วันอังคารที่ 24 เมษายน พ.ศ. 2561
บริการข่าวไทยรัฐ

ข่าว

วิดีโอ

เรื่องของเทอร์โบยุคใหม่ ได้ใจเรื่องแรงบิด!

เทอร์โบ ระบบอัดอากาศในรถยนต์รุ่นใหม่ที่ติดตั้งมาจากโรงงาน จะทำให้รถของคุณวิ่งได้ดีขึ้น ปล่อยมลพิษน้อยลง และประหยัดเชื้อเพลิงมากยิ่งขึ้นจริงหรือ ปัจจุบัน รถยนต์สมัยใหม่หลายรุ่นที่ใช้เครื่องยนต์เบนซินและดีเซล ต่างหันมาใช้ระบบอัดอากาศเทอร์โบ ข้อกำหนดด้านมลพิษ ทำให้เกิดนวัตกรรมการลดขนาด และน้ำหนักของเครื่องยนต์ เพื่อลดการใช้เชื้อเพลิง และลดการปล่อยก๊าซ CO2 นับจากนี้ต่อไป ระบบอัดอากาศแบบเทอร์โบ จะยิ่งแพร่หลายออกไปอย่างต่อเนื่อง...


ข้อดีของเทอร์โบ
- ได้กำลังแรงอัดที่สูงกว่า
- กินน้ำมันเชื้อเพลิงน้อยกว่า ไม่ต้องสูญเสียแรงเครื่องยนต์มาหมุนแต่ใช้ไอเสียที่ปล่อยทิ้งมาหมุนเทอร์ไบน์เพื่ออัดอากาศเข้าท่อร่วมไอดี

ข้อด้อยของเทอร์โบ
- ความร้อนเพิ่มขึ้นในห้องเครื่องยนต์
- ความเร็วรอบในการหมุนแกนใบเทอร์ไบน์สูงเมื่อเกิดความผิดพลาดชิ้นส่วนจะเสียหายหนัก
- การตอบสนองในรอบต่ำไม่ค่อยดี มีอาการ Turbo Lag (ปัจจุบันได้รับการแก้ใขให้ดีขึ้นมากแล้ว)

ระบบอัดอากาศแบบเทอร์โบชาร์จเจอร์มีมานานกว่า 100 ปีแล้ว ย้อนเวลากลับไปในปี ค.ศ. 1905 Mr. Alfred J. Buechi ชาวสวิตเซอร์แลนด์ได้ทำการทดลองและจดสิทธิบัตรนวัตกรรมระบบอัดอากาศใน เครื่องยนต์ลูกสูบ สำหรับเทอร์โบที่ Alfred J. Buec ชาวสวิสได้ทำการคิดค้นขึ้นนั้น ส่วนใหญ่เป็นเทอร์โบอัดอากาศของเครื่องยนต์ดีเซลขนาดยักษ์ โดยมีการติดตั้งให้กับหัวจักรรถไฟที่ใช้เครื่องยนต์ดีเซลเป็นต้นกำลังเมื่อปี ค.ศ. 1927 

ในอดีต เทอร์โบ กลายเป็นอุปกรณ์ที่จำเป็นต่อการเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ดีเซลที่ใช้ขับเคลื่อนหัวรถจักรรวมถึงเครื่องยนต์ของเรือ สำหรับเครื่องยนต์ดีเซลติดตั้งเทอร์โบอัดอากาศเพื่อเสริมประสิทธิภาพนั้น เริ่มต้นใช้งานในรถบรรทุกเมื่อปี 1938 จนกระทั่งเวลาเดินทางมาถึงปี ค.ศ. 1952 ระบบอัดอากาศแบบเทอร์โบชาร์จเจอร์จึงถูกนำไปใช้งานในรถยนต์ที่ใช้ เครื่องยนต์เบนซิน เนื่องจากในยุคนั้นพลังงานในรูปของเชื้อเพลิงยังคงมีราคาถูก ความนิยมในระบบอัดอากาศแบบนี้จึงยังไม่ค่อยแพร่หลายเท่าที่ควร มีเพียงวงการรถแข่งที่นิยมนำไปเสริมกำลังให้กับเครื่องยนต์ที่ใช้ในการแข่งขัน

วิกฤติการณ์ ราคาน้ํามันพุ่งทะยาน ทำให้เกิดความขาดแคลนในทศวรรษที่ 1970 เหตุการณ์ดังกล่าวส่งผลกระทบไปทั่ววงการยนตรกรรมในขณะนั้น รวมถึงมาตรการลดการปล่อยมลพิษที่เริ่มเข้มงวดขึ้น ทำให้เทอร์โบกลับมาได้รับความนิยมอีกครั้ง

บริษัท SAAB ค่ายรถยนต์สมรรถนะสูงของสวีเดน ก็ปล่อยรถรุ่นเครื่องยนต์เทอร์โบลงสู่ท้องตลาดด้วยรถ SAAB รุ่น 99 Turbo ปี 1967 บริษัท Porsche แบรนด์รถสปอร์ตชั้นนำจากเยอรมนีได้ผลิตรถยนต์ที่ติดตั้งเทอร์โบออกขายในปี 1976 หลังจากนั้นจึงตามด้วยค่าย Volkswagen กับรถเล็กรุ่น Golf diesel Turbo แบรนด์ตราดาวก็ลงมาเล่นกับหอยพิษด้วยรถ Mercedes Benz 300D Turbo ส่วนค่าย BMW กับ Ford ก็เริ่มต้นผลิตรถยนต์เทอร์โบออกสู่โชว์รูมเพื่อเพิ่มเติมประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ ลดการใช้เชื้อเพลิง และลดการปล่อยมลพิษ

เทอร์โบที่เสริมกำลังแรงบิดของรถยนต์ทั้งเครื่องยนต์ดีเซลและเบนซิน จึงถือกำเนิดขึ้นมานานพอสมควร มันนานพอที่วิศวกรจะพัฒนาประสิทธิภาพของระบบอัดอากาศเทอร์โบให้มีความสามารถ มากยิ่งขึ้น ให้กำลังในรูปของแรงบิดดีขึ้น ใช้เชื้อเพลิงลดลง และเครื่องยนต์เริ่มมีขนาดที่เล็กลง

ตลอดระยะเวลากว่า 10 ปีที่ผ่านมา งานปรับแต่งขุมกำลังในเชิงวิศวกรรมการของ BMW ที่ใช้ชื่อเรียกกันว่า BMW TwinPower Turbo หรือค่ายตราดาวกับเครื่องยนต์ Bluetec ปัจจุบันต้นกำลังประสิทธิภาพสูงจากแบรนด์รถเยอรมัน ล้วนแล้วแต่มีการปรับแต่งให้เครื่องยนต์มีขนาดเล็กลง มีกระบอกสูบน้อยลง มีระบบวาล์วแปรผันที่ทันสมัย ระบบควบคุมการทำงานของเครื่องยนต์หรือ ECU ที่ฉลาดหลักแหลมมากขึ้น

เครื่องยนต์เทอร์โบยุคใหม่มีการปรับเปลี่ยนชุดจ่ายเชื้อเพลิง โดยหันมาใช้ระบบจ่ายเชื้อเพลิงแบบยิงตรง หรือคอมมอลเรลไดเรคอินเจคชั่นที่ทันสมัย กับชุดส่งกำลังที่มีอัตราทดครอบคลุม เป็นเกียร์แบบใหม่ที่มีให้ใช้งาน 8-9 ไปจนถึง 10 สปีด ช่วยลดรอบเครื่องยนต์ไม่ให้สูงจนเกินไปเมื่อวิ่งในตำแหน่งเกียร์ Overdrive รวมถึงการใช้ระบบอัดอากาศแบบแปรผัน หรือ Twin Scroll Turbo ที่ลดอาการรอรอบ เพิ่มแรงบิดในรอบกลางถึงรอบสูงสุดได้ด้วยระบบ Overboost สามารถส่งแรงบิดได้อย่างดีเยี่ยมตั้งแต่รอบต้นๆ ยันรอบสูงสุด

ความประหยัดนั้น ส่วนใหญ่จะเกิดขึ้นได้เพราะผู้ขับขี่ใช้คันเร่งอย่างถูกวิธี รถจะกินเชื้อเพลิงมากหรือน้อยก็ขึ้นอยู่กับผู้ใช้โดยตรง เครื่องยนต์แบบไม่มีระบบอัดอากาศ เมื่อนำไปเปรียบเทียบกับเครื่องยนต์ที่มีระบบอัดอากาศในปริมาตรความจุที่เท่าๆ กัน เครื่องยนต์เทอร์โบจะมีประสิทธิภาพด้านอัตราเร่ง อัตราสิ้นเปลือง ที่ดีกว่า ส่วนการส่งถ่ายแรงบิดก็เกิดขึ้นอย่างรวดเร็วตั้งแต่รอบต้นๆ เหนือกว่าเครื่องยนต์ที่ไม่มีระบบอัดอากาศ

เมื่อเครื่องยนต์ที่ใช้เทอร์โบอยู่ในขั้นตอนของการทำงานปกติ ใบกังหันของเทอร์โบจะมีรอบการหมุนอยู่ที่ 2-3 หมื่นรอบต่อนาที เมื่ออากาศที่ผสมน้ำมันผ่านกังหันการผสมกันจะดียิ่งขึ้นจากการออกแบบท่อทางเดินของไอดีแบบใหม่ ห้องเผาไหม้ที่รองรับการจุดระเบิดด้วยขั้นตอนที่สมบูรณ์ การผสมกันระหว่างอากาศกับเชื้อเพลิงอยู่ในเกณฑ์ที่ถูกต้องผ่านการควบคุมของสมองกล ECU ทุกอณูของเชื้อเพลิงถูกฉีดโดยหัวฉีดแรงดันสูงแปรเปลี่ยนมาเป็นพลังงานหลังการจุดระเบิด

การเผาไหม้ที่หมดจดยังทำให้ค่าการปล่อยมลพิษลดลงมาก ความร้อนจากไอเสียที่นำมาหมุนกลีบใบเทอร์โบ เมื่อไอเสียปริมาณมากๆ ไหลผ่านกลีบใบเพื่ออัดไอดีเข้าสู่ท่อร่วม ไอเสียที่ออกจากเครื่องยนต์จะมีแรงต้านทาน ยิ่งหมุนเร็วเท่าไรก็ยิ่งมีแรงต้านมากยิ่งขึ้น หมายถึงความสิ้นเปลืองที่เพิ่มขึ้น

การออกแบบท่อทางเดินของไอเสีย จึงมีส่วนสำคัญที่จะช่วยลดแรงต้านดังกล่าว เครื่องยนต์เทอร์โบจะถูกลดกำลังอัดลง เนื่องจากต้องลดภารกรรมด้านการแพร่กระจายของความร้อน กำลังอัดท่ีลดลงช่วยป้องกันอาการเครื่องน็อกจากความร้อนเมื่อต้องทำงานอย่างต่อเนื่อง ระบบระบายความร้อนในเครื่องยนต์เทอร์โบ จึงมีความสำคัญสูงสุดในการที่จะทำให้เครื่องยนต์สามารถคายประสิทธิภาพออกมาได้อย่างหมดจด แม้จะวิ่งในสภาพอากาศที่ร้อนจัดก็ตาม

เครื่องยนต์เทอร์โบของ AUDI ใช้เทอร์โบที่ทำงานผสมระหว่างแรงดันของไอเสีย กับมอเตอร์ไฟฟ้าขนาดเล็ก 48 โวลต์ เพื่อกำจัดอาการ Turbo Lag ระบบไฟฟ้ากำลัง 48 โวลต์ จะทำงานควบคู่ไปกับชุดไฟระบบ 12 โวลต์แบบเดิม ที่กำลังใช้งานกันมานาน การมีระบบไฟถึง 2 ระบบ ทำให้เทคโนโลยีใหม่ของระบบอิเล็กทรอนิกส์ในรถยนต์เปิดกว้างมากยิ่งขึ้น เครื่องยนต์ดีเซลของ AUDI ขนาด 3.0 ลิตร V6 ใช้ระบบเทอร์โบไฟฟ้าทั้งหมด

สำหรับเครื่องยนต์ดีเซลนั้น มีความสามารถในการเผาไหม้เชื้อเพลิงได้ดี อีกทั้งยังมีการสกัดพลังงานจากเชื้อเพลิงดีกว่าเครื่องยนต์เบนซิน แต่ผลกระทบที่ตามมานั้นก็คืออุณหภูมิของไอเสียจะต่ำกว่า ทำให้พลังที่จะไปหมุมกลีบเทอร์ไบมีน้อยกว่าเครื่องเบนซิน แม้จะมีเทคโนโลยีระบบเทอร์โบแบบแปรผันเข้ามาช่วยแก้ปัญหาการขาดกำลังในรอบต่ำ แต่ความร้อนของไอเสียที่ได้จากเครื่องยนต์ดีเซลยุคใหม่มีค่าที่ลดลงมาก จนทำให้เทอร์โบไม่สามารถตอบสนองได้อย่างเต็มที่

เมื่อกดคันเร่งเพื่อออกตัวเร็วๆ เทอร์โบจึงต้องการเวลาสักครู่ในการที่จะหมุนอย่างเต็มกำลังเพื่อทำการอัดอากาศ และสร้างบูสต์สูงๆ ได้ ช่วงเวลาที่รอเทอร์โบสร้างการบูสต์นี้เรียกว่าอาการ Turbo Lag ซึ่งวิศวกรของ AUDI พยายามจะขจัดอาการดังกล่าวเพื่อทำให้การกดคันเร่งในช่วงรอบต่ำนั้น เครื่องยนต์ดีเซลเทอร์โบที่ใช้ระบบดังกล่าว สามารถตอบสนองได้อย่างรวดเร็ว วิศวกรเครื่องกลในแผนก Advanced Diesel Engine Development คิดค้นระบบเทอร์โบไฟฟ้า โดยมอเตอร์ไฟฟ้าจะรับหน้าที่หมุนกลีบเทอร์โบร่วมกับไอเสียของเครื่องยนต์ ในช่วงการขับปกติของระบบเทอร์โบไฟฟ้า ขณะที่เทอร์โบยังไม่ทำงาน อากาศที่ดูดผ่านหม้อกรองจะถูกต่อท่อให้ไหลไปเข้าเทอร์โบปกติ แต่เมื่อ ECU ตรวจจับได้ว่าแรงดันของไอเสียที่เข้าสู่กลีบเทอร์ไบมีน้อยเกินไปจนไม่อาจที่จะสร้างแรงบูสต์ในรอบต้นๆ ได้ สมองกล ECU จะสั่งให้มอเตอร์ไฟฟ้าที่ติดตั้งอยู่ในเทอร์โบทำงานทันที เพื่ออัดเข้าสู่เครื่องยนต์ โดยเสริมแรงของไอเสียอีกทาง เพื่อลดปัญหาและอาการ Turbo Lag

ในยุคแรกๆ นั้น เครื่องยนต์ดีเซลเทอร์โบมีความเสียเปรียบเครื่องยนต์เบนซินเทอร์โบ ทั้งจากขนาดและน้ำหนัก รวมถึงประสิทธิภาพด้านแรงบิด แต่ในปัจจุบัน ปัญหาดังกล่าวได้รับการแก้ไขให้หมดไปจากเทคโนโลยีด้านวัสดุศาสตร์ และระบบอิเล็กทรอนิกส์ ตลอดจนการออกแบบท่อทางเดิน ห้องเผาไหม้ ระบบหัวฉีดและวาล์ว

เครื่องยนต์ดีเซลเทอร์โบยุคใหม่ให้กำลังในรูปของแรงบิดโดดเด่นกว่าเครื่องยนต์เบนซินเทอร์โบ แถมยังมีความทนทานต่อการใช้งานมากกว่า แต่ก็มีราคาแพงกว่าด้วย มันถูกใช้งานในหัวรถจักร รถเก๋ง รถสปอร์ต รถบ้าน รถกระบะ รถบรรทุกหัวลาก รวมไปถึงเครื่องยนต์ของเรือเดินสมุทร หรือเรือยอชต์ เครื่องปั่นกระแสไฟฟ้าขนาดใหญ่ ต่างก็นำเอาระบบอัดอากาศเทอร์โบมาติดตั้ง เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพแทบทั้งสิ้น

แม้เทอร์โบจะช่วยทำแรงม้าแรงบิดได้เทียบเท่า หรือดีกว่าในบางจุด แต่เครื่องยนต์ดีเซลเทอร์โบยังมีราคาที่สูงกว่า ซึ่งแลกเปลี่ยนด้วยราคาเชื้อเพลิงที่ถูกกว่ากันอยู่บ้าง การทำงานของเทอร์โบดีเซลใช้เทอร์โบอัดอากาศ โดยควบคุมการเผาไหม้ผ่านระบบปั๊ม หัวฉีดไฟฟ้า วิศวกรสามารถยืดระยะเวลาของคาบการเผาไหม้ให้นานออกไปอีกเล็กน้อย เมื่อคาบเวลาของการเผาไหม้นานขึ้น ลูกสูบจึงไม่ต้องรับภารกรรมหนัก ไอเสียในระบบเทอร์โบดีเซลจะมีอุณหภูมิประมาณ 1,000 องศาฟาเรนไฮต์ ซึ่งไอเสียของเบนซินเทอร์โบ จะมีอุณหภูมิสูงกว่าที่ 1,500 องศาฟาเรนไฮต์ กังหันเทอร์โบที่ผลิตจากวัสดุไทเทเนียม หรือเซรามิก สามารถทนแรงหมุนที่ 100,00-120,000 รอบต่อนาที หากเป็นเทอร์โบแบบบอลแบริ่ง และมีความคงทนต่อการใช้งานยาวนานนับแสนๆ กิโลเมตรขึ้นไป


เครื่องยนต์ ของ BMW M4 ค่ายใบพัดสีฟ้าขาวได้ปรับลดขนาดของเครื่องยนต์ใน M3 รุ่นเก่ารหัส E92-93 ซึ่งเป็นเครื่อง V8 4.4 ลิตร ไม่มีระบบอัดอากาศให้กลายเป็นเครื่องยนต์แบบแถวเรียงหกกระบอกสูบอัดเทอร์โบคู่ที่มีขนาดเล็ก และมีน้ำหนักเบากว่าเครื่อง V8 พอสมควร มาตรการการลดมลพิษที่เข้มงวดของยุโรป ส่งผลให้ต้นกำลังของ M-Series ต้องปรับเปลี่ยนปริมาตรความจุให้ลดลง

แม้สูบจะหายไปสองตำแหน่ง แต่การทดแทนด้วยระบบอัดอากาศเทอร์โบ เครื่องยนต์ใหม่ตัวนี้พัฒนาขึ้นจากเครื่อง B58 และมีสูบแบบแถวเรียง 6 ตำแหน่ง อัดอากาศด้วยเทอร์โบคู่ โดยเทอร์โบหนึ่งตัวรับผิดชอบทั้งสามสูบ ปั่นแรงม้าได้ 450 ตัว เครื่องยนต์ 3.0 ลิตร เทอร์โบรุ่นใหม่ตัวนี้ยังสามารถรองรับการปรับแต่งให้มีเรี่ยวแรง ทะลุ 500 แรงม้าได้อย่างง่ายดายอีกด้วย ซึ่งทำให้ M4 GTS เร่งจาก 0-100 กิโลเมตร ได้ในเวลา 3.7 วินาที เร็วกว่าเครื่อง V8 ใน M3 รุ่นเก่าที่ทั้งใหญ่ กินน้ำมันและปล่อยมลพิษเยอะ เครื่องยนต์เทอร์โบของ M4 ยังกินเชื้อเพลิงลดลง 20% และปล่อย C02 เฉลี่ยลดลงประมาณ 15% อีกด้วย.

อาคม รวมสุวรรณ
E-Mail chang.arcom@thairath.co.th
Facebook https://www.facebook.com/chang.arcom
https://www.facebook.com/ARCOM-CHANG-Thairath-Online-525369247505358/

เทอร์โบทำให้รถของคุณวิ่งได้ดีขึ้น ปล่อยมลพิษน้อยลง และประหยัดเชื้อเพลิงมากยิ่งขึ้น นวัตกรรมการลดขนาด และน้ำหนักของเครื่องยนต์ เพื่อลดการใช้เชื้อเพลิงและลดการปล่อยก๊าซ CO2 ด้วยเทอร์โบ กำลังแพร่หลายอย่างรวดเร็ว 31 ธ.ค. 2560 13:26 ไทยรัฐ