ถ้าจะกล่าวถึงอิเล็กทรอนิกส์ในยานยนต์นั้นน่าจะมาจากพื้นฐานความต้องการของ มนุษย์เองที่จะทำให้ยานยนต์สามารถที่จะพัฒนาไปถึงขีดความสามารถใกล้กับหุ่น ยนต์ นั่นคือ มีสมองกลที่ทำหน้าที่ควบคุมอุปกรณ์เสริมทุกอย่างให้เข้ามารวมศูนย์ในที่ เดียว ซึ่งการลดมลภาวะ และการใช้น้ำมันเชื้อเพลิง เป็นอีกหนึ่งประการที่น่าสนใจสำหรับอิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์

       การลดมลภาวะและการใช้น้ำมันเชื้อเพลิง ถ้าจะย้อนกลับไปในอดีตประมาณ 40 ถึง 50 ปี ที่แล้ว ปัญหามลภาวะที่ถูกปล่อยออกจากท่อไอเสียของรถยนต์นั้นยังดูเป็นเรื่องที่ไม่ ใช่ปัญหาใหญ่โตมากนัก แต่เมื่อเวลาได้ล่วงเลยมาปัญหาสิ่งแวดล้อมกับกลายเป็นเรื่องสำคัญที่ทั่วโลก ได้หันมาให้ความสนใจยิ่ง และเนื่องจากจำนวนยานยนต์ทั่วโลกที่มีปริมาณที่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องทำ ให้ข้อบังคับด้านมลภาวะที่ออกมาจากยานยนต์นั้นมีความเข้มงวดมากขึ้นเป็นเงา ตามตัว ส่งผลให้บริษัทผู้ผลิตรถยนต์ละสำนักงานวิจัยต่างๆ ได้คิดค้นตัวช่วยขึ้นมาเพื่อให้รถยนต์ของตัวเองสามารถที่จะผ่านข้อบังคับ ต่างๆ และนำออกสู่ตลาดได้ ที่ต้องเรียกว่าตัวช่วยนั้นเพราะว่า พื้นฐานมลภาวะของรถยนต์เองปกติมาจากการเผาไหม้ที่ไม่สมบูรณ์ของน้ำมันเชื้อ เพลิงกับอากาศในห้องเผาไหม้ของเครื่องยนต์และผ่านท่อไอเสียออกมาสู่สิ่งแวด ล้อม

       ถ้าการเผาไหม้ของเครื่องยนต์นั้นเป็นไปตามทฤษฏีที่เรียกว่า การเผาไหม้โดยสมบูรณ์ทุกครั้ง ปัญหาด้านมลภาวะจะไม่ใช่เรื่องใหญ่แน่นอน แต่ในโลกแห่งความเป็นจริงไม่มีสิ่งใดทำงานได้100% ทุกครั้ง เครื่องยนต์เองก็เช่นกัน โดยตัวมันเองคงไม่สามารถที่จะทำงานที่ความเร็วรอบคงที่เสมอไป เพราะรถยนต์ที่ต้องมีการเร่งขึ้นเร่งลงสลับกับหยุดนิ่งตลอดเวลา และย้อนกลับไปในช่วงแรกๆ ของวิวัฒนาการของเครื่องยนต์นั้นจะเห็นได้ว่า อุปกรณ์ชิ้นหนึ่งที่สำคัญอย่างยิ่งกับเครื่องยนต์นั้นคือ

      คาร์บูเรเตอร์(Carburetor) อุปกรณ์นี้เป็นตัวที่ทำให้น้ำมันเชื้อเพลิงกับอากาศผสมกันก่อนที่จะเข้าสู่ ห้องเผาไหม้ โดยการเปลี่ยนแปลงด้านความเร็วและแรงดันของอากาศผ่านคอคอดในคาร์บูเรเตอร์ เพื่อจะดูดน้ำมันในปริมาณที่พอเพียงต่อการเผาไหม้ ตามปริมาณอากาศที่ถูกดูดเข้ามาอากาศมาก น้ำมันเชื้อเพลิงก็มากตาม เป็นผลมาจากการเปิดของลิ้นปีกผีเสื้อ (Throttle Valve) ที่ควบคุมอากาศผ่านสายคันเร่งนั่นเอง

       โดยทั่วไป คาร์บูเรเตอร์ก็ทำงานได้อย่างดีในระดับหนึ่งแต่ไม่เพียงพอที่จะทำให้มลภาวะ ที่ออกมาสามารถตกลงมาอยู่ในระดับที่ข้อบังคับปัจจุบันกำหนดไว้ได้ เพราะข้อจำกัดของตัวมันคือการทำงานเชิงกลล้วนๆ ความหมายก็คือ การขับเคลื่อนด้านเครื่องกลโดยไม่มีอุปกรณ์ไฟฟ้ามาช่วยเพราะเมื่อมีการ เหยียบคันเร่งที่เชื่อมต่อที่จะทำหน้าที่เป็นควบคุมการเปิดปิดลิ้นปีก ผีเสื้อ อากาศก็จะเข้ามาตามองศาการเปิด เมื่อเปิดมากอากาศก็มากตาม เปิดน้อยก็น้อยตาม และ ด้วยข้อจำกัดเชิงกลนี้เอง ทำให้คาร์บูเรเตอร์ไม่มีทางเลือกอื่นใดเลย ก็จะควบคุมปริมาณเชื้อเพลิงที่จะไปรวมตัวกับอากาศที่ไหลผ่านเข้ามา

       สมมติง่ายๆ ว่าเครื่องจักรกล ณ รอบความเร็วระดับหนึ่งต้องการน้ำมันเชื้อเพลิงที่ไม่มากนัก แต่เพราะว่าคาร์บูเรเตอร์ไม่มีอุปกรณ์ที่จะช่วยให้ทราบถึงความเร็วรอบ สัมพันธ์กับปริมาณอากาศที่เข้ามา ทำให้การจ่ายน้ำมันเชื้อเพลิงไม่มีความเที่ยงตรงพอ ดังเช่น คนๆ หนึ่งคนกินข้าว 10ชาม ทำงานได้เท่ากับอีกคนหนึ่งกินข้าว 5 ชาม เช่นกัน จำนวนที่จ่ายไป 100% แต่ประสิทธิภาพออกมาแค่ 15% เพราะเครื่องยนต์บางครั้งต้องการน้ำมันแค่นั้น แต่กลับกลายว่าน้ำมันถูกจ่ายเข้าไปในปริมาณที่เกินความต้องการ นั่นคือ ปัญหาที่สำคัญที่ทำให้วิศวกรเครื่องยนต์เองได้คิดค้นวิธีการแก้ปัญหานี้ขึ้น มา โดยได้ใช้ตัวช่วยใหม่ และประสบความสำเร็จมาจนถึงทุกวันนี้ นั่นคือ การจ่ายน้ำมันแบบใช้หัวฉีดที่อิเล็กทรอนิกส์ควบคุม

Engine Control Unit

       ระบบหัวฉีดที่มีการใช้อิเร็กทรอนิกส์ควบคุมนั้นได้มีการนำมาใช้ในราวๆ ปี 1970 เรื่อยมาจนถึงถูกวันนี้ การที่จะทำให้เครื่องยนต์มีการใช้น้ำมันเชื้อเพลิงที่เหมะสมตามรอบการทำงาน และที่สำคัญช่วยลดมลภาวะรวมถึงการประหยัดน้ำมันเชื้อเพลิงไปในตัวด้วย วิศวกรเครื่องยนต์ได้ใส่อุปกรณ์สำคัญๆ ไว้ด้วยกันคือ การถอดคาร์บูเรเตอร์ออกแล้วฝั่งหัวฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงเข้าไปที่ท่อร่วมไอดี แทน ตามด้วยติดตั้งตัววัดปริมาณอากาศที่ไหลเข้ามาหรือที่ใช้กันว่า Air Flow Meter และ ตัวความเร็วรอบของเครื่องยนต์เข้าไปอีชิ้นหนึ่ง ในการที่จะทำให้อุปกรณ์ที่ติดตั้งเข้ามานั้นทำงานครบวงจรเต็มประสิทธิภาพได้ จะไม่สามารถขาดสิ่งที่เรียกว่า สมองกล (Engine Control Unit: ECU) ได้เลย สมองกลมีหน้าที่ที่จะควบคุมรับสัญญาณ และส่งผ่านสัญญาณไปกำหนดปริมาณน้ำมันเชื้อเพลิงที่ต้องถูกฉีดออกมาอีกทาง หนึ่ง ถ้าคิดกันง่ายๆ ว่า สมองกลนั้นจะทำงานได้ด้วยระบบเชิงกลแล้วแทบจะเป็นไปไม่ได้เลยทีเดียว ทำให้สมองกลที่ใช้นั้นต้องมาจากอิเล็กทรอนิกส์เท่านั้น

       การรับสัญญาณไฟฟ้าที่แปลงมาจากอุปกรณ์ต่างๆ เข้าสู่ ECU นั้นจำเป็นต้องมีไมโครโปรเซสเซอร์ (Microprocessor) ที่จะเป็นตัวประมวลผลข้อมูลที่รับเข้ามาทำงานร่วมกับหน่วยความจำที่มากพอ จากเดิมอาจใช้แค่ 8 bits เรื่อยมาจนปัจจุบันที่ 32bits และนับวันหน่วยความจำนี้จะมากขึ้นตามลำดับ เพราะว่าอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่นำมาติดตั้งนั้น เพิ่มจำนวนขึ้นเรื่อยๆ เพื่อข้อมูลเที่ยงตรงและมีประสิทธิภาพมากที่สุด การที่ลดมลภาวะจากไอเสียของรถยนต์ให้ได้ตามมาตรฐานที่ถูกตั้งไว้นั้น ลำพังแค่ติดตั้งระบบหัวฉีดไฟฟ้าเซนเซอร์วัดรอบความเร็วและเซนเซอร์วัดปริมาณ อากาศยัวไม่เพียงพอ เพราะสิ่งที่สำคัญอีกอย่างหนึ่ง คือ ไอเสียออกมาจากการเผาไหม้ โดยอุปกรณ์หลักที่สำคัญอีกตัวหนึ่งในการลดมลภาวะ นั่นคือ Catalytic Converter หรือตัวกรองไอเสีย การที่จะทำให้ตัวกรองไอเสียทำงานเต็มประสิทธิภาพนั้นจะมีต้องเซนเซอร์เพิ่ม มาอีกหนึ่งหรือสองตัว ถูกติดตั้งไว้ก่อนหรือหลังตัว Catalyst เพื่อที่จะจับปริมาณออกซิเจนที่ออกมาหลังจากการเผาไหม้ แล้วจึงส่งสัญญาณกลับไปที่ ECU เพื่อประมวลผลถึงความต้องการแท้จริงของน้ำมันเชื้อเพลิงและอากาศที่ผ่านเข้าสู่ห้องเผาไหม้ เพื่อที่จะทำให้ Catalyst เองกรองสารประกอบHC, CO และ NOxได้อย่างเต็มประสิทธิภาพ

       เรื่องของการลดมลภาวะและปริมาณการใช้น้ำมันเชื้อเพลิงนั้น ยังสามารถที่จะพัฒนาต่อไปได้อย่างไม่มีที่สิ้นสุด ถ้าวิศวกรเองสามารถที่จะนำอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ และเซนเซอร์ที่หลากหลายรวมถึง ECU ที่มีความสามารถในการประมวลผลที่แม่นยำมากขึ้นแล้ว ปัญหาด้านมลภาวะก็จะถูกแก้ไขได้มากขึ้น แต่ถ้าคำนึงถึงสิ่งที่เป็นเชิงกลโดยอย่างเดียวเหมือนยุคเริ่มต้นของรถยนต์ แล้ว เราไม่สามารถที่จะทำให้ระดับมลภาวะจากไอเสียลดลงตามต้องการได้เลย เพราะข้อจำกัดของพวกอุปกรณ์ที่เป็นเชิงกลเองล้วนๆ คงยากที่จะบรรลุขีดความสามารถในการทำงานที่เที่ยงตรงสูงได้ จำเป็นต้องทดแทนด้วยอิเล็กทรอนิกส์ผสมผสารเข้าไว้ด้วยกัน เพื่อประสิทธิภาพในการทำงานที่สูงขึ้นอย่างต่อเนื่อง

       บทความโดย...เสกสม ณ นครพนม
       แผนกศึกษาและวิเคราะห์