ปัจจุบัน ความท้าทาย ในการพัฒนารถยนต์ คือ ความพยายาม ทำให้รถมีประสิทธิภาพในการทำงานมากขึ้น เครื่องยนต์ไฮบริดกลายเป็นมาตรฐานใหม่ในโลกวันนี้ และพวกมัน ถูกพัฒนาให้มีความสามารถ ในการทำงานแบบ Atkinson Cycle ซึ่งน้อยคนจะรู้เรื่องนี้
Atkinson Cycle คือ รูปแบบการทำงานของเครื่องยนต์สันดาป ภายในแบบ 4 จังหวะคิดค้นและพัฒนาขึ้นโดย James Atkinson ตั้งแต่ปี 1882 ด้วยความมุ่งมัน ในการทำให้เครื่องยนต์มีประสิทธิภาพในการใช้น้ำมันมากที่สุด โดยการลดแรงเสียดทานกำลังและเพิ่มส่วนผสมระหว่างอากาศกับน้ำมันให้บางลงและมีประสิทธิภาพมากขึ้น (ข้อมูลจาก Wikipedia)
ในยุคก่อนเครื่องยนต์ Atkinson Cycle ไม่ได้มีบทบาทสำคัญมากมายนัก จนกระทั่งในช่วงยุค 90 เป็นต้นมา เมื่อทางโตโยต้า ต้องพัฒนาระบบขับเคลื่อน สำหรับรถยนต์ในศตรรษอนาคตข้างหน้า ตามวิสัยทัศของ CEO บริษัท ตัดสินใจในการพัฒนา เครื่องยนตืที่ทำงานอย่างผสมผสาน กับการขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ไฟฟ้า หรือ ที่เรารู้จัก กันในยุคนี้ ว่าเครื่องยนต์ไฮบริด
วิศวกร ได้ตัดสินใจว่า จะพัฒนาเครื่องยนต์ให้มีประสิทธิภาพประหยัดน้ำมัน สูงที่สุด (อ้างอิง จาก การพัฒนา Prius) ท้ายที่สุด ได้ตัดสินใจ เอามอเตอร์ไฟฟ้ามาให้กำลังขับในช่วงความเร็วต่ำ จึงสามารถชดเชย ข้อด้อยของ เครื่องยนต์ Atkinson ในอดีต ที่มีกำลัง และการตอบสนองไม่ดีในรอบ หรือ ช่วงความเร็วต่ำ
เทคโนโลยี Atkinson Cycle เริ่มกว้างขวางมากขึ้นในยุคระบบวาล์วแปรผันเฟื่องฟู เมื่อสามารถควบคุมการไหลเวียนของอากาศลารจุดระเบิดได้ ด้วยการโปรแกรม ผ่านกล่องสมองกล ควบคุมการจ่ายน้ำมัน
บริษัทรถยนต์จำนวนไม่น้อยสามารถพิชิตการเปลี่ยนวิธีการทำงานของเครื่องยนต์ในระหว่างการขับขี่ สามารถสลับไปมา ระหว่าง Otto Cycle (การทำงานแบบปกติ) กับ การทำงานแบบ Atkinson Cycle ซึ่งมีความสามารถในการใช้น้ำมันอย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น หรือ อย่างน้อยสุด ก็สามารถทำได้ใกล้เคียง มากขึ้น
ถ้าเปรียบเทียบระหว่างการกัน แม้ว่าจะเป็นการทำงานแบบ 4 จังหวะ เหมือนกัน แต่เครื่องยนต์แบบ Atkinson Cycle จะมีการเปิดวาล์วไอดีไว้สั้นกว่า ขณะที่เครื่องยนต์แบบนี้ตะทำการเปิด วาล์วไอดี นาน 20-30% d;jkการทำงานของเครื่องยนต์ปกติ ด้วยเหตุผลสำคัญ 2 ข้อ คือ
- ทำให้อากาศไหลเวียนเข้าเครื่องยนต์ต่อเนื่อง และช่วยลดความร้อนในกระบอกสูบ
- ลดการสูญเสียกำลังในขั้นตอน การเลื่อนลูกสูบ หรือที่เรียกว่า Pumping Loss
ความแตกต่างเพียงการเปิดวาล์วค้างไว้จนกว่าลูกสูบจะเลื่อนขึ้นมาถึงจังหวะใกล้จุดระเบิด ทำให้อากาศบางส่วนสามารถหนีออกไปจากห้องเผาไหม้ได้ ช่วยให้ค่าการแลกเปลี่ยนอุณหภูมิเครื่องยนต์ดีขึ้นด้วย รวมถึงแรงดันในการเลื่อนลูกสูบก็น้อยลง มีผลต่อการทำงานที่ดีในภาพรวมยิ่งขึ้น
แต่มีปัญหาที่เดิม ระบบนี้ ไม่ถูกนำมาใช้มากนัก เนื่องจากว่า กำลังเครื่องยนต์ในช่วงรอบเครื่องต่ำจะไม่ดีเอาเสียเลย ขับแล้วอืด เร่งไม่ออก ไม่ตอบโจทย์ แต่มันก็มีดีแลกมา นั่นคือ ประสิทธิภาพการประหยัดน้ำมันเวลาขับเคลื่อนดีกว่า วิะีการสันดาปดั้งเดิม (ข้อมูลจาก Science Direct)
นอกจากนี้ในอดีต การพัฒนาเครื่องยนต์แบบนี้ทำได้ยาก เนื่องจาก จังหวะสุดท้ายมีความใกล้กันมาก จน วิศวกร บางคน อาจจะเรียกว่าเครื่องยนต์นี้ ว่า เครื่องยนต์ 3 จังหวะ
แต่ปัจจุบัน ด้วยเทคโนโลยีสมัยใหม่ อย่างการควบคุมการทำงานหัวฉีด ,รวมถึง ระบบวาล์วแปรผัน ด้วยระบบคอมพิวเตอร์ ภายในรถ ทำให้ง่ายต่อการพัฒนา และควบคุม จังหวะ อากาศเข้าออก ห้องเผาไหม้มากขึ้น จนได้รับความนิยมมากขึ้น
แต่ประเด้นสำคัญเลย คือ การทำงานแบบ Atkinson cycle นั้นมีประสิทธิภาพสูงในการทำงาน โดยเฉพาะประสิทธิภาพ Thermal Efficientcy เมื่อประกอบกับ ความเข้มงวดในการลดการปล่อยไอเสีย ทั่วโลก ทำให้ รถยนต์ไฮบริดได้รับความนิยมมากขึ้น
และด้วย มอเตอร์ไฟฟ้าเอง ก็สามารถเข้าขาได้ดีกับเครื่องยนต์แบบนี้ ซึ่งมีข้อด้อยสำคัญ คืออืดในความเร็วต่ำ เมื่อรวมกัน มันจึงตอบสนองการขับขี่ และการใช้งานได้ จนไม่แปลกที่ รถไฮบริด ทั้งหมด จะใช้วิธีการแบบนี้ในการให้พลังขับ แทบน วิะีการ แบบ Otto Cycle ดั้งเดิม
ทว่าในอนาคตเราคงจะได้เห็นเครื่องยนต์ปกติที่สามารถสลับการทำงานได้มากขึ้น เนื่องจากเครื่องยนต์ที่ทำงานในสไตล์ แอทคินสันมีความสามารถในแง่การใช้พลังงานอย่างมีประสิทธิภาพมากกว่า และวันนี้มันอาจจะอยู่ใกล้ตัวพวกเรามากกว่าที่คิดก็ได้
