เทอร์โบชาร์จเจอร์(Turbocharger)

หลายคนคงรู้จักเทคโนโลยีที่ช่วยเพิ่มสมรรถนะให้กับเครื่องยนต์ในเรื่องของอัตราเร่งและอัตราสิ้นเปลือง ซึ่งนอกจากเครื่องยนต์ธรรมดาทั่วไปแล้ว ระบบอัดอากาศคือหนึ่งในอุปกรณ์ที่ช่วยเพิ่มพละกำลังให้กับรถได้ และระบบอัดอากาศ จะมี 2 แบบหลักๆ คือ เทอร์โบชาร์จเจอร์( Turbocharger)  และ ซุปเปอร์ชาร์จเจอร์( Supercharger)  แม้ว่าอุปกรณ์ 2 อย่างนี้จะมีส่วนประกอบที่ต่างกัน แต่มีหน้าที่หลักๆ คือ การเพิ่มปริมาณอากาศเข้าไปที่ห้องเผาไหม้โดยแรงดันที่สูงกว่าแรงดันบรรยากาศ ที่มา https://www.bloggang.com/data/f/figther/picture/1490617067.jpg ทำไมถึงต้องดันอากาศเข้ากระบอกสูบมากๆ ?                                                                                       เพราะข้อจำกัดในเรื่องของสมรรถนะของเครื่องยนต์นั้นมาจากอากาศที่จะเข้าสู่ห้องเผาไหม้นั้นไม่เพียงพอ อากาศที่ดูดเข้าห้องเผาไหม้นั้น ประมาณ 75-85 % เมื่อเทียบกับปริมาณของอากาศทางทฤษฎี ซึ่งอัตราส่วนผสมระหว่างอากาศและเชื้อเพลิงของเครื่องยนต์เบนซินจะเป็น 14:1   โดยน้ำหนัก นั่นหมายความว่า จะมีอากาศ 14 ส่วน เชื้อเพลิง1 ส่วน มาผสมกัน จึงจะเรียกว่า การ

ความเป็นมาของ เทอร์โบชาร์จเจอร์( Turbocharger )  หลังจากที่ได้มีการประประดิษฐ์เครื่องยนต์สันดาปภายในขึ้นมา เป็นช่วงต้นปี  1885  และ ปี  1896  เดมเลอร์ ( Gottlieb Daimler ) และ รูดอล์ฟดีเซล ( Rudolf Diesel ) ได้หาทางเพิ่มประสิทธิภาพให้กับเครื่องยนต์และประหยัดการใช้น้ำมันลงด้วย โดยเพิ่มประสิทธิภาพการเผาไหม้  Alfred J .  Buechi  ชาวสวิตเซอร์แลนด์ได้ทำการทดลองและ   จดสิทธิบัตรนวัตกรรมระบบอัดอากาศในเครื่องยนต์ลูกสูบ สำหรับเทอร์โบที่  Alfred J .  Büchi  ชาวสวิสได้ทำการคิดค้นขึ้นนั้น ส่วนใหญ่เป็นเทอร์โบอัดอากาศของเครื่องยนต์ดีเซลขนาดยักษ์ โดยมีการติดตั้งให้กับหัวจักรรถไฟในเครื่องยนต์ดีเซลที่เป็นต้นกำลังให้กับหัวรถจักรเมื่อปี ค.ศ. 1927  และได้กลายเป็นอุปกรณ์ที่จำเป็นต่อการให้กำลังของเครื่องยนต์ดีเซลที่ใช้ขับหัวรถจักร สำหรับเครื่องยนต์ดีเซลติดตั้งเทอร์โบอัดอากาศเพื่อเสริมประสิทธิภาพนั้น เริ่มต้นใช้งานในรถบรรทุกเมื่อปี  1938  จนกระทั่งเวลาเดินทางมาถึงปี ค.ศ.  1952  ระบบอัดอากาศแบบเทอร์โบชาร์จเจอร์จึงถูกนำไปใช้งานในรถยนต์ที่ใช้เครื่องยนต์เบนซิน เนื่องจากในยุคนั้นพลังงานในรูปของเชื้อเพลิงยังคงมีร

หลักการทำงานของ  เทอร์โบชาร์จเจอร์ ( Turbocharger ) หลักการทำงานของเทอร์โบนั้นอาศัยหลักการ “ กลศาสตร์ของไหล ” ซึ่งไม่ได้มีความซับซ้อนมากมายนัก ส่วนประกอบหลักๆของเทอร์โบประกอบไปด้วยใบพัดสองใบพัด ซึ่งถูกเชื่อมติดกันด้วยแกนเดียว ใบพัดทั้งสองประกอบไปด้วย 1 ). Compressor คือใบพัดที่ถูกติดตั้งไว้ที่ท่อร่วมไอดี   2 ). Turbine เป็นใบพัดที่ถูกติดตั้งไว้ที่ท่อร่วมไอเสีย ที่มา  https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEg6InpooRmdK9UiqAivGXwP6W8_XpA7FH8vE_7IPIYloVIxS4tVwxz-MTbMtcRv_UseLLpOL0HBUrkBKS_F6ivPZ3jXM2E-8N0Kpi0efGnZ5AmYnbfmrARzR_1eM6w7qh_XwM1MGUQU8U3X/s640/turbinecomp.jpg กำลังงานที่ใช้ขับแกนเทอร์โบจะถูกสร้างขึ้นที่ใบพัด “ เทอร์ไบน์ ” โดยอาศัยแรงเป่าจากก๊าซไอเสียที่ไหลออกมาจากห้องเผาไหม้ซึ่งมีอุณหภูมิและความดันที่สูงมาก เมื่อเทอร์ไบน์หมุนแล้ว แน่นอนว่าใบพัดฝั่ง “ คอมเพรสเซอร์ ” ก็จะหมุนตามด้วยความเร็วเดียวกัน หรือพูดง่ายๆก็คือ “ เทอร์ไบน์ ” จะเป็นตัวขับ ส่วน “ คอมเพรสเซอร์ ” จะเป็นตัวหมุนตาม การหมุนของคอมเพรสเซอร์จะสร้างแรงดูดเพื่อดูดเอาอากาศเข้ามาสู่เค

         ทั้งเทอร์โบชาร์จเจอร์และซุปเปอร์ชาร์จเจอร์นั้นต่างก็แบบระบบอัดอากาศด้วยกันทั้งคู่ ซึ่งช่วยในเรื่องการเพิ่มประสิทธิภาพให้รถยนต์ได้เหมือนกันทั้งคู่ เทอร์โบชาร์จเจอร์                 จากที่ได้พูดเกี่ยวกับหลักการทำงานไปในบทความที่แล้ว เทอร์โบนั้นใช้ไอเสียจากท่อมาหมุนใบพัด และอีกด้าน ซึ่งถูกเชื่อมติดกันด้วยแกนเดียว   เมื่อมันหมุนก็จะมีการดูดอากาศเข้ามาเพิ่มมาขึ้น จุดเด่นของเทอร์โบ...                      -  ได้กำลังแรงอัดที่สูงกว่าการใช้ซุปเปอร์ชาร์จแบบธรรมดา                             -  กินน้ำมันเชื้อเพลิงน้อยกว่าเพราะไม่ต้องสูญเสียแรงเครื่องยนต์มาหมุนแต่กลับใช้ไอเสียที่ปล่อยทิ้งมาเป็นกลไกแทน.. จุดด้อยของเทอร์โบ                     -  ปริมาณและความสกปรกของไอเสียจะส่งผลกระทบโดยตรงต่อการทำงานของระบบ                              -  ความเร็วรอบในการหมุนแกนใบพัดสูงถ้าเกิดข้อผิดพราดของระบบควบคุมจะเกิดความเสียหายได้ง่าย                              -   การตอบสนองต้องรอแรงดันในบบให้ได้ตามกำหนดก่อน ที่มา https://cdn3.bigcommerce.com/s-yg3d5ofnb3/products/30

  เชื่อเหลือเกินว่า...ยังมีท่านผู้อ่านหลายท่านที่เข้าใจผิดกับคำว่า “ รอรอบ ” อยู่นะ  บ่อยครั้งที่ได้ยินหลายๆคนบ่นว่า รถของพวกเขาออกตัวได้ช้ามาก...ต้อง “ รอรอบ ” สักพักหนึ่งก่อน...ความตลกมันอยู่ที่ว่า รถของเขาคือฮอนด้าบริโอ้ เครื่องเดิม ซึ่งไม่มี “ เทอร์โบ ” สิ่งที่อยากจะบอกก็คือว่า “ อาการรอรอบ ” เป็นอาการที่เกิดขึ้นกับเครื่องยนต์เทอร์โบเท่านั้น โดยปกติแล้ว เครื่องยนต์เทอร์โบจะสามารถสำแดงฤทธิ์เดชได้ก็ต่อเมื่อมี  “ บูสต์ ” ( Boost )  มาประทาน  ถ้าบูสต์ไม่มา...ก็เท่ากับเสือที่ไม่มีเขี้ยวเล็บ ซึ่งอาจจะโดนหมาป่าเครื่อง  1500 NA  สวนเอา!! จนกลายเป็นเสือร้องไห้ก็เป็นไปได้   เพราะฉะนั้น เครื่องเทอร์โบจะต้องมั่นใจว่าเทอร์โบของเราสามารถสร้างบูสต์ได้อย่างเพียงพอและต่อเนื่อง ...และนี่ก็คือ “ ปัญหา ” ที่ต้องแก้ เอาล่ะ...ลองจินตนาการตามดูนะ  สมมติว่าคุณกำลังขับรถแข่งเครื่องเทอร์โบคันหนึ่งอยู่ในสนามพีระ  ซัดทางตรงช่วงลงเขามายาวๆเลย และโค้งหน้าคือโค้งซ้ายขึ้นเขา แน่นอนว่าก่อนเข้าโค้งก็ต้องเบรก จากนั้นก็ลดเกียร์ลงจาก  4  มา  3  มา  2  แล้วก็เร่งเครื่องออกจากโค้ง ในจังหวะเติมคันเร่งนั้นเอง ปรากฏ

เทอร์โบแปรผัน VNT (Variable Nozzle Turbo)                   ที่มา http://motorsolutionfm.com/wp-content/uploads/2014/02/turbo-VNT.jpg                คือเทคโนโลยีอัดอากาศ เข้าห้องเผาไหม้ด้วยแรงขับดันออกของไอเสีย ที่สามารถเพิ่มปริมาตรไอดี ไหลเข้าให้มากกว่าปกติได้แม้ไอเสียมีแรงไหลออกเพียงน้อยนิด ในขณะเครื่องยนต์ทำงานที่รอบต่ำและยังสร้างแรงอัดไอดีได้อย่างต่อเนื่องในรอบปานกลางหรือรอบสูงอีก โดยต่างจากเทอร์โบธรรมาดา ตรงที่ ด้านโข่งไอเสียจะมีครีบที่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ เพื่อเป็นการควบคุมขนาดของโข่งไอเสีย ทำให้ความเร็วของไอเสียที่จะปั่นใบพัดเทอร์โบ ( Turbine) เหมาะสมกับเครื่องยนต์ทุกๆรอบ เพราะ ขนาดของโข่งไอเสียจะเป็นตัวทำให้ เทอร์โบ บูสท์มาไวหรือช้า ซึ่งแต่ก่อนโข่งไอเสียจะถูกจำกัดปริมาตรคงที่ ถ้าโข่งไอเสียเล็กก็จะทำให้เทอร์โบสามารถสร้างแรงดันได้ไว แต่พอรอบเครื่องสูงๆ จะระบายไอเสียได้ไม่ดี ทำให้กำลังเครื่องยนต์ตก ส่วนโข่งไอเสียขนาดใหญ่ ที่รอบสูงจะระบายไอเสียได้ดี แต่ที่รอบเครื่องต่ำๆ กลับสร้างแรงดันได้ช้าเพราะความเร็วของไอเสียต่ำ                 เทอร์โบแปรผัน มีชื่อเรียกต่างๆ ไม่เหม

การดูแลรักษาเทอร์โบ                 ถ้าหากว่าเครื่องยนต์ไม่มีกำลัง อาจเกิดขึ้นเนื่องจากเทอร์โบเสียหายหรือระบบน้ำมันเชื้อเพลิงบกพร่อง เราก็สามารถตรวจเช็คด้วยการถอดท่อดูดเข้าเทอร์โบออกแล้วลองหมุนและยกเพลาเทอร์โบจากหัวน๊อตล็อกใบพัดไอดีรวมถึง ตรวจดูว่าใบพัดไอดียังอยู่ในสภาพปกติหรือไม่ หากเทอร์โบหมุนไม่สะดวก แสดงว่าเทอร์โบเสียหายต้อถอดมาตรวจซ่อม ซึ่งโดยปกติแล้วจะมีค่ากำหนดเอาไว้ว่าหากเทอร์โบยังอยู่ในสภาพปกติสามารถโยกแกนขึ้น-ลงได้อยู่ในช่วง 0.003 – 0.006 นิ้ว  และสามารถโยกเลื่อนไปมาหน้า-หลังได้อยู่ในช่วง 0.001 – 0.003 นิ้ว ถ้าหากลองโยกแกนเทอร์โบดูแล้วมีค่าเกินมากกว่านี้ เราก็ควรจะต้องส่งซ่อมเพราะหากปล่อยไว้อาจจะเสียหายมากขึ้น ทำให้ต้องซ่อมหนักมากกว่าเดิม แต่ถ้าแกนเทอร์โบยังอยู่ในอาการดี ก็ต้องลองไปตรวจสอบว่าท่อดูดหรือท่ออัดเข้าและออกจากเทอร์โบรั่วหรือคลายหรือไม่ที่อาจเป็นสาเหตุทำให้แรงบูสท์หดหายไป แต่ถ้าสังเกตเห็นว่ามีน้ำมันรั่วซึมออกจากเทอร์โบ ก็ควรตรวจเช็คท่อน้ำมันไหลกลับว่ามีการอุดตันทำให้น้ำมันไหลกลับไม่สะดวก และตรวจเช็คกรองอากาศกันด้วยว่าอุดตันหรือไม่ รวมทั้งตรวจดูระดับน้ำมันในอ่างน

กำลังที่สร้างได้                 เนื่องจากความเร็วรอบของแกนเทอร์โบจะขึ้นกับปริมาณของไอเสีย ยิ่งมีไอเสียมาก ก็จะยิ่งหมุนเร็ว บางครั้งอาจหมุนเร็วถึง 150,000 รอบต่อนาที บูสต์ที่สร้างได้นั้นจะมีตั้งแต่ 10 PSI ไปจนถึง 40 PSI แล้วแต่ขนาดของเทอร์โบ                  อย่างไรก็ตาม ถึงแม้เทอร์โบจะสามารถสร้างแรงม้าได้มากกว่า แต่มันก็มี “ จุดอ่อน ” ที่ยังไม่มีใครแก้ไขได้อย่างเบ็ดเสร็จสมบูรณ์ นั่นก็คือ “ อาการรอรอบ ” หรือที่เรียกว่า “ เทอร์โบ-แล็ก ” ( Turbo - lag ) นั่นเอง “ เทอร์โบ-แล็ก ” กลายเป็น “ คำสาป ” ที่มีอยู่ในเทอร์โบทุกตัว ไม่ว่าจะเป็นเทอร์โบคู่หรือว่าเทอร์โบเดี่ยว ไม่ว่าจะเป็นเทอร์โบเล็กหรือเทอร์โบใหญ่ ...แต่ถ้าหากว่าเรายอมรับคำสาปข้อนี้ได้ แน่นอนว่า...เราก็จะได้ฝูงม้าจำนวนมหาศาลเป็นรางวัลตอบแทนเลยทีเดียว ความยาก-ง่ายในการติดตั้ง         สำหรับเทอร์โบแล้ว เนื่องจากว่าเราต้องเปลี่ยนเฮดเดอร์ใหม่ เพราะฉะนั้นจะมีความยุ่งยากในการติดตั้งเฮดเดอร์และเดินท่อไอเสีย ถ้าจะให้เซฟตี้หน่อยก็ต้องเดินหลบท่อน้ำมัน อีกทั้งยังต้องติดตั้งอินเตอร์คูลเลอร์และเดินท่อไอดีอีกต่างหาก เผลอๆอาจจะต้องแป