นับตั้งแต่ Ferrari ได้นำ 126 CK เปิดตัวต่อสื่อมวลชนเป็นครั้งแรกในระหว่างการฝึกซ้อมที่สนามแข่งอิตาเลียนกรังด์ปรีซ์ ปี 1980 ที่เมืองอิโมลา โดยมี Gilles Villeneuve นักขับในทีมม้าลำพองเป็นผู้ขับทดสอบ หลังมีข่าวลือจากมาราเนลโลว่า Ferrari จะเลิกใช้เครื่องยนต์ 3 ลิตรแบบไม่มีระบบอัดอากาศ สำหรับการแข่งขันฟอร์มูลาวัน ขุมกำลังที่เข้ามาแทนก็คือ เครื่องยนต์ 1.5 ลิตร พร้อมระบบอัดอากาศเทอร์โบ โดยใช้เทอร์โบชาร์จแบบกังหันเทอร์ไบน์ไอเสีย หลังจากเปลี่ยนขุมกำลังใหม่ในปี 1980 ทีม Ferrari ที่ใช้เครื่องเทอร์โบชาร์จ ก็คว้าชัยชนะในการแข่งขันครั้งแรกที่สนามโมนาโก ในเดือนพฤษภาคม 1981 ถือเป็นความสำเร็จสำหรับเครื่องยนต์ที่ออกแบบใหม่หมดและยังไม่ได้ทำการทดสอบประสิทธิภาพตามเกณฑ์
...
ในความเป็นจริงที่เกิดขึ้นจากประวัติการแข่งขัน F1 เครื่องยนต์ V8 ของ Ferrari ยังไม่ค่อยดีเท่าที่ควร แน่นอนว่าช่างเครื่องในมาราเนลโลนั้นคุ้นเคยกับการปรับแต่งเครื่องยนต์ V12 แต่เครื่อง 12 กระบอกสูบนั้นซับซ้อนและเทอะทะไปหน่อย ส่วนเครื่องยนต์ 1.5 ลิตร ของ 126 CK ซึ่งเป็นเครื่องยนต์ V6 รุ่นใหม่ขนาดกะทัดรัด เบาและแรงเอาเรื่อง จุดที่เหนือกว่าเครื่อง V12 ก็คือ ระบบอัดอากาศเทอร์โบ วิศวกรของ Ferrari ติดตั้งชุดเทอร์โบชาร์จเจอร์ KKK สองชุด หรือเรียกง่ายๆ ว่ามีหอยถึงสองตัว ไว้ที่ด้านบนของเครื่องยนต์ ใกล้กับผนังด้านหลังของถังเชื้อเพลิง นั่นโคตรเสี่ยงและทำให้เกิดความร้อนสะสมในบริเวณที่มีวัสดุป้องกันการแพร่ความร้อน ระบบท่อทางต่างๆ ดูเหมือนเป็นฝันร้ายของงานออกแบบทางวิศวกรรม ท่อเชื้อเพลิง ท่อเวคคัม ท่อระบาย ท่อระบบหล่อเย็น และอรีกสารพัด แต่การทดสอบที่สนามอีโมลาเมื่อเดือนกันยายน 1980 สร้างความประทับใจให้กับผู้บริหาร เครื่อง V6 เร็วรอบได้รุนแรงกว่าเครื่องยนต์ V12 T5 flat-12 ตัวเก่า เสียงเครื่องยนต์เหมือนเครื่องเทอร์โบรุ่นเก่าของเรโนลต์ ค่อนข้างทื่อๆ เรียบๆ มีเสียงแผดดังสนั่นและมีอาการสะดุดเมื่อเร่งความเร็ว ต่อเมื่อไอเสียทำให้กังหันเทอร์ไบน์หมุนไปยังรอบสูงสุด และคอมเพรสเซอร์ก็หมุนเพื่ออัดไอดีเข้าไปในช่องรับอากาศ (ตั้งแต่ 20-35 ปอนด์/ตารางนิ้ว) เสียงเครื่องยนต์ในรอบสูงสุดเหมือนสัตว์ร้ายที่กำลังเกรี้ยวกราด นั่นเป็นคำอธิบายที่ไม่ต้องแปรความหมายใดๆอีกแล้ว
การเปิดตัว Ferrari F1 เครื่อง V6 Twin Turbo เป็นครั้งแรกนั้น ทีมสคูเดอเรียแสดงให้เห็นว่าเครื่องใหม่ตัวนี้ ยังไม่พร้อมสำหรับการแข่งขัน และไม่มีความตั้งใจที่จะนำไปแข่งในอเมริกา แน่นอนว่ามันจะพร้อมสำหรับฤดูกาล 1981 มีข้อมูลมากมายจากอิตาลีที่บอกว่าเครื่องยนต์ Ferrari เทอร์โบวิ่งเร็วมาก และ “อาการหน่วงของคันเร่ง” ซึ่งเป็นปัญหาร้ายแรงที่เครื่องยนต์จะชะลอความเร็วลงเมื่อแรงดันไอเสียลดลง ถูกกำจัดออกไป หนึ่งในผลลัพธ์ดังกล่าว คือ Ferrari ยกเลิกการใช้เทอร์โบชาร์จเจอร์แบบขับเคลื่อนด้วยไอเสีย แล้วหันไปใช้ซูเปอร์ชาร์จเจอร์ Comprex Pressure-wave ที่ขับเคลื่อนด้วยแรงดัน ผลิตโดย Brown Boveri ในสวิตเซอร์แลนด์ เนื่องจากชุด Comprex ขับเคลื่อนด้วยสายพานแบบฟันเฟืองโดยตรงจากเครื่องยนต์ ทำให้ชุด Comprex ไม่สามารถลดความเร็วลงเมื่อคนขับยกคันเร่ง เช่นเดียวกับเครื่องยนต์เองก็ไม่ลดรอบความเร็วเครื่องลงเช่นกัน เมื่อทีมงานม้าลำพองเดินทางมาถึงลองบีชเพื่อลงทำการแข่งขันกรังด์ปรีซ์แรกในรายการ FIA World Championship ดูเหมือนว่าซูเปอร์ชาร์จเจอร์ Comprex Pressure-wave จะเป็นไปตามที่คาดหวังไว้ แม้ว่าจะมีระบบเทอร์โบชาร์จเจอร์ KKK ติดตัวมาด้วยก็ตาม
...
ปรากฏว่าระบบ Comprex เกิดปัญหาให้แก้ใขกันหูตาแหก หลังจากนั้นก็ถูกยกเลิกก่อนการฝึกซ้อมจะสิ้นสุดลง ทีมม้าลำพองตัดสินใจหันไปใช้ชุดเทอร์โบคอมเพรสเซอร์แบบใช้ไอเสียที่ผลิตโดย Kuhnle, Kausch & Kopf (KKK) นั่นทำให้ Ferrari F1 126C เครื่องเทอร์โบออกตัวจากจุดสตาร์ทได้เร็วและแม่นยำกว่า Renault F1 เครื่องเทอร์โบ เมื่อ Villeneuve ขึ้นนำในโค้งหักศอกแรกที่สนามลองบีช เสียงเครื่องยนต์ 126C ฟังดูจัดจ้านสุดๆ และเมื่อเข้าโค้ง เครื่องยนต์รุ่นใหม่ก็เร็วพอๆ กับเครื่อง V8 ของ Cosworth หรืออาจจะเร็วกว่าด้วยซ้ำ ระหว่างการฝึกซ้อม เมื่อมองไปที่ส่วนท้ายของรถแข่งที่กำลังวิ่นผ่าน จะเห็นแสงสีส้มสว่างวาบขึ้นมาถึงสองดวง แสงสว่างสีส้มเกิดขึ้นเมื่อนักแข่งยกคันเร่ง และไฟสีส้ม คือไฟที่กำลังลุกไหม้อยู่ในท่อไอเสีย ไม่ใช่ที่ปลายท่อด้วยซ้ำ แต่ลึกลงไปถึงชุดกังหันเทอร์ไบน์ที่ร้อนจัดจนแดงโร่ ทันทีที่นักแข่งเปิดคันเร่งปลายโค้ง ไฟสีส้มที่ท่อก็หายไป และวิธีที่รถ Ferrari 126C ออกตัวจากกริดสตาร์ทนั้นชัดเจนว่าไม่มี "อาการหน่วงคันเร่ง" เกิดขึ้นแม้แต่น้อย ทั้งๆที่ในยุคนั้นยังไม่มีเทอร์โบไฟฟ้าป้องกันอาการแล็กด้วยซ้ำ!
...
โดยพื้นฐานแล้ว ปัญหาของเทอร์โบชาร์จเจอร์แบบขับเคลื่อนด้วยไอเสียก็คือ เมื่อยกคันเร่ง แรงดันไอเสียที่ลดลงจะทำให้กังหันทำงานช้าลง ส่งผลให้คอมเพรสเซอร์อัดอากาศทำงานช้าลงไปด้วย และแรงดันในท่อร่วมไอดีก็ลดลงเช่นกัน จนกว่าไอเสียจะมีแรงดันมากพอที่จะสามารถหมุนกังหันกลับมาที่ความเร็วทำงานได้ คอมเพรสเซอร์ถึงจะส่งแรงดันไอดีที่ต้องการไปยังท่อร่วมไอดีได้ มีวิธีการบางอย่าง เพื่อทำให้กังหันเทอร์ไบน์ทำงานที่ความเร็วสูงสุด หรือใกล้เคียงกับความเร็วสูงสุด แน่นอนว่า การขับเคลื่อนกังหันเทอร์ไบน์เชิงบวก ช่วยแก้ปัญหาแรงดันเทอร์โบได้ แต่การขับเคลื่อนดังกล่าว กลับดูดซับพลังงานและขัดขวางเป้าหมายหลักของเทอร์โบชาร์จ หลักการที่ Ferrari ใช้ คือ แนวคิดทำให้กังหันเทอร์ไบน์ทำงานเป็นกังหันพลังงานเมื่อเผชิญกับแรงดันไอเสียต่ำ ซึ่งทำได้โดยการปรับให้กังหันเทอร์ไบน์กลายเป็นกังหันก๊าซเมื่อปิดคันเร่ง
...
เมื่อปิดคันเร่ง อากาศที่อัดควบแน่น จะยังคงอยู่ในท่อร่วมไอดี แม้ว่าแรงดันจะลดลงอย่างรวดเร็วเมื่อคอมเพรสเซอร์ทำงานช้าลง แรงดันอากาศที่เหลือ ถูกป้อนผ่านวาล์วเข้าไปยังท่อทางเข้ากังหันเทอร์ไบน์ และส่งต่อไปยังใบพัดหรือครีบเทอร์ไบน์ที่มีอุณหภูมิสูง ก๊าซที่ยังไม่เผาไหม้จากกระบอกสูบที่บรรจุเชื้อเพลิง จะไหลผ่านระบบไอเสีย เนื่องจากระบบหัวฉีดน้ำมันเบนซินของ Ferrari ถูกปรับตั้งให้ทำงานอย่างต่อเนื่อง ดังนั้น หากปรับความเข้มข้นของส่วนผสมและอุณหภูมิภายในกังหันเทอร์ไบน์ให้มีความเหมาะสม (นั่นแม่งโคตรยาก) การเผาไหม้ภายในกังหันเทอร์ไบน์ก็จะขยายตัว และทางออกเดียวคือการหมุนกังหันและระบายออกทางท่อไอเสีย ดังนั้น ขณะที่กังหันกำลังจะชะลอตัวลดความเร็วลง เนื่องจากแรงดันก๊าซไอเสียจากเครื่องยนต์ลดลง การเผาไหม้ในลักษณะดังกล่าวจึงเกิดขึ้น ชุดกังหันเทอร์ไบน์จะกลายเป็นกังหันก๊าซ และคอมเพรชเซอร์จะถูกอัดอากาศกลับเข้าสู่ความเร็วปกติ ท่อร่วมไอดีจะถูกเติมด้วยอากาศแรงดันสูง ผสมคลุกเคล้ากับปริมาณเชื้อเพลิงที่ถูกต้อง และพร้อมทันที่จะระเบิดออกมาเป็นพลังงานมหาศาล ซึ่งก็คือ เมื่อคนขับเปิดคันเร่งอย่างเต็มที่นั่นเอง
ฟังดูง่าย แต่ไม่ต้องพูดก็รู้ว่าไม่หมู ทุกอย่างดูซับซ้อนและต้องการความเสถียรขณะหมุนในรอบสูงอย่างต่อเนื่องเป็นระยะทางกว่า 300 กิโลเมตรตลอดระยะเวลาของการแข่งขัน อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ของ Marelli ที่วัดปริมาณน้ำมันเชื้อเพลิงไปยังชุดหัวฉีดจึงต้องมีความแม่นยำสูงสุด อย่างที่ทราบกันดีว่า หากส่วนผสมในกังหันเทอร์ไบน์ไม่ถูกต้อง ก็จะไม่มีอะไรเกิดขึ้น หรืออาจเกิดมากเกินไปในเวลาที่ไม่เหมาะสม นอกจากนี้ ส่วนผสมยังต้องอยู่ในกระบอกสูบอย่างถูกต้อง เพื่อเตรียมพร้อมเมื่อเครื่องยนต์เริ่มทำงานเต็มกำลังอีกครั้ง การเชื่อมต่อระหว่างคันเร่งของคนขับ วาล์วเปลี่ยนทิศทางในท่อร่วมไอดี วาล์วผีเสื้อไปยังเครื่องอัดอากาศ ลิ้นปีกผีเสื้อไปยังแต่ละแถวของกระบอกสูบ และการควบคุมชุดวัดปริมาณเชื้อเพลิง อากาศ ล้วนมีความซับซ้อนอย่างยิ่ง ชุดเทอร์โบทั้งสองชุด ติดตั้งอยู่ด้านบนของเครื่องยนต์ ชิดกันแบบติดอยู่บนแผ่นกันความร้อนระหว่างกังหันเทอร์ไบน์และคอมเพรสเซอร์เพื่อความกะทัดรัด
ท่อไอเสียสามท่อจากแถวกระบอกสูบด้านขวา จ่ายลมไปยังกังหันด้านซ้าย และอีกสามท่อจากแถวกระบอกสูบด้านซ้ายจะจ่ายลมไปยังกังหันด้านขวา การสลับข้างกันแบบนั้นย่อมมีเหตุผลของการทำงาน คอมเพรสเซอร์แต่ละตัวจะจ่ายลมเข้าสู่อินเตอร์คูลเลอร์ของตัวเอง ซึ่งติดตั้งอยู่ในฝักด้านข้างบริเวณส่วนหน้าเครื่องยนต์ และจากอินเตอร์คูลเลอร์แต่ละตัว จะมีท่อร่วมไอดีขนาดใหญ่แบบเรียวยาววิ่งไปด้านหลังเพื่อป้อนอากาศไปยังกระบอกสูบทั้งสามในด้านข้างของตัวเอง ใกล้กับทางออกของเครื่องอัดอากาศ มีท่อบาลานซ์พาดผ่านเครื่องยนต์ ตรงกลางเป็นวาล์วที่ปล่อยอากาศเข้าสู่ท่อไอเสีย ผ่านท่อแยกที่ต่อเข้ากับท่อร่วมของกังหัน แค่นึกภาพตามก็ปวดประสาทซะแล้วละครับ
ท่อร่วมไอดีทำจากอะลูมิเนียมและท่อไอเสียก็ทำจากเหล็กทนความร้อนอินโคเนล การเชื่อมต่อทั้งสองเข้าด้วยกัน ทำให้นักออกแบบบางคนเจอเข้ากับอาการมึนตึบปวดหัวได้! อากาศที่ไหลเข้าสู่เครื่องอัดอากาศจะไหลลงมาจากด้านบนของตัวถังส่งตรงไปยังท่อรูปตัวแอลสำหรับแต่ละชุด และที่ทางเข้าของท่อร่วมไอดีรูปตัวแอลแต่ละอัน จะมีวาล์วปีกผีเสื้อแบบธรรมดา วาล์วปีกผีเสื้อเหล่านี้ ติดตั้งอยู่บนแกนหมุนร่วมที่ควบคุมจากระบบเชื่อมต่อจากสายเคเบิลที่วิ่งไปข้างหน้า ไปยังแป้นเหยียบใน Cockpit สายเคเบิลนี้ ทำหน้าที่ควบคุมเพลาไขว้ด้านหน้าเครื่องยนต์ ซึ่งลิ้นปีกผีเสื้อ จะเลื่อนไปข้างหน้าและข้างหลัง ทำงานในท่อร่วมไอดีของแต่ละแถวของกระบอกสูบใกล้กับฝาสูบ สไลด์ด้านซ้าย ยังทำหน้าที่ควบคุมการเชื่อมต่อกับชุดวัดน้ำมันเชื้อเพลิงซึ่งติดตั้งอยู่ด้านหลังเครื่องยนต์ จากเพลาขวางที่เชื่อมต่อวาล์วปีกผีเสื้อทั้งสองตัวที่ทางเข้าคอมเพรสเซอร์ ก้านสูบ จะวิ่งลงไปยังวาล์วในท่อปรับสมดุล ซึ่งจะเปิดออกเมื่อวาว์ลตัวอื่นๆ ปิด สิ่งที่ยังไม่ทราบแน่ชัดก็ คือ ความสัมพันธ์จากการทำงานแบบเปิด-ปิด ระหว่างวาล์วลิ้นปีกผีเสื้อ วาล์วระบายไอเสีย สไลด์คันเร่ง และชุดวัดปริมาณอากาศและเชื้อเพลิง !
การทำงานของระบบนี้ เห็นได้ชัดจากรถแข่ง Ferrari 126CK ที่เร่งเครื่องและออกจากโค้ง ชัยชนะที่โมนาโก เริ่มชัดเจนขึ้น อาจสงสัยว่าทำไมทีม Renault ถึงไม่ใช้ระบบเดียวกันนี้ แต่การศึกษาโครงร่างของเครื่องยนต์ V6 แบบคร่าวๆ แสดงให้เห็นว่า ในเชิงกลไกแล้ว ระบบนี้ไม่สามารถทำได้ พวกเขาแยกชุดเทอร์โบสองตัวออกจากกันอย่างสมบูรณ์ โดยแต่ละตัวอยู่คนละด้านของเครื่องยนต์ เทอร์โบแต่ละตัว มีวาล์วระบายแรงดันส่วนเกิน (เวสท์เกต) ของตัวเอง เพื่อให้ทำงานแยกจากกัน ยกเว้นวาล์วปีกผีเสื้อที่เชื่อมต่อกับคอมเพรสเซอร์ ถ้าใครได้ยินเสียงวาล์วระบายแรงดันของเครื่องยนต์รุ่นนี้ จะต้องหลงรักมันอย่างแน่นอนที่สุด
การเชื่อมต่อเข้าด้วยกัน ในรถแข่งม้าลำพองยุค 1980 ระบบระบายแรงดันไอเสีย (เวสท์เกต) จะเป็นชุดเดียวตรงกลาง ป้อนแรงดันจากกังหันทั้งสองตัว พร้อมสกรูปรับเพียงตัวเดียว ทีม Renaul สามารถใช้ระบบนี้กับเครื่องยนต์แต่ละรูปแบบได้ แต่ก็พบกับความยุ่งยากมากกว่าความสำเร็จ เพราะอาจสร้างแรงดัน 30 ปอนด์/ตารางนิ้ว (psi) ที่กระบอกสูบหนึ่งชุด และเพียง 28 ปอนด์/ตารางนิ้ว (psi) ที่อีกชุดหนึ่ง ขึ้นอยู่กับว่ากังหันเทอร์ไบน์ "ติดไฟ" มากแค่ไหน ซึ่งอาจทำให้เครื่องยนต์ทำงานได้ไม่เต็มประสิทธิภาพ! นอกจากนี้ ทีม Renault ไม่ได้ใช้ลิ้นเร่งแบบสไลด์ใกล้กับฝาสูบ ซึ่งอาจเป็นส่วนสำคัญในชัยชนะของทีม Ferrari.
อาคม รวมสุวรรณ
E-Mail chang.arcom@thairath.co.th
Facebook https://www.facebook.com/chang.arcom
https://www.facebook.com/ARCOM-CHANG-Thairath-Online-525369247505358/