เคยสงสัยกันหรือไม่ว่าสเปคของเครื่องยนต์ที่ระบุไว้ว่าเป็น “ขนาดกระบอกสูบ” และ “ช่วงชัก” นั้นคืออะไร ตัวเลขขนาดที่แตกต่างออกไปส่งผลอย่างไรกับรูปแบบการให้พละกำลังของเครื่องยนต์ แล้วไหนจะคำว่า “Undersquare” และ “Oversquare” นั้นมีความเกี่ยวข้องกับเรื่องที่ว่ามาอย่างไร วันนี้เราจะมาทุกคนมาไล่ดูไปทีละอย่างแบบเข้าใจง่ายกัน
“ขนาดกระบอกสูบ” หรือ “เส้นผ่านศูนย์กลางกระบอกสูบ” หรือ “Bore” คือความยาวด้านกว้างที่สุดของลูกสูบจากด้านหนึ่งไปถึงอีกด้านหนึ่ง นั่นหมายความว่า ขนาดกระบอกสูบยิ่งมากลูกสูบยิ่งมีขนาดใหญ่และกว้าง
“ช่วงชัก” หรือ “ระยะชัก” หรือ “Stroke” คือระยะทางระหว่าง “ศูนย์ตายบน(ตำแหน่งที่ลูกสูบเลื่อนขึ้นสูงสุด)“ และ “ศูนย์ตายล่าง(ตำแหน่งที่ลูกสูบเลื่อนลงต่ำสุด)“ นั่นหมายความว่า ช่วงชักยิ่งมากระยะทางเคลื่อนที่ของลูกสูบยิ่งมาก ก้านสูบและระยะห่างของข้อก้านสูบจากจุดหมุนก็ยิ่งยาว
โดยเราจะขอข้ามวิธีการคำนวนปริมาตรกระบอกสูบไปเลย เนื่องจากไม่ใช่ประเด็นหลักของเราที่จะมาพูดถึงกันในวันนี้ เพราะเราเชื่อว่าผู้อ่านคงไม่ได้เข้ามาอ่านเพื่อเรียนรู้เรื่องสูตรคำนวนทางคณิตศาสตร์ แต่เราจะมาพูดถึงจุดเด่นและจุดด้อยของเครื่องยนต์แต่ละแบบที่มีขนาดกระบอกสูบและช่วงชักต่างกัน
ในกรณีที่เครื่องยนต์ที่มีปริมาตรกระบอกสูบในแต่ละสูบเท่ากัน การเพิ่มขนาดกระบอกสูบย่อมจะทำให้ช่วงชักลดลง และการเพิ่มช่วงชักก็ยิ่มทำให้ขนาดกระบอกสูบลดลงเช่นกัน หากมองในมุมนี้ประเภทของเครื่องยนต์จะถูกแบ่งได้ออกเป็น 3 ประเภท คือ
“Undersquare” เครื่องยนต์ที่มี “ขนาดกระบอกสูบ” น้อยกว่า “ช่วงชัก”
“Square” เครื่องยนต์ที่มี “ขนาดกระบอกสูบ” เท่ากับ “ช่วงชัก”
“Oversquare” เครื่องยนต์ที่มี “ขนาดกระบอกสูบ” มากกว่า “ช่วงชัก”
เครื่องยนต์สับดาปภายในของรถยนต์และมอเตอร์ไซค์นั้นคือเครื่องสร้างแรงบิดอย่างหนึ่ง โดยแรงระเบิดของเชื้อเพลิงจะส่งแรงไปที่ลูกสูบและก้านสูบ และส่งต่อไปที่เพลาข้อเหวี่ยงอีกทอดหนึ่ง และอย่างที่เราเคยอธิบายไปในตอน “แรงบิด” ว่าแรงบิดนั้นนสามารถทดและเปลี่ยนแปลงได้ตามความยาวของคานที่ใช้ ต่อให้มีแรงกดที่น้อย แต่ถ้ามีคานทดแรงที่ยาวมากพอ เราก็จะสามารถสร้างแรงบิดได้มากกว่าการมีแรงกดมากแต่มีคานที่สั้น
ก้านสูบและเพลาข้อเหวี่ยงในเครื่องยนต์สับดาปภายในก็ทำงานเหมือนคานส่งแรงอย่างหนึ่ง เครื่องยนต์แบบ “Undersquare” ที่มีช่วงชักยาว ก้านสูบยาว ระยะห่างของข้อก้านสูบจากจุดหมุนของเพลาข้อเหวี่ยงก็ยิ่งยาว แปลว่าแรงบิดที่ได้จากเครื่องยนต์ประเภทนี้ก็จะมากขึ้นต่อให้มีความจุเครื่องยนต์เท่าเดิม
ทางด้านของเครื่องยนต์แบบ “Oversquare” ที่มีขนาดกระบอกสูบที่ใหญ่ และมีช่วงชักสั้นนั้นก็และมากับข้อได้เปรียบอีกแบบคือ ก้านสูบสั้น ระยะห่างของข้อก้านสูบจากจุดหมุนของเพลาข้อเหวี่ยงก็ยิ่งสั้น แปลว่าระยะทางที่ก้านสูบจะต้องเคลื่อนที่ก็ลดลง ทำให้เครื่องยนต์สามารถทำงานให้ครบรอบการจุดระเบิดได้บ่อยขึ้น และอย่างที่เราได้เคยอธิบายไปในตอน “แรงม้า” ว่าเครื่องยนต์สามารถเพิ่มแรงม้าได้จากการสร้างแรงบิดอย่างต่อเนื่อง ต่อให้เครื่องยนต์แบบ “Oversquare” จะไม่สามารถสร้างแรงบิดที่มากได้ แต่การทำงานได้หลายรอบมากขึ้นในเวลาที่เท่ากันก็ทำให้มันได้เปรียบในด้านของแรงม้าและพละกำลังสูงสุด
ในขณะที่เครื่องยนต์แบบ “Square” นั้นจะเป็นประเภทของเครื่องยนต์ที่มีความสมดุลและอยู่ตรงกลางของเครื่องยนต์อีกสองแบบ โดยทางผู้ผลิตก็จะเลือกใช้และพัฒนาเครื่องยนต์แต่ละแบบของตัวเองให้เหมาะสมกับรูปแบบการใช้งานที่ต่างกันออกไป
เรื่องของขนาดกระบอกสูบและช่วงชักนั้นก็เป็นแค่ส่วนหนึ่งของเครื่องยนต์ที่ซับซ้อน เพราะนอกจากนี้ยังมีเรื่องของจำนวนลูกสูบ และเทคนิคทางวิศวกรรมอื่นที่เกี่ยวข้อในเครื่องยนต์แต่ละรุ่นด้วย ต่อให้เป็นเครื่องยนต์แบบ “Oversquare” แต่ถ้ามีจำนวนลูกสูบน้อยพอ ก็อาจจะยังสามารถสร้างแรงบิดได้มากกว่าเครื่องยนต์แบบ “Undersquare” ที่มีจำนวนลูกสูบมากกว่า เนื่องจากในเครื่องยนต์ที่มีปริมาตรเท่ากัน จำนวนลูกสูบที่ลดลง จะไปทำให้ขนาดของกระบอกสูบและช่วงชักในแต่ละสูบมากขึ้น ซึ่งจะเป็นตัวช่วยเพิ่มแรงบิดให้มากขึ้นนั่นเอง แต่ก็แน่นอนว่ามันจะทำให้เครื่องยนต์ทำงานได้ช้าลง แรงม้าสูงสุดก็จะลดลงเช่นกัน
อ่าน Tips Trick เพิ่มเติมได้ที่นี่
