Turbocharger

เทอรโ์ บชารจ์ เจอร์(Turbocharger) เรียบเรียงโดย นาย จริ ายุ ชีพา สาขาวชิ า เทคนิคเครื่องกล วิทยาลยั เทคนิคสุโขทัย

การทางานของ เทอรโ์ บชาร์จเจอร์(Turbocharger)เทอร์โบ เปน็ อปุ กรณช์ ิ้นหน่ึง ทีส่ ามารถเพิ่มความแรงให้กับเคร่อื งยนต์ จนเปน็ ช่ือเรียกติดปากถงึ ความแรงวา่เมื่อไรท่มี ีเทอร์โบแล้วตอ้ งแรง จนแพรไ่ ปถงึ การเปรียบเปรยในเรือ่ งอ่ืน เชน่ แรง-เร็ว ยังกับตดิ เทอร์โบTURBO คอื อะไร ทาไมถึงแรงเทอร์โบ คอื อปุ กรณอ์ ัดอากาศชนดิ หน่งึ ทาหน้าท่ีอดั ไอดีเข้ากระบอกสูบด้วยแรงดนั และมวลของอากาศท่ีมากกวา่แรงดดู จากการเลื่อนลงของลูกสบู ของเคร่ืองยนตป์ กติ

เครื่องยนต์ทไ่ี มม่ ีระบบอัดอากาศ จะสามารถประจุไอดีไดเ้ พียง 70-100% ของความจุกระบอกสูบเพราะการเล่อื นตวั ลงของกระบอกสบู แม้จะมีแรงดูดสงู แต่ยังไงกย็ ังเป็นการดูดท้ังยงั มีสารพัดชิ้นส่วนขวางการไหลของอากาศ เช่น วาลว์ ลนิ้ ปีกผเี สื้อ ไส้กรองอากาศ ฯลฯจึงทาใหก้ ารดูดอากาศนัน้ ไมเ่ ต็มที่ 100% ของแรงดูดถ้างง ให้เปรยี บเทียบกับคนที่มปี อดขยายตวั คอยสูดอากาศ แตอ่ ากาศก็ยังเขา้ ไปไดแ้ ค่พอประมาณเพราะต้องดูดผ่านจมูกรูแคบ ๆ ทงั้ ยังมขี นจมกู คอยกนั อยดู่ ้วยในส่วนของการพัฒนาเพมิ่ ประสทิ ธภิ าพการดูดอากาศยังไงกย็ ังเป็นการดูดมวลของอากาศทีเ่ ขา้ ไปเต็มที่กใ็ กล้เคียง 100% เทา่ นนั้ถงึ เครื่องยนต์จะมีประสิทธิภาพในการดูดอากาศได้สูงเพยี งใด แต่ก็เป็นไปในชว่ งแคบๆของรอบการทางานเทา่ นน้ัเพราะเม่ือรอบเคร่ืองยนตเ์ ปล่ียนไปตามจงั หวะการเปดิ -ปดิ วาลว์ อากาศท่ีไหลเข้าสู่กระบอกสูบกจ็ ะน้อยลง อีกท้งัยงั มอี ปุ กรณ์อ่ืนเช่น พอร์ท วาล์ว ฯลฯ ขัดขวางการไหลของอากาศจนสามารถบรรจุไอดีได้ 75-90% เทา่ นน้ัเคร่ืองยนต์ทต่ี ดิ เทอรโ์ บ ช่วยอัดอากาศต้งั แตร่ อบเคร่ืองยนต์หมนุ ปากกลางข้ึนไป จะมีประสิทธภิ าพในการประจไุ อดีได้สงู ในช่วงรอบเครื่องยนต์ที่กวา้ งกว่า เนื่องจากการอดั ไอดีดว้ ยแรงดันอย่างตอ่ เน่ืองไม่ใชแ่ ค่แรงดดู จากการเลอ่ื นลงของลูกสูบ มวลอากาศทถ่ี ูกอดั เข้าไปในกระบอกสบู จึงมคี วามหนาแนน่ มากกว่าปกติ

เทอร์โบ ประกอบด้วยชุด เทอรไ์ บน์ (กังหนั ไอเสยี ) และคอมเพรสเซอร์ (กังหันไอดี) มลี กั ษณะคลา้ ยกังหนั2 ตัว ติดต้ังอยู่บนแกนเดยี วกัน ฟากละตัว หนั หลงั เข้าหากัน หมุนไปพร้อมกนั ตลอด ไม่มรี ะบบอากาศเชอ่ื มกนัและมีระบบหลอ่ ล่ืนช่วงกลางแกนกงั หนั ดว้ ยน้ามันหลอ่ ลื่นท่ีไหลเวยี นจากปม๊ั เครอ่ื งยนต์ ชุดกังหนั ไอดี และกังหนั ไอเสีย จะหมนุ ไปพรอ้ มกัน โดยทีช่ ุดโข่งและกังหันไอเสีย ไดต้ ดิ ต้ังอยู่กบั ท่อไอเสียกงั หนั ไอเสียจะหมุนด้วยการไหลและการขยายตวั ของไอเสียที่ถกู สง่ เข้ามา กลายเป็นต้นกาลงั ในการหมุนของแกนเทอรโ์ บ ต่อจากนนั้ ไอเสียกจ็ ะถูกระบายทิ้งไปตามปกติทางทอ่ ไอเสยี ไปยงั ดา้ นท้ายของรถยนต์ความเร็วในการหมุนของกงั หันไอเสีย ผกผนั อยู่กบั ความรอ้ นและปรมิ าณไอเสยี ทั้งหมดที่ถกู สง่ เข้ามาการทางานของเทอร์โบ ไม่ใชเ่ ปน็ ความเข้าใจผิด ๆ ของบางคนวา่ เทอรโ์ บ เป็นการใช้ไอเสียกลบั เขา้ สู่เคร่ืองยนต์ซ่ึงไม่มเี หตุผลทีจ่ ะทาเชน่ น้ัน เพราะไอเสียร้อนและแทบไม่มีออกซิเจนท่ชี ่วยในการเผาไหม้อยูเ่ ลยเมอื่ กังหันไอเสียหมนุ ด้วยกาลังจากไอเสีย กงั หันไอดีที่ตดิ ตั้งอยู่บนแกนเดียวกนั อีกฟากหน่ึง จะหมนุ ดูดอากาศแลว้อัดเขา้ สู่กระบอกสูบผ่านท่อไอดดี ้วยแรงดันที่เรียกวา่ แรงดันเสรมิ (BOOST PRESSURE)แรงดนั ที่สงู กวา่ บรรยากาศปกติเทอร์โบ สามารถสรา้ งแรงดันเสริมใหส้ งู ข้นึ ได้หลายระดบั ตามการออกแบบหรือตามการควบคมุแตถ่ ้าใชแ้ รงดันสูงเกินไป ชิ้นส่วนภายในเครอ่ื งยนต์อาจเสียหายได้แมก้ งั หันไอเสยี และกงั หันไอดีจะหมุนทางานต่อเนือ่ งบนแกนเดียวกันแต่ท้ัง 2 กงั หันมิได้มอี ากาศหมนุ เวียนตอ่เนอ่ื งกนั เลย ไอเสยี เม่ือมาหมุนกงั หันไอเสยี และกป็ ลอ่ ยท้ิงออกไปส่วนกงั หันไอดีมตี น้ กาลังจากการหมนุ ของกังหนั ไอเสีย กด็ ูดอากาศบริสทุ ธ์จิ ากขา้ งนอกเข้ามาการทางานของเทอร์โบ มิได้ทาให้เครอื่ งยนต์สูญเสียพลงั งานสว่ นใดมากนกั เลยเพราะเป็นการนาพลงั งานความร้อนจากการขยายตวั ของไอเสยี ทจ่ี ะตอ้ งทงิ้ ไปเปลา่ ประโยชนม์ าใช้หมุนกงั หนัไอเสยีเปลย่ี นเป็นพลังงานกลกอ่ นที่จะระบายท้ิงไป แตอ่ าจมแี รงดันนอ้ ยกลับ เกดิ ข้นึ ในระบบไอเสยี บ้างเลก็ น้อย

เมื่อเทยี บกับเครื่องยนต์ทไี่ ม่ได้ติดเทอร์โบ ซ่งึ ใชห้ มอ้ พกั แบบไส้ยอ้ นกจ็ ะเกิดแรงดนั ย้อนกลบั ในระบบไอเสียมากกว่ากนั ไมเ่ ทา่ ไรในการทางานสูงสดุ แกนเทอร์โบอาจหมุนนับแสนรอบต่อนาทีและมีความรอ้ นสูง ต้องมีการหล่อลื่นด้วยน้ามันเครอื่ งโดยถกู ส่งจากปั๊มขน้ึ มาไหลผ่านแล้วกไ็ หลกลบั ลงอ่างน้ามนั เคร่ือง หรอื อาจเสรมิ การลดความร้อนด้วยการหล่อเลย้ี งภายนอกดว้ ยนา้ (แยกจากน้ามนั เคร่อื ง)เม่อื ดบั เครอื่ งยนต์ ปมั๊ น้ามันเครื่องจะหยุดการทางาน ไม่สง่ นา้ มนั เครือ่ ง ถา้ แกนเทอร์โบรอ้ นเกนิ ไป อาจเผานา้ มนัเคร่อื งให้เปน็ ตะกรันแข็งขน้ึ ได้ ตะกรนั น้ีอาจทาลายซิลภายในเทอรโ์ บทีต่ ้องป้องกันไม่ให้นา้ มันเคร่ืองไหลออกทางกังหันท้ัง 2 ข้างจนเกิดควันสีขาวจากการเผาน้ามันเคร่ือง ดังน้ัน ก่อนดบั เครอ่ื งยนตค์ วรปล่อยเครอื่ งยนต์เดินเบาไว้ 1-5 นาที ตามความรอ้ นท่ีขบั มา เพ่ือใหแ้ กนเทอรโ์ บเยน็ ลงกอ่ นท่นี ้ามันเครื่องจะหยดุ ไหลเวียนแกนเทอร์โบจะหมนุ อย่ตู ลอดเวลาต้งั แต่เครือ่ งยนต์ทางาน เพยี งแตว่ า่ ยังไม่สามารถอัดอากาศตัง้ แตร่ อบตา่ เพราะแรงดดู ของลกู สูบมีมากกวา่ ไอเสียทเ่ี ข้ามาปั่นกังหันไอเสียมีน้อย และแกนเทอร์โบยังหมุนช้าอยู่ เม่ือเรง่ รอบเครื่องยนต์ ไอเสยี ท่ีมาป่ันกังหันไอเสียมมี ากขนึ้ กังหนั ไอดหี มุนเร็วข้ึน มีการดูดอากาศและอัดสู่กระบอกสูบด้วยมวลท่ีมากกวา่ แรงดูดเรมิ่ เป็นแรงดัน(บสู ท์)กาลงั ของเครือ่ งยนตจ์ ึงมากข้นึ จากการเผาไหม้อากาศที่มากขึ้นอยา่ งรนุ แรงขึ้นการอดั อากาศ ตอ้ งมีขีดจากัด ถงึ จะอัดมากและแรงขึ้นมาก แตช่ ้ินสว่ นภายในเครอ่ื งยนต์อาจเสียหายได้ จากแรงดันทีเ่ พมิ่ ข้นึ จงึ ตอ้ งมีการควบคุมโดยระบายไอดีทิง้ บ้าง หรือปลอ่ ยไอเสียไม่ใหไ้ หลผ่านกังหันไอเสยี เพื่อลดรอบการหมนุ ของกงั หนั ไอดี ไมใ่ หเ้ ทอรโ์ บมีการดูดและอดั อากาศมากเกินไป ซึ่งล้วนเปน็ การควบคมุ ไม่ให้แรงดนั ไอดีมี

แรงดนั มากเกินไป โดยนยิ มใช้วิธหี ลังกนั มากกว่า ซง่ึ จะมีกระเปาะรับแรงดันจากท่อไอดี และมแี กนต่อไปยงั ลน้ิบงั คับการระบายไอเสยี ไมใ่ หผ้ า่ นกังหันไอเสยีถา้ แรงดนั ในท่อไอดชี นะแรงดันของสปรงิ ภายในกระเปาะ แกนจะดันให้ลิน้ บงั คับไอเสียเปิดระบายไอเสยี ไมใ่ ห้ผ่านกงั หันไอเสยี จนกวา่ แรงดนั ในท่อร่วมไอดจี ะลดลงตามท่ีคุมไว้ แกนบงั คับจงึ จะปดิ ให้ไอเสียป่ันกังหนั ไอเสียได้ต่อไปเทอร์โบจะทางานตามปรมิ าณไอเสีย ไม่ได้ทางานเฉพาะความเร็วสูง ถา้ ใชเ้ ทอรโ์ บเล็ก กังหันไอเสยี หมนุ เรว็ตั้งแต่รอบเคร่ืองยนตต์ า่ อดั อากาศไดเ้ ร็ว แต่ในรอบสงู จะต้ือ เพราะไอเสียไหลได้ไมท่ นั เทอร์โบตวั ใหญ่ สร้างแรงดันได้ชา้รอรอบนาน แต่ไอเสยี ไหลคล่อง จงึ ควรใช้เทอร์โบขนาดพอเหมาะกับซซี ีของเคร่อื งยนต์ถา้ งงเร่ืองการอัดอากาศแล้วแรง ใหเ้ ปรยี บเทยี บกบั คน ท่ีปกติมกี ารหายใจด้วยการขยายตวั หรือแรงดดู ของปอดกจ็ ะมเี ร่ียวแรงในระดับปกติ แต่ถา้ มีอากาศอัดชว่ ยแบบการใหอ้ อกซิเจน ยอ่ มต้องมีเร่ยี วแรงมากข้ึนท้ังที่อวยั วะในรา่ งกายยังเหมือนเดิม แต่ถ้าอัดอากาศเขา้ ด้วยแรงดนั ทม่ี ากเกินไป ปอดก็แตกตายนน่ั คือบทสรปุ สนั้ ๆ ของการเพมิ่ กาลังของเครื่องยนต์ดว้ ยการอัดอากาศจากเทอร์โบ คือ ไมต่ ้องมีการขยายความจุกระบอกสบู -ซซี ี ซง่ึ การเพิ่มซีซขี องเครือ่ งยนต์มีจุดด้อยมากมาย แตต่ อ้ งมีการเพิ่มความแข็งแรงของหลายช้นิ ส่วนเตรียมรองรบั แรงดันและมวลของอากาศท่ีเพ่มิ ขน้ึ กวา่ ปกติ ดงั ที่รกู้ ันว่า เครื่องยนต์ท่ีมซี ีซีและระบบพ้นื ฐานต่างๆใกล้เคยี งกนั ซ่ึงมีและไม่มีเทอร์โบ เคร่ืองยนต์ท่มี ีเทอร์โบจะมีทัง้ กาลงั มา้ และแรงบดิ มากกวา่ อยไู่ ม่มากกน็ อ้ ยแตม่ ิไดห้ มายความว่า เครอ่ื งยนตท์ ่ีตดิ ต้งั เทอรโ์ บ จะต้องแรงดจุ เครือ่ งยนต์ของรถแข่ง เพราะขึ้นอยู่กบั แรงดนัและมวลของอากาศที่ถูกควบคมุ หรอื ออกแบบกาหนดไว้ เครอ่ื งยนต์เทอร์โบในสายการผลิตรถยนต์ส่วนใหญ่ มกัควบคมุ

ใหม้ ีแรงดันของอากาศ (บสู ต)์ ไม่สูงหรือที่เรียกกนั ว่า เครือ่ งยนต์แบบ LIGHT TURBOเพราะเป็นการเน้นการเพิ่มกาลังของเครือ่ งยนต์ใหม้ ีกาลงั ดีตัง้ แต่รอบต่าและเป็นชว่ งกวา้ งเท่าน้นัโดยท่ัวไป การดแู ลเคร่ืองยนต์ท่ีติดต้ังเทอรโ์ บ มคี วามยงุ่ ยากกวา่ เคร่ืองยนตท์ ี่ไม่ได้ติดต้ังเทอร์โบพอสมควร คือควรใชน้ ้ามันเครอื่ งคุณภาพสงู และการปล่อยใหเ้ ครื่องยนต์เทอร์โบเดนิ เบาก่อนการดบั เคร่อื งยนตส์ กั 1-5 นาทีตามความร้อนท่ีสะสมอยู่ ถ้าขับคลาน ๆ ในเมือง ก็ปล่อยให้เคร่อื งยนตเ์ ดินเบาแค่ช่วงสั้นๆ ถ้าอัดทางยาวมาก็ปล่อยให้เครอ่ื งยนตเ์ ดินเบาไวน้ านหน่อยสว่ นเครอ่ื งยนต์ธรรมดาท่ีไม่ไดต้ ดิ ตง้ั เทอร์โบ หากเจ้าของต้องการติดตง้ั เทอรโ์ บเพ่ิมเขา้ ไป ต้องใช้อปุ กรณ์ร่วมที่ดีและช่างต้องมีความเชี่ยวชาญ โดยจะต้องมีการเปล่ยี นช้นิ ส่วนภายในเคร่ืองยนตห์ รือไม่ ต้องดูกนั เปน็ กรณีๆ ไปการติดตั้งเทอรโ์ บเพ่ิมเข้าไปในเคร่อื งยนตด์ ีเซล สว่ นใหญ่ไม่ต้องมกี ารเปลยี่ นช้ินสว่ นภายในเครอื่ งยนต์แตค่ วรใช้แรงดันของอากาศ (บูสต)์ ไมเ่ กิน 5-7 ปอนดต์ อ่ ตารางนิ้วและถ้ามกี ารแต่งป๊มั จา่ ยน้ามันเชื้อเพลงิ เพมิ่ กจ็ ะดีขน้ึ ไปอีก

การติดต้ังเทอร์โบเพิ่มเข้าไปในเคร่อื งยนต์เบนซนิ ถา้ ใช้แรงดนั ของอากาศ (บูสต์)ไม่เกนิ 5-7 ปอนด์ต่อตารางน้วิ อาจไม่ต้องมกี ารเปลย่ี นชิน้ ส่วนภายในเครอ่ื งยนต์ แต่อาจต้องมีการเพ่ิมอัตราการจ่ายนา้ มนั เชือ้ เพลงิเพมิ่ขึ้นอย่างเหมาะสม นับว่าละเอียดอ่อนและยุ่งยากกว่าการติดตั้งเทอรโ์ บเพิม่ เขา้ ไปในเครื่องยนต์ดเี ซลไมว่ า่ จะเป็นเครื่องยนตเ์ บนซินหรอื ดีเซล ถ้ามีการติดตั้งเทอร์โบเพิ่มเติมภายหลัง แม้จะทาไดด้ ี เครอื่ งยนต์ไม่พังกระจาย แตก่ ต็ ้องยอมรบั ว่า เครอื่ งยนต์จะมีการสึกหรอเพ่ิมขึน้ และมีอายุการใช้งานลดลงบา้ งไม่มากก็น้อย