เครื่องยนต์ ช่วงชักสั้น vs. ช่วงชักยาว แบบไหนจะดีกว่ากัน!?!?

สวัสดีเพื่อนๆชาว Greatbiker กันอีกครั้งนะครับ วันนี้เราจะมีสาระดีมาฝากกันอีกเช่นเคย โดยโอกาสนี้เราจะมาพูดถึงเรื่องช่วงชักกับความกว้างกระบอกสูบเครื่องยนต์กันครับว่า มันทำงานอย่างไร และแบบไหนดีกว่ากัน มาดูกันเลย!

ซึ่งอย่างที่เราทราบกันดีว่าเครื่องยนต์ของรถมอเตอร์ไซค์ยุคปัจจุบันนี้มักจะเป็นเครื่องยนต์แบบสันดาปภายใน มีน้ำมันและอากาศเป็นเชื้อเพลิง ทำงานแบบ 4 จังหวะ ซึ่งกลไกสำคัญก็คือการจุดระเบิดเชื้อเพลิงให้เกิดแรง จากนั้นก็นำแรงนั้นไปหมุนผ่านกลไกแฟืองต่างๆ และส่งออกไปยังล้อหลังของรถ

ทำให้เราได้มารู้จักกับสองคำที่เกี่ยวข้องโดยตรงกับกลไกนี้ก็คือ “ความกว้างกระบอกสูบ” และ “ช่วงชักลูกสูบ”

โดยในสเปคของรถเราจะเห็นค่ากันประมาณนี้

ความกว้างกระบอกสูบ(Bore) x ช่วงชัก (Stroke) — 78.0 x 53.4 mm (จากเครื่องยนต์ Triumph Street Triple RS)

ความกว้างกระบอกสูบ(Bore) x ช่วงชัก (Stroke) — 76.2 x 96.8 mm (จากเครื่องยนต์ Harley-Davidson Sportster 883)

ซึ่งตัวเลขเหล่านี้สามารถบ่งบอกถึงความสามารถ และบุคลิกของเครื่องยนต์ได้ในระดับหนึ่งเลยทีเดียว

ก่อนอื่นเรามาทำความเข้ามจเพิ่มเติมอีกสักเล็กน้อยว่า คำไหนคืออะไร

ความกว้างกระบอกสูบ (Bore) = คือความยาวเส้นผ่านศูนย์กลางของกระบอกสูบเครื่องยนต์ หน่วยมาตรฐานคือ มิลลิเมตร (mm)

ช่วงชักลูกสูบ หรือ ช่วงชัก (Stroke) = คือความยาวที่ลูกสูบสามารถยืดลงไปได้สูงที่สุดจากจุดเริ่มต้น หน่วยมาตรฐานคือ มิลลิเมตร (mm)

ซึ่งจะเห็นได้ว่ามันเหมือนกับรูปทรงกระบอก ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง x กับความสูง ซึ่งเทียบได้กับ ความกว้างกระบอกสูบ x ช่วงชัก นั่นเอง

ซึ่งเมื่อเราพอจะเห็นภาพกันก็มาถึงคำถามถัดมาว่า เราจะนับอย่างไรว่า เครื่องยนต์แบบไหนที่มีช่วงชักสั้นหรือยาว เพราะมันไม่ได้มีค่าใดคงที่ให้วัดได้ว่าใครชักสั้นชักยาวจริงๆกันแน่?

ดังนั้นเราจะมีวิธีการดูง่ายๆว่าตกลงแล้วเครื่องยนต์นี้เป็นแบบไหนกันแน่ เราก็จะมี อยู่ 2 วิธีคือ

1.ดูว่าค่า ความกว้างกระบอกสูบ หรือ ความยาวช่วงชัก มากกว่าอีกค่า ก็จะสามารถบอกได้เลย

 ความกว้างกระบอกสูบ มากกว่า ความยาวช่วงชัก = เครื่องยนต์ช่วงชักสั้น (oversquare) 

 ความยาวช่วงชัก มากกว่า ความกว้างกระบอกสูบ = เครื่องยนต์ช่วงชักยาว (undersquare)

2.หาอัตรส่วนความกว้างกระบอกสูบและช่วงชัก โดยนำเอา ค่าความกว้างกระบอกสูบ ตั้ง และใช้ ค่าความยาวช่วงชักกระบอกสูบ หาร เช่น

78.0 x 53.4 mm (จากเครื่องยนต์ Triumph Street Triple RS) = 78.0 / 53.4 = 1.46

76.2 x 96.8 mm (จากเครื่องยนต์ Harley-Davidson Sportster 883) = 76.2 / 96.8 = 0.79

และเราก็จะได้ตัวเลขออกมา ก็คือค่า Bore Stroke Ratio (BSR)

ถ้า BSR มากกว่า 1 = เครื่องยนต์ช่วงชักสั้น (oversquare) 
ถ้า BSR น้อยกว่า 1 = เครื่องยนต์ช่วงชักยาว (undersquare)

เมื่อเราเข้าใจตรงกันแล้ว ก็มาถึงคำถามที่ว่า เครื่องยนต์ช่วงชักสั้น (oversquare) กับ เครื่องยนต์ช่วงชักยาว (undersquare) เครื่องแบบไหนให้แรงม้าเยอะกว่า?

โดยเรื่องแรงม้านั้นจะมีอีกสองปัจจัยเข้ามาเกี่ยวข้องก็คือ ปริมาตรในห้องเผาไหม้ และ ความเร็วของลูกสูบ 

ซึ่งโดยทั่วไป ยิ่งมีความกว้างกระบอกสูบมาก ยิ่งได้ปริมาตรห้องเผาไหม้สูง ซึ่งรวมถึงมีพื้นที่สำหรับวาล์วมากขึ้น และยิ่งมีพื้นที่วาล์วมาก ก็ยิ่งมีปริมาณน้ำมันและอากาศเข้าและออกได้ห้องเผาไหม้ได้มากขึ้นและเร็วขึ้น และเมื่อมีเชื้อเพลิงเข้าและออกได้เร็ว พลังแรงม้าก็จะมากขึ้นตามไปด้วย

อีกปัจจัยหนึ่งก็คือ ความเร็วของกระบอกสูบ ยิ่งกระบอกสูบมีระยะชักสั้นเท่าไหร่ ก็จะยิ่งมีความเร็วในการหมุนมากเท่านั้น ซึ่งความเร็วในการหมุนนี้ก็คือ รอบต่อนาที หรือ Round per Minute (RPM) และยิ่ง RPM สูงเท่าไหร่เครื่องยนต์ก็จะสามารถสร้างแรงม้าได้มากขึ้น

แต่อย่างไรก็ตาม เราก็ไม่สามารถอัดเชื้อเพลิงเข้าห้องเผาไหม้ได้มากเกินในรอบเครื่องยนต์ที่ต่ำ เพราะจะทำให้เครื่องยนต์เกิดอาการ “สะอึก” ได้ เนื่องจาก ความเร็วในการเผาไหม้ (ระเบิด) นั้นคงที่เสมอ ดังนั้นเมื่อมีเชื้อเพลิงมากไป และไฟยังเผาไหม้มันได้ไม่หมด ก็จะทำให้การเผาไหม้นั้นไม่สมบูรณ์และทำให้กำลังและสมรรถนะของเครื่องยนต์สูญเสียไป

แต่ทางผู้ผลิตก็ได้แก้ไขปัญหานี้โดยการเพิ่มหัวเทียนหรือตัวจุดระเบิดเพิ่มขึ้นมามากกว่า 1 จุด เพื่อให้สามารถเผาไหม้เชื้อเพลิงได้เร็วขึ้น แต่ก็ยังไม่ใช่การแก้ปัญหาที่สมบูรณ์นัก เพราะเชื้อเพลิงถูกเผาไหม้หมดเร็วเกินไป ก็จะทำให้แรงอัดกลายเป็นพลังงานความร้อนเสียมากกว่า ซึ่งส่งผลให้เครื่องยนต์เสียกำลังไป และมีความร้อนมากขึ้นโดยไม่จำเป็น

อีกคำถามหนึ่งก็คือ ทำไมเครื่องยนต์ช่วงชักยาวถึงสร้างแรงบิดได้มากกว่า ?

แต่ที่บอกอย่างนี้ไม่ได้หมายความว่าพวกเครื่องยนต์รอบสูงจะมีแรงบิดน้อยกว่าเสมอไป เพราะนั้นเป็นความเชื่อที่เกิดขึ้นในยุคที่รถยังใช้คาบูเรเตอร์ในการผสมน้ำมันกับอากาศเข้าห้องเผาไหม้ ซึ่งปัจจุบันการใช้หัวฉีดนั้นจะผสมสองอย่างนี้ได้ดีกว่า และให้พลังแรงบิดได้สูงขึ้นในเครื่องยนต์ที่มีรอบสูง

อันที่จริงแล้ว เครื่องยนต์ช่วงชักยาวจะสามารถสร้างแรงบิดได้มากกว่าเฉพาะช่วงรอบเครื่องต่ำเท่านั้น ดังเช่นตัวอย่างรุ่น Sportster จะให้แรงบิดสูงสุด 73.2 นิวตันเมตร ที่ 3,750 รอบต่อนาที (RPM) เทียบกับ Street Triple จะให้แรงบิดสูงสุด 78.6 นิวตันเมตร ที่ 9,350 รอบต่อนาที (RPM)

อีกทั้ง เครื่องยนต์ช่วงชักยาว จะมีความกว้างกระบอกสูบที่แคบกว่า ซึ่งหมายความว่าจะมีพื้นที่สำหรับวาล์วไอดี-ไอเสีย น้อยลง ทำให้มีข้อจำกัดในการสร้างแรงม้า

และเมื่อเครื่องยนต์นี้มีช่วงชักที่ยาวกว่า ทำให้กระบอกสูบใช้เวลายืดหดนานกว่าแบบช่วงชักสั้น รวมทั้งส่งผลให้เกิดแรงเสียดทานที่ผนังกระบอกสูบมากขึ้นจนต้องเพิ่มความหนาของผนัง ก้านสูบที่ยาวกว่าส่งผลให้ ต้องวางเพลาข้อเหวี่ยงให้ต่ำลง ทำให้เครื่องยนต์ต้องมีความสูงที่มากขึ้น และทั้งหมดก็สงผลให้มีแรงเสียดทานภายในเครื่องยนต์ที่มากขึ้นเนื่องจากชิ้นส่วนต่างๆในกลไกมีขนาดที่ใหญ่ขึ้น จนทำให้เครื่องยนต์สูญเสียกำลังไปกับการทำงานภายในมากกว่าจะได้ปล่อยออกมาที่ล้ออย่างเต็มที่ (เป็นเหตุผลที่เครื่องยนต์ที่มีนำหนักเบากกว่าจะสามารถสร้างพลังแรงบิดแรงม้าได้มากขึ้นในแปลนเดียวกัน)

อย่างไรก็ตาม เครื่องยนต์นี้ใช้ปริมาณเชื้อเพลิงน้อยกว่าก็ทำให้มีประสิทธิภาพในการเผาไหม้รอบต่ำดีกว่า จึงมีแรงบิดที่มากกว่านั่นเอง

แต่อย่างที่กล่าวไว้ข้างต้น ความเร็วกระบอกสูบก็ยังมีผลอยู่ เนื้อจากมีช่วงชักที่ยาวส่งผลให้มีความเร็วที่ต่ำกว่า และก็ทำให้ไม่สามารถขึ้นรอบสูงได้เท่ากับเครื่องยนต์ช่วงชักสั้น เนื่องจากจะมีแรงอัดที่มากเกินไปจนอาจจะทำให้เครื่องยนต์เสียหายได้

มาถึงข้อสรุปสุดท้ายว่า เครื่องยนต์ช่วงชักสั้น กับเครื่องยนต์ช่วงชักยาว แบบไหนดีกว่ากัน ?

คำตอบที่ดีที่สุดก็คือ มันขึ้นอยู่กับการใช้งานตามประเภทของรถ เช่นถ้าเป็นรถครูเซอร์ที่มีนำ้หนักตัวมากๆ ก็ต้องการแรงบิดที่มากขึ้นเพื่อที่จะส่งให้รถวิ่งไปข้างหน้าได้ จึงต้องใช้เครื่องยนต์ช่วงชักยาว เทียบกับรถซุปเปอร์สปอร์ตสายหมอบที่ต้องการความเร็ว และแรงม้าคือสิ่งที่รถประเภทนี้ต้องการเพื่อสร้างความเร็ว ดังนั้นรถแนวนี้จึงใช้เครื่องยนต์ช่วงชักสั้น เพื่อรีดแรงม้าให้ออกมาได้มาที่สุด

แต่อย่างไรก็ดี ในความเร็วที่เท่ากันของรถที่ใช้เครื่องยนต์ทั้งสองประเภทจะมีการรอบเครื่องยนต์ที่ต่างกัน เช่นถ้าเป็นรถครูเซอร์วิ่งด้วยความเร็ว 110 กิโลเมตรต่อชั่วโมง อาจจะใช้รอบเครื่องยนต์รวมกับเกียร์แค่ 1,500 รอบต่อนาที แต่สำหรับรุซุเปอร์สปอร์ตที่มี cc. เท่ากัน อาจจะต้องใช้รอบสูงกว่าถึง 4,500 รอบต่อนาที

แต่เครื่องยนต์แบบช่วงชักสั้นนั้นเป็นที่นิยมมากกว่าเพราะ มันสามารถปรับแต่งได้ง่ายกว่า และใช้ต้นทุนในการผลิตที่ต่ำกว่า อีกทั้งยังสามารถเพิ่มลดปริมาตรเครื่องยนต์ได้อย่างสะดวก ไม่ว่าจะคว้านเพิ่มความกว้างกระบอกสูบ หรือจะเพิ่มช่วงชักเพื่อเพิ่มแรงบิดก็สามารถทำได้โดยง่าย รวมไปถึงการปรับแต่งชิ้นส่วนอื่นๆนั่นเอง

ขอขอบคุณข้อมูลและรูปภาพประกอบจาก www.bikesrepublic.com