What is a Turbocharger?
"เทอร์โบชาร์จเจอร์" คืออะไร?​

เมื่อเราพูดถึงรถยนต์สมรรถนะสูงหรือรถที่มีแรงม้ามากๆ แล้ว คำว่า "เทอร์โบ" มักจะเข้ามาวนเวียนเกี่ยวข้องอยู่เป็นประจำ ไม่ว่าจะเป็นเครื่องยนต์เบนซินหรือดีเซล เจ้า "เทอร์โบ" มันก็ไม่ได้คิดเกี่ยงเลือกข้างแต่อย่างใด สำหรับขาซิ่งที่ต้องการจะเพิ่มแรงม้าให้กับเครื่องยนต์ เจ้า "เทอร์โบ" ก็มักจะเข้ามาเป็นตัวเลือกอันดับต้นๆ อยู่เป็นบ่อยครั้ง แล้วเจ้า "เทอร์โบ" ที่ว่าเนี่ย มันเป็นใครกันนะ? ทำไมมันถึงสามารถเพิ่มพลังให้กับเครื่องยนต์ได้มากมายขนาดนั้น?

jngimages.blogspot.com​

เพราะฉะนั้น ในบทความนี้เราจะไปทำความรู้จักกับเจ้ากังหันจอมพลัง "เทอร์โบชาร์จเจอร์" รวมไปถึงอุปกรณ์ต่างๆ ที่ถูกนำมาใช้กับระบบเทอร์โบชาร์จเจอร์ เป็นต้นว่า อินเตอร์คูลเลอร์ เวสต์เกต และโบ-ออฟ วาล์ว

speedhunters.com​

เทอร์โบชาร์จเจอร์ หรือเรียกสั้นๆ ว่า "เทอร์โบ" เป็นอุปกรณ์ที่ใช้สำหรับประจุอากาศเข้าเครื่องยนต์โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อที่จะเพิ่มกำลังของเครื่องยนต์ให้มากขึ้น หน้าที่ของเทอร์โบคือการนำอากาศเข้าสู่ห้องเผาไหม้ให้ได้มากกว่าปกติโดยการอัดอากาศให้มีความดันเพิ่มมากขึ้น

แล้วเทอร์โบมันสามารถอัดอากาศได้อย่างไรกันนะ?

หลักการทำงานของเทอร์โบนั้นอาศัยหลักการของ "กลศาสตร์ของไหล" ซึ่งไม่ได้มีความซับซ้อนมากมายนัก ส่วนประกอบหลักๆ ของเทอร์โบประกอบไปด้วยใบพัดสองใบพัด ซึ่งถูกเชื่อมติดกันด้วยแกนเดียว ใบพัดทั้งสองประกอบไปด้วย

1. "คอมเพรสเซอร์" คือใบพัดที่ถูกติดตั้งไว้ที่ท่อร่วมไอดี

2. "เทอร์ไบน์" ใบพัดที่ถูกติดตั้งไว้ที่ท่อร่วมไอเสีย

​

กำลังงานที่ใช้ขับแกนเทอร์โบจะถูกสร้างขึ้นที่ใบพัด "เทอร์ไบน์" โดยอาศัยแรงเป่าจากก๊าซไอเสียที่ไหลออกมาจากห้องเผาไหม้ซึ่งมีอุณภูมิและความดันที่สูงมาก เมื่อเทอร์ไบน์หมุนแล้ว แน่นอนว่าใบพัดฝั่ง "คอมเพรสเซอร์" ก็จะหมุนตามด้วยความเร็วเดียวกัน หรือพูดง่ายๆ ก็คือ "เทอร์ไบน์" จะเป็นตัวขับ ส่วน "คอมเพรสเซอร์" จะเป็นตัวหมุนตาม การหมุนของคอมเพรสเซอร์จะสร้างแรงดูดเพื่อดูดเอาอากาศเข้ามาสู่เครื่องยนต์ ยิ่งหมุนเร็วเท่าไหร่ ก็จะสามารถดูดอากาศได้มากเท่านั้น (โดยปกติแล้วความเร็วรอบของเทอร์โบจะอยู่ประมาณ 150,000 รอบต่อนาที) อากาศที่ถูกคอมเพรสเซอร์ดูดเข้ามาจะถูกอัดจนกระทั่งมีความดันสูง และพร้อมที่จะไหลเข้าสู่ห้องเผาไหม้เพื่อทำการสันดาปต่อไป

​

อย่างไรก็ตาม หลังจากที่อากาศถูกคอมเพรสเซอร์อัดจนมีความดันสูงแล้ว อากาศที่ถูกอัดนั้นจะมีอุณหภูมิเพิ่มสูงขึ้น จึงไม่เหมาะที่จะป้อนให้กับเครื่องยนต์เพื่อทำการสันดาป ดังนั้น อากาศที่ถูกอัดจะถูกทำให้เย็นลงด้วยอุปกรณ์ที่ชื่อว่า "อินเตอร์คูลเลอร์" ก่อนที่จะไหลเข้าสู่เครื่องยนต์ต่อไป

​

สรุปง่ายๆ ก็คือ เทอร์โบทำหน้าที่เป็นตัวอัดอากาศเข้าเครื่องยนต์เพื่อให้อากาศสามารถเข้าสู่ห้องเผาไหม้ได้มากขึ้น ว่าแต่ว่า... เมื่ออากาศเข้าเครื่องยนต์มากขึ้นแล้ว เครื่องยนต์มันมีกำลังเพิ่มขึ้นได้อย่างไรนะ?

เพื่อที่จะเข้าใจว่า เทอร์โบสามารถเพิ่มแรงม้าได้อย่างไร? เราควรจะต้องเข้าใจพื้นฐานของกระบวนการเผาไหม้ก่อน

กระบวนการเผาไหม้ (Combustion process) ก็คือ การนำเอาอากาศ (อ็อกซิเจน) มาผสมกับน้ำมันในอัตราส่วนที่เหมาะสม อัตราส่วนดังกล่าวนี้ถูกเรียกว่า "อัตราส่วนผสมน้ำมันกับอากาศ A/F" (Air/Fuel) ในทางทฤษฎีแล้ว อัตราส่วนที่เหมาะสมที่สุดสำหรับน้ำมันเบนซินก็คือ 14.7:1 ซึ่งหมายถึงการผสมกันระหว่างอากาศ 14.7 กรัม ต่อ น้ำมัน 1 กรัม ถ้าอัตราส่วน A/F มีค่ามากหรือน้อยกว่านี้ การเผาไหม้จะเกิดขึ้นอย่างไม่สมบูรณ์ ถ้าในห้องเผาไหม้มีอากาศมากเกินไปก็ไม่ดี อากาศน้อยเกินไปก็ไม่ดี เรียกได้ว่าต้องควบคุมอัตราส่วน A/F ให้คงที่ตลอดเวลา ตัวอย่างเช่น ถ้าอากาศเข้ามามากเกิน หัวฉีดจะต้องจ่ายน้ำมันเพิ่มขึ้นเพื่อรักษาความสมดุลของอัตราส่วนดังกล่าว ในทางกลับกัน ถ้าอากาศเข้ามาน้อย หัวฉีดก็ต้องจ่ายน้ำมันให้น้อยลงด้วยเช่นกัน

clublexus.com​

สำหรับเครื่องยนต์ที่มีการติดตั้งเทอร์โบ เทอร์โบจะสามารถดูดอากาศให้เข้าสู่ห้องเผาไหม้ได้มากกว่าเครื่องยนต์ปกติ เมื่ออากาศเข้าไปมากแล้ว ก็แน่นอนว่าหัวฉีดก็จะต้องจ่ายน้ำมันมากเพื่อรักษาอัตราส่วน A/F ดังที่กล่าวไป เพราะฉะนั้น ในเมื่อในห้องเผาไหม้มีอากาศมาก มีน้ำมันมาก และมีอัตร่าสวนผสมที่พอดี การจุดระเบิดก็จะสมบูรณ์และให้กำลังออกมามากกว่าปกติ และนี่ก็คือคำตอบของคำถามที่ว่า "เทอร์โบสามารถเพิ่มแรงม้าได้อย่างไร?"

speedhunters.com​

แล้วเทอร์โบสามารถเพิ่มแรงม้าได้เท่าไหร่กันล่ะ?

แรงม้าที่เทอร์โบสามารถสร้างได้จะแปรผันกับความดันที่เทอร์โบสร้างได้ ความดันที่ว่านี้คือความดันของอากาศที่บริเวณท่อร่วมไอดี ซึ่งมีชื่อเรียกเท่ห์ๆ ว่า "บูสต์" นั่นเอง ยิ่งบูสต์มากเท่าไหร่ ก็จะสามารถอัดอากาศเข้ากระบอกสูบได้มาก เมื่ออากาศเข้ากระบอกสูบมากก็ต้องจ่ายน้ำมันมาก การจุดระเบิดภายในห้องเผาไหม้ก็จะรุนแรงและให้กำลังออกมามากขึ้นตามไปด้วย เพราะฉะนั้นเราสามารถสรุปได้ว่า ยิ่งบูสต์มากเท่าไหร่ เครื่องยนต์ก็จะสามารถสร้างแรงม้าได้มากเท่านั้น อย่างไรก็ตาม การจุดระเบิดที่รุนแรงนี้จะทำให้เครื่องยนต์มีอุณหภูมิที่สูงมาก บางครั้งถึงขั้นโอเวอร์ฮีทกลับบ้านเก่าไปเลยทีเดียว เพราะฉะนั้นรถยนต์ที่มีเทอร์โบจึงมีการติดตั้งอุปกรณ์ควบคุมบูสต์ที่เรียกว่า "เวสต์เกต"

"เวสต์เกต" ก็คือวาวล์ระบายรูปแบบหนึ่งซึ่งถูกติดตั้งไว้ที่ท่อร่วมไอเสีย เมื่อใดก็ตามที่แรงดันในท่อร่วมไอดีสูงถึงค่าที่จำกัดไว้ เวสต์เกตจะทำหน้าที่ระบายแรงดันไอเสียให้ไหลบายพาสออกไปโดยที่ไม่ไหลผ่านใบพัดเทอร์ไบน์ การทำเช่นนี้จะทำให้ความเร็วรอบของใบพัดเทอร์ไบน์ลดลง ส่งผลให้บูสต์มีค่าลดลงเช่นเดียวกัน

นอกจากนั้นยังมีวาล์วระบายแรงดันอีกตัวหนึ่งซึ่งจะถูกติดตั้งไว้ที่ท่อร่วมไอดี (ก่อนถึงลิ้นปีกผีเสื้อ) วาล์วตัวนี้มีชื่อว่า "โบ-ออฟ" อย่างที่ได้กล่าวไปแล้วว่าเทอร์โบจะสร้างแรงดูดเพื่อนำอากาศเข้าสู่ห้องเผาไหม้ให้ได้มากที่สุด กระแสของอากาศจะไหลผ่านท่อร่วมไอดีด้วยความดันที่สูงมาก แต่เมื่อใดก็ตามที่เราถอนคันเร่ง ลิ้นปีกผีเสื้อจะปิดลงทันที ทำให้กระแสอากาศความดันสูงปะทะเข้ากับลิ้นปีกผีเสื้อและไหลย้อนกลับไปยังใบพัดเทอร์ไบน์ ซึ่งอาจจะก่อให้เกิดความเสียหายกับตัวใบพัดได้ โบ-ออฟวาวล์จึงมีหน้าที่ระบายกระแสอากาศดังกล่าวออกไป ปกติแล้วกระแสอากาศดังกล่าวจะถูกบาสพาสเข้าไปที่หลังลิ้นปีกผีเสื้อ แต่ก็มีบางระบบที่ระบายแรงดันออกสูงบรรยากาศโดยตรงซึ่งจะทำให้เกิดสุ้มเสียงที่เร้าใจและถือเป็นเอกลักษณ์อย่างหนึ่งของรถที่มีเครื่องยนต์เทอร์โบ

​

เราเข้าใจกันว่า รถที่มีเทอร์โบคือรถที่มีแรงม้าสูงๆและกินน้ำมันมากๆ แต่เชื่อหรือไม่ว่า ในปัจจุบันนี้ ค่ายรถยนต์หลายค่ายได้นำเทอร์โบมาใช้กันมากขึ้น หากแต่ว่าวัตถุประสงค์ของการนำเทอร์โบมาใช้นั้น ไม่ใช่เพื่อต้องการให้รถมีกำลังมากขึ้นแต่ประการใด แต่ว่าเป็นการเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องยนต์เพื่อให้ประหยัดน้ำมันมากที่สุด เทคโนโลยีดังกล่าวเรียกว่า “Downsizing” ซึ่งเป็นการลดปริมาตรของกระบอกสูบลง และพร้อมกันนั้นก็ได้มีการติดตั้งเทอร์โบเข้าไป การทำเช่นนี้จะทำให้เครื่องยนต์ขนาดเล็กสามารถให้กำลังได้เทียบเท่ากับเครื่องยนต์ขนาดใหญ่

car250.com​

เทคโนโลยี EcoBoost ของ Ford ก็ถือเป็นหนึ่งในเทคโนโลยี Downsizing เช่นเดียวกัน เครื่องยนต์ EcoBoost ถูกนำมาใช้กับ Ford Fiesta โดยมีการลดขนาดของเครื่องยนต์ลงเหลือเพียง 1 ลิตรเท่านั้น และพ่วงด้วยระบบอัดอากาศแบบเทอร์โบชาร์จเจอร์ ทำให้เครื่องยนต์ขนาดจิ๋วนี้สามารถสร้างแรงม้าได้ถึง 125 ตัวเลยทีเดียว

hydro-carbons.blogspot.com​

ด้วยความที่มีหลักการทำงานไม่ซับซ้อน ทำให้เทอร์โบชาร์จเจอร์เป็นระบบอัดอากาศที่ได้รับความนิยมมากที่สุด อย่างไรก็ตาม เหรียญมีสองด้านฉันใด เทอร์โบก็มีจุดด้อยฉันนั้น จุดด้อยหลักๆ ของเครื่องยนต์เทอร์โบเมื่อเปรียบเทียบกับเครื่องยนต์ N/A ก็คือ การที่เทอร์โบไม่สามารถตอบสนองต่อคันเร่งได้อย่างทันท่วงที เราเรียกอาการนี้ว่า "Turbo lag" หรืออาการ "รอรอบ" นั่นเอง ถือว่าเป็นปัญหาที่สร้างความปวดหัวให้กับสาวกเทอร์โบได้ไม่น้อยเลยทีเดียว อย่างไรก็ตาม ในบทความต่อไป เราจะค้นหากันว่า อาการ "รอรอบ" นั้น เกิดขึ้นได้อย่างไร? อะไรคือสาเหตุ? แล้วจะมีวิธีไหนบ้างหนอ ที่จะสามารถกำจัดอาการ "รอรอบ" ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

blownvsturbo.com


botoxbeerbling.com​

ที่มา: http://johsautolife.com