การวิเคราะห์เครื่องยนต์ Honda L15B ซีรีส์: จาก Fit ถึง Accord การพัฒนาของเครื่องยนต์

【PCauto】หากคุณต้องการรู้จัก Honda อย่างแท้จริง งั้นต้องเริ่มจากเครื่องยนต์รุ่น L15B ซึ่งเป็นเครื่องยนต์ที่ช่วยสนับสนุนการเติบโตของยอดขายทั่วโลกของ Honda ในช่วงสิบปีที่ผ่านมา กล่าวได้ว่าเป็นเครื่องยนต์ที่ทรงพลังที่สุด เพราะมันไม่เพียงแค่ขับเคลื่อนรถยนต์ของ Honda แต่ยังขับเคลื่อนการเติบโตของบริษัท Honda เอง

ประวัติการพัฒนา L15B – เริ่มต้นจาก Fit (GK5)

Fit GK5 ที่ใช้เกียร์ 5MT เมื่อขับขี่โดยนักแข่งมืออาชีพ สามารถเร่งจาก 0-100 กม./ชม. ได้ในเวลาเพียงแค่ 8 วินาที ซึ่งทำให้หลายคนต้องทึ่ง เพราะในตอนนั้นรถในกลุ่มเดียวกันอย่าง Polo และ Yaris มักจะใช้เวลาราว 10-12 วินาทีในการเร่งสปีดจาก 0-100 กม./ชม.

นี้ไม่เพียงแต่เป็นเพราะว่า Fit (GK5) มีน้ำหนักตัวเพียง 1.1 ตันเท่านั้น แต่ยังมีสมรรถนะของเครื่องยนต์ L15B ที่เป็นส่วนสำคัญด้วย

• กำลังสูงสุด: 96 kW (131 PS) ที่รอบเครื่อง 6600 rpm
• แรงบิดสูงสุด: 155 N·m ที่รอบเครื่อง 4600 rpm
• ปริมาตรเครื่องยนต์: 1.498 ลิตร
• อัตราส่วนการอัด: 11.5:1
• ระบบวาล์ว: DOHC
• ระบบจ่ายอากาศ: ดูดอากาศธรรมชาติ
• ระบบจ่ายน้ำมัน: หัวฉีดตรง (Direct Injection)
• อัตราการบริโภคน้ำมัน: 5.7 ลิตร/100 กม.

L15B ไม่เพียงแต่มีพลังที่ยอดเยี่ยม แต่ยังประหยัดน้ำมันได้ดีอีกด้วย เนื่องจากมีเทคโนโลยีที่สำคัญสองอย่าง คือ อัตราส่วนการอัดสูงถึง 11.5:1 และเทคโนโลยี VTEC

L15B ใช้เทคโนโลยี VTEC ไม่ใช่เพียงเพราะ Honda มีเทคโนโลยีการควบคุมวาล์ว VTEC แต่เนื่องจาก L15B เป็นเครื่องยนต์ที่มีช่วงชักยาว โดยขนาดกระบอกสูบของ L15B คือ 73 มม. และช่วงชักคือ 89.5 มม. ซึ่งอัตราส่วนระหว่างขนาดกระบอกสูบและช่วงชักมากกว่า 1 ทำให้เครื่องยนต์ประเภทนี้มีแรงบิดที่ดีในช่วงรอบกลางและต่ำ เหมาะกับการขับขี่ในเมืองและมีประสิทธิภาพในการประหยัดน้ำมัน อีกทั้งยังช่วยให้เทคโนโลยี VTEC ของ Honda ช่วยเติมเต็มข้อจำกัดในสมรรถนะที่รอบสูงได้

ดังนั้น ขนาดกระบอกสูบ × ช่วงชัก = 73 × 89.5 มม. ของเครื่องยนต์ L15B จึงไม่เคยเปลี่ยนแปลงตั้งแต่ Fit GK5 จนถึง CR-V

ประวัติการพัฒนา L15B – การก้าวกระโดดใน Civic รุ่นที่ 10

ในปี 2015 เมื่อ Civic รุ่นที่ 10 เปิดตัวในสหรัฐอเมริกา เครื่องยนต์ L15B ได้ก้าวไปสู่ระดับใหม่ โดยการเพิ่มเทอร์โบ จนเครื่องยนต์ L15B พัฒนาเป็น L15B8 ซึ่งไม่เพียงแต่ได้รับความนิยมจากผู้บริโภค แต่ยังกลายเป็นเครื่องยนต์อ้างอิงสำหรับผู้ผลิตรถยนต์อีกด้วย

เครื่องยนต์ L15B8 ที่ติดตั้งใน Civic ได้รับการพัฒนาขึ้นอย่างมาก โดยมีกำลังเครื่องเพิ่มขึ้นถึง 21% เมื่อเทียบกับเครื่องยนต์ 1.8L รุ่นก่อนหน้าใน Civic ขณะเดียวกัน แรงบิดสูงสุดก็เพิ่มขึ้น 26% ส่งผลให้ Civic สามารถเร่งจาก 0-100 กม./ชม. ได้ในเวลาเพียง 8.7 วินาที

• กำลังสูงสุด: 130 kW ที่รอบเครื่อง 5500 rpm
• แรงบิดสูงสุด: 226 N·m ที่รอบเครื่อง 1800-5500 rpm
• อัตราส่วนการอัด: 10.6:1
• ระบบจ่ายอากาศ: เทอร์โบชาร์จ
• อัตราการบริโภคน้ำมัน: 6 ลิตร/100 กม.

ในเอกสารทางการของ Honda เครื่องยนต์ L15B8 ได้รับการปรับปรุงสมรรถนะและประสิทธิภาพการประหยัดน้ำมันหลักๆ ผ่านเทคโนโลยีสำคัญ 3 ประการ

เพื่อเพิ่มพลังเครื่องยนต์ L15B8 จึงลดอัตราส่วนการอัดลงเหลือ 10.6 และเนื่องจากมีระบบเทอร์โบชาร์จที่สามารถเพิ่มปริมาณการจ่ายอากาศได้เพียงพอ เครื่องยนต์ L15B8 จึงยกเลิกการใช้เทคโนโลยี VTEC (ซึ่งยังมีค่าใช้จ่าย) และเปลี่ยนมาใช้ VTC แทน โดยเทคโนโลยี VTC นี้ไม่สามารถควบคุมการยกวาล์วได้ แต่สามารถควบคุมเวลาการเปิดและปิดของวาล์วได้

นี่คือเทคโนโลยีสำคัญแรกของ L15B8: Dual-VTC สำหรับวาล์วดูดและวาล์วบังคับระบายไอเสีย ซึ่งทำให้ L15B8 สามารถใช้กลไก "การล้างก๊าซ" (scavenging) ได้ ในบางช่วงเวลา VTC สามารถทำให้ทั้งวาล์วดูดและวาล์วบังคับระบายไอเสียเปิดพร้อมกันได้ โดยใช้ความดันอากาศจากเทอร์โบ เพื่อขับไล่ก๊าซที่เหลือจากห้องเผาไหม้ออก และดูดอากาศใหม่ที่เย็นและสดเข้าไป ช่วยลดการเกิดการระเบิดในเครื่องยนต์ และส่งเสริมให้เทอร์โบหมุนเร็วขึ้น ด้วยกระบวนการนี้ ที่ 1500 rpm แรงบิดสูงสุดของ L15B8 จะสูงกว่าของเครื่องยนต์ 1.8L ประมาณ 30%

ผ่านเทคโนโลยี Dual-VTC เครื่องยนต์ L15B8 ยังสามารถทำให้เกิดผลลัพธ์ของ EGR (Exhaust Gas Re-circulation) ภายในได้อีกด้วย โดยการขยายเวลาที่วาล์วดูดและวาล์วบังคับระบายไอเสียเปิดพร้อมกัน ซึ่งทำให้ก๊าซไอเสียจากเครื่องยนต์สามารถกลับมาหมุนเวียนและนำมาผสมในการเผาไหม้เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการใช้น้ำมัน ในช่วงที่รถเร่งความเร็ว ระบบจะหยุดการเปิดวาล์วทั้งสองพร้อมกัน เพื่อให้เครื่องยนต์ L15B8 สามารถแสดงสมรรถนะสูงสุดได้

VTC ควบคุมเวลาที่อากาศจะเข้าไปในห้องเผาไหม้ แต่ L15B8 ยังได้ทำการปรับปรุงกระบวนการการจ่ายอากาศเข้าสู่ห้องเผาไหม้อีกด้วย ซึ่งนี่คือ เทคโนโลยีสำคัญข้อที่สอง คือ เทคโนโลยีการเผาไหม้ความเร็วสูงในระบบหัวฉีดตรง

L15B8 ได้ปรับปรุงรูปทรงของทางเดินอากาศ เพื่อทำให้มุมที่อากาศเข้าสู่ห้องเผาไหม้มีความเฉียงมากขึ้น ซึ่งช่วยให้การหมุนเวียนของก๊าซภายในห้องเผาไหม้มีความรุนแรงมากขึ้น ส่งผลให้เกิดการเผาไหม้ที่มีประสิทธิภาพและสมบูรณ์ยิ่งขึ้น

การปรับปรุงนี้มีความยากตรงที่มุมเฉียงของช่องทางเดินอากาศที่กว้างจะทำให้โครงสร้างของช่องทางเดินอากาศบางมาก และไม่สามารถทนต่อความดันในห้องเผาไหม้ได้ ซึ่งจำเป็นต้องใช้กระบวนการที่ทันสมัยเพื่อเพิ่มความแข็งแรงให้กับที่นั่งวาล์ว (Valve seat) เครื่องยนต์ Toyota TNGA ก็ใช้วิธีการเพิ่มมุมของช่องทางเดินอากาศเช่นกันเพื่อเพิ่มการหมุนเวียนของก๊าซ พวกเขาใช้เทคโนโลยี Laser Cladding หรือการเคลือบผิวด้วยเลเซอร์เพื่อเพิ่มความแข็งแกร่งให้กับที่นั่งวาล์ว โดยกล่าวกันว่าเทคโนโลยีนี้มีต้นทุนสูงถึงครึ่งหนึ่งของต้นทุนฝาครอบเครื่องยนต์

เทคโนโลยีสำคัญข้อที่สามคือ วาล์วอิเล็กทรอนิกส์บัยพาสไอเสียเทอร์โบ ปัญหาการหน่วงของเทอร์โบ (turbo lag) จะทำให้พลังงานเกิดความล่าช้า ผู้ขับขี่อาจจะกดคันเร่งเพิ่มขึ้นโดยไม่รู้ตัว ซึ่งจะทำให้เกิดการใช้เชื้อเพลิงที่ไม่จำเป็น และทำให้เครื่องยนต์ไม่สามารถทำงานในช่วงที่มีประสิทธิภาพสูงได้ วาล์วอิเล็กทรอนิกส์ของเทอร์โบใน L15B8 สามารถควบคุมการเปิดปิดได้อย่างแม่นยำ ทำให้เทอร์โบตอบสนองต่อความตั้งใจของผู้ขับขี่ได้เร็วขึ้น ช่วยลดปัญหาการหน่วงพลังงานในเครื่องยนต์

ประวัติการพัฒนา L15B – Accord รุ่นที่ 10 กลับมาใช้ VTEC

เวลามาถึงปี 2017 Accord รุ่นที่ 10 ได้เปิดตัวในเมืองดีทรอยต์ ประเทศสหรัฐอเมริกา เพื่อให้เหมาะสมกับการวางตำแหน่งในตลาดที่สูงกว่า Civic เครื่องยนต์ของ Accord จึงต้องมีพลังงานที่มากกว่า Civic

ดังนั้น L15B8 จึงได้ปรับปรุงโดยการปรับขนาดรัศมีของเพลาข้อเหวี่ยงและตำแหน่งของเพลาข้อเหวี่ยง ทำให้อัตราส่วนการอัดลดลงเหลือ 10.3 และวิวัฒนาการเป็น L15BN ซึ่งไม่เพียงแต่กำลังเครื่องยนต์เพิ่มขึ้น แต่ประสิทธิภาพการประหยัดน้ำมันก็สูงขึ้นด้วย แม้ว่า Accord จะมีน้ำหนักตัวที่มากกว่า Civic แต่ก็ยังสามารถรักษาอัตราการใช้น้ำมันให้ใกล้เคียงกับ Civic ได้

• กำลังสูงสุด: 143 kW ที่รอบเครื่อง 5500 rpm
• แรงบิดสูงสุด: 260 N·m ที่รอบเครื่อง 1600-5000 rpm
• ขนาดเครื่องยนต์: 1498 ml
• ระบบจ่ายอากาศ: เทอร์โบชาร์จ
• อัตราส่วนการอัด: 10.3:1
• อัตราการบริโภคน้ำมัน: 6 ลิตร/100 กม.

เครื่องยนต์ L15BN ได้รับการพัฒนาและปรับปรุงในสองด้านสำคัญ ด้านแรก คือการนำเทคโนโลยี VTEC มาใช้ที่ฝั่งไอเสีย เพื่อให้สามารถสลับการยกวาล์วและเวลาการเปิดปิดวาล์วในช่วงรอบเครื่องที่แตกต่างกัน ทำให้สามารถลดการใช้เชื้อเพลิงและการปล่อยมลพิษในช่วงรอบต่ำ และสามารถเพิ่มกำลังเครื่องในช่วงรอบสูงได้

ประการที่สอง L15BN ได้ปรับปรุงระบบไอเสียโดยใช้การออกแบบแบบ สองช่องทาง ซึ่งช่วยลดการรบกวนระหว่างกระบอกสูบแต่ละตัว และเพิ่มประสิทธิภาพของเทอร์โบ รวมถึงความเร็วในการตอบสนองในรอบต่ำ ทำให้ได้พลังงานที่สูงขึ้นกว่า Civic

Honda นำศักยภาพของเครื่องยนต์ L15B มาใช้ให้เต็มที่

เครื่องยนต์ L15B และรุ่นย่อยของมันไม่เพียงแต่ถูกติดตั้งใน Civic และ Accord แต่ยังมี L15BE ที่ใช้งานใน CR-V และยังถูกนำไปใช้ในรถยนต์รุ่นอื่นๆ เช่น City, XR-V, UR-V ครอบคลุมตั้งแต่รถยนต์ระดับเริ่มต้นไปจนถึงรถยนต์ระดับสูงของ Honda ทำไม Honda ถึงให้ความสำคัญกับเครื่องยนต์ L15B ขนาดนี้?

ตั้งแต่ช่วงเริ่มต้นของการพัฒนา L15B ความสามารถในการทำงานมีอัตราประสิทธิภาพความร้อนที่ใกล้เคียง 40% ซึ่งเป็นผลมาจากพารามิเตอร์ ขนาดกระบอกสูบ × ช่วงการชัก = 73 × 89.5 มม. ซึ่งเป็นแหล่งที่มาของศักยภาพของเครื่องยนต์ L15B นี้

หลังจากนั้น Honda ก็ได้ขุดค้นและพัฒนาศักยภาพของเครื่องยนต์ L15B อย่างต่อเนื่อง นอกจากเทคโนโลยีที่กล่าวถึงในบทความนี้ เช่น VTEC และ Dual-VTC ยังมีเทคโนโลยีอื่นๆ ที่ถูกนำมาใช้กับเครื่องยนต์ L15B เช่น การเพิ่มการเติมโซเดียมในแกนวาล์วแบบช่องว่าง การใช้เทคโนโลยีการตีขึ้นรูปใหม่สำหรับลูกสูบและก้านลูกสูบ และการออกแบบท่อเชื่อมต่ออินเตอร์คูลเลอร์แบบน้ำหนักเบา เป็นต้น ซึ่งทั้งหมดนี้ช่วยให้เครื่องยนต์ L15B มีคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมในด้านน้ำหนักเบา การควบคุมการปล่อยมลพิษ การควบคุมการสั่นสะเทือนและเสียง

สุดท้าย

เครื่องยนต์ L15B ได้กระจายไปทั่วโลกพร้อมกับยอดขายทั่วโลกของ Honda ที่ 3 ล้านคันต่อปี ในมาเลเซีย Honda ยังคงเป็นแบรนด์ต่างชาติที่มียอดขายอันดับหนึ่ง แม้ว่าในปัจจุบัน L15B อาจจะไม่ใช่เครื่องยนต์ที่มีสมรรถนะดีที่สุด แต่เพื่อนของผมที่เป็นช่างซ่อมรถยังคงให้การยอมรับเครื่องยนต์ตัวนี้อย่างมาก เขากล่าวว่า แม้ว่าเครื่องยนต์ L15B จะเก่าไปแล้ว แต่เขาก็สามารถซ่อมแซมให้กลับมามีประสิทธิภาพใกล้เคียงกับเครื่องใหม่ได้ ขณะที่เครื่องยนต์ตัวอื่นๆ นั้นทำได้ยาก