Rotary Engine

เรียบเรยี งโดยนายชรนิ ทรพ์ งษ์ กุดแก้ว สาขาเทคนิคยานยนต์ วิทยาลัยเทคนิคสุโขทัย

เครื่องยนต์โรตารี (Rotary Engine)ถูกคิดคน้ โดยวศิ วกรชาวเยอรมนั ต้งั แต่ปี 1960 มีชื่อเสียงเรียงนามวา่ Felix Wankel(ฟี ลกิ ซ์ แวนเคลิ ) และเพราะเหตุน้ี เคร่ืองยนตโ์ รตารีจึงมีอีกช่ือหน่ึงวา่ “WankelEngine” (แวนเคลิ เอน็ จิน) นน่ั เองครับ ...โดยแรกเร่ิมเดิมทีน้นั นายฟี ลิกซ์ คิดคน้เคร่ืองยนตโ์ รตารีข้ึนมา กเ็ พราะวา่ เขาตอ้ งการสร้างเคร่ืองยนตท์ ี่มี “การสั่น” นอ้ ยกวา่เคร่ืองยนตแ์ บบลูกสูบ แต่ทวา่ ในปัจจุบนั น้ี นอกจากเคร่ืองยนตโ์ รตารีจะมีการส่ันที่นอ้ ยกวา่ แลว้มนั กไ็ ดร้ ับการพฒั นาจนกระทง่ั มีสมรรถนะที่โดดเด่น รวมไปถึงมีความทนทานเพิ่มข้ึนเทียบเท่ากบั เคร่ืองยนตแ์ บบสูบชกั เลยทีเดียว Felix Wankel (ฟี ลกิ ซ์ แวนเคลิ ) วศิ วกรเครื่องกลชาวเยอรมนั ผู้คดิ ค้นเคร่ืองยนต์โรตารีแน่นอนวา่ ถา้ หากเราพูดถึงเคร่ืองยนตโ์ รตารีแลว้ ...มนั เป็นไปไม่ไดเ้ ลยท่ีเราจะไม่กล่าวถึง “Mazda” ค่ายรถยนตส์ ญั ชาติญี่ป่ ุนที่ปลุกป้ันและพฒั นาเครื่องยนตส์ ูบหมุนจนกระทงั่ มีชื่อเสียงและไดร้ ับการยอมรับไปทวั่ โลก เพราะฉะน้นั ในบทความน้ี ผมจะพาไปเจาะลึกหลกั การทางาน รวมท้งั สืบคน้ ประวตั ิในการพฒั นาเคร่ืองยนตโ์ รตารีภายใตห้ ลงั คาของ Mazda รวมไปถึงวเิ คราะหค์ วามเป็นไปไดใ้ นการกลบั มาของ “สูบหมนุ ในตานาน” ท่ีวา่ จะกนั วา่ จะปรากฏกายอีกคร้ังในร่างของ Mazda RX-9 โดยใชเ้ ครื่องยนต์ท่ีมาพร้อมกบั เทคโนโลยี ROTARY SKYACTIV-R

เครื่องยนต์ 13B-MSP RENESIS (Mazda RX-8)แต่ก่อนที่จะไปรู้จกั กบั การทางานของเครื่องยนตส์ ูบหมุนลูกคร่ึงเยอรมนั -ญี่ป่ ุน ผมวา่ เราไปรู้จกักบั ส่วนประกอบของมนั ก่อนดีกวา่ ...ส่ วนประกอบของเคร่ื องยนต์ โรตารี ส่วนประกอบหลกั ของเครื่องยนต์โรตารี (2-โรเตอร์)เคร่ืองยนตโ์ รตารีของ Mazda น้นั โดยทวั่ ไปแลว้ จะประกอบดว้ ย 2-โรเตอร์ ซ่ึงถูกเชื่อมต่อดว้ ยเพลาเย้อื งศูนย์ (Eccentric Shaft) ยกตวั อยา่ งเช่น เครื่องโรตารีรหสั 13B ซ่ึงเป็นรหสั ที่เราคุน้ หูที่สุดกว็ า่ ได้ 13B เป็นเคร่ือง 2-โรเตอร์ โดยแต่ละโรเตอร์จะมีความจุอยทู่ ี่654 ซีซี พอนามารวมกนั แลว้ กจ็ ะมีความจุรวมเท่ากบั 1,308 ซีซี นนั่ เองครับ

“โรเตอร์” ของเครื่องยนตโ์ รตารี เปรียบไดก้ บั “ลูกสูบ” ในเคร่ืองยนตล์ ูกสูบชกั(Reciprocating Engine) โดยจะทาหนา้ ที่ “เคล่ือนท่ี” เพือ่ ดาเนินวฏั จกั รการเผาไหมแ้ ละสร้างกาลงั ออกมา สาหรับเครื่องยนตโ์ ดยทวั่ ไปน้นั ลูกสูบจะเคลื่อนท่ีไปและกลบั ในแนวเส้นตรง แต่สาหรับเครื่องยนตโ์ รตารีแลว้ โรเตอร์จะเคลื่อนท่ีโดยการหมุนรอบตวั เอง และนี่กเ็ ป็นที่มาของชื่อเรียก “สูบหมุน” นน่ั เองครับที่แต่ละดา้ นของโรเตอร์สามเหลี่ยม จะถูกสร้างทาใหเ้ ป็นหลุมเวา้ ลงไป ซ่ึงหลุมพวกน้ีก็คือ \"ห้องเผาไหม้\" นนั่ เองครับ (Combustion Cavity) ...โดยปกติแลว้ “อตั ราส่วนกาลงั อดั ” (Compression Ratio) ของเคร่ืองยนตโ์ ดยทว่ั ไป จะถูกกาหนดโดยช่วงชกั ของเพลาขอ้ เหวยี่ ง แต่เน่ืองจากวา่ เคร่ืองยนตโ์ รตารีไม่มีระยะชกั เหมือนกบั เคร่ืองยนตล์ ูกสูบเพราะฉะน้นั “ขนาดและความลกึ ของห้องเผาไหม้” จะเป็นตวั แปรเพียงตวั เดียวท่ีจะกาหนด “อตั ราส่วนกาลงั อดั ”

ซ้าย – โรเตอร์ของเครื่อง 13B-REW (Mazda RX-7 เทอร์โบคู่) อตั ราส่วนกาลงั อดั 9:1 ขวา – โรเตอร์ของเคร่ือง 13B-MSP (Mazda RX-8 N/A) อตั ราส่วนกาลงั อดั 10:1ท่ีมุมของโรเตอร์สามเหล่ียมน้นั เป็นที่ประจาการของ “เอเป็ กซ์-ซีล” (Apex Seals) ซ่ึงเปรียบเสมือนกบั “แหวนอดั ” (Compression Rings) ในเคร่ืองยนตส์ ูบชกั นน่ั เองครับ หนา้ ท่ีของมนั กค็ ือซีลกาลงั อดั เพ่อื ไม่ใหเ้ กิดการรั่วไหล และน่ีกค็ ือชิ้นส่วนท่ีเป็น “จุดอ่อน” ของเคร่ืองสูบหมุน ซ่ึง Mazda ไดพ้ ยายามหาวธิ ีแกไ้ ขมาอยา่ งต่อเนื่องและยาวนาน ...ส่วนรายละเอียดของการพฒั นา เอเป็กซ์-ซีล น้นั ถือวา่ เป็นอะไรท่ีน่าสนใจมากครับ และผมไดเ้ ขียนรายละเอียดไวใ้ นส่วนของประวตั ิการพฒั นาเครื่องยนตโ์ รตารี ซ่ึงอยู่ส่วนทา้ ยของบทความน้ีครับ...ชิ้นส่วนสาคญั อีกชิ้นส่วนหน่ึงที่จะไม่พดู ถึงเลยไม่ไดก้ ค็ ือ “เฮาส์ซิง” นนั่ เอง เฮาส์ซิงของเครื่องโรตารีกเ็ ปรียบไดก้ บั “ผนังกระบอกสูบ” ของเครื่องยนตล์ ูกสูบนน่ั แหละครับนอกจากน้นั แลว้ เฮาส์ซ่ิงเหล่าน้ียงั ทาหนา้ ที่เป็นวาลว์ ไอดีและวาลว์ ไอเสียไปในตวั อีกดว้ ย

หลกั การทางานและวัฏจักรของเคร่ืองยนต์โรตารีเคร่ืองยนตโ์ รตารี กม็ ีหลกั การทางานคลา้ ยๆ กบั เครื่องยนตส์ ูบชกั นนั่ เองครับ วฏั จกั รการทางานของเคร่ืองยนตโ์ รตารีน้นั กม็ ีท้งั หมด 4-จงั หวะ ซ่ึงประกอบไปดว้ ย จงั หวะดูด, จงั หวะอดั ,จงั หวะระเบิด และจงั หวะคายไอเสียแต่ส่วนแตกต่างที่เห็นไดช้ ดั กค็ ือวา่ ใน 1 รอบการหมุนของเพลาขอ้ เหวย่ี ง เครื่องยนตโ์ รตารี จะสามารถสร้างกาลงั ไดถ้ ึง 3 คร้ัง ผดิ กบั เครื่องยนตล์ ูกสูบ ท่ีเพลาขอ้ เหวีย่ งตอ้ งหมุนถึง 2 รอบจึงจะสร้างกาลงั ได้ (โรตารี เพลาเยอ้ื งศนู ยห์ มุน 1 รอบ สร้างกาลงั ได้ 1 คร้ัง / เครื่องยนตป์ กติหมุน 1 รอบ สร้างกาลงั ได้ 0.5 คร้ัง) และการสร้างกาลงั ไดอ้ ยา่ งมหาศาลต่อการหมุนหน่ึงรอบ กค็ ือขอ้ ไดเ้ ปรียบท่ีโดดเด่นท่ีสุดของเคร่ืองยนตส์ ูบหมุนนนั่ เองครับ

เปรียบเทยี บวฏั จกั รการทางานระหว่าง เคร่ืองยนต์โรตารีและเครื่องยนต์ทว่ั ไป (Reciprocating Engine)

ประวตั ิและความเป็นมาของเคร่ืองยนต์โรตารี (ของ Mazda)เพอ่ื ท่ีเราจะไดร้ ู้จกั เครื่องยนตโ์ รตารีอยา่ งลึกซ้ึง ผมจะพาทุกท่านไปสืบประวตั ิความเป็นมาของเคร่ืองยนตโ์ รตารี ซ่ึงถูกโดย Mazda และผมไดแ้ บ่งยคุ ของโรตารีออกเป็นท้งั หมด 5 ยคุ ...ยคุ ท่ีรุ่งโรจนท์ ่ีสุดของสูบหมุนจะเป็นยคุ ไหนบา้ ง? แลว้ ขาลงของโรตารีคือช่วงไหน? เราลองไปหาคาตอบกนั ครับ...โรตารียคุ บกุ เบิก – หายนะแห่ง “รอยเลบ็ ของปิ ศาจ”หลงั จากที่ Mazda ไดห้ มายมน่ั ป้ันมือวา่ จะเอาดีทางเครื่องยนตโ์ รตารีแลว้ พวกเขากไ็ ดบ้ ินตรงไปยงั ประเทศเยอรมนั ซ่ึงเป็นจุดกาเนิดของเครื่องยนตโ์ รตารี และไดท้ าการซ้ือลิขสิทธ์ิอยา่ งเป็นทางการ และตอนน้นั เอง พวกเขากซ็ ้ือเคร่ืองยนตต์ น้ แบบกลบั มายงั ประเทศญ่ีป่ ุนเพ่อื ทาการวจิ ยั และพฒั นาอยา่ งจริงจงัอะไรทไ่ี ด้มา “ง่ายๆ” ...มกั จะไม่ “ยง่ิ ใหญ่”อะไรที่ “ยงิ่ ใหญ่” ...ไม่เคยได้มาแบบ “ง่ายๆ” ซ้าย – เครื่องยนต์โรตารีต้นแบบ ขวา – การสึกหรอแบบขูดขดี บนผนังของเฮาส์ซิง (รอยเลบ็ ปิ ศาจ)