จาก ปักษ์ใต้ วาริน 222.123.14.206 IP:222.123.14.206
พุธที่ , 20/2/2551
เวลา : 12:07
อ่านแล้ว = 1973 ครั้ง
แจ้งลบ
ส่งหาเพื่อน
|
page 1 / page 2 / page 3 / page 4 / page 5 / page 6 / Home
รอบรู้เรื่องเทอร์โบ
ความรู้เบื้องต้นเรื่องเทอร์โบ - ทำความเข้าใจพื้นฐานของระบบเทอร์โบ ส่วนประกอบ หลักการทำงานถึงแม้ว่าระบบเทอร์โบชาร์จ จะเป็นเทคโนโลยีด้านระบบอัดอากาศที่ขาดความแพร่หลายในเมืองไทย อันมีเหตุมาจาการปิดกั้นเทคโนโลยีที่มีมาหลายทศวรรษ แต่ระบบเทอร์โบชาร์จในตลาดรถยนต์ต่างประเทศกลับได้รับความนิยมแพร่หลาย เพราะระบบเทอร์โบชาร์จเป็นเทคโนโลยีที่เปรียบเสมือน ทางลัด ในการเพิ่มสมรรถนะของเครื่องยนต์
ระบบเทอร์โบชาร์จ เป็นเทคโนโลยีที่สามารถเพิ่มสมรรถนะของเครื่องยนต์ได้อย่างคุ้มค่า จนผู้ผลิต และผู้บริโภคให้การยอมรับอย่างต่อเนื่อง ระบบเทอร์โบชาร์จ จึงเป็นเทคโนโลยีที่ได้รับการพัฒนาอย่างไม่หยุดนิ่ง แต่ในเมืองไทยกลับเคยมีรถยนต์รุ่นเทอร์โบจำหน่ายอยู่ไม่ถึง 5 รุ่น
ถึงแม้ว่าจะถูกจำกัดความก้าวหน้าและความแพร่หลายไว้ด้วยกลไกแห่งธุรกิจ แต่แนวโน้มในขณะนี้ เริ่มแสดงให้เห็นว่าคลื่นแห่งเทคโนโลยีนี้กำลังมาแรง หลังจากที่ร้านท่อไอเสียทั่วเมืองมีการรับติดตั้งเทอร์โบดีเซลกันมาตั้งนาน จนผู้ผลิตปิกอัพบางรายต้องทำเครื่องดีเซลเทอร์โบออกมา
หลักการทำงานของระบบเทอร์โบชาร์จ
เทอร์โบเป็นระบบอัดอากาศชนิดหนึ่ง ทำหน้าที่อัดไอดีเข้าสู่กระบอกสูบด้วย แรงดัน ในอัตราที่สูงกว่าประสิทธิภาพการดูดของลูกสูบเครื่องยนต์ที่ไม่มีระบบอัดอากาศจะไม่สามารถมีอัตราการประจุไอดีเกิน 100% ของปริมาตรกระบอกสูบเลย และไม่ว่าจะมีประสิทธิภาพการประจุไอดีสูงสุดในอัตราเท่าใด ก็จะเป็นแค่ช่วงแคบ ๆ ของรอบการทำงานเท่านั้น เมื่อรอบการทำงานของเครื่องยนต์สูงหรือต่ำกว่าจุดนั้น ประสิทธิภาพของการประจุไอดีก็จะลดลงตามจังหวะการเปิดปิดวาล์วตามแคมชาฟท์เครื่องยนต์ที่ติดตั้งระบบอัดอากาศเทอร์โบ จะมีประสิทธิภาพการประจุไอดีสูงในช่วงรอบเครื่องยนต์ที่กว้างกว่าเครื่องยนต์ปกติ เพราะมีการอัดไอดีด้วยแรงดันอย่างต่อเนื่อง
เทอร์โบ ประกอบด้วยชุดเทอร์ไบน์ (Turbine) และคอมเพรสเซอร์ (Compressor) มีลักษณะคล้ายกังหันทั้งสองข้างติดตั้งอยู่บนแกนเดียวกัน หมุนพร้อมกันตลอด มีระบบหล่อลื่นแกนกังหันด้วยน้ำมันหล่อลื่นที่ไหลเวียนจากเครื่องยนต์ชุดเทอร์ไบน์ และคอมเพรสเซอร์ จะทำงานต่อเนื่องกันโดยที่เทอร์ไบน์ (กังหันไอเสีย) จะถูกติดตั้งอยู่กับท่อร่วมไอเสีย เทอร์ไบน์จะหมุนด้วยการไหลและการขยายตัวของไอเสีย ซึ่งเป็นต้นกำลังในการทำงานอัตราความเร็วของกังหันเทอร์ไบน์ เป็นอัตราส่วนโดยตรงกับความร้อน และปริมาณไอเสียทั้งหมดที่กระทำกับเทอร์ไบน์
เมื่อกังหันไอเสียหรือเทอร์ไบน์ หมุนด้วยต้นกำลังจากไอเสีย กังหันไอดีหรือคอมเพรสเซอร์ กังหันที่ติดตั้งอยู่บนแกนเดียวกันอีกฟากหนึ่ง จะทำหน้าที่หมุนดูดอากาศแล้วอัดเข้าสู่กระบอกสูบผ่านท่อไอดีด้วยแรงดัน เรียกว่า แรงดันเสริม (Boost Pressure) ซึ่งเป็นแรงดันที่สูงกว่าแรงดันบรรยากาศปกติระบบอัดอากาศเทอร์โบ สามารถสร้างแรงดันเสริมให้สูงกว่าแรงดันบรรยากาศปกติได้หลายระดับตามรูปแบบการออกแบบหรือตามการควบคุม
ถึงแม้ว่ากังหันไอดีหรือคอมเพรสเซอร์ และหันไอเสียหรือเทอร์ไบน์ จะทำงานอย่างต่อเนื่องบนแกนเดียวกัน แต่ทั้งสองด้าน ไม่ได้มีระบบอากาศหมุนเวียนอย่างต่อเนื่องหรือรวมกันเลย ไอเสียอยู่ส่วนไอเสีย หมุนกังหันไอเสียแล้วก็ทิ้งไป ไอดีก็เป็นอากาศบริสุทธิ์ทั่วไป ที่ถูกดูดด้วยกังหันไอดี มีต้นกำลังหมุนจากกังหันไอเสีย ไม่ได้เอาไอเสียมาอัดเข้าเครื่องยนต์อย่างที่บางคนเข้าใจกันเมื่ออัดอากาศเข้าสู่กระบอกสูบในอัตราที่สูงขึ้นกว่าเดิม จะทำให้การอัดตัวของไอดีในจังหวะ อัด แน่นขึ้น เมื่อถึงจังหวะจุดระเบิด และการเผาไหม้ก็จะรุนแรงขึ้น ประสิทธิภาพสมรรถนะของเครื่องยนต์ก็สูงขึ้นตามไปด้วยเช่นกัน
ระบบอัดอากาศเทอร์โบ เปรียบเสมือนการเพิ่มอัตราการประจุไอดีของลูกสูบอย่างต่อเนื่อง ถ้าเครื่องยนต์ธรรมดาต้องการเพิ่มประสิทธิภาพการประจุไอดีให้เท่ากับเครื่องยนต์ที่มีระบบอัดอากาศเทอร์โบ ก็จะต้องขยายเครื่องยนต์ให้มีขนาดความจุ (ซีซี) สูงกว่า จึงจะได้ปริมาณไอดี และความรุนแรงของการจุดระเบิด อันหมายถึงพลังงาน เท่ากับเครื่องยนต์ที่มีความจุน้อยกว่า แต่มีระบบอัดอากาศเทอร์โบ
การทำงานของระบบเทอร์โบ ไม่ได้ทำให้เครื่องยนต์สูญเสียพลังงานในส่วนใดเลย เพราะเป็นการนำพลังงานความร้อนจากการขยายตัวของไอเสียที่จะต้องถูกระบายทิ้งโดยเปล่าประโยชน์มาใช้หมุนกังหันไอเสีย เปลี่ยนเป็นพลังงานกล ก่อนที่จะระบายไอเสียทิ้งไปตามปกติการนำก๊าซไอเสียมาหมุนกังหันเพื่อเป็นต้นกำลังนั้น อาจจะมี แรงดันย้อนกลับ (Back Pressure) เกิดขึ้นในระบบไอเสีย ซึ่งอาจจะลดกำลังของเครื่องยนต์ไปบ้างเล็กน้อย เมื่อเทียบกับเครื่องยนต์ที่ไม่ได้ติดตั้งเทอร์โบ แต่ใช้หม้อพักชนิดไส้ย้อน แรงดันย้อนกลับในระบบไอเสียก็มีค่าไม่ต่างกับการติดเทอร์โบมากนัก
เมื่อคิดถึงแรงดันเสริมของระบบเทอร์โบที่เพิ่มเข้าสู่กระบอกสูบ จนทำให้เครื่องยนต์มีประสิทธิภาพสูงขึ้นอย่างชัดเจน ยิ่งทำให้ปัญหาแรงดันย้อนกลับในระบบไอเสียถูกมองข้ามไปอีก
ไม่ต้องกังวลว่าจะมีไอเสียค้างอยู่ในกระบอกสูบด้วยปัญหาแรงดันย้อนกลับ เพราะในขณะที่เครื่องยนต์ทำงานอยู่ในจังหวะ Overlap (วาล์วไอดีเริ่มเปิด-วาล์วไอเสียเกือบปิด) แรงดันเสริมที่อัดตัวอยู่ในท่อไอดี ก็จะไหลเข้ามาไล่ไอเสียที่ค้างอยู่บนหัวลูกสูบออกไปทางวาล์วไอเสียเอง
เทอร์โบ เป็นระบบอัดอากาศที่ติดตั้งเข้ากับเครื่องยนต์ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการประจุไอดี โดยการอัดประจุไอดีด้วยแรงดันเสริมในอัตราที่มากกว่าประสิทธิภาพการดูดของลูกสูบ การอัดตัว การจุดระเบิด และการเผาไหม้จะรุนแรง และได้กำลังงานออกมามากขึ้นชิ้นส่วนและอุปกรณ์ต่าง ๆ ภายในเครื่องยนต์ จะต้องมีความแข็งแกร่ง เพื่อรองรับกับความรุนแรงของแรงดันในกระบอกสูบที่สูงขึ้น ทั้งนี้ จะต้องขึ้นอยู่กับ แรงดันเสริม หรือ บูสท์ ที่จะใช้ด้วย
การติดตั้งเทอร์โบตามทฤษฎีนั้น จำเป็นต้องมีการเปลี่ยนชิ้นส่วนภายในของเครื่องยนต์ให้แข็งแรงขึ้น เกือบทุกชิ้น เช่น ลูกสูบ ข้อเหวี่ยง ชาฟท์ วาล์วไอดี-ไอเสีย ปลอกวาล์ว รวมถึงประเก็นฝาสูบ แต่ละชิ้นมีราคาแพง ไม่คุ้มกับการเปลี่ยน
แต่ในทางปฏิบัติ การติดตั้งระบบเทอร์โบกับเครื่องยนต์ทั่วไปในสภาพการใช้งานปกติสำหรับรถที่ใช้งานบนถนน รอบการทำงานของเครื่องยนต์สูงสุดไม่เกิน 6,000-7,000 รอบ/นาที การปรับปรุงเพิ่มความแข็งแรงของชิ้นส่วนภายในเครื่องยนต์อาจจะไม่จำเป็นนัก ถ้าไม่ใช้แรงดันเสริมสูงเกินกว่า 5-7 PSI (ปอนด์ต่อตารางนิ้ว) กสูบ ที่จะรองรับแรงดันภายในกระบอกสูบ ที่เพิ่มขึ้นมาหลังการติดตั้งเทอร์โบ จำเป็นต้องมีความแข็งแรงพอสมควร ซึ่งก็ไม่จำเป็นว่าจะต้องเป็นลูกสูบชุดแต่งราคาแพง เนื้อโลหะพิเศษ แบบ FOTGE ถ้าใช้บูสท์ไม่สูงนัก
การใช้บูสท์สูงเกินไป ลูกสูบที่ไม่แข็งแรงพอ จะไม่สามารถรองรับแรงดันในกระบอกสูบได้ ภายหลังการเผาไหม้ที่รุนแรงขึ้น ลูกสูบอาจแตกบริเวณร่องแหวนหรือหัวทะลุได้
เครื่องยนต์ของรถยุโรป จะได้เปรียบตรงที่ลูกสูบมีความแข็งแรงทนทานพอที่จะรองรับการติดตั้งเทอร์โบ โดยใช้บูสท์ไม่เกิน 7-10 PSI จะไม่เกิดความเสียหายอยางแน่นอน เช่น ลูกสูบยี่ห้อมาเล่ห์ (แท้) สามารถอัดแช่ทางยาวได้เลยจริง ๆ แล้ว เคยใช้แรงดันบูสท์เกือบ 20 PSI กับลูกสูบพวกนี้ยังไม่เป็นอะไรเลย แต่ขอแนะนำขั้นแรกแค่ไม่เกิน 7 PSI เพื่อความแน่นอน เพราะชิ้นส่วนอื่น ๆ เช่น ก้านสูบ แหวนลูกสูบ ชาฟท์ อาจจะทนไม่ได้ เครื่องยนต์รถญี่ปุ่นที่ไม่ได้ติดตั้งเทอร์โบอยู่ก่อน ก็สามารถติดตั้งเทอร์โบได้ โดยใช้บูสท์ 5-7 PSI ก็พอ จะอยู่ในระดับที่ปลอดภัยความแข็งแรงของลูกสูบญี่ปุ่นนั้นยังไม่สูงเท่าลูกสูบยุโรป ลากยาว แช่ นานไว้ใจไม่ได้ กระจายเมื่อไรก็ไม่รู้ แต่ลูกสูบญี่ปุ่นก็ไม่ได้บอบบางไปทั้งหมด เพราะลูกสูบบางเครื่องนั้นสามารถทนได้ถึง 10-15 PSI แต่โดยเฉพาะแล้วเกิน 10 PSI แล้วกระจายแน่ นอกจากจะเป็นเครื่องยนต์ที่ติดตั้งเทอร์โบมาจากโรงงานอยู่แล้วจะทนบูสท์ได้สูงขึ้น
ข้อมูลสำคัญเบื้องต้นที่ต้องรู้หากคิดจะเล่นเทอร์โบ อัตราส่วนกำลังอัดมากหรือน้อยเกินไป ก่อให้เกิดผลเสียอย่างที่คาดไม่ถึง
อัตราส่วนกำลังอัด
คือ ปริมาตรของกระบอกสูบทั้งหมด เมื่อลูกสูบเลื่อนสู่ศูนย์ตายล่าง (รวมปริมาตรของห้องเผาไหม้ด้วย) นำมาหารด้วยปริมาตรของห้องเผาไหม้ เมื่อลูกสูบเลื่อนขึ้นสู่ศูนย์ตายบน เช่น ปริมาตรของช่องว่าง(ห้องเผาไหม้) เมื่อลูกสูบเลื่อนขึ้นศูนย์ตายบน 6 ซีซี และปริมาตรกระบอกสูบ เมื่อลูกสูบอยู่ที่ศูนย์ตายล่างหรือเรียกว่าปริมาตรที่ลูกสูบแทนที่ (Displacement Volume=Vd) = 36 ซีซี อัตราส่วนกำลังอัดก็คือ (6+36)/6=42/6=7 ต่อ 1
อย่าลืมว่า ปริมาตรเมื่อลูกสูบอยู่ที่ศูนย์ตายบน จะต้องวัดปริมาตรของห้องเผาไหม้ในฝาสูบบวกกับปริมาตรช่องว่างของปะเก็นฝาสูบด้วย และถ้าบนหัวสูบไม่ใช่แบบหัวเรียบ มีหลุมบนหัวลูกสูบ ก็ต้องบวกเข้าไปด้วยการวัดหาปริมาตรในแต่ละส่วนนั้น ต้องวัดด้วยการตวงด้วยของเหลว ด้วยเข็มฉีดยากับกระจกเจาะรู ถ้ามีสเปกจากสมุดคู่มือ รู้ซีซี รู้กำลังอัด ก็กดเครื่องคิดเลขหาปริมาตรห้องเผาไหม้ได้
ปริมาตรกระบอกสูบ (Displacement Volume = VC) คือ ปริมาตรของกระบอกสูบระหว่างศูนย์ตายบน และศูนย์ตายล่าง หาได้จากสูตรคณิตศาสตร์ r ยกกำลังสอง x ช่วงชัก หรือ (22/7) x rยกกำลังสอง x ช่วงชัก r คือรัศมีของกระบอกสูบ (ลูกสูบ) เช่น กระบอกสูบมีเส้นผ่าศูนย์กลาง80 มม. ดังนั้น r = 40 มม.อัตราส่วนกำลังอัด (Compression Ratio) มีความสำคัญต่อการทำงานของเครื่องยนต์ที่ติดตั้งเทอร์โบมาก
เครื่องยนต์ที่ติดตั้งเทอร์โบจำเป็นต้องมีอัตราส่วนกำลังอัดต่ำกว่าเครื่องยนต์ปกติ เพราะว่าระบบเทอร์โบ จะช่วยประจุไอดีเข้าสู่กระบอกสูบได้มากกว่าอัตราปกติ ไอดีมีมวลมากกว่าปกติ เมื่อลูกสูบเลื่อนสู่ศูนย์ตายบนในจังหวะอัด ไอดีจะถูกอัดแน่น ก็เปรียบเสมือนอัตราส่วนกำลังอัดที่สูงขึ้นถ้าเครื่องยนต์มีอัตราส่วนกำลังอัดสูงเกินขอบเขตของความเหมาะสม ไอดีที่ถูกอัดตัวแน่น และร้อน อาจทำให้เครื่องยนต์เกิดการน็อก (ชิงจุดระเบิด) คล้ายกับการตั้งไฟแก่เกินไป เครื่องยนต์ที่ติดตั้งเทอร์โบ จึงต้องมีอัตราส่วนกำลังอัดต่ำกว่าเครื่องยนต์ปกติ เมื่อถึงจังหวะอัดจะได้ไม่เกิดการน็อก ซึ่งถ้าเกิดการน็อกอย่างรุนแรง ลูกสูบจะแข็งแรงแค่ไหนก็ทนทานไม่ได้
อัตราส่วนกำลังอัดที่เหมาะกับเครื่องยนต์เทอร์โบ ที่มีการควบคุมแรงดันเสริม ไม่เกิน 7-10 PSI ควรจะมีอัตราส่วนกำลังอัดไม่เกิน 9 : 1ถ้าเครื่องยนต์มีกำลังอัดเกิน 9 : 1 ก่อนการติดตั้งเทอร์โบ ควรลดกำลังอัดก่อน ถ้าเครื่องยนต์ไม่มีระบบควบคุมการน็อก เช่น ลดไฟอ่อนหรือฉีดน้ำเพิ่ม อัตราส่วนกำลังอัดที่เหมาะสมจะอยู่ในระดับ 7.5 : 1 9.0 : 1 (กับบูสท์ไม่เกิน 7-10 PSI)
ถ้าเป็นเครื่องยนต์หัวฉีดในยุคไฮเทค อัตราส่วนกำลังอัดระดับ 9.0-9.5 : 1 กับบูสท์ 10 PSI อาจจะไม่เกิดการน็อกก็ได้ เพราะมีการควบคุมการจ่ายน้ำมัน และการจุดระเบิดที่แม่นยำ
วิธีลดอัตราส่วนกำลังอัด
วิธีที่น่าปฏิบัติที่สุดคือ การเพิ่มปริมาตรห้องเผาไหม้ โดยการเพิ่มความหนาในส่วนของประเก็นฝาสูบ อาจจะใช้วิธีสั่งตัดแผ่นใหม่ที่มีความหนามากขึ้นกว่าเดิม อีกวิธีหนึ่ง คือ ใช้ประเก็นฝาสูบ 2 แผ่น เรียงซ้อนกัน ซึ่งก็ต้องคำนวณหาอัตราส่วนกำลังอัดกันใหม่ถ้ารองประเก็นฝาสูบ 2 แผ่นแล้ว คำนวณอัตราส่วนกำลังอัดได้ต่ำกว่าความเหมาะสม (กรณีนี้ไม่ค่อยพบ) ก็อาจจะนำไปไสฝาสูบออก จนได้อัตราส่วนกำลังอัดที่ต้องการ
แต่ถ้าใส่ไปแล้วกำลังอัดไม่ต่ำกว่า 7.5 ก็ไม่ควรนำไปไสฝาสูบ เพราะเสียเงิน เสียเวลา และก็เสียเนื้อโลหะของฝาสูบ อีกหน่อยถ้าเลิกเล่นเทอร์โบ พอใส่ประเก็นแผ่นเดียวกำลังอัดอาจจะสูงเกินไปการลดอัตราส่วนกำลังอัดของเครื่องยนต์อยู่ในระดับ 9.0 10.0 : 1 การรองประเก็นฝาสูบ 2 แผ่น จะไม่ต้องกังวลว่ากำลังอัดจะต่ำเกินไป เพราะกำลังอัดจะลดลงมาในระดับ 8.0 9.0 : 1 พอดี
การลดกำลังอัดอีกวิธี คือ ขุดเนื้อฝาสูบบริเวณห้องเผาไหม้ออกจนได้ปริมาตรตามที่ต้องการ วิธีนี้ไม่ค่อยน่าปฏิบัติ เพราะเสียเนื้อโลหะของฝาสูบโดยใช่เหตุ และจะต้องขุดให้มีปริมาตรเท่ากันทุกสูบ จะต้องเท่ากันทั้งปริมาตรและรูปทรงของห้องเผาไหม้ ถ้าไม่เหมือนกับรูปทรงเดิม ลักษณะการลามของการเผาไหม้จะเปลี่ยนไป อาจทำให้สมรรถนะของเครื่องยนต์ต่ำลง การลดกำลังอัดวิธีนี้ จึงไม่อยากแนะนำให้ปฏิบัติกัน
อัตราส่วนกำลังอัดที่ต่ำเกินไป ไม่ว่าจะเป็นเครื่องยนต์เทอร์โบหรือไม่เทอร์โบนั้น จะมีผลเสียทำให้การอัดตัวของไอดีไม่แน่นเท่าที่ควร การจุดระเบิดก็ไม่รุนแรง สิ้นเปลืองเชื้อเพลิง สมรรถนะของเครื่องยนต์จะลดลง
|