หลักการทำงานของ Turbocharger คืออะไร และต่างกับ Supercharger อย่างไร?

ระบบอัดอากาศหรือที่รู้จักกันทั่วไปว่า Turbo อุปกรณ์เพื่อเพิ่มความแรงให้กับเครื่องยนต์นั้น ปัจจุบันเป็นที่นิยมของค่ายรถต่างๆ หรือถ้ารถยังเป็นเครื่องแบบ N/A หรือแบบไม่มีเทอร์โบ ก็นิยมที่จะติดเพิ่มเข้าไป เพื่อเพิ่มสมรรถนะของรถให้มีมากกว่าเดิม หลายคนรู้แต่เพียงว่า มันเป็นตัวที่ทำให้รถแรงขึ้น แต่ยังไม่รู้จักระบบการทำงาน และไม่รู้ว่าระบบอัดอากาศนั้นมีแบบไหนบ้าง วันนี้เรามาทำความรู้จักกันให้มากขึ้นดีกว่า

ทำไมเทอร์โบถึงทำให้รถแรงขึ้นได้?

ต้องอธิบายเบื้องต้นก่อนว่า การจุดระเบิดภายในกระบอกสูบนั้น จะมีอยู่ 2 สิ่งสำคัญที่ทำให้เกิดการระเบิดได้ นั่นคืออากาศกับเชื้อเพลิง โดยในที่นี้จะรวมทั้งเชื้อเพลิงแบบเบนซินและดีเซล ซึ่งการจุดระเบิดนั้น จะถูกควบคุมโดยสมองกลในการสั่งจ่ายน้ำมันและอากาศในสัดส่วนที่ถูกต้อง เพื่อให้ได้ค่าพลังงานสุดจากการจุดระเบิดขึ้นมา แล้วระบบจะเอาพลังงานตัวนี้ไปแปรเปลี่ยนเป็นกำลังเพื่อเอาไปหมุนเพลาหรือล้ออีกที่ผ่านการทำงานของเกียร์ ซึ่งตัวน้ำมันที่ถูกจุดระเบิด ก็จะมีการผลิตพลังงานได้ตามขีดจำกัดของมันเอง ซึ่งถ้าเราต้องการเพิ่มพลังของการจุดระเบิด 1 ครั้งให้มากกว่าเดิม ก็ต้องเพิ่มปริมาณของจำนวนน้ำมันในการจุดระเบิด 1 ครั้งให้มากขึ้น แต่ถ้าระบบการดูดอากาศยังมีเท่าเดิม เชื้อเพลิงที่ถูกฉีดเข้าไปก็จะไม่สามารถเผาไหม้ได้หมด กลายเป็นเขม่าออกไปเปล่าๆ โดยไม่ได้พลังที่เพิ่มขึ้นเลย อันนี้แหล่ะที่ระบบอัดอากาศอย่างเทอร์โบจะเข้ามาทำหน้าที่ ในการเพิ่มอากาศเข้าไปในห้องจุดระเบิดให้มากขึ้น สอดคล้องกับการฉีดน้ำมันที่มากขึ้นในแต่ละรอบ ทำให้การระเบิดในห้อง ได้พลังจากการระเบิดที่มากขึ้น ก็จะทำให้เครื่องยนต์สามารถสร้างแรงม้าได้มากขึ้นตามไปด้วยนั่นเอง

หลักการทำงานของ Turbocharger

เทอร์โบชาร์จเจอร์นั้น เป็นระบบกลไกที่ใช้หลักกลศาสตร์ในการทำงาน โดยมีแกนใบพัดอยู่ 1 แกน ที่มีใบพัดติดอยู่ด้านปลาย 2 ด้าน โดยด้านหนึ่งถูกเรียกว่าเทอร์ไบน์ เป็นใบพัดที่คอยรับลมไอเสีย และแกนอีกด้านเรียกว่า คอมเพรสเซอร์ จะเป็นใบพัดที่ทำหน้าที่อัดไอดีเข้าสู่ห้องจุดระเบิด โดยทั้ง 2 ใบพัดจะทำงานด้วยการหมุนไปพร้อมกัน ตัวเทอร์โบจะถูกติดตั้งให้รับไอเสียที่มาจากห้องจุดระเบิด เมื่อไอเสียวิ่งผ่านตัวใบพัดเทอร์ไบน์ ตัวแกนที่เชื่อมกันอยู่ตรงกลางก็จะหมุนใบพัดคอมเพรสเซอร์ให้ทำงานด้วย โดยคอมเพรสเซอร์จะดูอากาศไอดีจากภายนอก ส่งเข้าสู่ห้องจุดระเบิด เมื่อห้องจุดระเบิดมีอากาศหรือออกซิเจนที่ช่วยเผาไหม้มากกว่าเดิม ตัวสมองกลก็จะจ่ายเชื้อเพลิงในแต่ละรอบการจุดระเบิดได้มากขึ้น พลังงานจึงมีมากขึ้นนั่นเอง

 

Turbocharger มีหลายแบบ

ระบบอัดอากาศหรือเทอร์โบ ในสมัยก่อนก็จะมีรูปแบบเดียวนั่นคือใบพัดแบบคงที่ หมายถึงความสามารถในการรับลมเพื่อหมุนของกังหันเทอร์ไบน์นั้นจะมีค่าเดียว เช่นถ้ามีการหันกังหันให้เริ่มหมุนทำงานที่ 1,000 รอบ/นาที ก็จะเป็นค่านี้ตลอดการทำงาน ซึ่งหมายความว่า ถ้ารอบต่ำกว่านี้ เทอร์โบก็จะยังไม่หมุน เครื่องยนต์ก็ยังไม่สามารถเพิ่มพลังงานให้มากกว่าเดิมได้นั่นเอง จึงทำให้เครื่องยนต์เกิดอาการที่เรียกว่า รอรอบ เพราะถ้ารอบยังไม่ถึงที่กำหนด แรงม้าก็ไม่มากเท่าที่ต้องการ แต่ถ้าจะตั้งค่าเทอร์ไบน์ให้หมุนตั้งแต่เริ่มแรกในรอบต่ำ เมื่อถึงรอบสูง เทอร์โบจะเป็นตัวที่ระบบายไอเสียได้ไม่ทันการทำงาน ก็จะทำให้กำลังตกไปช่วงรอบสูงนั่นเอง

ในปัจจุบันเพื่อแก้ปัญหาอาการรอรอบ จึงได้มีการคิดค้นระบบเทอร์โบแปรผัน ซึ่งแต่ละค่ายรถยนต์ก็เรียกระบบนี้ที่แตกต่างกันไป ทั้ง VGS Turbo, VG Turbo, VNT Turbo เป็นต้น หลักการทำงานก็คือ จะมีชิ้นส่วนที่เรียกว่าครีบ ที่จะคอยบังคับทิศทางลมให้เป่าตัวใบพัดเทอร์ไบน์ ตัวครีบจะปรับองศาได้ด้วยระบบกลไกไฟฟ้า โดยในรอบต่ำ ครีบจะหันตัวเข้าบีบลมให้ผ่านช่องเล็กๆ เพื่อให้ใบพัดเทอร์ไบน์สามารถทำงานได้ในรอบต่ำ ทำให้แกนสามารถไปหมุนใบพัดคอมเพรสเซอร์อัดอากาศเข้าห้องจุดระเบิด แต่ถ้ารอบเริ่มสูงเมื่อไหร่ ระบบกลไกไฟฟ้าจะปรับตัวครีบให้กว้างขึ้น เพื่อให้ลมผ่านไปพัดตัวใบพัดเทอร์ไบน์ได้โดยตรงมากกว่าเดิม อากาศสามารถผ่านตัวใบพัดได้มากขึ้น เพื่อให้การทำงานอัดอากาศและระบายไอเสียสมดุลทั้งขาเข้าและขาออกนั่นเอง ซึ่งปัจจุบันส่วนใหญ่เทอร์โบระบบแปรผันนี้ นิยมใส่มาเป็นระบบมาตรฐานในเครื่องยนต์ดีเซลบนรถกระบะหรือ PPV เกือบทั้งหมดแล้ว ข้อเสียของเทอร์โบแปรผันก็คือ มีค่าตัวที่สูงกว่า และการดูแลรักษายุ่งยากกว่าแบบเดิมพอสมควร

จริงๆแล้วจะยังมีเทอร์โบแบบ Twin Turbo และ Bi-Turbo หรือเทอร์โบ 2 ลูกที่ทำงานพร้อมกันอีก แถมยังมีการทำงานแบบแยกกันอิสระและแบบทำงานร่วมกันอีก แต่จะขอยกยอดเอาไว้เป็นอีกบทความแล้วกันครับ เพราะค่อนข้างจะยาวอยู่พอสมควร

แล้ว Supercharger ล่ะ ทำงานต่างกันมากมั้ย?

หลังจากเข้าใจระบบการทำงานของระบบอัดอากาศเบื้องต้น และรู้หลักการทำงานของ Turbocharger แล้ว เราก็มาทำความรู้จักกับระบบอัดอากาศอีกแบบที่เรียกว่า Supercharger กันต่อเลย ถ้าเราเคยดูหนังเรื่อง Mad Max ในเวอร์ชั่นที่ยังเป็น เมล กิบสัน อยู่ เราก็จะเห็นตัวเทอร์โบที่โล่ออกมาที่ฝากระโปรง เมื่อต้องการพลังของเครื่องยนต์เมื่อไหร่ Max ก็จะกดปุ่มเพื่อให้เทอร์โบหมุน จนได้กำลังที่แรงจนไล่ตามตัวร้ายได้ทันนั่นเอง ซึ่งระบบการทำงานของ Supercharger ก็แบบนี้แหล่ะ เพียงแต่ว่าในหนังจะทำงานโดยใช้มอเตอร์ไปหมุนตัว Supercharger เมื่อต้องการ แต่การทำงานของระบบอัดอากาศแบบนี้ในปัจจุบัน จะเปลี่ยนการหมุนในระบบ Turbo ปกติที่ใช้ไอเสียในการหมุนใบพัดเทอร์ไบน์ ก็เปลี่ยนเป็นตัวพูลเล่ย์ที่ใช้คล้องสายพานหรือโซ่ รับกำลังจากข้อเหวี่ยงของเครื่องยนต์โดยตรง หมายความว่า เครื่องยนต์หมุนไปกี่รอบ Supercharger ก็จะหมุนตามไปด้วยตลอดนั่นเอง โดยแกนของพูลเล่ย์ก็จะเชื่อมต่อกับใบพัดอีกชุด ที่ทำหน้าที่ในการอัดอากาศเข้าไปในห้องเผาไหม้เหมือนกับเทอร์โบปกติเลย ส่วนใหญ่รถที่ติดตั้งระบบอัดอากาศแบบ Supercharger นั้น มักจะเป็นพวกรถ Drag ที่ต้องการใช้ความแรงตั้งแต่เริ่มเครื่องยนต์หมุน (รถของดอมใน F&F ก็ใช้ระบบนี้เช่นกัน) เพราะข้อดีของระบบนี้คือไม่ต้องรอรอบ ระบบอัดอากาศหมุนทำงานตั้งแต่รอบแรกเลย ข้อเสียของระบบนี้คือ มีการสูญเสียพละกำลังบางส่วนเพื่อนำไปหมุนสายพานที่เพิ่มมาอีกเส้น ทำให้การสิ้นเปลืองน้ำมันมีมากกว่านั่นเอง

หลักการอัดอากาศของทั้ง Turbocharger กับ Supercharger นั้น ปลายทางที่ต้องการเหมือนกันคือ ต้องการพละกำลังจากเครื่องยนต์ให้มากกว่าเดิม ถ้าเป็นเครื่องยนต์มาตรฐานที่ติดตั้งมาจากโรงงานก็ไม่เท่าไหร่ แต่ถ้าเป็นการติดเพิ่มเติมจากของเดิม อาจจะต้องตัดสินใจให้ดี เพราะข้อดี-ข้อเสีย และงบประมาณในการติดตั้งของทั้ง 2 แบบก็แตกต่างกันไป อยู่ที่ว่า ต้องการเอาไปใช้แบบไหน ในรถแบบไหนเท่านั้นเองครับ

ติดตามข่าวสารยานยนต์ รวดเร็วก่อนใคร ได้ที่ Autodeft.com