เรียบเรียงโดยJoh Burut

เมื่อเราพูดถึงรถยนต์สมรรถนะสูงหรือรถที่มีแรงม้ามากๆแล้ว คำว่า เทอร์โบ มักจะเข้ามาวนเวียนเกี่ยวข้องอยู่เป็นประจำ ไม่ว่าจะเป็นเครื่องยนต์เบนซินหรือดีเซล เจ้า เทอร์โบ มันก็ไม่ได้คิดเกี่ยงเลือกข้างแต่อย่างใด สำหรับขาซิ่งที่ต้องการจะเพิ่มแรงม้าให้กับเครื่องยนต์ เจ้า เทอร์โบ ก็มักจะเข้ามาเป็นตัวเลือกอันดับต้นๆอยู่เป็นบ่อยครั้ง แล้วเจ้า เทอร์โบ ที่ว่าเนี่ย มันเป็นใครกันนะ ทำไมมันถึงสามารถเพิ่มพลังให้กับเครื่องยนต์ได้มากมายขนาดนั้น

เพราะฉะนั้น ในบทความนี้เราจะไปทำความรู้จักกับเจ้ากังหันจอมพลัง เทอร์โบชาร์จเจอร์ รวมไปถึงอุปกรณ์ต่างๆที่ถูกนำมาใช้กับระบบเทอร์โบชาร์จเจอร์ เป็นต้นว่า อินเตอร์คูลเลอร์ เวสเกต และโบ-ออฟ วาล์ว

เทอร์โบชาร์จเจอร์ หรือเรียกสั้นๆว่า เทอร์โบ เป็นอุปกรณ์ที่ใช้สำหรับประจุอากาศเข้าเครื่องยนต์โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อที่จะเพิ่มกำลังของเครื่องยนต์ให้มากขึ้น หน้าที่ของเทอร์โบคือการนำอากาศเข้าสู่ห้องเผาไหม้ให้ได้มากกว่าปกติโดยการอัดอากาศให้มีความดันเพิ่มมากขึ้น

แล้วเทอร์โบมันสามารถอัดอากาศได้อย่างไรกันนะ

หลักการทำงานของเทอร์โบนั้นอาศัยหลักการของ กลศาสตร์ของไหล ซึ่งไม่ได้มีความซับซ้อนมากมายนัก ส่วนประกอบหลักๆของเทอร์โบประกอบไปด้วยใบพัดสองใบพัด ซึ่งถูกเชื่อมติดกันด้วยแกนเดียว ใบพัดทั้งสองประกอบไปด้วย

1. คอมเพรสเซอร์ คือใบพัดที่ถูกติดตั้งไว้ที่ท่อร่วมไอดี

2. เทอร์ไบน์ ใบพัดที่ถูกติดตั้งไว้ที่ท่อร่วมไอเสีย

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

อย่างไรก็ตาม หลังจากที่อากาศถูกคอมเพรสเซอร์อัดจนมีความดันสูงแล้ว อากาศที่ถูกอัดนั้นจะมีอุณหภูมิเพิ่มสูงขึ้น จึงไม่เหมาะที่จะป้อนให้กับเครื่องยนต์เพื่อทำการสันดาป ดังนั้น อากาศที่ถูกอัดจะถูกทำให้เย็นลงด้วยอุปกรณ์ที่ชื่อว่า อินเตอร์คูลเลอร์ ก่อนที่จะไหลเข้าสู่เครื่องยนต์ต่อไป

สรุปง่ายๆก็คือ เทอร์โบทำหน้าที่เป็นตัวอัดอากาศเข้าเครื่องยนต์เพื่อให้อากาศสามารถเข้าสู่ห้องเผาไหม้ได้มากขึ้น ว่าแต่ว่า... เมื่ออากาศเข้าเครื่องยนต์มากขึ้นแล้ว เครื่องยนต์มันมีกำลังเพิ่มขึ้นได้อย่างไรนะ

เพื่อที่จะเข้าใจว่า เทอร์โบสามารถเพิ่มแรงม้าได้อย่างไร เราควรจะต้องเข้าใจพื้นฐานของกระบวนการเผาไหม้ก่อน

กระบวนการเผาไหม้(Combustion process) ก็คือ การนำเอาอากาศ(อ็อกซิเจน)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 และมีอัตร่าสวนผสมที่พอดี การจุดระเบิดก็จะสมบูรณ์และให้กำลังออกมามากกว่าปกติ และนี่ก็คือคำตอบของคำถามที่ว่า เทอร์โบสามารถเพิ่มแรงม้าได้อย่างไร

แล้วเทอร์โบสามารถเพิ่มแรงม้าได้เท่าไหร่กันล่ะ

แรงม้าที่เทอร์โบสามารถสร้างได้จะแปรผันกับความดันที่เทอร์โบสร้างได้ ความดันที่ว่านี้คือความดันของอากาศที่บริเวณท่อร่วมไอดี ซึ่งมีชื่อเรียกเท่ห์ๆว่า 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 ซึ่งอาจจะก่อให้เกิดความเสียภายกับตัวใบพัดได้ โบ-ออฟวาวล์จึงมีหน้าที่ระบายกระแสอากาศดังกล่าวออกไป ปกติแล้วกระแสอากาศดังกล่าวจะถูกบาสพาสเข้าไปที่หลังลิ้นปีกผีเสื้อ 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 อย่างไรก็ตาม ในบทความต่อไป เราจะค้นหากันว่า อาการ รอรอบ นั้น เกิดขึ้นได้อย่างไร อะไรคือสาเหตุ แล้วจะมีวิธีไหนบ้างหนอ ที่จะสามารถกำจัดอาการ รอรอบ ได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยท่านผู้อ่านสามารถติดตามบทความตอนต่อไปได้ที่แฟนเพจของเราเลยครับ

เรียบเรียงโดยJoh Burut

Page cover by http://www.wallpaperup.com