TURBO คืออะไร

ทอร์โบ เป็นอุปกรณ์ชิ้นหนึ่ง ที่สามารถเพิ่มความแรงให้กับเครื่องยนต์ จนเป็นชื่อเรียกติดปากถึงความแรงว่า เมื่อไรที่มีเทอร์โบแล้วต้องแรง จนแพร่ไปถึงการเปรียบเปรยในเรื่องอื่น เช่น แรง-เร็ว ยังกับติดเทอร์โบ

TURBO ทำไมต้องแรง
เทอร์โบ คือ อุปกรณ์อัดอากาศชนิดหนึ่ง ทำหน้าที่อัดไอดีเข้ากระบอกสูบ ด้วยแรงดันและมวลของอากาศที่มากกว่าแรงดูดจากการเลื่อนลงของลูกสูบของเครื่องยนต์ปกติ

เครื่องยนต์ที่ไม่มีระบบอัดอากาศ จะสามารถประจุไอดีได้เพียง 70-100% ของความจุกระบอกสูบ เพราะการเลื่อนตัวลงของกระบอกสูบ แม้จะมีแรงดูดสูง แต่ยังไงก็ยังเป็นการดูด ทั้งยังมีสารพัดชิ้นส่วนขวางการไหลของอากาศ เช่น วาล์ว ลิ้นปีกผีเสื้อ ไส้กรองอากาศ ฯลฯ จึงทำให้การดูดอากาศนั้นไม่เต็มที่ 100% ของแรงดูด

ถ้างง ให้เปรียบเทียบกับคน ที่มีปอดขยายตัวคอยสูดอากาศ แต่อากาศก็ยังเข้าไปได้แค่พอประมาณ เพราะต้องดูดผ่านจมูกรูแคบ ๆ ทั้งยังมีขนจมูกคอยกันอยู่ด้วย

ในส่วนของการพัฒนาเพิ่มประสิทธิภาพการดูดอากาศ ยังไงก็ยังเป็นการดูดมวลของอากาศที่เข้าไป เต็มที่ก็ใกล้เคียง 100% เท่านั้น

แม้ว่าเครื่องยนต์จะมีประสิทธิภาพในการดูดอากาศได้สูงเพียงใด แต่ก็เป็นไปในช่วงแคบ ๆ ของรอบการทำงานเท่านั้น เพราะเมื่อรอบเครื่องยนต์เปลี่ยนไปตามจังหวะการเปิด-ปิดวาล์ว อากาศที่ไหลเข้าสู่กระบอกสูบก็จะน้อยลง อีกทั้งยังมีอุปกรณ์อื่น เช่น พอร์ท วาล์ว ฯลฯ ขัดขวางการไหลของอากาศจนสามารถบรรจุไอดีได้เพียง 75-90% เท่านั้น

เครื่องยนต์ที่ติดเทอร์โบ ช่วยอัดอากาศตั้งแต่รอบเครื่องยนต์หมุนปากกลางขึ้นไป จะมีประสิทธิภาพในการประจุไอดีได้สูงในช่วงรอบเครื่องยนต์ที่กว้างกว่าเนื่องจากการอัดไอดีด้วยแรงดันอย่างต่อเนื่องไม่ใช่แค่แรงดูดจากการเลื่อนลงของลูกสูบ มวลอากาศที่ถูกอัดเข้าไปในกระบอกสูบจึงมีความหนาแน่นมากกว่าปกติ

เทอร์โบ ประกอบด้วยชุด เทอร์ไบน์ (กังหันไอเสีย) และคอมเพรสเซอร์ (กังหันไอดี) มีลักษณะคล้ายกังหัน 2 ตัว ติดตั้งอยู่บนแกนเดียวกัน ฟากละตัว หันหลังเข้าหากัน หมุนไปพร้อมกันตลอด ไม่มีระบบอากาศเชื่อมกัน และมีระบบหล่อลื่นช่วงกลางแกนกังหันด้วยน้ำมันหล่อลื่นที่ไหลเวียนจากปั๊มเครื่องยนต์

ชุดกังหันไอดี และกังหันไอเสีย จะหมุนไปพร้อมกัน โดยที่ชุดโข่งและกังหันไอเสีย ได้ติดตั้งอยู่กับท่อไอเสีย กังหันไอเสียจะหมุนด้วยการไหลและการขยายตัวของไอเสียที่ถูกส่งเข้ามา กลายเป็นต้นกำลังในการหมุนของแกนเทอร์โบ ต่อจากนั้นไอเสียก็จะถูกระบายทิ้งไปตามปกติทางท่อไอเสียไปยังด้านท้ายของรถยนต์

ความเร็วในการหมุนของกังหันไอเสีย ผกผันอยู่กับความร้อนและปริมาณไอเสียทั้งหมดที่ถูกส่งเข้ามา

การทำงานของเทอร์โบ ไม่ใช่เป็นความเข้าใจผิด ๆ ของบางคนว่า เทอร์โบ เป็นการใช้ไอเสียกลับเข้าสู่เครื่องยนต์ ซึ่งไม่มีเหตุผลที่จะทำเช่นนั้น เพราะไอเสียร้อนและแทบไม่มีออกซิเจนที่ช่วยในการเผาไหม้อยู่เลย

เมื่อกังหันไอเสียหมุนด้วยกำลังจากไอเสีย กังหันไอดีที่ติดตั้งอยู่บนแกนเดียวกันอีกฟากหนึ่ง จะหมุนดูดอากาศแล้วอัดเข้าสู่กระบอกสูบผ่านท่อไอดีด้วยแรงดันที่เรียกว่า แรงดันเสริม (BOOST PRESSURE)แรงดันที่สูงกว่าบรรยากาศปกติ

เทอร์โบ สามารถสร้างแรงดันเสริมให้สูงขึ้นได้หลายระดับ ตามการออกแบบหรือตามการควบคุม แต่ถ้าใช้แรงดันสูงเกินไป ชิ้นส่วนภายในเครื่องยนต์อาจเสียหายได้

แม้กังหันไอเสีย และกังหันไอดีจะหมุนทำงานต่อเนื่องบนแกนเดียวกันแต่ทั้ง 2 กังหันมิได้มีอากาศหมุนเวียนต่อเนื่องกันเลย ไอเสีย เมื่อมาหมุนกังหันไอเสีย และก็ปล่อยทิ้งออกไป ส่วนกังหันไอดีมีต้นกำลังจากการหมุนของกังหันไอเสีย ก็ดูดอากาศบริสุทธิ์จากข้างนอกเข้ามา

การทำงานของเทอร์โบ มิได้ทำให้เครื่องยนต์สูญเสียพลังงานส่วนใดมากนักเลย เพราะเป็นการนำพลังงานความร้อนจากการขยายตัวของไอเสียที่จะต้องทิ้งโดยเปล่าประโยชน์ มาใช้หมุนกังหันไอเสีย เปลี่ยนเป็นพลังงานกลก่อนที่จะระบายทิ้งไป แต่อาจมีแรงดันน้อยกลับ เกิดขึ้นในระบบไอเสียบ้างเล็กน้อย ซึ่งเมื่อเทียบกับเครื่องยนต์ที่ไม่ได้ติดเทอร์โบ ซึ่งใช้หม้อพักแบบไส้ย้อน ก็จะเกิดแรงดันย้อนกลับในระบบไอเสียมากกว่ากันไม่เท่าไร

ในการทำงานสูงสุด แกนเทอร์โบอาจหมุนนับแสนรอบต่อนาทีและมีความร้อนสูง จึงต้องมีการหล่อลื่นด้วยน้ำมันเครื่อง โดยถูกส่งจากปั๊มขึ้นมาไหลผ่านแล้วก็ไหลกลับลงอ่างน้ำมันเครื่อง หรืออาจเสริมการลดความร้อนด้วยการหล่อเลี้ยงภายนอกด้วยน้ำ (แยกจากน้ำมันเครื่อง)

เมื่อดับเครื่องยนต์ ปั๊มน้ำมันเครื่องก็จะหยุดการทำงาน ไม่ส่งน้ำมันเครื่อง ถ้าแกนเทอร์โบร้อนเกินไป อาจเผาน้ำมันเครื่องให้เป็นตะกรันแข็งขึ้นได้ ตะกรันนี้อาจทำลายซิลภายในเทอร์โบที่ต้องป้องกันไม่ให้น้ำมันเครื่องไหลออกทางกังหันทั้ง 2 ข้างจนเกิดควันสีขาวจากการเผาน้ำมันเครื่อง ดังนั้นก่อนดับเครื่องยนต์ควรปล่อยเครื่องยนต์เดินเบาไว้ 1-5 นาที ตามความร้อนที่ขับมา เพื่อให้แกนเทอร์โบเย็นลงก่อนที่น้ำมันเครื่องจะหยุดไหลเวียน

แกนเทอร์โบจะหมุนอยู่ตลอดเวลาตั้งแต่เครื่องยนต์ทำงาน เพียงแต่ว่ายังไม่สามารถอัดอากาศตั้งแต่รอบต่ำ เพราะแรงดูดของลูกสูบมีมากกว่า ไอเสียที่ข้ามาปั่นกังหันไอเสียมีน้อย และแกนเทอร์โบยังหมุนช้าอยู่ เมื่อเร่งรอบเครื่องยนต์ ไอเสียที่มาปั่นกังหันไอเสียมีมากขึ้นกังหันไอดีหมุนเร็วขึ้น มีการดูดอากาศและอัดสู่กระบอกสูบด้วยมวลที่มากกว่าแรงดูดเริ่มเป็นแรงดัน (บูสท์) กำลังของเครื่องยนต์จึงมากขึ้นจากการเผาไหม้อากาศที่มากขึ้นอย่างรุนแรงขึ้น

การอัดอากาศ ต้องมีขีดจำกัด ถึงจะอัดมากและแรงขึ้นมาก แต่ชิ้นส่วนภายในเครื่องยนต์อาจเสียหายได้ จากแรงดันที่เพิ่มขึ้น จึงต้องมีการควบคุมโดยระบายไอดีทิ้งบ้าง หรือปล่อยไอเสียไม่ให้ไหลผ่านกังหันไอเสียเพื่อลดรอบการหมุนของกังหันไอดี ไม่ให้เทอร์โบมีการดูดและอัดอากาศมากเกินไป ซึ่งล้วนเป็นการควบคุมไม่ให้แรงดันไอดี มีแรงดันมากเกินไป โดยนิยมใช้วิธีหลังกันมากกว่า ซึ่งจะมีกระเปาะรับแรงดันจากท่อไอดี และมีแกนต่อไปยังลิ้นบังคับการระบายไอเสียไม่ให้ผ่านกังหันไอเสีย

ถ้าแรงดันในท่อไอดีชนะแรงดันของสปริงภายในกระเปาะ แกนก็จะดันให้ลิ้นบังคับไอเสียเปิดระบายไอเสียไม่ให้ผ่านกังหันไอเสีย จนกว่าแรงดันในท่อร่วมไอดีจะลดลงตามที่ควบคุมไว้ แกนบังคับจึงจะปิดให้ไอเสียปั่นกังหันไอเสียได้ต่อไป

เทอร์โบจะทำงานตามปริมาณไอเสีย ไม่ได้ทำงานเฉพาะความเร็วสูง ถ้าใช้เทอร์โบเล็ก กังหันไอเสียหมุนเร็วตั้งแต่รอบเครื่องยนต์ต่ำ อัดอากาศได้เร็ว แต่ในรอบสูงจะตื้อ เพราะไอเสียไหลได้ไม่ทัน เทอร์โบตัวใหญ่ สร้างแรงดันได้ช้า รอรอบนาน แต่ไอเสียไหลคล่อง จึงควรใช้เทอร์โบขนาดพอเหมาะกับซีซีของเครื่องยนต์

ถ้างงเรื่องการอัดอากาศแล้วแรง ให้เปรียบเทียบกับคน ที่ปกติมีการหายใจด้วยการขยายตัวหรือแรงดูดของปอด ก็จะมีเรี่ยวแรงในระดับปกติ แต่ถ้ามีอากาศอัดช่วยแบบการให้ออกซิเจน ย่อมต้องมีเรี่ยวแรงมากขึ้น ทั้งที่อวัยวะในร่างกายยังเหมือนเดิม แต่ถ้าอัดอากาศเข้าด้วยแรงดันที่มากเกินไป ปอดก็แตกตาย

นั่นคือบทสรุปสั้น ๆ ของการเพิ่มกำลังของเครื่องยนต์ด้วยการอัดอากาศจากเทอร์โบ คือ ไม่ต้องมีการขยายความจุกระบอกสูบ-ซีซี ซึ่งการเพิ่มซีซีของเครื่องยนต์มีจุดด้อยมากมาย แต่ก็ต้องมีการเพิ่มความแข็งแรงของหลายชิ้นส่วนเตรียมรองรับแรงดันและมวลของอากาศที่เพิ่มขึ้นกว่าปกติ ดังที่ทราบกันว่า เครื่องยนต์ที่มีซีซีและระบบพื้นฐานต่าง ๆ ใกล้เคียงกัน ซึ่งมีและไม่มีเทอร์โบ เครื่องยนต์ที่มีเทอร์โบจะมีทั้งกำลังม้าและแรงบิดมากกว่าอยู่ไม่มากก็น้อย

แต่มิได้หมายความว่า เครื่องยนต์ที่ติดตั้งเทอร์โบ จะต้องมีแรงดุจเครื่องยนต์ของรถแข่ง เพราะต้องขึ้นอยู่กับแรงดันและมวลของอากาศที่ถูกควบคุมหรือออกแบบกำหนดไว้ เครื่องยนต์เทอร์โบในสายการผลิตรถยนต์ส่วนใหญ่ มักควบคุมให้มีแรงดันของอากาศ (บูสต์) ไม่สูงหรือที่เรียกกันว่า เครื่องยนต์แบบ LIGHT TURBO เพราะเป็นการเน้นการเพิ่มกำลังของเครื่องยนต์ให้มีกำลังดีตั้งแต่รอบต่ำและเป็นช่วงกว้างเท่านั้น

โดยทั่วไปแล้ว การดูแลเครื่องยนต์ที่ติดตั้งเทอร์โบ มีความยุ่งยากกว่าเครื่องยนต์ที่ไม่ได้ติดตั้งเทอร์โบ เพียงพอสมควร คือ ควรใช้น้ำมันเครื่องคุณภาพสูง และมีการปล่อยให้เครื่องยนต์เทอร์โบเดินเบาก่อนการดับเครื่องยนต์สัก 1-5 นาที ตามความร้อนที่สะสมอยู่ ถ้าขับคลาน ๆ ในเมือง ก็ปล่อยให้เครื่องยนต์เดินเบาแค่ช่วงสั้นๆ ถ้าอัดทางยาวมาก็ปล่อยให้เครื่องยนต์เดินเบาไว้นานหน่อย

ส่วนเครื่องยนต์ธรรมดาที่ไม่มีการติดตั้งเทอร์โบ หากเจ้าของต้องการติดตั้งเทอร์โบเพิ่มเข้าไป ต้องใช้อุปกรณ์ร่วมที่ดี และช่างต้องมีความเชี่ยวชาญ โดยจะต้องมีการเปลี่ยนชิ้นส่วนภายในเครื่องยนต์หรือไม่ ต้องดูกันเป็นกรณี ๆ ไป

การติดตั้งเทอร์โบเพิ่มเข้าไปในเครื่องยนต์ดีเซล ส่วนใหญ่ไม่ต้องมีการเปลี่ยนชิ้นส่วนภายในเครื่องยนต์ แต่ควรใช้แรงดันของอากาศ (บูสต์) ไม่เกิน 5-7 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว และถ้ามีการแต่งปั๊มจ่ายน้ำมันเชื้อเพลิงเพิ่มก็จะดีขึ้นไปอีก

การติดตั้งเทอร์โบเพิ่มเข้าไปในเครื่องยนต์เบนซิน ถ้าใช้แรงดันของอากาศ (บูสต์) ไม่เกิน 5-7 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว อาจไม่ต้องมีการเปลี่ยนชิ้นส่วนภายในเครื่องยนต์ แต่อาจต้องมีการเพิ่มอัตราการจ่ายน้ำมันเชื้อเพลิงเพิ่มขึ้นอย่างเหมาะสม นับว่าละเอียดอ่อนและยุ่งยากกว่าการติดตั้งเทอร์โบเพิ่มเข้าไปในเครื่องยนต์ดีเซล

ไม่ว่าจะเป็นเครื่องยนต์เบนซินหรือดีเซล ถ้ามีการติดตั้งเทอร์โบเพิ่มเติมภายหลัง แม้จะทำได้ดี เครื่องยนต์ไม่พังกระจาย แต่ก็ต้องยอมรับว่า เครื่องยนต์จะมีการสึกหรอเพิ่มขึ้น และมีอายุการใช้งานลดลงบ้างไม่มากก็น้อย

คัดลอก จากหนังสือพิมพ์ผู้จัดการรายวัน วันเสาร์-อาทิตย์ที่ 27-28 มีนาคม 2542
และ http://www.elib-online.com