เครื่องยนต์สำหรับอนาคต

[loveyou]

เครื่องยนต์สำหรับอนาคต
ได้มีการกล่าวถึงการพัฒนาการของเครื่องยนต์และหนทางของเครื่องยนต์เพื่อใช้ในรถยนต์และรถบรรทุก ตลอดจนแม้กระทั่งเรือเดิน สมุทร แต่เป็นที่น่าสังเกตอยู่อย่างว่า จะไม่มีวิศวกรใด ๆ พูดถึงการที่จะเปลี่ยนแปลงเครื่องยนต์ในอากาศยานเลย ไม่ว่าจะเป็น Hybrid หรือการใช้เชื้อเพลิงอื่น ๆ มาทดแทนเชื้อเพลิงและเครื่องยนต์ที่ใช้มันเหมาะสมกันดีอยู่แล้ว การพัฒนาของเครื่องยนต์เครื่องบิน ก็เป็นแต่ เพียงทำให้มีประสิทธิภาพสูงขึ้น ให้สามารถเปลี่ยนพลังงานจากน้ำมันเชื้อเพลิงมาเป็นเชื้อพลังงานขับเคลื่อน ให้ได้มากที่สุด ซึ่งก็ได้เห็น ผลดีขึ้นเป็นลำดับ จากเครื่องยนต์เจ็ตรุ่นแรก ๆ มีขีดความสามารถในการเปลี่ยนพลังงานได้แค่ 16% จนมาถึงทุกวันนี้อยู่ในเกณฑ์กว่า 40% แล้ว นับได้ว่าประสิทธิภาพสูงกว่าเครื่องยนต์ลูกสูบแล้วในเวลานี้ ทำให้สามารถสร้างให้มีพิสัยการบินยาวไกลขึ้นกว่าเดิมมาก และ สามารถลดค่าใช้จ่ายในการเดินทาง จนกระทั่งทำให้ราคาค่าโดยสารไม่ได้สูงขึ้นจากเมื่อ 40 ปีที่แล้ว

แต่สำหรับวิศวกรเครื่องยนต์ ในวงการอื่น กลับดิ้นรนเพื่อพัฒนาโน่นนี่ แทนที่จะพัฒนาต้นกำเนิดของเครื่องแปลงพลังงานให้มันดีกว่านี้ เพราะตั้งแต่เครื่องยนต์สันดาปภายในชนิดลูกสูบได้ มีการตั้งทฤษฎีไว้ว่า มีประสิทธิภาพอยู่ในเกณฑ์ 30-39% ตั้งไว้ตั้งหนึ่งร้อยปีมาแล้ว มันก็ยังไปไม่ถึงไหน เป็นจริงอยู่อย่างหนึ่งว่า เครื่องยนต์ชนิดลูกสูบเหล่านี้มันเหมาะสมที่สุดแล้ว ด้วยปัจจัยหลายๆ อย่างมาผสมรวมกัน แต่ก่อนยังไม่ค่อยแน่ใจกัน ก็เลยมีการลองของ ตั้งแต่อยู่ในขั้นของห้องปฏิบัติการ จนแล้วจนรอด ก็คลอดไม่ออกก็มี เช่น เครื่องยนต์กังหัน ก๊าซเทอร์ไบน์ ซึ่งเคยคิดกันว่ามันเป็นเครื่องยนต์ที่แปลงพลังงานได้มาก เช่น เครื่องยนต์ที่มีน้ำหนักแค่ 100 กก. สามารถให้แรงม้าได้กว่า 600 แรง ซึ่งฟังดูก็น่าสนใจ เพราะเครื่องยนต์ลูกสูบขนาด 600 แรงม้า แบบตลอดเวลาได้นั้น จะมีน้ำหนักกว่า 1,000 กิโล เรียกว่าเป็นสิบ เท่าตัวเลยทีเดียว

     แต่ข้อด้อยของกังหันก๊าซเทอร์ไบน์นั้นมีอีกมาก ตั้งแต่อัตราเร่งไม่ดีเอามาก ๆ อีกทั้งการฉุดจากเครื่องยนต์ เมื่อต้องการลดความเร็วก็มีน้อย และเครื่องยนต์มีรอบการทำงานที่แคบ จากเดินเบาจนถึงแรงม้าสูงสุด มันเพิ่มรอบเครื่องไปเพียงแค่ 10% เท่านั้น อีกทั้งยังรับ ประทานเชื้อเพลิงมากเป็นพิเศษ ในที่สุดโครงการก็ต้องเลิกรากันไป คือ ตายในท้อง
สำหรับเครื่องยนต์ที่เคยฮือ ฮากันมากก็คือ เครื่องยนต์โรตารี่ นี่ก็เป็นเวลาล่วงเลยมา 30-35 ปีมาแล้ว ซึ่งในยุคสมัยนั้นก็ได้มีการ ประโคมข่าวกันอย่างหนัก จนทำให้มีหลายต่อหลายบริษัทผู้ผลิต ออกมาซื้อลิขสิทธิ์ของเครื่องโรตารี่นี้ไปพัฒนาต่อ เรียกว่าบริษัทยักษ์ ใหญ่ทั้งหมดต้องให้ความสนใจ แม้กระทั่งโรลส์-รอยซ์ แผนกอากาศยานก็ซื้อสิทธิบัตรไปพัฒนาเป็นเครื่องยนต์เครื่องบิน

     แต่เป็นที่น่าสังเกตอยู่ว่า เจ้าของสิทธิบัตร คือ NSU แวงเคิล หลังจากขายเทคโนโลยีไปได้แล้ว ตัวเองเลิกผลิต และเลิกคิดที่จะพัฒนา อีกต่อไป ดูเหมือนว่าจะขายกิจการรถ NSU ให้กับกลุ่มบริษัทรถโฟล์คสวาเกนไปด้วย ภายในเวลาอีก 2-3 ปี เหล่าบรรดาทั้งหลายที่ซื้อ ลิขสิทธิ์ไป ก็เลิกค้นคว้าและยุติโครงการ คงเหลือแต่เพียงมาสด้า เท่านั้นที่ทนทำมานานกว่า 30 ปี ประเภทนี้ก็อยู่ในรายการคลอดแล้วก็ ตาย หรือคลอดแล้วเลี้ยงไม่โต
ยังมีอีกหลายต่อหลายโครงการ ที่พยายามนำเสนอ ตั้งแต่เครื่องยนต์ใช้ก๊าซไฮโดรเจน ทั้งเอาไปใช้สันดาปแบบเครื่องยนต์ที่ใช้ทุกวันนี้ และการแปรรูปเป็นพลังงานไฟฟ้าโดยตรง ที่รู้จักกันว่า Fuel Cell หรือไทยเรียกว่าเซลล์เชื้อเพลิง แล้วก็วิ่งด้วยมอเตอร์ไฟฟ้าอย่างเดียว แต่ปัญหาของไฮโดรเจนคือ การเก็บรักษา เพราะมันมีคุณสมบัติต่างกับธาตุอื่น ๆ มาก เช่น มีโมเลกุลที่มีขนาดเล็ก จนสามารถซึมผ่านโลหะ ที่เป็นเหล็กได้ ถังเก็บไฮโดรเจนจึงต้องมีการใช้โลหะทึบหลายชนิดหุ้มกันเป็นชั้น ๆ แม้จะได้ชื่อว่าเป็นเชื้อเพลิงที่มีพลังงานต่อน้ำหนักสูง ที่สุด คือ ถึง 6000 บีทียู/ปอนด์น้ำหนัก ซึ่งเทียบกับเบนซินอยู่แถว ๆ 18000 บีทียู/ปอนด์น้ำหนัก แต่ไฮโดรเจนน้ำหนัก 1 ปอนด์ กินพื้น ที่มาก ถ้าอยู่ในลักษณะของก๊าซก็ต้องอัดกันหนัก ถึงร่วมหมื่นปอนด์/ตารางนิ้ว มันเป็นประมาณอีกสองเท่าของ NGV เลย คือ NGV ไทย จะอัดเต็มที่ประมาณ 3600 ปอนด์/ตารางนิ้ว
ส่วนอีกแนวทางก็คือ การใช้ไฮโดรเจนเหลว พวกนี้ก็อยู่ในความเย็นจัดเกิน -200 องศาเซลเซียส ถึงจะอยู่ในของเหลวได้ จะมาใช้กับ รถยนต์ก็คงยากสักหน่อย เพราะต้องให้ได้มีการระบายใช้ตลอดเวลา มิฉะนั้นความร้อนที่เพิ่มขึ้นก็จะกลายเป็นแรงดัน จนเกิดการระเบิดได้ การใช้ไฮโดรเจนวิธีนี้คือ ในกิจการของการส่งยานอวกาศเสียเป็นส่วนใหญ่

     การเติมเชื้อเพลิงจึงต้องเติมในเวลาสุดท้ายก่อนเดินทาง เรียกว่าเต็มแล้วต้องไปทันที ถึงจะมีการดูแลโดยวิศวกรผู้รู้เต็มไปหมด ก็ยังไม่ วายที่จะเกิดปัญหา เพราะเป็นก๊าซที่ไวไฟมาก จึงเกิดอุบัติเหตุระเบิดบ่อยครั้ง และในยุคสมัยหนึ่งถึงต้องเลิกใช้ มาใช้น้ำมันก๊าดแทนอยู่ หลายปี
จากประสบการณ์ส่วนตัวที่เคย ร่วมโครงการที่มหาวิทยาลัย Northrop U. คือ การร่วมการแข่งขันรถที่มีมลพิษน้อย ก็ได้ใช้แนวทาง การใช้เชื้อเพลิง H2 เป็นหลัก เพราะเชื้อเพลิงชนิดนี้ เมื่อสันดาปแล้วก็จะกลายเป็นน้ำ ดังนี้ ไอเสียที่ออกมาก็เป็นแต่น้ำหล่อไอเสียเท่านั้น แต่ การทำงานจริงก็เจออุปสรรคมากมาย แม้กระทั่งจานจ่ายยังระเบิดบ่อย ซึ่งตอนหลังมาจับได้ว่า ไฮโดรเจนที่มันซึมผ่านแหวนลูกสูบลงไป ในอ่างน้ำมันเครื่อง แล้วมันย้อนกลับมาทางแกนเพลาของจานจ่าย เพราะโมเลกุล H2 มันเล็กมาก เมื่อซึมเข้ามาได้ความพอดีกัน ก็อาศัย สปาร์คในจานจ่ายจุดระเบิดให้เสร็จ อันตรายในจุดต่าง ๆ ยังมีอยู่มากจนขนาดที่รองประธานของฟอร์ด สหรัฐอเมริกา ฝ่ายกิจการพัฒนา เครื่องยนต์ Richard Perry Jones ได้ให้สัมภาษณ์ในหนังสือ Auto Technology ไว้ว่า คงไม่ยอมให้ลูกสาวได้นั่งรถที่ใช้เชื้อ เพลิงชนิดนี้

     ใหม่ล่าสุดที่กำลังกล่าวกันถึงก็คือ เครื่องยนต์ระบบ Hybrid ซึ่งเป็นคำที่ฮิตติดตลาดอยู่มาก แม้กระทั่งกล้องถ่ายวิดีโอก็เป็นระบบ ไฮบริดเหมือนกัน ความหมายก็คือ สามารถใช้ได้ทั้ง 2 ระบบ เช่น เป็นการบันทึกด้วยเทปหรือหน่วยความจำในเมมโมรี่ การ์ด หรือยิ่งกว่า นั้นก็มี 3 ระบบไปแล้ว เรียกว่า Hybrid Plus
แต่สำหรับรถยนต์ มันหมายถึงเวลานี้คือการควบรวมพลังงานสองอย่าง คือ พลังจากเครื่องยนต์สันดาปธรรมดากับเครื่องยนต์ไฟฟ้า เป็นไฮบริดธรรมดายังไม่ถึงขั้น Plus แต่ก็ไม่แน่ มันอาจจะพลัสอะไรขึ้นมาอีกในอนาคต เราก็ยังไม่รู้

การทำงานของ Hybrid รถยนต์ก็คือ การควบระบบพลังงานให้อยู่ในจุดที่สูญเสียน้อยที่สุด เพราะเครื่องยนต์ชนิดลูกสูบนี้ มันก็มีจุดที่ ประสิทธิภาพสูงสุดในการแปลงพลังงาน คือ แถว ๆ ที่เครื่องยนต์มีแรงบิดสูงสุด อีกทั้งเวลาต้องการชะลอหรือหยุด พลังงานนี้จะสูญเสีย ไปกับเบรก เป็นความร้อนที่สลายทิ้งไปเฉย ๆ พวกวิศวกรพวกนี้ก็เห็นแก่เล็กแก่น้อย พยายามหางานทำ ก็เลยทำตัวนี้ขึ้นมา ในแบบนี้จึงต้อง มีการควบคุมการส่งและการคืนกำลังกันอย่างซับซ้อน ต้องใช้คอมพิวเตอร์ดูแลกันอย่างใกล้ชิดจึงจะได้ผล การควบคุม การสูญเสียพลังงาน จะมีผลมากหน่อยก็คือ การใช้รถยนต์ในเมืองที่ต้องวิ่ง ๆ หยุด ๆ เท่านั้น ส่วนการเดินทางไกลด้วยความเร็วคงที่ ระบบนี้ก็จะให้ผลน้อย และยังไม่นิยมที่จะพูดกันถึงการสูญเสียทางเศรษฐกิจ เพราะรถยนต์ที่ใช้ระบบนี้จะมีราคาแพงกว่าธรรมดาอยู่มาก รวม ๆ กันแล้วจะคุ้ม หรือเปล่าก็ต้องให้กองหน้า คือ ผู้มีอันจะกินไปทดลองสักระยะยาว ๆ หน่อย จึงจะเห็นผล