เทอร์โบ เป็นอุปกรณ์ชิ้นหนึ่ง ที่สามารถเพิ่มความแรงให้กับเครื่องยนต์ จนเป็นชื่อเรียกติดปากถึงความแรงว่า
เมื่อไรที่มีเทอร์โบแล้วต้องแรง จนแพร่ไปถึงการเปรียบเปรยในเรื่องอื่น เช่น แรง-เร็ว ยังกับติดเทอร์โบ
TURBO คืออะไร ทำไมถึงแรง
เทอร์โบ คือ อุปกรณ์อัดอากาศชนิดหนึ่ง ทำหน้าที่อัดไอดีเข้ากระบอกสูบด้วยแรงดันและมวลของอากาศที่มากกว่า
แรงดูดจากการเลื่อนลงของลูกสูบของเครื่องยนต์ปกติ
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 แต่ก็เป็นไปในช่วงแคบๆของรอบการทำงานเท่านั้น
เพราะเมื่อรอบเครื่องยนต์เปลี่ยนไปตามจังหวะการเปิด-ปิดวาล์ว อากาศที่ไหลเข้าสู่กระบอกสูบก็จะน้อยลง อีกทั้ง
ยังมีอุปกรณ์อื่นเช่น พอร์ท วาล์ว ฯลฯ ขัดขวางการไหลของอากาศจนสามารถบรรจุไอดีได้ 75-90% เท่านั้น
เครื่องยนต์ที่ติดเทอร์โบ ช่วยอัดอากาศตั้งแต่รอบเครื่องยนต์หมุนปากกลางขึ้นไป จะมีประสิทธิภาพในการประจุไอดี
ได้สูงในช่วงรอบเครื่องยนต์ที่กว้างกว่า เนื่องจากการอัดไอดีด้วยแรงดันอย่างต่อเนื่องไม่ใช่แค่แรงดูดจากการเลื่อน
ลงของลูกสูบ มวลอากาศที่ถูกอัดเข้าไปในกระบอกสูบจึงมีความหนาแน่นมากกว่าปกติ
เทอร์โบ ประกอบด้วยชุด เทอร์ไบน์ (กังหันไอเสีย) และคอมเพรสเซอร์ (กังหันไอดี) มีลักษณะคล้ายกังหัน
2 ตัว ติดตั้งอยู่บนแกนเดียวกัน ฟากละตัว หันหลังเข้าหากัน หมุนไปพร้อมกันตลอด ไม่มีระบบอากาศเชื่อมกัน
และมีระบบหล่อลื่นช่วงกลางแกนกังหันด้วยน้ำมันหล่อลื่นที่ไหลเวียนจากปั๊มเครื่องยนต์
ชุดกังหันไอดี และกังหันไอเสีย จะหมุนไปพร้อมกัน โดยที่ชุดโข่งและกังหันไอเสีย ได้ติดตั้งอยู่กับท่อไอเสีย
กังหันไอเสียจะหมุนด้วยการไหลและการขยายตัวของไอเสียที่ถูกส่งเข้ามา กลายเป็นต้นกำลังในการหมุนของแกน
เทอร์โบ ต่อจากนั้นไอเสียก็จะถูกระบายทิ้งไปตามปกติทางท่อไอเสียไปยังด้านท้ายของรถยนต์
ความเร็วในการหมุนของกังหันไอเสีย ผกผันอยู่กับความร้อนและปริมาณไอเสียทั้งหมดที่ถูกส่งเข้ามา
การทำงานของเทอร์โบ ไม่ใช่เป็นความเข้าใจผิด ๆ ของบางคนว่า เทอร์โบ เป็นการใช้ไอเสียกลับเข้าสู่เครื่องยนต์
ซึ่งไม่มีเหตุผลที่จะทำเช่นนั้น เพราะไอเสียร้อนและแทบไม่มีออกซิเจนที่ช่วยในการเผาไหม้อยู่เลย
เมื่อกังหันไอเสียหมุนด้วยกำลังจากไอเสีย กังหันไอดีที่ติดตั้งอยู่บนแกนเดียวกันอีกฟากหนึ่ง จะหมุนดูดอากาศแล้ว
อัดเข้าสู่กระบอกสูบผ่านท่อไอดีด้วยแรงดันที่เรียกว่า แรงดันเสริม (BOOST PRESSURE)
แรงดันที่สูงกว่าบรรยากาศปกติ
เทอร์โบ สามารถสร้างแรงดันเสริมให้สูงขึ้นได้หลายระดับ ตามการออกแบบหรือตามการควบคุม
แต่ถ้าใช้แรงดันสูงเกินไป ชิ้นส่วนภายในเครื่องยนต์อาจเสียหายได้
แม้กังหันไอเสีย และกังหันไอดีจะหมุนทำงานต่อเนื่องบนแกนเดียวกันแต่ทั้ง 2 กังหันมิได้มีอากาศหมุนเวียนต่อ
เนื่องกันเลย ไอเสีย เมื่อมาหมุนกังหันไอเสีย และก็ปล่อยทิ้งออกไป
ส่วนกังหันไอดีมีต้นกำลังจากการหมุนของกังหันไอเสีย ก็ดูดอากาศบริสุทธิ์จากข้างนอกเข้ามา
การทำงานของเทอร์โบ มิได้ทำให้เครื่องยนต์สูญเสียพลังงานส่วนใดมากนักเลย
เพราะเป็นการนำพลังงานความร้อนจากการขยายตัวของไอเสียที่จะต้องทิ้งไปเปล่าประโยชน์มาใช้หมุนกังหันไอเสีย
เปลี่ยนเป็นพลังงานกลก่อนที่จะระบายทิ้งไป แต่อาจมีแรงดันน้อยกลับ เกิดขึ้นในระบบไอเสียบ้างเล็กน้อย
เมื่อเทียบกับเครื่องยนต์ที่ไม่ได้ติดเทอร์โบ ซึ่งใช้หม้อพักแบบไส้ย้อน
ก็จะเกิดแรงดันย้อนกลับในระบบไอเสียมากกว่ากันไม่เท่าไร
ในการทำงานสูงสุด แกนเทอร์โบอาจหมุนนับแสนรอบต่อนาทีและมีความร้อนสูง ต้องมีการหล่อลื่นด้วยน้ำมันเครื่อง
โดยถูกส่งจากปั๊มขึ้นมาไหลผ่านแล้วก็ไหลกลับลงอ่างน้ำมันเครื่อง หรืออาจเสริมการลดความร้อนด้วยการหล่อเลี้ยง
ภายนอกด้วยน้ำ (แยกจากน้ำมันเครื่อง)
เมื่อดับเครื่องยนต์ ปั๊มน้ำมันเครื่องจะหยุดการทำงาน ไม่ส่งน้ำมันเครื่อง ถ้าแกนเทอร์โบร้อนเกินไป อาจเผาน้ำมัน
เครื่องให้เป็นตะกรันแข็งขึ้นได้ ตะกรันนี้อาจทำลายซิลภายในเทอร์โบที่ต้องป้องกันไม่ให้น้ำมันเครื่องไหลออกทาง
กังหันทั้ง 2 ข้างจนเกิดควันสีขาวจากการเผาน้ำมันเครื่อง ดังนั้น ก่อนดับเครื่องยนต์ควรปล่อยเครื่องยนต์เดินเบา
ไว้ 1-5 นาที ตามความร้อนที่ขับมา เพื่อให้แกนเทอร์โบเย็นลงก่อนที่น้ำมันเครื่องจะหยุดไหลเวียน
แกนเทอร์โบจะหมุนอยู่ตลอดเวลาตั้งแต่เครื่องยนต์ทำงาน เพียงแต่ว่ายังไม่สามารถอัดอากาศตั้งแต่รอบต่ำ เพราะ
แรงดูดของลูกสูบมีมากกว่าไอเสียที่เข้ามาปั่นกังหันไอเสียมีน้อย และแกนเทอร์โบยังหมุนช้าอยู่ เมื่อเร่งรอบเครื่อง
ยนต์ ไอเสียที่มาปั่นกังหันไอเสียมีมากขึ้นกังหันไอดีหมุนเร็วขึ้น มีการดูดอากาศและอัดสู่กระบอกสูบด้วยมวลที่มาก
กว่าแรงดูดเริ่มเป็นแรงดัน(บูสท์)กำลังของเครื่องยนต์จึงมากขึ้นจากการเผาไหม้อากาศที่มากขึ้นอย่างรุนแรงขึ้น
การอัดอากาศ ต้องมีขีดจำกัด ถึงจะอัดมากและแรงขึ้นมาก แต่ชิ้นส่วนภายในเครื่องยนต์อาจเสียหายได้ จากแรงดัน
ที่เพิ่มขึ้น จึงต้องมีการควบคุมโดยระบายไอดีทิ้งบ้าง หรือปล่อยไอเสียไม่ให้ไหลผ่านกังหันไอเสีย เพื่อลดรอบการ
หมุนของกังหันไอดี ไม่ให้เทอร์โบมีการดูดและอัดอากาศมากเกินไป ซึ่งล้วนเป็นการควบคุมไม่ให้แรงดันไอดีมีแรง
ดันมากเกินไป โดยนิยมใช้วิธีหลังกันมากกว่า ซึ่งจะมีกระเปาะรับแรงดันจากท่อไอดี และมีแกนต่อไปยังลิ้นบังคับ
การระบายไอเสียไม่ให้ผ่านกังหันไอเสีย
ถ้าแรงดันในท่อไอดีชนะแรงดันของสปริงภายในกระเปาะ แกนจะดันให้ลิ้นบังคับไอเสียเปิดระบายไอเสียไม่ให้ผ่าน
กังหันไอเสีย จนกว่าแรงดันในท่อร่วมไอดีจะลดลงตามที่คุมไว้ แกนบังคับจึงจะปิดให้ไอเสียปั่นกังหันไอเสียได้ต่อไป
เทอร์โบจะทำงานตามปริมาณไอเสีย ไม่ได้ทำงานเฉพาะความเร็วสูง ถ้าใช้เทอร์โบเล็ก กังหันไอเสียหมุนเร็วตั้งแต่
รอบเครื่องยนต์ต่ำ อัดอากาศได้เร็ว แต่ในรอบสูงจะตื้อ เพราะไอเสียไหลได้ไม่ทัน เทอร์โบตัวใหญ่ สร้างแรงดันได้ช้า
รอรอบนาน แต่ไอเสียไหลคล่อง จึงควรใช้เทอร์โบขนาดพอเหมาะกับซีซีของเครื่องยนต์
ถ้างงเรื่องการอัดอากาศแล้วแรง ให้เปรียบเทียบกับคน ที่ปกติมีการหายใจด้วยการขยายตัวหรือแรงดูดของปอด
ก็จะมีเรี่ยวแรงในระดับปกติ แต่ถ้ามีอากาศอัดช่วยแบบการให้ออกซิเจน ย่อมต้องมีเรี่ยวแรงมากขึ้น
ทั้งที่อวัยวะในร่างกายยังเหมือนเดิม แต่ถ้าอัดอากาศเข้าด้วยแรงดันที่มากเกินไป ปอดก็แตกตาย
นั่นคือบทสรุปสั้น ๆ ของการเพิ่มกำลังของเครื่องยนต์ด้วยการอัดอากาศจากเทอร์โบ คือ ไม่ต้องมีการขยายความจุ
กระบอกสูบ-ซีซี ซึ่งการเพิ่มซีซีของเครื่องยนต์มีจุดด้อยมากมาย แต่ต้องมีการเพิ่มความแข็งแรงของหลายชิ้นส่วน
เตรียมรองรับแรงดันและมวลของอากาศที่เพิ่มขึ้นกว่าปกติ ดังที่รู้กันว่า เครื่องยนต์ที่มีซีซีและระบบพื้นฐานต่าง ๆ
ใกล้เคียงกัน ซึ่งมีและไม่มีเทอร์โบ เครื่องยนต์ที่มีเทอร์โบจะมีทั้งกำลังม้าและแรงบิดมากกว่าอยู่ไม่มากก็น้อย
แต่มิได้หมายความว่า เครื่องยนต์ที่ติดตั้งเทอร์โบ จะต้องแรงดุจเครื่องยนต์ของรถแข่ง เพราะขึ้นอยู่กับแรงดันและ
มวลของอากาศที่ถูกควบคุมหรือออกแบบกำหนดไว้ เครื่องยนต์เทอร์โบในสายการผลิตรถยนต์ส่วนใหญ่ มักควบคุม
ให้มีแรงดันของอากาศ (บูสต์) ไม่สูงหรือที่เรียกกันว่า เครื่องยนต์แบบ LIGHT TURBO
เพราะเป็นการเน้นการเพิ่มกำลังของเครื่องยนต์ให้มีกำลังดีตั้งแต่รอบต่ำและเป็นช่วงกว้างเท่านั้น
โดยทั่วไป การดูแลเครื่องยนต์ที่ติดตั้งเทอร์โบ มีความยุ่งยากกว่าเครื่องยนต์ที่ไม่ได้ติดตั้งเทอร์โบพอสมควร คือ
ควรใช้น้ำมันเครื่องคุณภาพสูง และการปล่อยให้เครื่องยนต์เทอร์โบเดินเบาก่อนการดับเครื่องยนต์สัก 1-5 นาที
ตามความร้อนที่สะสมอยู่ ถ้าขับคลาน ๆ ในเมือง ก็ปล่อยให้เครื่องยนต์เดินเบาแค่ช่วงสั้นๆ
ถ้าอัดทางยาวมาก็ปล่อยให้เครื่องยนต์เดินเบาไว้นานหน่อย
ส่วนเครื่องยนต์ธรรมดาที่ไม่ได้ติดตั้งเทอร์โบ หากเจ้าของต้องการติดตั้งเทอร์โบเพิ่มเข้าไป ต้องใช้อุปกรณ์ร่วมที่ดี
และช่างต้องมีความเชี่ยวชาญ โดยจะต้องมีการเปลี่ยนชิ้นส่วนภายในเครื่องยนต์หรือไม่ ต้องดูกันเป็นกรณี ๆ ไป
การติดตั้งเทอร์โบเพิ่มเข้าไปในเครื่องยนต์ดีเซล ส่วนใหญ่ไม่ต้องมีการเปลี่ยนชิ้นส่วนภายในเครื่องยนต์
แต่ควรใช้แรงดันของอากาศ (บูสต์)ไม่เกิน 5-7 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว
และถ้ามีการแต่งปั๊มจ่ายน้ำมันเชื้อเพลิงเพิ่มก็จะดีขึ้นไปอีก
การติดตั้งเทอร์โบเพิ่มเข้าไปในเครื่องยนต์เบนซิน ถ้าใช้แรงดันของอากาศ (บูสต์)ไม่เกิน 5-7 ปอนด์ต่อ
ตารางนิ้ว อาจไม่ต้องมีการเปลี่ยนชิ้นส่วนภายในเครื่องยนต์ แต่อาจต้องมีการเพิ่มอัตราการจ่ายน้ำมันเชื้อเพลิงเพิ่ม
ขึ้นอย่างเหมาะสม นับว่าละเอียดอ่อนและยุ่งยากกว่าการติดตั้งเทอร์โบเพิ่มเข้าไปในเครื่องยนต์ดีเซล
ไม่ว่าจะเป็นเครื่องยนต์เบนซินหรือดีเซล ถ้ามีการติดตั้งเทอร์โบเพิ่มเติมภายหลัง แม้จะทำได้ดี เครื่องยนต์ไม่พัง
กระจาย แต่ก็ต้องยอมรับว่า เครื่องยนต์จะมีการสึกหรอเพิ่มขึ้น และมีอายุการใช้งานลดลงบ้างไม่มากก็น้อย
ที่มา ผู้จัดการ
และ http://www.elib-online.com
