วิถีทางที่จะเพิ่มแรงม้าและแรงบิดให้กับเครื่องยนต์โดยการติดตั้งเครื่องมือในการเอาเปรียบเชิงกลด้วยการอัดอากาศเข้าสู่ท่อร่วมไอดีด้วยระบบ Supercharger.....
การเพิ่มพลังให้กับเครื่องยนต์ด้วยการอัดอากาศเข้าสู่ท่อไอดีมีหลายวิธีที่จะทำให้เครื่องยนต์มีแรงม้าและแรงบิดเพิ่มขึ้นมากกว่ารถที่ไม่มีระบบอัดอากาศ การใช้เทอร์โบหรือซุปเปอร์ชาร์จติดตั้งเพื่อใช้หลักการในการหมุนไปเหนี่ยวนำเอาอากาศปริมาณมากๆเข้าไปประจุอัดในท่อร่วมไอดี ส่วนการทำงานของเทอร์โบนั้นจะมีความแตกต่างไปจากการทำงานของซุปเปอร์ชาร์จเล็กน้อย แต่การใช้งานของทั้งสองระบบมีผลลัพธ์ที่เหมือนกันคือพลังที่เพิ่มขึ้นของรถยนต์ในด้านแรงม้าและแรงบิด
ย้อนกลับไปในปี ค.ศ. 1865 มีการจดลิขสิทธิ์ระบบอัดอากาศแบบซุปเปอร์ชาร์จขึ้นเป็นครั้งแรก แต่การเพิ่มอากาศหรือการใช้ซุปเปอร์ชาร์จนั้นจะใช้งานอยู่เฉพาะในเครื่องยนต์ของอากาศยานเป็นส่วนใหญ่ หลังจากนั้นมันจึงเริ่มเข้ามาแพร่หลายจากการนำมาใช้งานในเครื่องยนต์ของรถแข่งที่ใช้ในการแข่งขันประมาณปี ค.ศ.1925-1927 ซุปเปอร์ชาร์จหรือซุปเปอร์ชาร์จเจอร์ (Supercharger) คืออุปกรณ์ที่ทำหน้าที่อัดอากาศหรือเพิ่มปริมาณอากาศเข้าไปในห้องเผาไหม้ในปริมาณที่มากกว่าปกติหรือมากกว่าแรงดันของบรรยากาศภายนอกโดยการใช้กำลังของเครื่องยนต์จากเพลาข้อเหวี่ยงเป็นตัวหมุนกลีบใบพัดอัดอากาศผ่านสายพานชุดเฟืองหรือชุดเกียร์ เพื่อทำให้อากาศมีแรงดันที่สูงขึ้นและมีอัตราไหลที่แรงและเร็วขึ้นตามรอบการหมุนของเครื่องยนต์ ซึ่งมันจะมีด้านดูดอากาศด้านเดียวคือเฉพาะด้านอัดอากาศหรือคอมเพรสเซอร์เท่านั้น การทำงานของระบบอัดอากาศดังกล่าวนี้มีความแตกต่่างจากระบบอัดอากาศแบบเทอร์โบอย่างเห็นได้ชัดคือ
...
Turbocharger System
การทำงานในระบบอัดอากาศแบบเทอร์โบคือการหมุนของกลีบใบเทอร์โบ โดยเกิดขึ้นจากการนำเอาไอเสียที่ระบายออกมาขับชุดกลีบใบที่อยู่ภายในของตัวเทอร์โบ ยิ่งเครื่องยนต์ทำงานที่รอบสูงมากเท่าใด ความเร็วรอบของเทอร์โบจะเพิ่มสูงขึ้นเป็นเท่าทวีคูณและหมุนเอาอากาศปริมาณมากๆโดยทำการลดอุณหภูมิของอากาศก่อนประจุเข้าสู่ท่อร่วมไอดีด้วยอินเตอร์คูลเลอร์ เมื่ออากาศไหลผ่านมันจะเย็นตัวลงในอุณหภูมิที่เหมาะสมกับการเผาไหม้ ทำให้ระบบอัดอากาศแบบเทอร์โบนี้เป็นระบบที่มีประสิทธิภาพสูงในการสร้างพลังงานให้กับเครื่องยนต์ทุกชนิด ให้พละกำลังมหาศาลแต่เมื่อเริ่มกดคันเร่งจะต้องรอกันพอสมควรกว่ารอบจะถึงในระดับที่เริ่มส่งผลให้ตัวเทอร์โบทำงานอย่างเต็มประสิทธิภายใต้การหมุนในรอบสูงสุด อาการรอรอบหรือ Turbo Lag จึงมักเกิดขึ้นในรอบเครื่องยนต์ต่ำๆ แต่วิศวกรก็แก้ไขปัญหานี้ด้วยการใช้เทอร์โบถึงสองตัว(Twin Turbo / Bi-Turbo) โดยการออกแบบให้เทอร์โบตัวแรกทำงานที่รอบต่ำถึงปานกลาง ส่วนอีกตัวทำงานที่รอบเครื่องปานกลางถึงสูง ช่วยลดปัญหาในเรื่องของการรอรอบไปได้พอสมควร ระบบเทอร์โบคู่มักนิยมติดตั้งในรถยนต์ที่วางเครื่องรูปตัว V ที่มีฝาสูบกับลูกสูบแยกจากกันเป็นสองแถว และใช้เทอร์โบ 1 ตัวต่อสูบแต่ละแถวซึ่งมีทั้งแบบ V6/V8/V10/V12
...
V8 Turbo In LS2 Engine
Audi R8 Twin Turbo
สำหรับรถยนต์ที่มีเครื่องยนต์ปกติ และต้องการจะวางระบบอัดอากาศโดยใช้ไอเสียมาช่วยเพิ่มแรงม้าและแรงบิดนี้มีความยุ่งยากพอสมควรจากความซับซ้อนของอุปกรณ์ที่ใช้ติดตั้งและปัญหาในเรื่องของความร้อนที่มักก่อให้เกิดการน็อกของเครื่องยนต์ตามมาถ้าวางระบบไม่สมบูรณ์ ท่อทางเดินของอากาศในเฮดเดอร์เทอร์โบ ที่อยู่ระหว่างตัวเทอร์โบกับฝาสูบ กับฟรอนท์ไปเปอร์ต้องสร้างขึ้นใหม่ทั้งหมด การเปลี่ยนแปลงจุดยึดของท่อแคตเทอร์ไลติค คอนเวอร์เตอร์ ในรถยนต์รุ่นใหม่ๆที่มีระบบดังกล่าวติดตั้งเพื่อช่วยลดมลภาวะเมื่อเกิดการดัดแปลงอาจเกิดผลเสียต่อการฟอกอากาศเสียที่รถปล่อยออกมาภายนอก รถยนต์ส่วนใหญ่ที่ขับเคลื่อนด้วยล้อหน้ามักมีห้องเครื่องที่เต็มแน่นไปด้วยอุปกรณ์ต่างๆจนยากที่จะวางอะไรลงไปเนื่องจากท่อไอเสียมักอยู่ในบริเวณส่วนหลังของตัวเครื่องยนต์ ปัญหาในเรื่องของความร้อนที่สะสมเนื่องจากชุดเทอร์โบอยู่ใกล้กับห้องโดยสารจนเกินไป แต่ยังมีระบบอัดอากาศอีกชนิดหนึ่งซึ่งอาจสร้างพละกำลังได้ดีถึงแม้จะไม่เท่ากับระบบเทอร์โบแต่การติดตั้งและการใช้งานนั้น ง่ายและสะดวกสบายกว่ากันมาก ปัญหาในเรื่องของความร้อนที่เกิดจากการหมุนในรอบสูงก็ไม่มีเหมือนกับเทอร์โบที่ต้องใช้อากาศอุณหภูมิสูงในท่อไอเสียมาหมุนใบเทอร์โบ ระบบดังกล่าวคือซุปเปอร์ชาร์จที่ใช้การหมุนของเครื่องยนต์ในระหว่างการทำงานด้วยการใช้สายพานและพูเล่ย์มาหมุนชุดใบพัดให้เหนี่ยวนำเอากาศประจุเข้าสู่ท่อร่วมไอดี ระบบนี้ไม่มีความเกี่ยวข้องกับอากาศร้อนของไอเสียแต่อย่างใด ปัญหาต่างๆจึงไม่มากเท่ากับเทอร์โบแม้จะได้แรงม้าน้อยกว่าก็ตาม
...
...
Superchargers System
ระบบอัดอากาศแบบซุปเปอร์ชาร์จมีการบูสต์ที่รอบต่ำได้ดีกว่าเทอร์โบ กำลังของเครื่องยนต์จึงมาอย่างต่อเนื่องในรอบต่ำ ให้การตอบสนองต่อการกดคันเร่งเพื่อเร่งความเร็วได้ดีเนื่องจากระบบอัดอากาศแบบเทอร์โบจะต้องใช้แรงดันของไอเสียไปหมุนชุดใบพัดเทอร์โบให้ทำงานดังที่กล่าวมาแล้ว ความเร็วในรอบต่ำๆจึงสู้ซุปเปอร์ชาร์จไม่ได้เพราะแรงดันไอเสียในรอบต่ำยังไม่สูงพอที่จะสร้างการหมุนรอบจัดให้กับเทอร์โบ ระบบอัดอากาศแบบซุปเปอร์ชาร์จจะมีระบบการขับเคลื่ิอนหรือการหมุนที่เกิดขึ้นจากเพลาข้อเหวี่ยงล้วนๆ มันจึงเป็นเครื่องมืออัดอากาศแบบกลไก การใช้พูเล่ย์และสายพานมาคล้องเชื่อมต่อจุดหมุนทำให้กำลังของเครื่องยนต์สูญเสียไปบ้าง แต่ก็แลกกับอัตราเร่งที่ดีตั้งแต่รอบต่ำๆไปจนถึงรอบสูงสุด ชุดอัดอากาศซุปเปอร์ชาร์จมีอุปกรณ์การเชื่อมต่อน้อยกว่าเทอร์โบมาก แถมยังเหมาะสมกับระบบส่งกำลังหรือเกียร์แบบอัตโนมัติที่แข็งแรงน้อยกว่าเกียร์แบบแมนนวล อุปกรณ์ของระบบซุปเปอร์ชาร์จไม่มีความเกี่ยวข้องกับระบบกรองไอเสีย รวมถึงการที่มีโครงสร้างแบบง่ายๆแต่แข็งแกร่งทำให้ระบบอัดอากาศชนิดนี้แพร่หลายไปทั่วในปัจจุบัน
Pulley In Superchargers
การเชื่อมต่อการหมุนของเพลาข้อเหวี่ยงในระบบอัดอากาศแบบซุปเปอร์ชาร์จใช้โครงสร้างในส่วนของสานพานที่ไปหมุนปั้มน้ำระบายความร้อน ปั้มพาวเวอร์หรือไดชาร์จ อัตราส่วนความเร็วของพูเล่ย์ซุปเปอร์ชาร์จเกิดจากพูเล่ย์ของปั้มน้ำที่หมุนด้วยความเร็วเท่ากับ 1.5 เท่าของเพลาข้อเหวี่ยง เส้นผ่าศูนย์กลางของตัวพูเล่ย์จะเป็นตัวที่กำหนดค่าการส่งกำลังในขณะที่มันทำงาน อัตราส่วนของพูเล่ย์คือความเร็วรอบของเพลาข้อเหวี่ยงกับความเร็วรอบของแป้นพูเล่ย์ซุปเปอร์ชาร์จ ยกตัวอย่างเช่น สายพานหนึ่งเส้นคล้องไปที่พูเล่ย์ของเพลาข้อเหวี่ยงกับพูเล่ย์ของซุปเปอร์ชาร์จ ขนาดของเส้นผ่าศูนย์กลางของพูเล่ย์เพลาข้อเหวี่ยง 120 มิลลิเมตร ส่วนพูเล่ย์ของซุปเปอร์ชาร์จมีเส้นผ่่าศูนย์กลาง 100 มิลลิเมตร อัตราส่วนความเร็วของพูเล่ย์คือ 1.2:1 ถ้าพูเล่ย์เพลาข้อเหวี่ยงหมุน1รอบ พูเล่ย์ของซุปเปอร์ชาร์จจะหมุน 1.2 รอบ การติดตั้งจึงจำเป็นต้องคำนวนค่าแรงม้าที่ต้องการ รวมถึงชุดซุปเปอร์ชาร์จในแต่ละชนิดนั้นสามารถสร้างแรงลมได้ต่างกันและรองรับความเร็วรอบได้ไม่เหมือนกัน ข้อดีของระบบอัดอากาศแบบนี้คือการคำนวนหาแรงม้าที่ต้องการได้อย่างถูกต้องและแม่นยำ ให้กำลังกับเครื่องยนต์อย่างต่อเนื่ืิองตั้งแต่รอบต่ำตอนเริ่มออกตัวไปจนถึงรอบสูงสุดโดยไม่ก่อให้เกิดปัญหาในเรื่องของอุณหภูมิในระหว่างการทำงานซึ่งเป็นข้อที่ดีกว่าระบบอัดอากาศแบบเทอร์โบในเรื่องของความทนทานและอายุการใช้งานรวมถึงการบำรุงรักษา
ซุปเปอร์ชาร์จในยุคปัจจุบันถูกพัฒนาวัสดุที่ใช้ประกอบและรูปแบบไปไกลมากแล้ว การนำมาใช้งานในรถยนต์ที่ได้รับความนิยมมีอยู่สองแบบคือ ซุปเปอร์ชาร์จแบบ Roots และซุปเปอร์ชาร์จแบบแรงเหวี่ยงหนีศูนย์หรือ Centrifugal ในแต่ละแบบยังถูกแบ่งแยกรายละเอียดรวมถึงชุดอุปกรณ์ต่อเชื่อมอีกมากมายหลายแบบ ในยุคเริ่มต้นของการคิดค้นระบบอัดอากาศดังกล่าวซึ่งสามารถแบ่งออกเป็น 3 แบบคือ
1> แบบ Lysholm Compressor
ระบบอัดอากาศซุปเปอร์ชาร์จแบบนี้มีแท่งสกรูสองตัวทับซ้อนกันอยู่ในกล่องอลูมิเนียม สกรูทั้งสองตัวที่ถูกออกแบบให้ขบกัน เมื่อเริ่มทำงานการหมุนทีี่เกิดขึ้นจะทำการอัดอากาศโดยอากาศที่ผ่านการอัดจะพุ่งออกมาที่ปากทางออกขนาดเล็ก การอัดอากาศด้วยระบบนี้มีประสิทธิภาพสูงมาก จึงมักถูกนำไปใช้งานในเครื่องยนต์ของอากาศยานตั้งแต่ยุคแรกเริ่มที่มันได้รับการพัฒนา รวมถึงรถสปอร์ตเครื่องยนต์กระบอกสูบรูปตัว V ที่เน้นแรงม้าและแรงบิดในรอบต่ำ แต่ซุปเปอร์ชาร์จแบบ Lysholm Compressor มีขนาดใหญ่และน้ำหนักมาก รวมถึงมีราคาที่สูงกว่าแบบอื่นๆความนิยมในตัวซุปเปอร์ชาร์จแบบนี้จึงไม่แพร่หลายเท่าที่ควร
2> แบบ Lada หรือ Scoring
ระบบอัดอากาศซุปเปอร์ชาร์จแบบ Lada / Scoring นี้มีแผ่นโค้งสองชุดอยู่ภายใน ชุดแรกอยู่กับที่ส่้วนอีกชุดจะหมุนโดยแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางทำให้เกิดการอัดอากาศออกไปสู่ท่อร่วมไอดี แต่ค่าความคงทนแข็งแรงของระบบซุปเปอร์ชาร์จแบบนี้จะต่ำกว่าแบบอื่นๆ ความนิยมจึงลดลงไปมากในปัจจุบัน
3> แบบ Roots
ซุปเปอร์ชาร์จแบบ Roots ถูกจำแนกออกเป็นสองแบบคือ แบบใบโรเตอร์ 2 ลอนและแบบใบโรเตอร์ 3 ลอน ภายในจะประกอบไปด้วยใบโรเตอร์ 2 อัน เมื่อทำงาน ใบโรเตอร์ทั้ง 2 จะหมุนสวนทางกัน ใบแรกจะทำการดูดอากาศเข้า ส่วนอีกใบจะรีดอากาศออกไปที่ช่องทางออกอีกด้านเพื่อประจุเข้าสู่ท่อร่วมไอดี จุดเด่นของซุปเปอร์ชาร์จแบบ Roots คือ มีเสียงการทำงานที่เป็นเอกลักษณ์เฉพาะตัว มีน้ำหนักมากกว่าและมีขนาดค่อนข้างใหญ่กว่าปกติเมื่อเปรียบเทียบกับซุปเปอร์ชาร์จในแบบอื่นๆและได้รับความนิยมพอสมควร
นอกจากนั้นยังมีซุปเปอร์ชาร์จแบบ Electric Supercharger ซึ่งใช้กลไกของระบบมอเตอร์ไฟฟ้ามาปั่นพูเล่ย์แทนการใช้สายพานคล้องต่อกับจุดหมุนของเครื่องยนต์ ช่วยทำให้ประหยัดเชื้อเพลิงและไม่กินกำลังเครื่อง การทำงานสามารถควบคุมได้ด้วยการปิด-เปิดสวิชท์ควบคุมทำให้สะดวกและมีประสิทธิภาพเทียบเท่าซุปเปอร์ชาร์จในแบบอื่นๆ แต่เนื่องจากความใหม่ของระบบ มันจึงยังไม่เป็นที่แพร่หลายเท่าที่ควร
V10 Supercharger In BMW X6 M-Power
ข้อดีของการใช้ระบบอัดอากาศแบบซุปเปอร์ชาร์จคือ การตอบสนองที่เป็นไปตามรอบเครื่องยนต์ ยิ่งรอบสูงขึ้นเท่าใดอากาศปริมาณมหาศาลก็จะถูกอัดเข้าสู่ท่อร่วมไอดีมากเท่านั้น อุปกรณ์ในการเชื่อมต่อไม่มากและมีน้ำหนักเบารวมถึงมีขนาดที่พอเหมาะกับห้องเครื่องยนต์ของรถยนต์ส่วนใหญ่ในยุคนี้ สามารถทำการติดตั้งได้อย่างง่ายดายและสวยงาม บำรุงรักษาได้ง่าย ทนทานมากกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับระบบอัดอากาศแบบเทอร์โบ ส่วนข้อเสียของเจ้าซุปเปอร์ชาร์จก็มีเหมือนกันเช่น ต้องใช้กำลังของเครื่องยนต์มาปั่นใบพัดจึงสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงมากกว่าปกติ กำลังที่ได้ถูกจำกัดอยู่ในระดับหนึ่งเท่านั้นทั้งรอบต่ำและรอบสูงโดยมีรอบเครื่องยนต์เป็นตัวแปรที่สำคัญ.
arcom roumsuwan
E-Mail chang.arcom@thairath.co.th