหมุนแต่ละรอบ เป็นผลให้มีอัตราการบริโภคน้ำมันที่ลดลงนั่นเองครับ

 

2.3 ขนาดกะทัดรัดและน้ำหนักเบากว่า

ด้วยความที่ว่าเครื่องยนต์ OPOC มีจำนวนชิ้นส่วน-กลไกที่น้อยชิ้นกว่า ส่งผลให้เครื่องยนต์ OPOC มีขนาดที่กะทัดรัด และใช้พื้นที่ในการติดตั้งน้อย นอกจากนั้นแล้ว เครื่องยนต์ OPOC ยังมีน้ำหนักเบากว่าเครื่องยนต์แบบสูบเรียงที่มีความจุเท่ากัน การที่เครื่องยนต์มีน้ำหนักเบานั้น ส่งผลโดยตรงต่ออัตราเร่งของตัวรถและสมรรถนะในการขับขี่

 

2.4 จุดศูนย์ถ่วงต่ำกว่า

เครื่องยนต์ OPOC จัดอยู่ในประเภท เครื่องยนต์สูบนอน (Flat Engine) เช่นเดียวกันกับเครื่องยนต์บ็อกเซอร์ของ Subaru และ Porsche ข้อได้เปรียบที่โดดเด่นของเครื่องยนต์ประเภทนี้ก็คือว่า การมีจุดศูนย์ถ่วงต่ำ นั่นเองครับ ซึ่งข้อได้เปรียบข้อนี้ก็กลายมาเป็นจุดขายของเครื่องยนต์บ็อกเซอร์มาอย่างยาวนาน

และเมื่อเครื่องยนต์มีจุดศูนย์ถ่วงต่ำแล้ว จะส่งผลให้ รถทั้งคัน มีจุดศูนย์ถ่วงต่ำลงเช่นกัน การที่รถมีจุดศูนย์ถ่วงต่ำ จะทำให้รถมีการตอบสนองต่อพวงมาลัยได้ดีและแม่นยำมากขึ้น รวมไปถึงมีเสถียรภาพในการเข้าโค้งที่ดีขึ้นด้วยครับ

บทความแนะนำ รู้เฟื่อง-เครื่องสูบนอน : ข้อได้เปรียบ 7 ประการ ของเครื่องยนต์บ็อกเซอร์

 

2.5 เสียงรบกวนที่น้อยกว่า

เสียงรบกวนที่มาจากเครื่องยนต์นั้น นอกจากจะมีที่มาจากการจุดระเบิดภายในห้องเผาไหม้แล้ว เสียงที่เกิดจากการเปิด-ปิดวาล์วไอดี-ไอเสีย ก็เป็นอีกเสียงหนึ่งที่มีความดังไม่แพ้กับเสียงจุดระเบิด

และด้วยความที่ว่าเครื่องยนต์ OPOC ไม่มีกลไกเปิด-ปิดวาล์วไอดี-ไอเสียโดยตรง จึงไม่ต้องมีแคมชาฟท์ ไม่ต้องมีวาล์ว ไม่ต้องมีสปริงวาล์ว พูดง่ายๆ ก็คือมันไม่มีฝาสูบนั่นแหละครับ ด้วยเหตุนี้ทำให้เครื่องยนต์ OPOC มีเสียงรบกวนที่น้อยกว่า รวมไปถึงมีแรงสั่นสะเทือนที่น้อยกว่าด้วย

 

2.6 การเชื่อมต่อเครื่องยนต์แบบอนุกรม

และนี่ก็คือข้อได้เปรียบที่โดดเด่นที่สุดของเครื่องยนต์ OPOC นั่นก็คือการที่เราสามารถนำเครื่องยนต์มาประกอบกันแบบอนุกรม เพื่อตอบสนองการใช้งานได้อย่างไม่มีขีดจำกัด

เครื่องยนต์ 1-ตัว (2-กระบอกสูบ และ 4-ลูกสูบ) จะถูกเรียกว่า 1-โมดูล เครื่องยนต์แต่ละโมดูลสามารถนำมาเชื่อมต่อกันได้เพื่อเพิ่มกำลังให้เหมาะสมกับภาระงานในแต่ละสถานการณ์ โดยแต่ละโมดูลนั้น จะถูกเชื่อมต่อด้วย คลัทช์ไฟฟ้า ซึ่งสามารถตัด-ต่อกำลังได้อย่างอิสระ

โดยในช่วงการขับขี่ที่ต้องการกำลังสูงสุด คลัทช์ไฟฟ้าจะเชื่อมต่อเครื่องยนต์ทั้ง 2 โมดูลเพื่อเพิ่มแรงม้าให้มีค่าสูงสุด และในช่วงการขับขี่ที่ไม่ต้องการกำลังมากนัก (ขับด้วยความเร็วคงที่ หรือขับลงเขา) เครื่องยนต์เครื่องที่สองก็จะหยุดทำงานเพื่อลดอัตราการบริโภคน้ำมัน รวมไปถึงลดปริมาณไอเสียด้วยครับผม

 

บทที่ 3

ความเป็นไปได้ที่จะนำเครื่องยนต์ OPOC มาใช้จริง

 

ผมกล้าพูดว่ามีความเป็นไปได้ 100% เลยครับ เพราะว่าขณะนี้ ทางบริษัท EcoMotor Co.,Ltd ได้ทำการสร้างเครื่องยนต์ต้นแบบเป็นที่เรียบร้อย และตอนนี้ก็กำลังทดสอบเครื่องยนต์ตัวนี้อย่างจริงจังในประเทศสหรัฐอเมริกา แต่ทว่า...สุดท้ายแล้ว เครื่องยนต์ OPOC สุดล้ำนี้...จะถูกนำมาใช้กับรถยนต์เชิงพาณิชย์หรือไม่นั้น อันนี้ก็คงต้องติดตามกันต่อไปครับ

 

วิดีโอการทดสอบเครื่องยนต์ OPOC ของ EcoMotor

ส่วนเรื่องที่น่าเป็นห่วงก็คือ ราคาค่าตัวของเจ้าเครื่องยนต์ OPOC ...ถึงแม้ว่าจะมีชิ้นส่วนน้อยชิ้นกว่าเครื่องยนต์โดยทั่วไป แต่เนื่องจากว่าเครื่องยนต์ OPOC นั้น เป็นเทคโนโลยีที่ค่อนข้าง ใหม่หมดจด แน่นอนว่า ต้นทุนการวิจัยและพัฒนานั้นสูงลิบลิ่วแน่นอน อีกทั้งระบบเทอร์โบไฟฟ้าอัจฉริยะ ก็เป็นอีกอุปกรณ์ตัวหนึ่งที่มีต้นทุนการผลิตที่แพงเอาเรื่อง

เทอร์โบไฟฟ้าของเครื่องยนต์ OPOC

 

อนาคตที่สดใส...หรือลมหายใจเฮือกสุดท้าย

สรุปโดยรวมแล้ว เครื่องยนต์ OPOC มีประสิทธิภาพดีกว่าเครื่องยนต์สันดาปโดยทั่วไปอยู่หลายขุมเลยครับ นอกจากนั้นแล้ว ข้อได้เปรียบต่างๆ ที่ผมกล่าวมาตั้งแต่ตอนต้นนั้น ก็เป็นประจักษ์พยานถึงความของเหนือชั้นของเครื่องยนต์ประเภทนี้ และแน่นอนว่า ในอนาคตอันใกล้นี้ จะต้องมีเครื่องยนต์ OPOC ออกมาให้พวกเราได้ใช้งานแน่นอนครับ

บทความเรื่อง เครื่องยนต์ OPOC : ลมหายใจเฮือกสุดท้ายของเครื่องยนต์สันดาป! ก็ขอจบแต่เพียงเท่านี้ หวังว่าท่านผู้อ่านจะได้รับความรู้ไม่มากก็น้อย และท่านผู้อ่านสามารถติดตาม ข่าวสารยานยนต์หรือ บทความอื่นๆได้ที่ แฟนเพจของเราเลยครับผม

 

เรียบเรียงโดยJoh Burut