เรียบเรียงโดย Joh BURUT

เมื่อไม่นานมานี้ ยักษ์ใหญ่แห่งวงการซุปเปอร์คาร์อย่าง FERRARI ได้จดลิขสิทธิ์เครื่องยนต์แบบใหม่ล่าสุดที่ไม่เคยมีมาก่อน จะว่าไปแล้ว มันก็คือเครื่องยนต์สันดาปภายในแบบปกตินี่แหละครับ แต่จุดที่น่าสนใจก็คือระบบอัดอากาศของเครื่องยนต์ตัวนี้ ที่เรียกได้ว่าเป็นอะไรที่ไม่เคยปรากฏมาก่อนในประวัติศาสตร์วงการยานยนต์อย่างแท้จริง และระบบอัดอากาศที่ผมกำลังพูดถึงก็คือ ‘เทอร์โบไฟฟ้า’ นั่นเองครับ

หลายๆ คนอาจจะร้อง...อ้าว! เทอร์โบไฟฟ้ามันมีมาตั้งนานแล้วนิ ไม่เห็นจะแปลกใหม่ตรงไหน ...แน่นอนครับว่า ‘เทอร์โบไฟฟ้า’ หรือที่เรียวว่า Electric Turbocharger นั้น ได้มีการคิดค้นมาเป็นสิบปีแล้ว และนอกจากนั้น หลักการอัดอากาศโดยใช้ใบพัดไฟฟ้า ก็ได้มีการนำมาใช้กับรถยนต์ส่วนบุคคล รวมไปถึงรถแข่งบางประเภทแล้วด้วย ...แต่ทว่า ‘เทอร์โบไฟฟ้า’ เวอร์ชั่นใหม่ล่าสุดของ FERRARI ที่เรากำลังจะไปวิเคราะห์กันนี้ ผมมั่นใจมากว่า...ท่านผู้อ่านไม่เคยเห็นที่ไหนมาก่อนอย่างแน่นอน

ระบบเทอร์โบไฟฟ้าในรถแข่ง FERRARI F1

ถ้าหากพูดถึงเทอร์โบไฟฟ้า เราก็จะนึกถึงเทอร์โบที่มีโข่งไอดี-และ-ไอเสีย แล้วก็มีการนำเอามอเตอร์ไฟฟ้ามาปั่นแกนเทอร์โบ โดยพื้นฐานแล้ว มอเตอร์ไฟฟ้าจะช่วยเข้ามาปั่นแกนเทอร์โบในช่วงที่เครื่องยนต์ต้องการ ‘บูสต์’ อย่างฉับพลัน เพื่อช่วยให้ใบพัดฝั่งไอดี สามารถปั่นเอาอากาศเพื่อเข้าสู่ห้องเผ้าไหม้ได้เร็วที่สุด เป็นผลให้เครื่องยนต์มีการตอบสนองที่ดีขึ้นนั่นเองครับ

สำหรับท่านผู้อ่านที่ต้องการทราบถึงหลักการทำงานโดยพื้นฐานของระบบอัดอากาศประเภทเทอร์โบชาร์จเจอร์ สามารถอ่านเพิ่มเติมได้ที่บทความเรื่อง เทอร์โบชาร์จเจอร์คืออะไร

เทอร์โบแบบเชิงกลโดยทั่วไป

เทอร์โบไฟฟ้าแบบปกติ

จุดที่แตกต่างที่สุดของเทอร์โบไฟฟ้าที่ใช้กันอยู่ในปัจจุบัน และเทอร์โบไฟฟ้าของ FERRARI นั้น ก็คือว่า เทอร์โบไฟฟ้าของ FERRARI จะแยกการทำงานของเทอร์ไบน์ (ใบพัดฝั่งไอเสีย) และคอมเพรสเซอร์ (ใบพัดฝั่งไอดี) ออกจากกันอย่างชัดเจน (เทอร์โบไฟฟ้าในปัจจุบัน จะมีแกนเชื่อมต่อกันระหว่างใบพัดไอดีและใบพัดไอเสีย)

รูปภาพที่ FERRARI ใช้จดสิทธิบัตรระบบเทอร์โบไฟฟ้าแบบใหม่

จากรูปภาพร่างลิขสิทธิ์ข้างบนนี้ เราจะเห็นอุปกรณ์ที่มีลักษณะคล้ายเทอร์โบ โดยจะมีตัวอักษรภาษาอังกฤษกำกับอยู่ 4 ตัว ถ้าผมเดาไม่ผิดแล้ว...ตัวอักษรทั้ง 4 น่าจะหมายถึงชิ้นส่วนต่อไปนี้

ตัวอักษร C ย่อมาจาก Compressor หมายถึง ใบพัดฝั่งไอดีของเทอร์โบ ทำหน้าที่ปั่นไอดีเข้าสู่ห้องเผาไหม้

ตัวอักษร T ย่อมาจาก Turbine หมายถึง ใบพัดฝั่งไอเสีย ทำหน้ารับแรงปะทะจากไอเสีย และเปลี่ยนพลังงานความร้อนให้กลายเป็นพลังงานกล (เปลี่ยนความร้อนให้เป็นการเคลื่อนที่แบบหมุน)

ตัวอักษร M ย่อมาจาก Motor หมายถึง มอเตอร์ที่จะขับเคลื่อนก็ต่อเมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน

ตัวอักษร G ย่อมาจาก Generator หมายถึง ตัวปั่นไฟ โดยจะเปลี่ยนพลังงานกล (พลังงานการหมุน) ให้หลายเป็นกระแสไฟฟ้า

จะเห็นได้อย่างชัดเจนว่า นอกจากใบพัดฝั่งไอดีและไอเสียจะแยกอิสระจากกันแล้ว ใบพัดฝั่งไอดีนั้น จะถูกต่อเข้ากับมอเตอร์ไฟฟ้าโดยตรง (จะเรียกว่า ‘คอมเพรซเซอร์ไฟฟ้า’ ก็คงไม่ผิดนักนะครับ) เพื่อช่วยในการปั่นอากาศเข้าห้องเครื่องยนต์ โดยจะปั่นแบบแปรผันตามลักษณะการขับขี่และภาระของเครื่องยนต์ ณ ขณะนั้น  เพราะฉะนั้นแล้ว ลืมคำว่า ‘รอรอบ’ ไปได้เลยครับ เมื่อเราสามารถควบคุมปริมาณไอดีได้อย่างฉับพลันและแม่นยำแล้ว เครื่องยนต์เทอร์โบไฟฟ้าเครื่องนี้ ก็สามารถตอบสนองได้อย่างรวดเร็ว ราวกับว่าเป็นเครื่องยนต์ NA V12 ยังไงยังงั้นเลยทีเดียว

ในฝั่งของใบพัดไอเสียนั้น ก็ได้มีการต่อตรงเข้ากับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า หรือที่เรียกว่าเจนเนอเรเตอร์นั่นเองครับ เมื่อมีไอเสียพุ่งออกมาปะทะกับใบพัดเทอร์ไบน์จนทำให้เกิดการหมุน เจนเนอร์เรเตอร์จะเปลี่ยนแรงหมุนให้กลายมาเป็นไฟฟ้า และส่งไปเก็บไว้ที่แบตเตอรี่ เพื่อเตรียมส่งให้มอเตอร์ไปปั่นใบพัดไอดีนั่นเองครับ

และนี่ก็คือหลักการทำงานโดยคร่าวๆ ของเทอร์โบไฟฟ้าของเครื่องยนต์ FERRARI ถึงแม้จะมีอุปกรณ์มากมาย แต่มีหลักการทำงานที่ตรงไปตรงมา และมีประสิทธิภาพมากๆ …เพื่อให้เห็นว่า เทอร์โบไฟฟ้าแบบใหม่นี้ มี ‘ความเหนือ’ มากแค่ไหน ...เดี๋ยวเราจะไปสรุปข้อได้เปรียบของระบบเทอร์โบไฟฟ้าแบบใหม่นี้ เป็นแบบข้อๆ กันครับ

ข้อได้เปรียบข้อที่ 1 : การตอบสนองแบบสายฟ้าแล็ป

จุดเริ่มต้นของเทอร์โบไฟฟ้า มาจาก ‘คำสาป’ ที่สถิตอยู่ในเทอร์โบทุกลูก คำสาปที่ว่านี้ ก็คือ ‘อาการรอรอบ’ หรือที่เรียกว่า ‘Turbo lag’ ซึ่งทำให้เครื่องยนต์ตอบสนองได้ช้าลง ยิ่งเทอร์โบมีขนาดใหญ่เท่าไหร่...ก็จะมีอาการรอรอบมากเท่านั้น

เทอร์โบไฟฟ้าถูกสร้างขึ้นมาเพื่อ ‘ลดปริมาณ’ ของอาการรอรอบ โดยอาศัยมอเตอร์ไฟฟ้าเข้ามาปั่นช่วยในจังหวะที่ต้องการบูสต์แบบฉับพลัน อย่างไรก็ตาม เทอร์โบไฟฟ้าแบบใหม่ของ FERRARI นั่น มีความเหนือชั้นกว่าเทอร์โบไฟฟ้าแบบธรรมดา เนื่องจากว่า ใบพัดฝั่งไอดีและไอเสียนั้น ถูกแยกออกจากกันโดยอิสระ เมื่อเป็นเช่นนี้แล้ว จะทำให้การควบคุมปริมาณอากาศในฝั่งไอดี (การควบคุมบูสต์) มีความแม่นยำและรวดเร็วกว่า เป็นผลให้เครื่องยนต์สามารถตอบสนองได้เร็วแบบสายฟ้าแล็ปนั่นเองครับ

สำหรับท่านผู้อ่านที่ต้องการทราบของอาการรอรอบ สามารถอ่านเพิ่มเติมได้ที่บทความเรื่อง แอนติ-แล็ก ซิสเต็ม : ปุ้งปั้ง-สนั่น-ลั่นทุ่ง

ข้อได้เปรียบข้อที่ 2 : สมรรถนะของเครื่องยนต์เพิ่มขึ้น

อย่างที่ได้กล่าวไปแล้วว่า เทอร์โบไฟฟ้าของ FERRARI นั้น ได้ทำการแยกใบพัดไอดีกับไอเสียโดยอิสระ ดังนั้น เราจึงสามารถนำเอาใบพัดฝั่งไอดีไปติดตั้งไว้ในบริเวณที่ไกลจากท่อไอเสียได้ (เทอร์โบแบบปกติ โข่งไอดีจะอยู่ติดกับโข่งไอเสีย) ซึ่งจะช่วยให้อุณหภูมิของไอดีเย็นลงอย่างมาก ส่งผลให้เครื่องยนต์มีสมรรถนะเพิ่มขึ้นนั่นเองครับ

ตัวอย่างความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิอากาศก่อนเข้าเครื่องยนต์และบูสต์ที่สร้างได้ ของ BMW N54

ทั้งหมดนี้ ก็คือหลักการทำงานและข้อได้เปรียบของเทอร์โบไฟฟ้าแบบใหม่ล่าสุดของ FERRARI หวังว่าท่านผู้อ่านจะสนุกกับบทความ และได้รับความรู้ไม่มากก็น้อยนะครับ ท่านผู้อ่านสามารถติดตามบทความเชิงเทคนิคได้โดยตรงที่ แฟนเพจ Joh’s Autolife ได้เลยครับผม