3.1.7 เทคนิคพื้นฐานเพื่อปรับปรุงสมรรถนะ, ประสิทธิภาพ และลักษณะการปล่อยมลพิษ

แรงดูด (Forced induction): เป็นปริมาณของแรงบิดที่สร้างขึ้นในเครื่องยนต์เผาไหม้ภายใน ขึ้นอยู่กับปริมาณของอากาศที่เกิดขึ้นในกระบอกสูบ วิธีที่ง่ายในการเพิ่มปริมาณของอากาศ ก็คือ การเพิ่มความดันในท่อร่วมไอดี ซึ่งมันสามารถทำได้ 3 วิธี ได้แก่ ท่อร่วมไอดีแปรผัน (Variable intake manifold), ซูเปอร์ชาร์จ (Supercharging) หรือ เทอร์โบชาร์จ (Turbocharging)

      ท่อร่วมไอดีเปรียบเหมือนเครื่องสร้างลม มันมีความถี่เรโซแนนซ์ (Resonant) ท่อร่วมไอดีแปรผันสามารถปรับตัวมันเองได้ ซึ่งเป็นไปตามความเร็วรอบของเครื่องยนต์เพื่อใช้ประโยชน์ของความถี่เรโซแนนซ์ดังกล่าว หากว่ามีการปรับที่เหมาะสม ปริมาณของอากาศในกระบอกสูบจะมีความเหมาะสมเพราะว่าความดันในท่อร่วมไอดีจะเพิ่มขึ้น เทคนิคนี้เพิ่มจะ การหายใจ (Breathing) ของเครื่องยนต์ แต่ไม่ส่งผลให้เกิดแรงบิดมากขึ้นนัก

รูปท่อร่วมไอดีผันแปร

แนะนำเพื่อให้อ่านได้ต่อเนื่องให้ คลิกขวาเลือก Open link in new window

รูปภายในท่อร่วมไอดีผันแปร

วิดีโอการทำงานของท่อร่วมไอดีผันแปร

      ซูเปอร์ชาร์จเจอร์เป็นเครื่องอัดอากาศ ถูกขับหมุนโดยเพลาข้อเหวี่ยงเครื่องยนต์ อากาศอัดถูกป้อนไปที่ท่อร่วมไอดี ข้อดีของซูเปอร์ชาร์จ คือ มันสามารถเพิ่มความดันในท่อร่วมไอดี ไม่เว้นว่าที่ความเร็วรอบต่ำ ส่วนมันก็มีข้อเสียที่สำคัญเหมือนกัน นั่นก็คือ มันใช้กำลังงานจากเพลาข้อเหวี่ยงของเครื่องยนต์ ทำให้กำลังเครื่องยนต์ตก และสิ้นเปลืองเชื้อเพลิง

รูปซูเปอร์ชาร์จเจอร์

รูปผังการทำงานของซูเปอร์ชาร์จเจอร์

วิดีโอการทำงานของซูเปอร์ชาร์จเจอร์

      เทอร์โบชาร์จเจอร์ ประกอบไปด้วยกังหัน ที่ขับเคลื่อนด้วยก๊าซไอเสีย และนำกำลังงานที่ได้จากกังหันไปหมุนคอมเพรสเซอร์ เทอร์โบชาร์จเจอร์มีข้อดีอยู่มากที่เอาพลังงานจากก๊าซไอเสียมาใช้ประโยชน์ ซึ่งปกติแล้วก๊าซไอเสียจะสูญเปล่าเมื่อปล่อยออกมา

      ดังนั้น ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์เดิมจะเพิ่มขึ้นเมื่อมีเทอร์โบชาร์จเจอร์ เทอร์โบชาร์จสามารถเพิ่มประสิทธิภาพให้แก่เครื่องยนต์เพิ่มกำลังขับขึ้นอย่างมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งระบบที่มีการต่ออุปกรณ์ช่วยทำความเย็นให้แก่อากาศ

รูปเทอร์โบชาร์จเจอร์

รูปภายในเทอร์โบชาร์จเจอร์

วิดีโอการทำงานของเทอร์โบชาร์จ

      นอกจากนี้ มันยังช่วยเพิ่มประสิทธิภาพอย่างสำคัญ เพราะว่าความดันไอดีที่สูงกว่า ช่วยลดงานที่เป็นลบในจังหวะดูด ส่วนข้อเสียของเทอร์โบชาร์จ คือ มีเวลาการตอบสนองที่ช้า, ที่ความเร็วรอบต่ำประสิทธิภาพน้อยมาก หรือไม่มีเลย และรอบการหมุนที่สูงสำหรับเทอร์โบชาร์จเจอร์ ทำให้เพิ่มต้นทุนของแรงดูด

      ซูเปอร์ชาร์จเจอร์ และเทอร์โบชาร์จทั้งคู่จะเกิดปัญหาอยู่สองประการ คือ การน็อก (Knock) และการปล่อยมลพิษ (Emissions) การอัดอากาศไอดีมีเพิ่มขึ้นแน่นอนอุณหภูมิก็เพิ่มขึ้นด้วย เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นนั่นหมายความว่ามันก็เสี่ยงต่อการจุดระเบิดตัวมันเอง และเกิดการน็อกในส่วนผสมไอดี อีกทั้งยังทำให้เกิดมลพิษไนตริกออกไซด์เพิ่มขึ้น

      การแก้ไขปัญหานี้ จะต้องมีการระบายความร้อนหลังจากที่มีการอัดอากาศ นั่นก็คือ มันจะต้องมีตัวอินเตอร์คูลเลอร์ (Intercooler) หรือ ตัวแลกเปลี่ยนความร้อน (Heat exchanger) อากาศอัดจะวิ่งพาดผ่านหม้อน้ำ ขณะที่อากาศ หรือน้ำผ่านไปภายนอกหม้อน้ำ เอาความร้อนออกจากการชาร์จออกไป

      ทำให้อุณหภูมิของอากาศดูดลดลงเพียงพอที่มันจะไม่จุดระเบิดตัวเอง และการน็อก แล้วก็ทำให้ไนตริกออกไซด์ลดลงเช่นกัน สังเกตว่าเครื่องยนต์ที่ออกแบบมาสำหรับแรงดูดที่มีอัตราการอัดที่ต่ำกว่าเครื่องยนต์ที่ถูกออกแบบมาสำหรับการดูดปกติ

      การทำความเย็นในอากาศที่ดูดเข้าเครื่องยนต์ จะมีประโยชน์ต่อการสร้างแรงบิด เพราะว่าอากาศที่เย็นกว่าก็คืออากาศที่มีความหนาแน่น เพราะฉะนั้น อากาศสามารถดูดเข้าไปในกระบอกสูบได้มากกว่า      

ข้อคิดดี ๆ ที่นำมาฝาก

“ปฏิบัติต่อตนเองด้วย สมอง

ปฏิบัติต่อผู้อื่นด้วย หัวใจ

To handle yourself, use your head;

to handle others, use your heart.”

Eleanor Roosevelt

<หน้าที่แล้ว                                 สารบัญ                    หน้าต่อไป>