หลักการทำงานของเครื่องยนต์ VTEC

รถยนต์ที่มีการเผาไหม้ภายในด้วยน้ำมันเชื้อเพลิงคันแรกของโลกตามบันทึกประวัติศาสตร์เกิดขึ้นในช่วงปี 1886 มีแนวคิดมาจากการเคลื่อนที่ของลูกสูบของรถจักรไอน้ำ โดยเปลี่ยนมาใช้การเผาไหม้น้ำมันเบนซินแทนและจุดระเบิดให้กระบอกสูบเกิดการเคลื่อนที่และนั่นก็กลายเป็นการจุดประกายประวัติศาสตร์ของวงการรถยนต์ของโลกใบนี้จนถึงปัจจุบันด้วย ซึ่งต้องชอขอบคุณบรรพบุรุษของรถยนต์คันแรกนั้นเมื่อสมัยยังมีการทำงานจากเครื่องจักรไอน้ำที่ได้เป็นต้นแบบของรถยนต์คันแรกของประวัติศาสตร์

รถยนต์เผาไหม้ด้วยน้ำมันคันแรกของประวัติศาสตร์

ราว 60ปีให้หลังจากรถยนต์คันแรกของโลก ฮอนด้าบริษัทรถยนต์ที่ยิ่งใหญ่บริษัทหนึ่งของโลกก็ถูกก่อตั้งขึ้น และพัฒนาเครื่องยนต์ต่างๆออกมามากมายหลายรุ่น รุ่นที่เป็นที่นิยมกันอย่างแพร่หลายระดับโลกตราบจนปัจจุบันมีชื่อว่า VTEC จากชื่อเต็มๆว่า Variable Valve Timing and Lift Electronic Control ตีความง่ายๆว่า เป็นระบบวาล์วแปรผันที่เกี่ยวเนื่องกับเวลาและควบคุมด้วยอิเล็กทรอนิกส์ ทีนี้เราจะมาดูกันว่าเจ้า VTEC ของฮอนด้ามันดียังไง โดยผมจะอธิบายกันให้เห็นภาพแบบง่ายที่สุดชนิดที่ไม่เคยมีพื้นฐานวิศวกรรมเครื่องกลก็ยังเข้าใจได้ ดังนี้ครับ

1. เครื่องยนต์แบบ 4 จังหวะ

มันคือพื้นฐานการทำงานของการเผาไหม้เชื้อเพลิงภายใน คิดกันง่ายๆว่าเวลาจะเผาไหม้อะไรสักอย่างต้องมีอะไรบ้าง มีเชื้อเพลิง(น้ำมัน)แน่ๆ และจะจุดไฟติดได้ต้องมีอากาศ และที่จะทำให้การเผาไหม้เกิดขึ้นก็ต้องมีประกายไฟ 3อย่างนี้เมื่อมารวมกันจะเกิดการเผาไหม้(ระเบิด)ขึ้น ทีนี้การระเบิดนั้นจะเกิดแรง เมื่อเราเอาแรงนั้นมาดันอะไรสักอย่างมันน่าจะเคลื่อนที่ได้ ซึ่งในที่นี้เราเอาแรงนั้นมาดันลูกสูบนั่นเอง ที่มันถูกเรียกว่า 4 จังหวะ เพราะมันมี4จังหวะจริงๆจากการทำงานของมัน ดังนี้ครับ               

1. จังหวะดูด หมายถึง มีการเปิดประตู(ลิ้น)ดูดอากาศที่เราเรียกกันว่าไอดีเข้ามาในห้องเผาไหม้
2. จังหวะอัด หมายถึง การเคลื่อนที่ของลูกสูบในห้องเผาไหม้อัดให้ห้องเผาไหม้มีปริมาตรเล็กลง
3. จังหวะระเบิด หมายถึง การพบกันทั้งหมดของอากาศ (ไอดี), ประกายไฟและ น้ำมันเชื้อเพลิง
4. จังหวะคาย หมายถึง คายไอเสียของการระเบิดในจังหวะที่3ออกสู่ภายนอก แล้ววนไปที่จังหวะที่1ใหม่

ภาพการทำงานทั้ง4จังหวะที่ทำให้ลูกสูบเคลื่อนที่

เครื่องยนต์ของรถยนต์4จังหวะบนโลกใบนี้ก็มีพื้นฐานมาจากเรื่องนี้ทั้งสิ้นรวมถึงเครื่องยนต์ของฮอนด้าด้วย แต่ฮอนด้าเขาไม่คิดแค่นั้น เพราะแค่นี้มันก็มีข้อจำกัดหลายอย่าง เช่น ถ้าอยากได้แรงม้าเยอะๆ อยากได้การประหยัดน้ำมันดีๆ อยากได้ประสิทธิภาพสูงๆ จะทำอย่างไรดี จนกลายเป็นที่มาของ...

2. เครื่องยนต์ VTEC

เครื่องยนต์ที่ดีใช้ว่าจะต้องแรงอย่างเดียวมันต้องประหยัดน้ำมันด้วยเรียกว่าใช้ทรัพยากรให้คุ้มค่าที่สุด หลักการของVTECจึงกลายเป็นว่า ในช่วงรอบเครื่องยนต์ต่ำๆก็ใช้อากาศกับน้ำมันน้อยหน่อย ในช่วงรอบเครื่องยนต์สูงก็ใช้อากาศกับน้ำมันมากหน่อย (น้ำมันมากก็ระเบิดแรง ระเบิดแรงก็ได้กำลังมาก) แล้วจะปรับสัดส่วนมากน้อยนั้นอย่างไร ฮอนด้าคิดได้ว่าจะต้องปรับเวลาการปิดเปิดของลิ้นไอดีและไอเสียให้ถูกจังหวะ หากรอบเครื่องยนต์สูงก็เปิดลิ้นไปดีกว้างหน่อย รอบเครื่องยนต์ต่ำก็เปิดลิ้นไอดีน้อยหน่อย(ซึ่งก่อนจะเป็นVTECยังทำแบบนี้ไม่ได้) เกิดความสัมพันธ์กันระหว่างกำลังรถที่ต้องการใช้และการควบคุมการเปิดปิดลิ้นไอดีให้ถูกต้องตามจังหวะ เป็นที่มาของระบบวาล์วแปรผัน(ตามเวลา)นั่นเอง

ความคิดข้างต้นถูกนำมาทำให้เป็นจริงด้วย “ลูกเบี้ยว” ที่มีขนาดไม่เท่ากัน 2ขนาด ขนาดเล็กเวลาหมุนจะไปดันให้กระเดื่องลิ้นไอดีกดตัวลงเป็นระยะสั้นกว่าการใช้ลูกเบี้ยวที่มีขนาดใหญ่ โดยใช้สลักในการควบคุมความสัมพันธ์ของแต่ละลูกเบี้ยวและรอบเครื่องยนต์ เรื่องการปิดเปิดลิ้นไอดีให้ส่วนผสมของอากาศ, น้ำมันเชื้อเพลิงเป็นไปอย่างลงตัวในทุกรอบของเครื่องยนต์ถือเป็นหัวใจสำคัญของเครื่องยนต์ VTEC

ลูกเบี้ยวขนาดเล็ก(ลูกเบี้ยวสีน้ำเงิน)จะทำให้เกิดช่องที่ไอดีไหลผ่านแคบ

ลูกเบี้ยวขนาดใหญ่(ลูกเบี้ยวสีส้ม)จะทำให้เกิดช่องที่ไอดีไหลผ่านกว้างกว่า

เพลาลูกเบี้ยวหรือแคมชาฟท์

3. เครื่องยนต์ i-VTEC

เมื่อได้พื้นฐานการทำงานจาก VTEC แล้ว ฮอนด้ายังคิดต่อ ทำอย่างไรจึงจะได้กำลังสูงๆในขณะที่ใช้น้ำมันน้อยๆ  ความท้าทายนี้นำมาซึ่งคำตอบที่เป็น i-VTEC ที่ย่อมาจาก Intelligent-Variable Valve Timing and Lift Electronic Control ก็คือเติมคำว่า intelligent(ฉลาด) เข้ามาเพราะว่าใช้การคำนวณจากกล่อง Engine-control unit ซึ่งเป็นสิ่งที่ใช้คำนวณทุกปัจจัยที่เกี่ยวข้องกับการขับเคลื่อนลูกสูบให้ได้ประสิทธิภาพสูงสุด โดยเพิ่มการคำนวณเรื่ององศาของแคมชาฟท์ให้แปรผันสัมพันธ์กับทุกๆรอบเครื่องยนต์ เรื่องเวลาในการจุดระเบิด ตำแหน่งของการเปิดปิดลิ้นเร่ง (Throttle) อัตราการปล่อยไอเสีย โดยมุ่งจุดประสงค์ไปที่กำลังเครื่องสูงสุดที่ใช้น้ำมันคุ้มค่าที่สุด เรียกว่าเป็นเวอร์ชั่นอัพเกรดของ   VTEC ที่เน้นประสิทธิภาพของเครื่องยนต์โดยมีการคำนวณทางอิเล็กทรอนิกส์เข้ามาช่วย

ฮอนด้า ซีวิค ตำนานแห่งฮอนด้า

ในตลาดประเทศไทยปัจจุบันเครื่องยนต์ i-VTEC เป็นที่ยอมรับในรถยนต์ฮอนด้าหลายต่อหลายรุ่นครบทุกเซกเมนต์ ตั้งแต่ Honda Brio ไปจนถึง Honda Accord แต่รถรุ่นที่เป็นคู่ขวัญของแบรนด์ฮอนด้าและลูกค้าทั่วโลกคือ ฮอนด้า ซีวิค (Honda Civic) ในตลาดประเทศไทยเองก็ถือกำเนิดมาถึงรุ่นที่10 แล้ว ใช้เวลาสร้างชื่อเสียงมาเกือบครึ่งศตวรรษ ปัจจุบันเครื่องที่เป็น i-VTEC ถูกใช้ในฮอนด้าซีวิคแบบซีดาน เป็นเครื่อง 1.8ลิตร 4กระบอกสูบ โดยแต่ละสูบมีวาล์วเปิดปิดไอดีไอเสียรวม4วาล์วกลายเป็นเครื่องยนต์16วาล์ว ทำงานร่วมกับระบบเกียร์CVT (Continuously Variable Transmission)ทำให้เกิดแรงบิดได้สูงสุด 174นิวตัน-เมตร ที่รอบเครื่องยนต์4,300รอบต่อนาที มีให้เลือก2เกรด คือ1.8E และ 1.8ELส่วนรุ่นที่เป็นเทอร์โบจะมีเครื่องยนต์ที่แตกต่างออกไปเล็กน้อย

Honda Civic Sedan 2018

ภาพรวมของ VTEC

ถึงบรรทัดนี้เพื่อนๆชาว Chobrod น่าจะรู้จักเครื่องยนต์ตระกูล VTEC กันมากขึ้นแล้วนะครับ โดยเริ่มตั้งแต่พื้นฐานการเผาไหม้ภายในของเครื่องยนต์แบบ 4จังหวะ แล้วก็นำมาพัฒนาให้มีประสิทธิภาพมากขึ้นจากการออกแบบแคมชาฟท์และลูกเบี้ยวให้เกิดการแปรผันตามรอบเครื่องยนต์ได้ ตบท้ายด้วยการเพิ่มการคำนวณอย่างชาญฉลาดมากขึ้นจากกล่อง Engine-control Unit โดยเน้นไปที่การเพิ่มประสิทธิภาพของกำลังเครื่องและการประหยัดน้ำมัน กลายเป็น i-VTEC ในที่สุด

เพิ่มเติม

• ซีวิคเมื่อวันวาน ย้อนเปรียบเทียบ Civic 1973 และ Civic 2018
• Five Fact : Honda Civic FC อีกหนึ่งโมเดลที่ดีที่สุดจาก Honda
• สี่งที่คุ้นเคยเเต่หลายคนอาจจะยังไม่ทราบเกี่ยวกับ Honda แบรนด์รถยนต์แห่งความภาคภูมิใจของคนญี่ปุ่น

​ติดตามข่าวสารรถยนต์ เชิญที่นี่ 
ค้นหาข้อมูลรายละเอียดสามารถเข้าดูวีวิวรถ เชิญที่นี่