เทคโนโลยีใหม่ใน TOYOTA PRIUS

http://guru.thaibizcenter.com/articledetail.asp?kid=9339รถ Prius เวอร์ชั่นที่ 3 ซึ่งเป็นรุ่นล่าสุดนี้ ถูกวางขายในยุโรปและอเมริกามาตั้งแต่ช่วงต้นปี 2009 แล้ว การที่มันเป็นรถยนต์เครื่องยนต์ลูกผสมแบบ Hybrid ที่วางจำหน่ายเป็นโมเดลแรกสุดบนโลกแห่งยนตกรรมทำให้มันกลายเป็นรถยนต์ที่ถูก ใช้เป็นสัญลักษณ์ของการอนุรักษ์พลังงานและการลดการปลดปล่อยมลภาวะ บนเส้นทางที่มีการต่อสู้แข่งขันกันอย่างรุนแรงในอุตสาหกรรมการผลิตยานยนต์ รถ Toyota Prius ตั้งแต่โมเดลแรกสุดจนถึงรุ่นใหม่ล่าสุดที่กำลังทำตลาดอยู่ในเมืองไทยต้องใช้ เวลานานหลายปี กว่าจะได้รับการยอมรับทั้งจากสื่อสารมวลชนสายรถยนต์และผู้ที่นิยมใช้รถยนต์ ประหยัดพลังงานแบบ Hybrid ซึ่งการผลิต Prius ในโมเดลแรกนั้น บริษัท Toyota ต้องแบกรับภาระการขาดทุนทั้งค่าวิจัย ค่าโฆษณารวมถึงราคาที่สูงมากของแบตเตอร์รีในยุคแรกสุดที่ Prius เริ่มออกทดลองวิ่งจนกระทั่งวางขาย

Toyota New Prius 2010
ปัจจุบันนี้รถ Prius รุ่นล่าสุดสามารถทำกำไรให้กับค่ายสามห่วงจากยอดการผลิตต่อปีที่ 280,000 คัน ช่วงเวลาที่ผ่านมาทั้งหมด 12 ปีตั้งแต่โมเดลแรกสุดจนถึงปัจจุบัน บริษัท Toyota ทำการขายเจ้า Prius ไปแล้วกว่า 1.2 ล้านคัน ด้วยความเชี่ยวชาญในการสร้างรถยนต์เครื่องยนต์ลูกผสมเบนซิน-มอเตอร์ไฟฟ้า หลังจากเปิดตัวในเมืองไทยไปเมื่อเร็วๆนี้ กระแสตอบรับในเรื่องของราคาและสมรรถนะที่โดนใจแฟนๆค่ายนี้ไปแบบเต็มๆทำให้ มันล้ำหน้าค่ายรถยนต์ยักษ์ใหญ่จากเยอรมันที่ยังไม่สามารถไล่ตาม Toyota ได้ทันจากการผลิตรถยนต์ประหยัดพลังงานแบบ Hybrid ความชำนาญที่เกิดจากการตั้งใจพัฒนาและค้นคว้าระบบเครื่องยนต์ลูกผสมเชื้อ เพลิง-มอเตอร์ไฟฟ้าของบริษัท Toyota มีมานานกว่า 20 ปีแล้ว ในรถรุ่นล่าสุดอย่าง Prius เวอร์ชั่นที่ 3 นี้ คือการผสมผสานกันทั้งระบบปั่นไฟฟ้ากลับหรือ Regenerative Braking การสลับไปใช้มอเตอร์ไฟฟ้าแทนเครื่องยนต์ในบางช่วงที่รอบเครื่องไม่สูงมากนัก วิศวกรของ Toyota พยายามคิดค้นให้ระบบทั้งหมดทำงานร่วมกันจนได้ประสิทธิภาพสูงสุดโดยไม่เพียง แค่นำเอามอเตอร์ไฟฟ้าพลังสูงไปติดไว้กับเครื่องยนต์เท่านั้น เครื่องยนต์ของรถ Prius ยังเป็นเครื่องยนต์ที่มีเทคโนโลยีแบบ Atkinson Cycle ซึ่งโดดเด่นในเรื่องของอัตราเผาไหม้ที่มีการขยายตัวที่สูงหรือ High Expansion เพื่อทำให้จังหวะอัดของเครื่องยนต์มีช่วงเวลาที่สั้นกว่าจังหวะของการระเบิด

Toyota Atkinson Cycle
วิศวกรในแผนกเครื่องยนต์ของค่ายสามห่วงทำการ คิดค้นเครื่องยนต์ที่มีระบบการทำงานในอัตราส่วนของกำลังอัดที่เพิ่มขึ้นตาม ด้วยแรงม้ากับแรงบิดที่สูงขึ้นแต่มีปริมาตรความจุลดลงทำให้มีอัตราการสิ้น เปลืองเชื้อเพลิงลดลง เครื่องยนต์ชนิดนี้มีจังหวะการทำงานของกระบอกสูบด้วยการออกแบบให้ลูกสูบที่ อยู่ในตำแหน่งอัดสามารถเลื่อนจากจุดต่ำสุดของกระบอกสูบขึ้นสู่จุดสูงสุด ด้วยระยะที่สั้นลงกว่าเดิมด้วยการทำงานที่สั้นลงเครื่องยนต์จึงสามารถสร้าง กำลังจากจังหวะอัดที่มีความต่อเนื่องไปยังจังหวะระเบิดได้เร็วขึ้น เครื่องยนต์ดังกล่าวเรียกว่า Atkinson Cycle ซึ่งแผนกค้นคว้าและวิจัยเครื่องยนต์ของ Toyota พยายามต่อยอดระบบการทำงานแบบเดิมๆของเครื่องยนต์ให้มีประสิทธิ์ภาพมากขึ้น ด้วยการพัฒนาให้ช่วงชักขึ้นของลูกสูบสั้นลงด้วยการเพิ่มกลไกระหว่างก้านสูบ กับเพลาข้อเหวี่ยง ผลลัพธ์ที่ได้คืออัตราส่วนกำลังอัดเพิ่มขึ้นตามมาด้วยตัวแปรในค่าของแรงม้า กับแรงบิดที่สูงขึ้น หลังจากทดสอบจนมั่นใจในระบบการทำงานที่ดีขึ้นทั้งในเรื่องของอัตราการสิ้น เปลืองเชื้อเพลิงที่ลดลง ความแข็งแกร่งทนทานของลูกสูบในกระบอกสูบดีเทียบเท่าเครื่องยนต์แบบปกติรวม ถึงแรงบิดที่เพิ่มขึ้นทำให้เครื่องยนต์เบนซินแบบ Atkinson Cycle ถูกวางลงไปในรถ Toyota New Prius เพื่อทำงานประสานไปกับระบบมอเตอร์ไฟฟ้าโดยมุ่งเน้นไปที่การประหยัดเชื้อ เพลิง

Direct Cooling In Toyota Prius

Power Split Device PSD
การจะทำเช่นนั้นได้ เครื่องยนต์จะปิดวาล์วไอดีช้ากว่าปกติในจังหวะอัด ทำให้ส่วนผสมของอากาศและน้ำมันในบางส่วนถูกดันย้อนกลับมาที่ท่อไอดี แม้จังหวะอัดจะไม่เต็มที่นักแต่ในจังหวะระเบิดจะมีการเผาไหม้และให้กำลัง เหมือนปกติทุกอย่าง จุดประสงค์เพื่อทำให้แรงดันภายในกระบอกสูบเท่ากับความดันของบรรยากาศภายนอก เมื่อจังหวะระเบิดสิ้นสุดลง เพื่อให้มั่นใจว่าน้ำมันทุกอณูที่เข้าสู่ห้องเผาไหม้ถูกแปรเปลี่ยนไปเป็น พลังงานอย่างหมดจด ในเครื่องยนต์แบบ 4 จังหวะทั่วๆไป แรงดันส่วนหนึ่งจะถูกขับออกไปตามวาล์วของระบบไอดีและไอเสียทำให้เสียพลังงาน ไปโดยไม่จำเป็น ระบบ Atkinson Cycle จะทำให้เครื่องยนต์ใช้เชื้อเพลิงทุกหยดอย่างคุ้มค่า แต่มันมีการตอบสนองไม่ดีเท่าเครื่องยนต์ทั่วไป ดังนั้นมันจึงถูกจับคู่กันกับมอเตอร์ไฟฟ้าที่ให้แรงบิดสูงเพื่อชดเชยด้าน อัตราเร่ง เมื่อทั้งสองระบบทำงานพร้อมกันก็จะได้ทั้งปริมาณการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงที่ ลดลงและอัตราเร่งที่ดีขึ้น เจ้า Prius ใหม่นี้วิศวกรของ Toyota นำเอาเครื่องยนต์ขนาด 1.8 ลิตรจากรถรุ่นอื่นมาพัฒนาต่อยอด แรงบิดที่เพิ่มขึ้นทำให้มันมีอัตราเร่งที่นิ่มนวลมากโดยไม่ต้องคิกดาวน์แต่ อย่างใดทั้งสิ้น หน่วยควบคุมพลังงานระบบ Direct Cooling ใหม่ช่วยทำให้หม้อแปลงเล็กลงและมีน้ำหนักที่เบาลง รวมถึง Power Split Device (PSD) มีชุดเฟืองเกียร์แบ่งกำลังซึ่งเฟืองตัวกลางจะถูกขับโดยสตาร์ทเตอร์และได ชาร์จ เฟืองตัวรองขับโดยเครื่องยนต์และเฟืองวงแหวนรอบนอกขับโดยมอเตอร์ไฟฟ้าซึ่ง เป็นส่วนที่ทำหน้าที่ส่งกำลังไปยังล้อขับเคลื่อนคู่หน้าอีกด้วย

Nickel Metal Hydride In Prius
Power Split Device (PSD) ซึ่งใช้ชุดเฟืองเกียร์ทดเพื่อแบ่งกำลังระหว่างเครื่องยนต์กับมอเตอร์ไฟฟ้า ที่มีการเพิ่มชุดเฟืองเกียร์เข้ามาเสริมอีกหนึ่งชุดนั้นเพื่อช่วยในการผ่อน ภาระการหมุนของมอเตอร์ไฟฟ้า ตัวมอเตอร์เองถูกออกแบบให้มีขนาดที่เล็กลงและใช้ชิ้นส่วนภายในที่มีน้ำหนัก เบาเพื่อทำให่้มีแรงต้านการหมุนน้อยที่สุด หม้อแปลงไฟฟ้าที่มีความร้อนสูงในระหว่างการทำงานจะระบายความร้อนด้วยระบบ Direct Cooling ดังที่กล่าวมาแล้ว มันใช้แผ่นระบายความร้อนเป็นแผ่นโลหะขนาดใหญ่ ตัวหม้อแปลงเองก็มีความเบากว่าของรถรุ่นเก่าถึง 1 ใน 3 บริษัท Toyota ยังคงใช้แบตเตอร์รีแบบ Nickel Metal Hydride และไม่ยอมปรับเปลี่ยนไปใช้แบตเตอร์รีแบบ Lithium-Ion เหมือนกับค่ายรถอื่นๆเนื่องจากมันสามารถรองรับสภาพอากาศที่แตกต่างกันแบบสุด ข้ัวได้ดีเท่าๆกับแบตเตอร์รีแบบ Lithium-Ion ที่มีราคาสูงกว่า แบตเตอร์รีของเจ้า Prius ใหม่นี้มีขนาด-น้ำหนักและการให้กำลังไฟที่ดีขึ้นด้วยระบบระบายความร้อน จึงให้กำลังได้มากถึง 27 กิโลวัตต์ มากขึ้นกว่าเดิม 2 วัตต์

Toyota New Prius 2010
การใช้เครื่องยนต์ขนาดเล็กที่ทำงานร่วมกับ มอเตอร์ไฟฟ้าเป็นความคิดที่มีมานานแล้วในแผนกเครื่องยนต์ของบริษัท Toyota ผู้อำนวยการแผนกวิจัยระบบขับเคลื่อนของค่ายสามห่วง Gerald Kilman กล่าวว่า การลดปริมาตรความจุของกระบอกสูบเพื่อทำให้เครื่องยนต์กินน้ำมันน้อยลงเป็น วิถีทางของค่ายรถยนต์ทั่วๆไป แต่บริษัท Toyota เลือกวิธีที่จะประหยัดเชื้อเพลิงด้วยการใช้เครื่องยนต์ระบบ  Atkinson Cycle แทน การที่รถ Prius มีแรงบิดที่สูงขึ้นทำให้สามารถลดรอบเครื่องยนต์ในระหว่างการเดินทางลงได้ถึง 300 รอบต่อนาทีเมื่อเปรียบเทียบกับเครื่องยนต์รุ่นเดิม ลดภาระของเครื่องยนต์และลดการใช้พลังงานได้เป็นอย่างดี ไม่่ว่าจะเกิดอะไรขึ้นบนวิกฤตการณ์ของพลังงานในครั้งนี้ รถ Prius คือเทคโนโลยีใหม่ในการขับเคลื่อนบนถนนของเมืองไทยที่ถูกพัฒนามาอย่างต่อ เนื่องจากวิศวกรของ Toyota และมันเหมาะสมมากกับการใช้งานในการเคลื่อนที่เดินทางในขณะที่ราคาของเชื้อ เพลิงพุ่งทะยานอย่างไม่หยุดยั้ง

ขอบคุณที่มา : ไทยรัฐออนไลน์

 ลิงค์ : http://guru.thaibizcenter.com/articledetail.asp?kid=9339http://guru.thaibizcenter.com/articledetail.asp?kid=9339