Turbulent Jet Ignition ไพ่เด็ด Mercedes AMG F1 ยุคไฮบริด

ย้อนกลับไปในช่วงที่ Formula 1 มีการเปลี่ยนแปลงรูปแบบเครื่องยนต์ใหม่มาใช้รูปแบบไฮบริด F1 และค่ายผู้ผลิตเครื่องยนต์ได้มองหาทางที่จะใช้เครื่องยนต์ให้เกิดประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น เครื่องยนต์ V8 2.4 ลิตร ตัวเดิมนั้นซดเชื้อเพลิงเป็นว่าเล่น อีกทั้งยังเริ่มที่จะตกยุคจนไม่สามารถถ่ายทอดเทคโนโลยีสู่รถตามท้องถนนได้ ซึ่งตลาดรถบ้านนั้นต้องการเครื่องยนต์ที่ประหยัดเชื้อเพลิงและมีขนาดเล็กกะทัดรัด ดังนั้นเครื่องยนต์ V6 1.6 ลิตร เทอร์โบ พร้อมมอเตอร์ไฟฟ้า ERS จึงได้ถูกนำเสนอขึ้นมาใช้แทนที่ตั้งแต่ปี 2014

การเปลี่ยนแปลง DNA ของเครื่องยนต์นั้นไม่ใช่งานที่ทำวันสองวันเสร็จ มันมีความซับซ้อนในการออกแบบ พัฒนา และผลิตในหลายจุด เพื่อให้มันมีประสิทธิภาพมากกว่าเดิม เครื่องยนต์ V6 เทอร์โบนั้นมีอัตราสิ้นเปลืองที่น้อยกว่าเครื่องยนต์ V8 อย่างแน่นอน แต่โจทย์ที่สำคัญคือ ทำอย่างไรมันจึงจะมีกำลังแรงม้าได้มากกว่าเครื่องยนต์ตัวเก่า โดยที่ยังอยู่บนเงื่อนไขที่ต้องใช้เชื้อเพลิงน้อยกว่าเดิมอีกด้วย

ณ จุดๆ นั้น Mercedes หนึ่งในค่ายผู้ผลิตเครื่องยนต์ใน F1 ได้ก้าวออกมาเหนือล้ำกว่าค่ายผู้ผลิตอื่นๆ พวกเขาค้นพบวิธีที่จะเพิ่มประสิทธิภาพเครื่องยนต์ทั้งในด้านกำลังและอัตราสิ้นเปลือง และสิ่งนั้นคือเทคโนโลยีที่ถูกเรียกว่า “Turbulent Jet Ignition (TJI)”

เมื่อพวกเขาไม่สามารถเพิ่มปริมาณเชื้อเพลิงเพื่อเพิ่มกำลังเครื่องยนต์ได้ พวกเขาจึงต้องหันไปเพิ่มประสิทธิภาพของเชื้อเพลิงเพื่อให้ได้กำลังออกมาเพิ่มขึ้น Mercedes จึงได้ลดปริมาณเชื้อเพลิงต่ออากาศหรือลีนส่วนผสมเชื้อเพลิงลง

ในความเป็นจริงนั้นการลีนเชื้อเพลิงมาพร้อมกับความเสี่ยงที่เครื่องยนต์จะน็อคได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับเครื่องยนต์เทอร์โบที่มีแนวโน้มจะเกิดการน็อคมากกว่าเครื่องยนต์ NA

เพื่อป้องกันการน็อค ซัพพลายเยอร์เชื้อเพลิงจึงได้เพิ่มค่าออกเทนของเชื้อเพลิงตัวเอง ในขณะที่ค่ายผู้ผลิตเครื่องยนต์นั้นมองหาวิธีปรับปรุงกระบวนการจุดระเบิดและควบคุมการแพร่กระจายของเปลวไฟ และตรงนี้เองที่เป็นที่มาของการใช้เทคโนโลยี TJI

การที่ส่วนผสมเชื้อเพลิงถูกลีนมากมันจึงทำให้การจุดระเบิดเป็นไปได้ยากตาม และยิ่งยากขึ้นไปอีกเมื่อกติกาทางเทคนิคของ F1 อนุญาตให้ใช้หัวเทียน 1 หัว/ลูกสูบ เท่านั้น ดังนั้นห้องเตรียมการเผาไหม้จึงได้ถูกสร้างขึ้นเพื่อทำการจุดระเบิดเบื้องต้นภายในห้องนี้

เชื้อเพลิงที่มีส่วนผสมที่จุดไฟง่ายประมาณ 2-3% จะถูกส่งเข้าไปในห้องเตรียมการเผาไหม้ ในขณะที่เชื้อเพลิงที่ถูกลีนอีก 97-98% จะถูกส่งไปยังห้องเผาไหม้ปกติ

เชื้อเพลิงในห้องเตรียมการเผาไหม้จะถูกจุดระเบิดและพ่นเปลวไฟเป็นลำเจ็ตออกมาทุกทิศทางภายในห้องเผาไหม้ โดยที่เปลวไฟนั้นจะมุ่งหน้าไปยังขอบของห้องเผาไหม้ก่อน ทำให้เกิดการจุดระเบิดจากขอบของห้องเผาไหม้ซึ่งแตกต่างจากการจุดระเบิดปกติที่จะอยู่บริเวณตรงกลางห้องเผาไหม้

กล่าวอีกนัยหนึ่งคือ ส่วนผสมเชื้อเพลิงที่ถูกลีนจะไม่ถูกจุดระเบิดผ่านหัวเทียนโดยตรง แต่จะถูกจุดระเบิดผ่านเปลวไฟที่พุ่งออกมา โดยเปลวไฟนั้นจะพุ่งไปที่ขอบของห้องเผาไหม้และทำให้เกิดการระเบิดจากขอบหลายๆ จุดพร้อมกันและพุ่งเข้าสู่ด้านใน นั่นช่วยลดโอกาสของการเกิดการน็อคไปได้มาก นอกจากนั้นมันยังทำให้สามารถใช้อัตราส่วนกำลังอัดที่เพิ่มขึ้น ยังผลให้เกิดแรงบิดที่เพิ่มขึ้นและสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงน้อยลง

Mercedes นั้นได้ใช้เทคนิคนี้มาตั้งแต่สนามแรกของการแข่งขันในปี 2014 Ferrari ร่วมมือกับ MAHLE และพัฒนาเทคนิคนี้จนสามารถใช้งานได้ในปี 2015 ที่แคนาดา ส่วน Renault นั้นค้นพบวิธีช้าที่สุด ซึ่งกว่าค่ายเครื่องยนต์จากฝรั่งเศสจะพัฒนาเทคนิคนี้จนใช้งานได้ก็ปาเข้าไปที่แคนาดาในปี 2016

ทางด้าน Honda นั้นไม่มีข้อมูลว่าพวกเขาได้ใช้เทคนิคนี้หรือไม่ อย่างไรก็ตามปัญหาหลักในปี 2015 ที่เครื่องยนต์ของพวกเขาให้กำลังออกมาน้อยมากๆ มาจากการที่แหล่งเก็บพลังงานไฟฟ้าของพวกเขามีไม่เพียงพอเป็นหลัก หรืออธิบายง่ายๆ ว่า ในหนึ่งรอบสนามเครื่องยนต์อาจจะให้แรงม้าออกมาเต็มๆ ได้เพียงแค่ครึ่งสนาม ที่เหลืออีกครึ่งสนามจะไม่มีกำลังจากมอเตอร์ไฟฟ้ามาช่วย หรือก็คือหายไปเลย 160 แรงม้า

อ้างอิง : f1i.com, enginelabs.com, cycleworld.com