Bloggang.com : ทุกคนไม่ได้รู้ทุกสิ่ง : TURBO ทำไมต้องแรง

TURBO ทำไมต้องแรง

เทอร์โบ เป็นอุปกรณ์ชิ้นหนึ่ง
ที่สามารถเพิ่มความแรงให้กับเครื่องยนต์
จนเป็นชื่อเรียกติดปากถึงความแรงว่า
เมื่อไรที่มีเทอร์โบแล้วต้องแรง
จนแพร่ไปถึงการเปรียบเปรยในเรื่องอื่น
เช่น แรง-เร็วยังกับติดเทอร์โบ

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
TURBO คืออะไร ทำไมถึงแรง
เทอร์โบคืออุปกรณ์อัดอากาศชนิดหนึ่ง ทำหน้าที่อัดไอดีเข้ากระบอกสูบ
ด้วยแรงดันและมวลของอากาศ ที่มากกว่าแรงดูดจากการเลื่อนลงของลูกสูบของเครื่องยนต์ปกติ

เครื่องยนต์ที่ไม่มีระบบอัดอากาศ จะสามารถประจุไอดีได้เพียง 70-100% ของความจุกระบอกสูบ
เพราะการเลื่อนตัวลงของกระบอกสูบ แม้จะมีแรงดูดสูง แต่ยังไงก็ยังเป็นการดูด
ทั้งยังมีสารพัดชิ้นส่วนขวางการไหลของอากาศ เช่น วาล์ว ลิ้นปีกผีเสื้อ ไส้กรองอากาศ ฯลฯ
จึงทำให้การดูดอากาศนั้นไม่เต็มที่ 100% ของแรงดูด

ถ้างง ให้เปรียบเทียบกับคนที่มีปอดขยายตัวคอยสูดอากาศ แต่อากาศก็ยังเข้าไปได้แค่พอประมาณ
เพราะต้องดูดผ่านจมูกรูแคบ ๆ ทั้งยังมีขนจมูกคอยกันอยู่ด้วย

ในส่วนของการพัฒนาเพิ่มประสิทธิภาพการดูดอากาศ
ยังไงก็ยังเป็นการดูดมวลของอากาศที่เข้าไปเต็มที่ก็ใกล้เคียง 100% เท่านั้น

ถึงเครื่องยนต์จะมีประสิทธิภาพในการดูดอากาศได้สูงเพียงใด
แต่ก็เป็นไปในช่วงแคบๆ ของรอบการทำงานเท่านั้น
เพราะเมื่อรอบเครื่องยนต์เปลี่ยนไปตามจังหวะการเปิด-ปิดวาล์ว อากาศที่ไหลเข้าสู่กระบอกสูบก็จะน้อยลง
อีกทั้งยังมีอุปกรณ์อื่นเช่น พอร์ท วาล์ว ฯลฯ ขัดขวางการไหลของอากาศจนสามารถบรรจุไอดีได้ 75-90% เท่านั้น

เครื่องยนต์ที่ติดเทอร์โบ ช่วยอัดอากาศตั้งแต่รอบเครื่องยนต์หมุนปากกลางขึ้นไป
จะมีประสิทธิภาพในการประจุไอดีได้สูง ในช่วงรอบเครื่องยนต์ที่กว้างกว่า
เนื่องจากการอัดไอดีด้วยแรงดันอย่างต่อเนื่อง ไม่ใช่แค่แรงดูดจากการเลื่อนลงของลูกสูบ
มวลอากาศที่ถูกอัดเข้าไปในกระบอกสูบจึงมีความหนาแน่นมากกว่าปกติ

เทอร์โบประกอบด้วยชุด เทอร์ไบน์ (กังหันไอเสีย) และคอมเพรสเซอร์ (กังหันไอดี)
มีลักษณะคล้ายกังหัน 2 ตัว ติดตั้งอยู่บนแกนเดียวกัน ฟากละตัว หันหลังเข้าหากัน
หมุนไปพร้อมกันตลอด ไม่มีระบบอากาศเชื่อมกัน
และมีระบบหล่อลื่นช่วงกลางแกนกังหัน ด้วยน้ำมันหล่อลื่นที่ไหลเวียนจากปั๊มเครื่องยนต์

ชุดกังหันไอดี และกังหันไอเสีย จะหมุนไปพร้อมกัน โดยที่ชุดโข่งและกังหันไอเสีย ได้ติดตั้งอยู่กับท่อไอเสีย
กังหันไอเสียจะหมุนด้วยการไหล และการขยายตัวของไอเสียที่ถูกส่งเข้ามา
กลายเป็นต้นกำลังในการหมุนของแกนเทอร์โบ
ต่อจากนั้นไอเสียก็จะถูกระบายทิ้งไปตามปกติ ทางท่อไอเสียไปยังด้านท้ายของรถยนต์

ความเร็วในการหมุนของกังหันไอเสีย
ผกผันอยู่กับความร้อนและปริมาณไอเสียทั้งหมดที่ถูกส่งเข้ามา

การทำงานของเทอร์โบ
ไม่ใช่เป็นความเข้าใจผิดๆ ของบางคนว่า เทอร์โบเป็นการใช้ไอเสียกลับเข้าสู่เครื่องยนต์
ซึ่งไม่มีเหตุผลที่จะทำเช่นนั้น เพราะไอเสียร้อนและแทบไม่มีออกซิเจนที่ช่วยในการเผาไหม้อยู่เลย

เมื่อกังหันไอเสียหมุนด้วยกำลังจากไอเสีย
กังหันไอดีที่ติดตั้งอยู่บนแกนเดียวกันอีกฟากหนึ่ง จะหมุนดูดอากาศแล้วอัดเข้าสู่กระบอกสูบผ่านท่อไอดี
ด้วยแรงดันที่เรียกว่า แรงดันเสริม (BOOST PRESSURE) แรงดันที่สูงกว่าบรรยากาศปกติ

เทอร์โบสามารถสร้างแรงดันเสริมให้สูงขึ้นได้หลายระดับ ตามการออกแบบหรือตามการควบคุม
แต่ถ้าใช้แรงดันสูงเกินไป ชิ้นส่วนภายในเครื่องยนต์อาจเสียหายได้

แม้กังหันไอเสีย และกังหันไอดีจะหมุนทำงานต่อเนื่องบนแกนเดียวกัน
แต่ทั้ง 2 กังหันมิได้มีอากาศหมุนเวียนต่อเนื่องกันเลย ไอเสียเมื่อมาหมุนกังหันไอเสียและก็ปล่อยทิ้งออกไป
ส่วนกังหันไอดีมีต้นกำลังจากการหมุนของกังหันไอเสีย ก็ดูดอากาศบริสุทธิ์จากข้างนอกเข้ามา

การทำงานของเทอร์โบ มิได้ทำให้เครื่องยนต์สูญเสียพลังงานส่วนใดมากนักเลย
เพราะเป็นการนำพลังงานความร้อนจากการขยายตัวของไอเสีย ที่จะต้องทิ้งไปเปล่าประโยชน์
มาใช้หมุนกังหันไอเสีย เปลี่ยนเป็นพลังงานกลก่อนที่จะระบายทิ้งไป
แต่อาจมีแรงดันน้อยกลับ เกิดขึ้นในระบบไอเสียบ้างเล็กน้อย
เมื่อเทียบกับเครื่องยนต์ที่ไม่ได้ติดเทอร์โบ ซึ่งใช้หม้อพักแบบไส้ย้อน
ก็จะเกิดแรงดันย้อนกลับในระบบไอเสียมากกว่ากันไม่เท่าไร

ในการทำงานสูงสุด แกนเทอร์โบอาจหมุนนับแสนรอบต่อนาทีและมีความร้อนสูง
ต้องมีการหล่อลื่นด้วยน้ำมันเครื่อง โดยถูกส่งจากปั๊มขึ้นมาไหลผ่านแล้วก็ไหลกลับลงอ่างน้ำมันเครื่อง
หรืออาจเสริมการลดความร้อนด้วยการหล่อเลี้ยงภายนอกด้วยน้ำ (แยกจากน้ำมันเครื่อง)

เมื่อดับเครื่องยนต์ ปั๊มน้ำมันเครื่องจะหยุดการทำงาน ไม่ส่งน้ำมันเครื่อง
ถ้าแกนเทอร์โบร้อนเกินไป อาจเผาน้ำมันเครื่องให้เป็นตะกรันแข็งขึ้นได้
ตะกรันนี้อาจทำลายซิลภายในเทอร์โบ ที่ต้องป้องกันไม่ให้น้ำมันเครื่องไหลออกทางกังหันทั้ง 2 ข้าง
จนเกิดควันสีขาวจากการเผาน้ำมันเครื่อง
ดังนั้น ก่อนดับเครื่องยนต์ควรปล่อยเครื่องยนต์เดินเบาไว้ 1-5 นาที ตามความร้อนที่ขับมา
เพื่อให้แกนเทอร์โบเย็นลงก่อนที่น้ำมันเครื่องจะหยุดไหลเวียน

แกนเทอร์โบจะหมุนอยู่ตลอดเวลาตั้งแต่เครื่องยนต์ทำงาน เพียงแต่ว่ายังไม่สามารถอัดอากาศตั้งแต่รอบต่ำ
เพราะแรงดูดของลูกสูบ มีมากกว่าไอเสียที่เข้ามาปั่นกังหันไอเสียมีน้อย และแกนเทอร์โบยังหมุนช้าอยู่
เมื่อเร่งรอบเครื่องยนต์ ไอเสียที่มาปั่นกังหันไอเสียมีมากขึ้นกังหันไอดีหมุนเร็วขึ้น
มีการดูดอากาศและอัดสู่กระบอกสูบ ด้วยมวลที่มากกว่าแรงดูดเริ่มเป็นแรงดัน (บูสท์)
กำลังของเครื่องยนต์จึงมากขึ้น จากการเผาไหม้อากาศที่มากขึ้นอย่างรุนแรงขึ้น

การอัดอากาศ ต้องมีขีดจำกัด ถึงจะอัดมากและแรงขึ้นมาก
แต่ชิ้นส่วนภายในเครื่องยนต์อาจเสียหายได้ จากแรงดันที่เพิ่มขึ้น
จึงต้องมีการควบคุมโดยระบายไอดีทิ้งบ้าง หรือปล่อยไอเสียไม่ให้ไหลผ่านกังหันไอเสีย
เพื่อลดรอบการหมุนของกังหันไอดี ไม่ให้เทอร์โบมีการดูดและอัดอากาศมากเกินไป
ซึ่งล้วนเป็นการควบคุมไม่ให้แรงดันไอดีมีแรงดันมากเกินไป โดยนิยมใช้วิธีหลังกันมากกว่า
ซึ่งจะมีกระเปาะรับแรงดันจากท่อไอดี และมีแกนต่อไปยังลิ้นบังคับการระบายไอเสียไม่ให้ผ่านกังหันไอเสีย

ถ้าแรงดันในท่อไอดีชนะแรงดันของสปริงภายในกระเปาะ
แกนจะดันให้ลิ้นบังคับไอเสียเปิดระบายไอเสียไม่ให้ผ่านกังหันไอเสีย
จนกว่าแรงดันในท่อร่วมไอดีจะลดลงตามที่คุมไว้ แกนบังคับจึงจะปิดให้ไอเสียปั่นกังหันไอเสียได้ต่อไป

เทอร์โบจะทำงานตามปริมาณไอเสีย ไม่ได้ทำงานเฉพาะความเร็วสูง
ถ้าใช้เทอร์โบเล็ก กังหันไอเสียหมุนเร็วตั้งแต่รอบเครื่องยนต์ต่ำ อัดอากาศได้เร็ว
แต่ในรอบสูงจะตื้อ เพราะไอเสียไหลได้ไม่ทัน เทอร์โบตัวใหญ่ สร้างแรงดันได้ช้า รอรอบนาน
แต่ไอเสียไหลคล่อง จึงควรใช้เทอร์โบขนาดพอเหมาะกับซีซีของเครื่องยนต์

ถ้างงเรื่องการอัดอากาศแล้วแรง
ให้เปรียบเทียบกับคนที่ปกติมีการหายใจ ด้วยการขยายตัวหรือแรงดูดของปอด ก็จะมีเรี่ยวแรงในระดับปกติ
แต่ถ้ามีอากาศอัดช่วยแบบการให้ออกซิเจน ย่อมต้องมีเรี่ยวแรงมากขึ้น ทั้งที่อวัยวะในร่างกายยังเหมือนเดิม
แต่ถ้าอัดอากาศเข้าด้วยแรงดันที่มากเกินไป ปอดก็แตกตาย

นั่นคือบทสรุปสั้น ๆ ของการเพิ่มกำลังของเครื่องยนต์ด้วยการอัดอากาศจากเทอร์โบ
คือไม่ต้องมีการขยายความจุกระบอกสูบ-ซีซี ซึ่งการเพิ่มซีซีของเครื่องยนต์มีจุดด้อยมากมาย
แต่ต้องมีการเพิ่มความแข็งแรงของหลายชิ้นส่วน เตรียมรองรับแรงดันและมวลของอากาศที่เพิ่มขึ้นกว่าปกติ
ดังที่รู้กันว่า เครื่องยนต์ที่มีซีซีและระบบพื้นฐานต่าง ๆ ใกล้เคียงกัน ซึ่งมีและไม่มีเทอร์โบ
เครื่องยนต์ที่มีเทอร์โบจะมีทั้งกำลังม้า และแรงบิดมากกว่าอยู่ไม่มากก็น้อย

แต่มิได้หมายความว่า เครื่องยนต์ที่ติดตั้งเทอร์โบ จะต้องแรงดุจเครื่องยนต์ของรถแข่ง
เพราะขึ้นอยู่กับแรงดันและมวลของอากาศที่ถูกควบคุม หรือออกแบบกำหนดไว้
เครื่องยนต์เทอร์โบในสายการผลิตรถยนต์ส่วนใหญ่ มักควบคุมให้มีแรงดันของอากาศ (บูสต์) ไม่สูง
หรือที่เรียกกันว่า เครื่องยนต์แบบ LIGHT TURBO
เพราะเป็นการเน้นการเพิ่มกำลังของเครื่องยนต์ ให้มีกำลังดีตั้งแต่รอบต่ำและเป็นช่วงกว้างเท่านั้น

โดยทั่วไปการดูแลเครื่องยนต์ที่ติดตั้งเทอร์โบ
มีความยุ่งยากกว่าเครื่องยนต์ที่ไม่ได้ติดตั้งเทอร์โบพอสมควร คือควรใช้น้ำมันเครื่องคุณภาพสูง
และการปล่อยให้เครื่องยนต์เทอร์โบเดินเบาก่อนการดับเครื่องยนต์สัก 1-5 นาที ตามความร้อนที่สะสมอยู่
ถ้าขับคลาน ๆ ในเมือง ก็ปล่อยให้เครื่องยนต์เดินเบาแค่ช่วงสั้นๆ
ถ้าอัดทางยาวมาก็ปล่อยให้เครื่องยนต์เดินเบาไว้นานหน่อย

ส่วนเครื่องยนต์ธรรมดาที่ไม่ได้ติดตั้งเทอร์โบ
หากเจ้าของต้องการติดตั้งเทอร์โบเพิ่มเข้าไป ต้องใช้อุปกรณ์ร่วมที่ดี และช่างต้องมีความเชี่ยวชาญ
โดยจะต้องมีการเปลี่ยนชิ้นส่วนภายในเครื่องยนต์หรือไม่ ต้องดูกันเป็นกรณีๆ ไป

การติดตั้งเทอร์โบเพิ่มเข้าไปในเครื่องยนต์ดีเซล
ส่วนใหญ่ไม่ต้องมีการเปลี่ยนชิ้นส่วนภายในเครื่องยนต์
แต่ควรใช้แรงดันของอากาศ (บูสต์)ไม่เกิน 5-7 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว
และถ้ามีการแต่งปั๊มจ่ายน้ำมันเชื้อเพลิงเพิ่มก็จะดีขึ้นไปอีก

การติดตั้งเทอร์โบเพิ่มเข้าไปในเครื่องยนต์เบนซิน
ถ้าใช้แรงดันของอากาศ (บูสต์)ไม่เกิน 5-7 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว
อาจไม่ต้องมีการเปลี่ยนชิ้นส่วนภายในเครื่องยนต์
แต่อาจต้องมีการเพิ่มอัตราการจ่ายน้ำมันเชื้อเพลิงเพิ่มขึ้น อย่างเหมาะสม
นับว่าละเอียดอ่อน และยุ่งยากกว่าการติดตั้งเทอร์โบเพิ่มเข้าไปในเครื่องยนต์ดีเซล

ไม่ว่าจะเป็นเครื่องยนต์เบนซินหรือดีเซล ถ้ามีการติดตั้งเทอร์โบเพิ่มเติมภายหลัง
แม้จะทำได้ดี เครื่องยนต์ไม่พังกระจาย แต่ก็ต้องยอมรับว่า เครื่องยนต์จะมีการสึกหรอเพิ่มขึ้น
และมีอายุการใช้งานลดลงบ้างไม่มากก็น้อย

ที่มา:
//www.manager.co.th
//www.elib-online.com

เนื้อหาอื่นที่เกี่ยวข้อง : ระบบระบายไอเสียของเทอร์โบ

*** สารบัญรู้เรื่องรถ

Create Date : 11 เมษายน 2552

Last Update : 15 มกราคม 2555 16:20:24 น.

1 comments

Counter : 1614 Pageviews.

บางทีเทอร์โบก็ไม่ต้องแรงเสมอไป

ดูอย่างเทอร์โบของ 335i ใน bmw สิ

twin turbo มีแรงม้าเพิ่มกว่าเครื่องปกติแค่ 30 แรงม้าเท่าน้น

แต่เขาต้องการติดเข้าไปเพื่อเพิ่มช่วงกำลังของแรงม้าเท่านั้น

โดย: joy_teiy IP: 125.26.129.38 วันที่: 14 เมษายน 2552 เวลา:10:51:28 น.