เทคโนโลยีเทอร์โบชาร์จเป็นเทคโนโลยีที่สำคัญในการเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องยนต์สันดาปภายใน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในยุคปัจจุบันที่เน้นเรื่องการลดขนาดเครื่องยนต์เพื่อประหยัดเชื้อเพลิงและลดมลพิษ แต่ยังคงรักษากำลังและแรงบิดไว้ได้ ส่งผลให้กำลังเครื่องยนต์เพิ่มขึ้นอย่างมากโดยไม่ทำให้ขนาดเครื่องยนต์ใหญ่ขึ้น พูดง่ายๆ
เทอร์โบชาร์จเจอร์ช่วยให้เครื่องยนต์ขนาดเล็กผลิตกำลังได้เทียบเท่ากับเครื่องยนต์ขนาดใหญ่
หลักการทำงานของเทอร์โบชาร์จ
เทอร์โบชาร์จเจอร์เป็นอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานจากไอเสียของเครื่องยนต์ที่ปกติจะปล่อยทิ้งไปให้เปล่าประโยชน์ มาใช้ในการอัดอากาศเข้าสู่ห้องเผาไหม้เพิ่มขึ้น หลักการทำงานโดยสรุปคือ:
ไอเสียขับเคลื่อนกังหัน (Turbine): ไอเสียที่ออกจากเครื่องยนต์จะถูกส่งไปยังส่วนที่เป็นกังหันของเทอร์โบชาร์จเจอร์ ซึ่งมีลักษณะคล้ายใบพัด ไอเสียที่มีความร้อนสูงและความดันสูงจะทำให้กังหันหมุนด้วยความเร็วสูงมาก
กังหันขับเคลื่อนคอมเพรสเซอร์ (Compressor): กังหันนี้จะเชื่อมต่อกับคอมเพรสเซอร์ด้วยแกนเพลาเดียวกัน เมื่อกังหันหมุน คอมเพรสเซอร์ก็จะหมุนตามไปด้วย
คอมเพรสเซอร์อัดอากาศ: คอมเพรสเซอร์จะดูดอากาศจากภายนอกเข้ามา และอัดอากาศนั้นให้มีความดันสูงขึ้น ก่อนที่จะส่งอากาศอัดนี้เข้าสู่ห้องเผาไหม้ของเครื่องยนต์
การที่อากาศถูกอัดเข้าไปในห้องเผาไหม้มากขึ้น ทำให้มีปริมาณออกซิเจนเพียงพอสำหรับการเผาไหม้เชื้อเพลิงได้สมบูรณ์ยิ่งขึ้น ส่งผลให้เครื่องยนต์สร้างกำลัง แรงม้า และแรงบิดได้สูงขึ้นอย่างมาก เมื่อเทียบกับเครื่องยนต์ขนาดเท่ากันที่ไม่มีเทอร์โบ
ข้อดีของเทคโนโลยีเทอร์โบชาร์จ
เพิ่มกำลังและแรงบิด: เป็นจุดเด่นที่สุดของเทอร์โบ ทำให้เครื่องยนต์ขนาดเล็กสามารถสร้างกำลังได้เทียบเท่าหรือสูงกว่าเครื่องยนต์ขนาดใหญ่ที่ไม่มีเทอร์โบ
ประหยัดเชื้อเพลิง: ด้วยการที่สามารถใช้เครื่องยนต์ขนาดเล็กลงแต่ให้กำลังเท่าเดิม ทำให้การประหยัดเชื้อเพลิงทำได้ดีขึ้นในสภาวะการขับขี่บางอย่าง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในรอบเครื่องยนต์ที่เหมาะสม
ลดมลพิษ: การเผาไหม้ที่สมบูรณ์ขึ้นช่วยลดการปล่อยมลพิษไอเสีย
ใช้พลังงานที่สูญเสียไปให้เป็นประโยชน์: นำพลังงานจากไอเสียที่ปกติจะทิ้งไปมาใช้ในการขับเคลื่อน
ข้อเสียของเทคโนโลยีเทอร์โบชาร์จ
อาการเทอร์โบแล็ก (Turbo Lag): เป็นอาการที่ผู้ขับขี่จะรู้สึกว่าเครื่องยนต์ตอบสนองช้าลงเล็กน้อยเมื่อกดคันเร่ง เนื่องจากต้องรอให้ไอเสียมีปริมาณและความดันเพียงพอที่จะไปหมุนกังหันให้ถึงความเร็วที่เหมาะสมก่อน อากาศถึงจะถูกอัดได้อย่างเต็มที่ (อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยีสมัยใหม่ได้ลดปัญหานี้ลงไปมากแล้ว)
ความร้อนสูง: เทอร์โบชาร์จทำงานภายใต้ความร้อนสูงมาก ซึ่งอาจส่งผลต่ออายุการใช้งานของส่วนประกอบบางอย่าง และต้องการการระบายความร้อนที่ดี
การบำรุงรักษา: ต้องการการบำรุงรักษาที่เหมาะสม เช่น การใช้น้ำมันเครื่องที่มีคุณภาพและเปลี่ยนถ่ายตามระยะเวลาที่กำหนด เพื่อให้เทอร์โบทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพและมีอายุการใช้งานที่ยาวนาน
เทคโนโลยีเทอร์โบชาร์จสมัยใหม่และการพัฒนา
เทคโนโลยีเทอร์โบชาร์จมีการพัฒนาอย่างต่อเนื่องเพื่อลดข้อเสียและเพิ่มประสิทธิภาพ:
Variable Geometry Turbocharger (VGT) / Variable Nozzle Turbine (VNT): หรือเทอร์โบแปรผัน เป็นการออกแบบที่สามารถปรับมุมของครีบในส่วนกังหันได้ เพื่อควบคุมทิศทางและความเร็วของไอเสียที่เข้ามาปะทะใบพัด ทำให้เทอร์โบสามารถสร้างแรงดันอากาศได้ดีขึ้นในรอบเครื่องยนต์ที่หลากหลาย และช่วยลดอาการเทอร์โบแล็กได้มาก
Twin-Scroll Turbocharger: เป็นการออกแบบที่แยกช่องทางเดินไอเสียออกจากกัน (เช่น สำหรับ 2 หรือ 4 สูบแรก และ 2 หรือ 4 สูบหลัง) เพื่อให้ไอเสียไม่รบกวนกันขณะที่ไหลผ่านกังหัน ทำให้การไหลของไอเสียมีประสิทธิภาพมากขึ้นและลดเทอร์โบแล็ก
Electric Turbocharger (E-Turbo): เป็นเทคโนโลยีที่ก้าวหน้ามาก โดยมีการติดตั้งมอเตอร์ไฟฟ้าขนาดเล็กที่แกนเพลาของเทอร์โบ มอเตอร์นี้จะช่วยขับเคลื่อนใบพัดคอมเพรสเซอร์โดยตรงในช่วงรอบเครื่องยนต์ต่ำ หรือก่อนที่ไอเสียจะสร้างแรงดันได้เพียงพอ ทำให้สามารถอัดอากาศได้ทันทีที่ผู้ขับขี่กดคันเร่ง ช่วยขจัดปัญหาเทอร์โบแล็กได้อย่างสิ้นเชิง และยังสามารถใช้มอเตอร์นี้ผลิตกระแสไฟฟ้ากลับคืนได้ด้วย (ในบางระบบ) เทคโนโลยีนี้ถูกนำมาใช้ในรถยนต์สมรรถนะสูงอย่าง Mercedes-AMG
วัสดุและการออกแบบที่ก้าวหน้า: มีการใช้วัสดุที่ทนทานต่อความร้อนสูงและน้ำหนักเบามากขึ้นในการผลิตเทอร์โบ ทำให้สามารถทนทานต่อสภาวะการทำงานที่หนักหน่วงและมีประสิทธิภาพสูงขึ้น
การควบคุมด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์: ระบบควบคุมเทอร์โบมีความซับซ้อนและแม่นยำมากขึ้น โดยใช้เซ็นเซอร์และ ECU ในการจัดการการทำงานของเทอร์โบให้เหมาะสมกับสภาวะการขับขี่ต่างๆ
อนาคตของเทคโนโลยีเทอร์โบชาร์จ
เทคโนโลยีเทอร์โบชาร์จจะยังคงเป็นส่วนสำคัญในอุตสาหกรรมยานยนต์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการผสมผสานกับเทคโนโลยีไฮบริดและระบบส่งกำลังแบบไฟฟ้า การพัฒนา E-Turbo จะเป็นก้าวสำคัญที่ทำให้เทอร์โบชาร์จเจอร์สามารถตอบสนองได้อย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพสูงสุดในทุกช่วงรอบเครื่องยนต์ นอกจากนี้ยังมีการวิจัยและพัฒนาเพื่อลดขนาดและน้ำหนักของเทอร์โบ รวมถึงเพิ่มประสิทธิภาพในการแปลงพลังงานไอเสียให้เกิดประโยชน์สูงสุด
เทคโนโลยีเทอร์โบชาร์จเป็นเทคโนโลยีที่ทันสมัยและมีการพัฒนาอย่างไม่หยุดยั้ง เพื่อให้เครื่องยนต์มีประสิทธิภาพสูงขึ้น ประหยัดเชื้อเพลิง และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากขึ้น ตอบโจทย์ความต้องการของอุตสาหกรรมยานยนต์ในปัจจุบันและอนาคต