มาทำความรู้จักเครื่องยนต์โรตารี : สาวกสูบหมุนที่ไม่ธรรมดา
เครื่องยนต์โรตารี (Rotary Engine) ถูกคิดค้นโดยวิศวกรชาวเยอรมันตั้งแต่ปี 1960 มีชื่อเสียงเรียงนามว่า Felix Wankel (ฟีลิกซ์ แวนเคิล) และเพราะเหตุนี้ เครื่องยนต์โรตารีจึงมีอีกชื่อหนึ่งว่า “Wankel Engine” (แวนเคิล เอ็นจิน) นั่นเองครับ ...โดยแรกเริ่มเดิมทีนั้น นายฟีลิกซ์ คิดค้นเครื่องยนต์โรตารีขึ้นมา ก็เพราะว่าเขาต้องการสร้างเครื่องยนต์ที่มี “การสั่น” น้อยกว่าเครื่องยนต์แบบลูกสูบ แต่ทว่าในปัจจุบันนี้ นอกจากเครื่องยนต์โรตารีจะมีการสั่นที่น้อยกว่าแล้ว มันก็ได้รับการพัฒนาจนกระทั่งมีสมรรถนะที่โดดเด่น รวมไปถึงมีความทนทานเพิ่มขึ้นเทียบเท่ากับเครื่องยนต์แบบสูบชักเลยทีเดียว
“Mazda” ค่ายรถยนต์สัญชาติญี่ปุ่นที่ปลุกปั้นและพัฒนาเครื่องยนต์สูบหมุนจนกระทั่งมีชื่อเสียงและได้รับการยอมรับไปทั่วโลก เพราะฉะนั้น ในบทความนี้ ผมจะพาไปเจาะลึกหลักการทำงาน รวมทั้งสืบค้นประวัติในการพัฒนาเครื่องยนต์โรตารีภายใต้หลังคาของ Mazda รวมไปถึงวิเคราะห์ความเป็นไปได้ในการกลับมาของ “สูบหมุนในตำนาน” ที่ว่าจะกันว่าจะปรากฏกายอีกครั้งในร่างของ Mazda RX-9 โดยใช้เครื่องยนต์ที่มาพร้อมกับเทคโนโลยี ROTARY SKYACTIV-R
แต่ก่อนที่จะไปรู้จักกับการทำงานของเครื่องยนต์สูบหมุนลูกครึ่งเยอรมัน-ญี่ปุ่น ผมว่าเราไปรู้จักกับส่วนประกอบของมันก่อนดีกว่า...
เครื่องยนต์โรตารีของ Mazda นั้น โดยทั่วไปแล้วจะประกอบด้วย 2-โรเตอร์ ซึ่งถูกเชื่อมต่อด้วยเพลาเยื้องศูนย์ (Eccentric Shaft) ยกตัวอย่างเช่น เครื่องโรตารีรหัส 13B ซึ่งเป็นรหัสที่เราคุ้นหูที่สุดก็ว่าได้ 13B เป็นเครื่อง 2-โรเตอร์ โดยแต่ละโรเตอร์จะมีความจุอยู่ที่ 654 ซีซี พอนำมารวมกันแล้ว ก็จะมีความจุรวมเท่ากับ 1,308 ซีซี นั่นเองครับ
“โรเตอร์” ของเครื่องยนต์โรตารี เปรียบได้กับ “ลูกสูบ” ในเครื่องยนต์ลูกสูบชัก (Reciprocating Engine) โดยจะทำหน้าที่ “เคลื่อนที่” เพื่อดำเนินวัฏจักรการเผาไหม้และสร้างกำลังออกมา สำหรับเครื่องยนต์โดยทั่วไปนั้น ลูกสูบจะเคลื่อนที่ไปและกลับในแนวเส้นตรง แต่สำหรับเครื่องยนต์โรตารีแล้ว โรเตอร์จะเคลื่อนที่โดยการหมุนรอบตัวเอง และนี่ก็เป็นที่มาของชื่อเรียก “สูบหมุน” นั่นเองครับ
ที่แต่ละด้านของโรเตอร์สามเหลี่ยม จะถูกสร้างทำให้เป็นหลุมเว้าลงไป ซึ่งหลุมพวกนี้ก็คือ "ห้องเผาไหม้" นั่นเองครับ (Combustion Cavity) ...โดยปกติแล้ว “อัตราส่วนกำลังอัด” (Compression Ratio) ของเครื่องยนต์โดยทั่วไป จะถูกกำหนดโดยช่วงชักของเพลาข้อเหวี่ยง แต่เนื่องจากว่าเครื่องยนต์โรตารีไม่มีระยะชักเหมือนกับเครื่องยนต์ลูกสูบ เพราะฉะนั้น “ขนาดและความลึกของห้องเผาไหม้” จะเป็นตัวแปรเพียงตัวเดียวที่จะกำหนด “อัตราส่วนกำลังอัด”
ที่มุมของโรเตอร์สามเหลี่ยมนั้น เป็นที่ประจำการของ “เอเป็กซ์-ซีล” (Apex Seals) ซึ่งเปรียบเสมือนกับ “แหวนอัด” (Compression Rings) ในเครื่องยนต์สูบชักนั่นเองครับ หน้าที่ของมันก็คือซีลกำลังอัดเพื่อไม่ให้เกิดการรั่วไหล และนี่ก็คือชิ้นส่วนที่เป็น “จุดอ่อน” ของเครื่องสูบหมุน ซึ่ง Mazda ได้พยายามหาวิธีแก้ไขมาอย่างต่อเนื่องและยาวนาน ...ส่วนรายละเอียดของการพัฒนา เอเป็กซ์-ซีล นั้น ถือว่าเป็นอะไรที่น่าสนใจมากครับ และผมได้เขียนรายละเอียดไว้ในส่วนของประวัติการพัฒนาเครื่องยนต์โรตารี ซึ่งอยู่ส่วนท้ายของบทความนี้ครับ...
ชิ้นส่วนสำคัญอีกชิ้นส่วนหนึ่งที่จะไม่พูดถึงเลยไม่ได้ก็คือ “เฮาส์ซิง” นั่นเอง เฮาส์ซิงของเครื่องโรตารีก็เปรียบได้กับ “ผนังกระบอกสูบ” ของเครื่องยนต์ลูกสูบนั่นแหละครับ นอกจากนั้นแล้ว เฮาส์ซิ่งเหล่านี้ยังทำหน้าที่เป็นวาล์วไอดีและวาล์วไอเสียไปในตัวอีกด้วย
หลักการทำงานและวัฏจักรของเครื่องยนต์โรตารี
เครื่องยนต์โรตารี ก็มีหลักการทำงานคล้ายๆ กับเครื่องยนต์สูบชักนั่นเองครับ วัฏจักรการทำงานของเครื่องยนต์โรตารีนั้นก็มีทั้งหมด 4-จังหวะ ซึ่งประกอบไปด้วย จังหวะดูด, จังหวะอัด, จังหวะระเบิด และจังหวะคายไอเสีย
แต่ส่วนแตกต่างที่เห็นได้ชัดก็คือว่า ใน 1 รอบการหมุนของเพลาข้อเหวี่ยง เครื่องยนต์โรตารี จะสามารถสร้างกำลังได้ถึง 3 ครั้ง ผิดกับเครื่องยนต์ลูกสูบ ที่เพลาข้อเหวี่ยงต้องหมุนถึง 2 รอบ จึงจะสร้างกำลังได้ (โรตารี เพลาเยื้องศูนย์หมุน 1 รอบ สร้างกำลังได้ 1 ครั้ง / เครื่องยนต์ปกติ หมุน 1 รอบ สร้างกำลังได้ 0.5 ครั้ง) และการสร้างกำลังได้อย่างมหาศาลต่อการหมุนหนึ่งรอบ ก็คือข้อได้เปรียบที่โดดเด่นที่สุดของเครื่องยนต์สูบหมุนนั่นเองครับ
วิเคราะห์ข้อดี-ข้อเสีย
หลังจากที่เราได้เข้าใจถึงหลักการทำงาน และทราบถึงความเป็นมาของเครื่องยนต์โรตารีเป็นที่เรียบร้อยแล้ว ก็ถึงคราวที่เราต้องมาวิเคราะห์ข้อดี-ข้อเสียของเครื่องยนต์สูบหมุนกันหน่อยนะครับ
ข้อได้เปรียบของเครื่องยนต์โรตารี
1. สร้างกำลังต่อหนึ่งวัฏจักรได้มากกว่า - สามารถสร้างกำลังได้ทุกรอบการหมุนของเพลาเยื้องศูนย์
2. มีอัตราส่วนกำลังต่อน้ำหนัก (Power-to-weight Ratio) ที่สูงมากๆ - เนื่องจากมีชิ้นส่วนที่น้อยกว่าเครื่องยนต์แบบลูกสูบ ทำให้มีน้ำหนักเบาและขนาดกะทัดรัด
3. กำลังที่สร้างได้มีความต่อเนื่องและสมูท – มีการสั่นสะเทือนที่น้อยมากๆ และสามารถลากรอบได้สูงลิบลิ่วเลยทีเดียว
ข้อด้อยของเครื่องยนต์โรตารี
1. สร้างทอร์คน้อยกว่าเครื่องยนต์แบบลูกสูบ
2. การสันดาปทำได้ไม่สมบูรณ์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในรอบสูงๆ
3. กินน้ำมันเครื่อง - เพื่อหล่อลื่นเอเป็กซ์-ซีล และซีลด้านข้างของโรเตอร์ น้ำมันเครื่องจึงถูกฉีดเพื่อเคลือบผนังเฮาส์ซิ่งโดยตรง (ห้องเผาไหม้) ดังนั้นเครื่องยนต์โรตารีจึงกินน้ำมันเครื่องมากกว่าเครื่องยนต์ลูกสูบชักอยู่พอสมควร
และด้วยเหตุผลที่ว่า โรตารีเป็นเครื่องยนต์ที่กินทั้งน้ำมันเชื้อเพลิงและน้ำมันเครื่อง ทำให้มันถูกตีตราว่าเป็นเครื่องยนต์ที่ “ไม่มีความรักษ์โลก” เอาซะเลย... เป็นผลให้ Mazda ถูกกดดันอย่างหนักในตลาดของประเทศที่พัฒนาแล้ว โดยเฉพาะอย่างยิ่งในประเทศอเมริกา ที่เข้มงวดในเรื่องของ “มลพิษไอเสีย” เหนือสิ่งอื่นใด… เพราะเหตุนี้ ...ในที่สุดแล้ว Mazda จึงตัดสินใจ ยุติการผลิตเครื่องยนต์โรตารีอย่างน่าเสียดายในปี 2011...
สำหรับข่าวแว่วๆ เกี่ยวกับรถสปอร์ตตระกูล RX ของ Mazda นั้น ก็เริ่มจะส่อเค้าว่าจะเป็นเรื่องจริงมากขึ้นเรื่อยๆ เมื่อผู้บริหารระดับสูงของ Mazda Motor Corporation ได้ตัดสินใจเดินหน้าพัฒนารถสปอร์ต โดยจะใช้ชื่ออย่างเป็นทางการว่า Mazda RX-9 ซึ่งคาดว่าจะสามารถจำหน่ายอย่างเป็นทางการได้ช่วงเดือนมกราคมปี 2020
นอกจากนั้น ยังมีความเป็นไปได้ค่อนข้างสูงว่า RX-9 จะมาพร้อมกับเครื่องยนต์ ROTORY ภายใต้เทคโนโลยีที่มีชื่อว่า SKYACTIV-R ก็คงต้องรอดูกันไปยาวๆ ล่ะครับ ...สำหรับบทความนี้ ก็ขอจบแต่เพียงเท่านี้นะครับ หวังเป็นอย่างยิ่งว่าท่านผู้อ่านจะได้รับประโยชน์ไม่มากก็น้อย และท่านผู้อ่านสามารถติดตาม บทความยานยนต์แบบเจาะลึก ได้โดยตรงที่ แฟนเพจ Joh's Autolife ได้เลยครับ รับรองว่ามีอะไรมันส์ๆ มานำเสนออีกแน่นอน!
ความคิดเห็น
แสดงความคิดเห็น