เทอร์โบชาร์จเจอร์คืออะไร?

เมื่อพูดถึงการผสมผสานประสิทธิภาพเข้ากับการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงที่ลดลง วิศวกรเกือบจะต้องเลือกใช้เครื่องยนต์เทอร์โบ

นอกโลกของซูเปอร์คาร์ที่ซึ่งแลมโบกินี่ยังคงยืนยันว่าเครื่องยนต์ที่ดูดเข้าไปตามธรรมชาติยังคงเป็นวิธีที่สะอาดที่สุดและเป็นวิธีการผลิตพลังงานและเสียงรบกวนของอิตาลีมากที่สุด ยุคของรถยนต์ที่ไม่มีเทอร์โบชาร์จเจอร์กำลังจะมาถึงจุดจบ

เป็นไปไม่ได้ ตัวอย่างเช่น ที่จะได้รับโฟล์คสวาเกนกอล์ฟที่สำลักโดยธรรมชาติ แน่นอนว่าหลังจาก Dieselgate ไม่น่าจะมีความสำคัญเพราะไม่มีใครอยากเล่นกอล์ฟอีกต่อไป

อย่างไรก็ตาม ข้อเท็จจริงยังคงอยู่ที่รถเมือง รถครอบครัว แกรนด์ทัวเรอร์ และแม้แต่ซุปเปอร์คาร์บางคัน กำลังออกจากเรือเพื่อไปดำน้ำในอนาคต ตั้งแต่ Ford Fiesta ไปจนถึง Ferrari 488 อนาคตเป็นของบังคับ ส่วนหนึ่งเป็นเพราะกฎหมายการปล่อยมลพิษ แต่ยังเป็นเพราะเทคโนโลยีมีการพัฒนาอย่างก้าวกระโดด

นี่คือกรณีของการประหยัดน้ำมันเชื้อเพลิงของเครื่องยนต์ขนาดเล็กสำหรับการขับขี่ที่ราบรื่นและกำลังเครื่องยนต์ขนาดใหญ่เมื่อคุณต้องการ

เมื่อพูดถึงการผสมผสานสมรรถนะที่สูงขึ้นกับการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงที่ต่ำลง วิศวกรเกือบจะต้องออกแบบเครื่องยนต์ล่าสุดของพวกเขาด้วยเทคโนโลยีเทอร์โบชาร์จ

เทอร์โบสามารถทำอะไรได้มากกว่าแต่น้อย?

ทั้งหมดนี้ขึ้นอยู่กับวิธีการทำงานของเครื่องยนต์ ดังนั้นเรามาพูดถึงเทคนิคกันสักหน่อย สำหรับเครื่องยนต์เบนซิน อัตราส่วนอากาศต่อเชื้อเพลิง 14.7:1 ช่วยให้มั่นใจได้ว่าทุกอย่างในกระบอกสูบจะเผาไหม้สมบูรณ์ น้ำผลไม้ใด ๆ มากกว่านี้เป็นการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิง

ในเครื่องยนต์ที่ดูดอากาศตามธรรมชาติ สุญญากาศบางส่วนที่สร้างขึ้นโดยลูกสูบจากมากไปน้อยจะดึงอากาศเข้าสู่กระบอกสูบ โดยใช้แรงดันลบภายในเพื่อดึงอากาศเข้าทางวาล์วไอดี เป็นวิธีที่ง่ายในการทำสิ่งต่างๆ แต่มีข้อจำกัดในด้านการจ่ายอากาศ เช่น ผู้ที่มีภาวะหยุดหายใจขณะหลับ

ในเครื่องยนต์เทอร์โบชาร์จ หนังสือกฎได้ถูกเขียนใหม่ แทนที่จะอาศัยเอฟเฟกต์สุญญากาศของลูกสูบ เครื่องยนต์เทอร์โบชาร์จจะใช้ปั๊มลมเพื่อดันอากาศเข้าไปในกระบอกสูบ เช่นเดียวกับหน้ากากหยุดหายใจขณะหลับที่ดันอากาศขึ้นไปทางจมูกของคุณ

แม้ว่าเทอร์โบชาร์จเจอร์สามารถอัดอากาศได้สูงถึง 5 บาร์ (72.5 psi) เหนือความกดอากาศมาตรฐาน แต่ในรถยนต์ที่ใช้ถนน พวกมันมักจะทำงานที่แรงดันที่ผ่อนคลายมากกว่า 0.5 ถึง 1 บาร์ (7 ถึง 14 psi)

ผลลัพธ์ในทางปฏิบัติคือที่แรงดันบูสต์ 1 บาร์ เครื่องยนต์จะได้รับอากาศมากเป็นสองเท่าราวกับว่ามันถูกดูดเข้าไปโดยธรรมชาติ

ซึ่งหมายความว่าชุดควบคุมเครื่องยนต์สามารถฉีดเชื้อเพลิงได้มากเป็นสองเท่าในขณะที่ยังคงอัตราส่วนอากาศต่อเชื้อเพลิงในอุดมคติไว้ ทำให้เกิดการระเบิดที่ใหญ่ขึ้นมาก

แต่นั่นเป็นเพียงครึ่งหนึ่งของกลอุบายของเทอร์โบชาร์จเจอร์ ลองเปรียบเทียบเครื่องยนต์ดูดควันธรรมชาติขนาด 4.0 ลิตรกับเครื่องยนต์เทอร์โบชาร์จ 2.0 ลิตรที่มีแรงดันบูสต์ 1 บาร์ สมมติว่าทั้งสองรุ่นมีความเหมือนกันในแง่ของเทคโนโลยี

เครื่องยนต์ 4.0 ลิตรกินน้ำมันมากกว่าแม้ในขณะที่เดินเบาและอยู่ภายใต้ภาระเครื่องยนต์ที่เบา ในขณะที่เครื่องยนต์ 2.0 ลิตรกินไฟน้อยกว่ามาก ความแตกต่างก็คือเมื่อเปิดปีกผีเสื้อกว้าง เครื่องยนต์เทอร์โบชาร์จจะใช้ปริมาณอากาศและเชื้อเพลิงสูงสุดเท่าที่เป็นไปได้ - มากเป็นสองเท่าของเครื่องยนต์ดูดอากาศตามธรรมชาติที่มีปริมาตรกระบอกสูบเท่ากัน หรือเท่ากันทุกประการกับเครื่องยนต์ 4.0 ลิตรแบบดูดตามธรรมชาติ

ซึ่งหมายความว่าเครื่องยนต์เทอร์โบชาร์จสามารถวิ่งได้ทุกที่ตั้งแต่ 2.0 ลิตรเพียงเล็กน้อยไปจนถึงสี่ลิตรอันทรงพลังเนื่องจากการเหนี่ยวนำแบบบังคับ

ดังนั้นจึงเป็นเรื่องของการประหยัดน้ำมันเชื้อเพลิงของเครื่องยนต์ขนาดเล็กสำหรับการขับขี่ที่นุ่มนวลและกำลังเครื่องยนต์ขนาดใหญ่เมื่อคุณต้องการ

มันฉลาดขนาดไหนกันนะ?

เนื่องจากเหมาะสมกับกระสุนเงินวิศวกรรม ตัวเทอร์โบชาร์จเจอร์เองก็มีความเฉลียวฉลาด เมื่อเครื่องยนต์ทำงาน ก๊าซไอเสียจะไหลผ่านกังหัน ทำให้เครื่องยนต์หมุนด้วยความเร็วที่เหลือเชื่อ โดยทั่วไปอยู่ระหว่าง 75,000 ถึง 150,000 ครั้งต่อนาที

กังหันจะยึดติดกับเครื่องอัดอากาศ ซึ่งหมายความว่ายิ่งกังหันหมุนเร็วขึ้น คอมเพรสเซอร์ก็จะยิ่งหมุนเร็วขึ้น ดูดอากาศบริสุทธิ์ และบังคับเข้าไปในเครื่องยนต์

เทอร์โบทำงานบนสเกลเลื่อน ขึ้นอยู่กับว่าคุณเหยียบคันเร่งแรงแค่ไหน ขณะเดินเบา จะมีก๊าซไอเสียไม่เพียงพอที่จะทำให้กังหันทำงานด้วยความเร็วที่มีความหมาย แต่เมื่อคุณเร่งความเร็ว กังหันจะหมุนและให้กำลังเร่ง

หากคุณกดด้วยเท้าขวา จะเกิดก๊าซไอเสียมากขึ้น ซึ่งจะบีบอัดอากาศบริสุทธิ์เข้าสู่กระบอกสูบในปริมาณสูงสุด

แล้วจับอะไร?

มีเหตุผลหลายประการที่เราไม่ได้ขับรถเทอร์โบชาร์จทุกคนมาหลายปีแล้ว เริ่มจากความซับซ้อน

อย่างที่คุณจินตนาการได้ การสร้างบางสิ่งที่หมุนได้ที่ 150,000 RPM วันแล้ววันเล่าเป็นเวลาหลายปีโดยไม่เกิดการระเบิดนั้นไม่ใช่เรื่องง่าย และต้องใช้ชิ้นส่วนราคาแพง

กังหันยังต้องการการจ่ายน้ำมันและน้ำโดยเฉพาะ ซึ่งสร้างความเครียดให้กับระบบหล่อลื่นและระบายความร้อนของเครื่องยนต์มากขึ้น

เมื่ออากาศในเทอร์โบชาร์จเจอร์ร้อนขึ้น ผู้ผลิตยังต้องติดตั้งอินเตอร์คูลเลอร์เพื่อลดอุณหภูมิของอากาศที่เข้าสู่กระบอกสูบ อากาศร้อนมีความหนาแน่นน้อยกว่าอากาศเย็น ซึ่งทำให้เสียประโยชน์ของเทอร์โบชาร์จเจอร์ และยังสามารถสร้างความเสียหายและการระเบิดของส่วนผสมของเชื้อเพลิง/อากาศก่อนเวลาอันควร

ข้อบกพร่องที่น่าอับอายที่สุดของเทอร์โบชาร์จเจอร์เป็นที่รู้จักกันในชื่อแล็ก ตามที่ระบุไว้ คุณต้องเร่งความเร็วและสร้างไอเสียเพื่อให้เทอร์โบเริ่มสร้างแรงดันบูสต์ที่มีความหมาย ซึ่งหมายความว่ารถเทอร์โบรุ่นแรกๆ เป็นเหมือนสวิตช์ที่ล่าช้า ไม่มีอะไร ไม่มีอะไร ไม่มีอะไรเลย ทุกอย่าง

ความก้าวหน้าหลายอย่างในเทคโนโลยีเทอร์โบได้ลดทอนลักษณะการทำงานที่เคลื่อนไหวช้าที่สุดของ Saabs และ Porsches ที่ใช้เทอร์โบชาร์จในช่วงต้น ซึ่งรวมถึงใบพัดแบบปรับได้ในกังหันที่เคลื่อนที่ตามแรงดันไอเสีย และส่วนประกอบน้ำหนักเบาและเสียดทานต่ำเพื่อลดแรงเฉื่อย

ความก้าวหน้าที่น่าตื่นเต้นที่สุดในเทอร์โบชาร์จเจอร์สามารถพบได้ - อย่างน้อยก็ในตอนนี้ - ในนักแข่ง F1 ที่มอเตอร์ไฟฟ้าขนาดเล็กช่วยให้เทอร์โบหมุนได้ ช่วยลดเวลาที่ใช้ในการหมุน

ในทำนองเดียวกัน ในการแข่งขัน World Rally Championship ระบบที่เรียกว่า anti-lag จะเทส่วนผสมของอากาศ/เชื้อเพลิงเข้าสู่ท่อไอเสียโดยตรงก่อนเทอร์โบชาร์จเจอร์ ความร้อนจากท่อร่วมไอเสียทำให้มันระเบิดแม้ไม่มีหัวเทียน ทำให้เกิดก๊าซไอเสียและทำให้เทอร์โบชาร์จเจอร์เดือด

แล้วเทอร์โบดีเซลล่ะ?

เมื่อพูดถึงเทอร์โบชาร์จ ดีเซลเป็นสายพันธุ์พิเศษ นี่เป็นกรณีที่เกิดขึ้นจริงเพราะหากไม่มีการเหนี่ยวนำแบบบังคับ เครื่องยนต์ดีเซลจะไม่มีทางเกิดขึ้นได้ตามปกติเหมือนที่มันเป็น

ดีเซลดูดอากาศโดยธรรมชาติสามารถให้แรงบิดช่วงต่ำที่เหมาะสม แต่นั่นคือจุดสิ้นสุดของความสามารถ อย่างไรก็ตาม ด้วยการเหนี่ยวนำแบบบังคับ ดีเซลสามารถใช้ประโยชน์จากแรงบิดและได้รับประโยชน์เช่นเดียวกับน้ำมันเบนซิน

เครื่องยนต์ดีเซลสร้างขึ้นโดย Tonka Tough เพื่อรองรับน้ำหนักบรรทุกมหาศาลและอุณหภูมิที่อยู่ภายใน ซึ่งหมายความว่าสามารถจัดการกับแรงดันที่เพิ่มขึ้นของเทอร์โบได้อย่างง่ายดาย

เครื่องยนต์ดีเซลทั้งหมด - ดูดเข้าโดยธรรมชาติและอัดมากเกินไป - ทำงานโดยการเผาไหม้เชื้อเพลิงในอากาศส่วนเกินในระบบการเผาไหม้แบบลีนที่เรียกว่า

ครั้งเดียวที่เครื่องยนต์ดีเซลที่ดูดอากาศเข้าไปโดยธรรมชาติจะเข้าใกล้ส่วนผสมของอากาศ/เชื้อเพลิงที่ "เหมาะสม" อยู่ที่เค้นเต็มที่เมื่อหัวฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงเปิดกว้าง

เนื่องจากน้ำมันดีเซลมีความผันผวนน้อยกว่าน้ำมันเบนซิน เมื่อเผาไหม้โดยไม่มีอากาศมาก จะทำให้เกิดเขม่าจำนวนมากหรือที่เรียกว่าอนุภาคดีเซล การเติมอากาศในกระบอกสูบ เทอร์โบดีเซลสามารถหลีกเลี่ยงปัญหานี้ได้

ดังนั้นในขณะที่เทอร์โบชาร์จเจอร์เป็นการปรับปรุงที่น่าทึ่งสำหรับเครื่องยนต์เบนซิน การพลิกกลับที่แท้จริงช่วยให้เครื่องยนต์ดีเซลไม่กลายเป็นวัตถุที่มีควัน แม้ว่า "ดีเซลเกท" ไม่ว่ากรณีใดๆ ก็สามารถทำให้เกิดสิ่งนี้ได้

คุณรู้สึกอย่างไรเกี่ยวกับความจริงที่ว่าเทอร์โบชาร์จเจอร์เข้าสู่ยานพาหนะสี่ล้อเกือบทั้งหมด? บอกเราในความคิดเห็นด้านล่าง