หลักการทำงานทำงานของเทอร์โบชาร์จเจอร์( Turbocharger )
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
การหมุนของคอมเพรสเซอร์จะสร้างแรงดูดเพื่อดูดเอาอากาศเข้ามาสู่เครื่องยนต์
ยิ่งหมุนเร็วเท่าไหร่ ก็จะสามารถดูดอากาศได้มากเท่านั้น
(โดยปกติแล้วความเร็วรอบของเทอร์โบจะอยู่ประมาณ 150,000 รอบต่อนาที)
อากาศที่ถูกคอมเพรสเซอร์ดูดเข้ามาจะถูกอัดจนกระทั่งมีความดันสูง
และพร้อมที่จะไหลเข้าสู่ห้องเผาไหม้เพื่อทำการสันดาปต่อไป
ที่มา https://1.bp.blogspot.com/-KD8y5EGqFFM/WQDQ5CArN_I/AAAAAAAAAA8/FS5ut5a9SuQKEDrJ3xPk4HKN4gEx0w4qACLcB/s1600/turbo_system.png
หลังจากที่อากาศถูกคอมเพรสเซอร์อัดจนมีความดันสูงแล้ว
อากาศที่ถูกอัดนั้นจะมีอุณหภูมิเพิ่มสูงขึ้น จึงไม่เหมาะที่จะป้อนให้กับเครื่องยนต์เพื่อทำการสันดาป
ดังนั้น อากาศที่ถูกอัดจะถูกทำให้เย็นลงด้วยอุปกรณ์ที่ชื่อว่า “ อินเตอร์คูลเลอร์
” ก่อนที่จะไหลเข้าสู่เครื่องยนต์ต่อไป
ที่มา http://www.johsautolife.com/images/knowledge/turbo/full_system.png
สรุปง่ายๆก็คือ
เทอร์โบทำหน้าที่เป็นตัวอัดอากาศเข้าเครื่องยนต์เพื่อให้อากาศสามารถเข้าสู่ห้องเผาไหม้ได้มากขึ้น
ว่าแต่ว่า... เมื่ออากาศเข้าเครื่องยนต์มากขึ้นแล้ว
เครื่องยนต์มันมีกำลังเพิ่มขึ้นได้อย่างไรนะ?
เพื่อที่จะเข้าใจว่า
เทอร์โบสามารถเพิ่มแรงม้าได้อย่างไร? เราควรจะต้องเข้าใจพื้นฐานของกระบวนการเผาไหม้ก่อน
กระบวนการเผาไหม้ (Combustion process) ก็คือ
การนำเอาอากาศ (Oxygen) มาผสมกับน้ำมันในอัตราส่วนที่เหมาะสม
อัตราส่วนดังกล่าวนี้ถูกเรียกว่า “ อัตราส่วน 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
สำหรับเครื่องยนต์ที่มีการติดตั้งเทอร์โบ
เทอร์โบจะสามารถดูดอากาศให้เข้าสู่ห้องเผาไหม้ได้มากกว่าเครื่องยนต์ปกติ
เมื่ออากาศเข้าไปมากแล้ว ก็แน่นอนว่าหัวฉีดก็จะต้องจ่ายน้ำมันมากเพื่อรักษาอัตราส่วน
A/F ดังที่กล่าวไป เพราะฉะนั้น ในเมื่อในห้องเผาไหม้มีอากาศมาก มีน้ำมันมาก
และมีอัตราส่วนผสมที่พอดี การจุดระเบิดก็จะสมบูรณ์และให้กำลังออกมามากกว่าปกติ
และนี่ก็คือคำตอบของคำถามที่ว่า “ เทอร์โบสามารถเพิ่มแรงม้าได้อย่างไร?
แล้วเทอร์โบสามารถเพิ่มแรงม้าได้เท่าไหร่กันล่ะ?
แรงม้าที่เทอร์โบสามารถสร้างได้จะแปรผันกับความดันที่เทอร์โบสร้างได้
ความดันที่ว่านี้คือความดันของอากาศที่บริเวณท่อร่วมไอดี ซึ่งมีชื่อเรียกเท่ห์ๆว่า
“บูสต์” นั่นเอง ยิ่งบูสต์มากเท่าไหร่ ก็จะสามารถอัดอากาศเข้ากระบอกสูบได้มาก
เมื่ออากาศเข้ากระบอกสูบมากก็ต้องจ่ายน้ำมันมาก
การจุดระเบิดภายในห้องเผาไหม้ก็จะรุนแรงและให้กำลังออกมามากขึ้นตามไปด้วย
เพราะฉะนั้นเราสามารถสรุปได้ว่า ยิ่งบูสต์มากเท่าไหร่
เครื่องยนต์ก็จะสามารถสร้างแรงม้าได้มากเท่านั้น อย่างไรก็ตาม การจุดระเบิดที่รุนแรงนี้จะทำให้เครื่องยนต์มีอุณหภูมิที่สูงมาก
บางครั้งถึงขั้นโอเวอร์ฮีทกลับบ้านเก่าไปเลยทีเดียว
เพราะฉะนั้นรถยนต์ที่มีเทอร์โบจึงมีการติดตั้งอุปกรณ์ควบคุมบูสต์ที่เรียกว่า
“เวสต์เกต”
“
เวสต์เกต ” ก็คือ วาวล์ระบายรูปแบบหนึ่งซึ่งถูกติดตั้งไว้ที่ท่อร่วมไอเสีย
เมื่อใดก็ตามที่แรงดันในท่อร่วมไอดีสูงถึงค่าที่จำกัดไว้
เวสต์เกตจะทำหน้าที่ระบายแรงดันไอเสียให้ไหลบายพาสออกไปโดยที่ไม่ไหลผ่านใบพัดเทอร์ไบน์
การทำเช่นนี้จะทำให้ความเร็วรอบของใบพัดเทอร์ไบน์ลดลง
ส่งผลให้บูสต์มีค่าลดลงเช่นเดียวกัน
นอกจากนั้นยังมีวาล์วระบายแรงดันอีกตัวหนึ่งซึ่งจะถูกติดตั้งไว้ที่ท่อร่วมไอดี
(ก่อนถึงลิ้นปีกผีเสื้อ) วาล์วตัวนี้มีชื่อว่า “ โบ-ออฟ ”
อย่างที่ได้กล่าวไปแล้วว่าเทอร์โบจะสร้างแรงดูดเพื่อนำอากาศเข้าสู่ห้องเผาไหม้ให้ได้มากที่สุด
กระแสของอากาศจะไหลผ่านท่อร่วมไอดีด้วยความดันที่สูงมาก แต่เมื่อใดก็ตามที่เราถอนคันเร่ง
ลิ้นปีกผีเสื้อจะปิดลงทันที
ทำให้กระแสอากาศความดันสูงปะทะเข้ากับลิ้นปีกผีเสื้อและไหลย้อนกลับไปยังใบพัดเทอร์ไบน์
ซึ่งอาจจะก่อให้เกิดความเสียภายกับตัวใบพัดได้ โบ-ออฟวาวล์
จึงมีหน้าที่ระบายกระแสอากาศดังกล่าวออกไป ปกติแล้วกระแสอากาศดังกล่าวจะถูกบายพาสเข้าไปที่หลังลิ้นปีกผีเสื้อ
แต่ก็มีบางระบบที่ระบายแรงดันออกสูงบรรยากาศโดยตรงซึ่งจะทำให้เกิดสุ้มเสียงที่เร้าใจและถือเป็นเอกลักษณ์อย่างหนึ่งของรถที่มีเครื่องยนต์เทอร์โบ
เราเข้าใจกันว่า
รถที่มีเทอร์โบคือรถที่มีแรงม้าสูงๆและกินน้ำมันมากๆ แต่เชื่อหรือไม่ว่า
ในปัจจุบันนี้ ค่ายรถยนต์หลายค่ายได้นำเทอร์โบมาใช้กันมากขึ้น
หากแต่ว่าวัตถุประสงค์ของการนำเทอร์โบมาใช้นั้น
ไม่ใช่เพื่อต้องการให้รถมีกำลังมากขึ้นแต่ประการใด
แต่ว่าเป็นการเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องยนต์เพื่อให้ประหยัดน้ำมันมากที่สุด
เทคโนโลยีดังกล่าวเรียกว่า “Downsizing”
ซึ่งเป็นการลดปริมาตรของกระบอกสูบลง
และพร้อมกันนั้นก็ได้มีการติดตั้งเทอร์โบเข้าไป
การทำเช่นนี้จะทำให้เครื่องยนต์ขนาดเล็กสามารถให้กำลังได้เทียบเท่ากับเครื่องยนต์ขนาดใหญ่
เทคโนโลยี EcoBoost ของ Ford ก็ถือเป็นหนึ่งในเทคโนโลยี Downsizing
เช่นเดียวกัน เครื่องยนต์ EcoBoost ถูกนำมาใช้กับ
Ford Fiesta โดยมีการลดขนาดของเครื่องยนต์ลงเหลือเพียง 1
ลิตรเท่านั้น และพ่วงด้วยระบบอัดอากาศแบบเทอร์โบชาร์จเจอร์
ทำให้เครื่องยนต์ขนาดจิ๋วนี้สามารถสร้างแรงม้าได้ถึง 125 ตัวเลยทีเดียว
ด้วยความที่มีหลักการทำงานไม่ซับซ้อน
ทำให้เทอร์โบชาร์จเจอร์เป็นระบบอัดอากาศที่ได้รับความนิยมมากที่สุด อย่างไรก็ตาม
เหรียญมีสองด้านฉันใด เทอร์โบก็มีจุดด้อยฉันนั้น
จุดด้อยหลักๆของเครื่องยนต์เทอร์โบเมื่อเปรียบเทียบกับเครื่องยนต์ N/A
ก็คือ การที่เทอร์โบไม่สามารถตอบสนองต่อคันเร่งได้อย่างทันท่วงที
เราเรียกอาการนี้ว่า “ Turbo lag ” หรืออาการ “รอรอบ” นั่นเอง
ถือว่าเป็นปัญหาที่สร้างความปวดหัวให้กับสาวกเทอร์โบได้ไม่น้อยเลยทีเดียว
ความคิดเห็น
แสดงความคิดเห็น