อี-บูสเตอร์

เมื่อเร็วๆ นี้ในงาน INTERNATIONAL VIENNA MOTOR SYMPOSIUM ครั้งที่ 36 ณ ประเทศออสเตรีย ค่าย โฟล์คสวาเกน ได้แนะนำเครื่องยนต์ใหม่ 2 รุ่น ซึ่งเป็นเครื่องยนต์ที่ใช้เทอร์โบชาร์จรุ่นใหม่ ตัวแรกสำหรับรถยนต์นั่งขนาดเล็ก เป็นเครื่องยนต์ 3 สูบ ที่มาพร้อมระบบอัดอากาศ ใช้พื้นฐานจากเครื่องยนต์ TSI เดิม รหัส EA211 ความจุกระบอกสูบ 1,000 ซีซี แต่ให้แรงม้าสูงถึง 272 แรงม้า (PS) มีแรงบิด 27.5 กก.-ม. (270 นิวตัน-เมตร) ใช้เทอร์โบชาร์จแบบ โมโนสโกรลล์ (MONOSCROLL) และระบบ อี-บูสเตอร์ (E-BOOSTER) ความน่าสนใจอยู่ที่ระบบ อี-บูสเตอร์ ซึ่งเป็นคอมเพรสเซอร์ไฟฟ้า เจ้าคอมเพรสเซอร์ตัวนี้จะติดตั้งระหว่างท่ออากาศเข้าเครื่องยนต์กับอินเตอร์คูเลอร์ ใช้ไฟฟ้าในการหมุนกังหันเทอร์ไบน์ เพื่ออัดอากาศเข้าเครื่องยนต์   ทำไมต้องคอมเพรสเซอร์ไฟฟ้า ? นั่นเพราะว่าเทอร์โบชาร์จนั้น ใช้หลักการทำงานโดยการทำไอเสียจากห้องเผาไหม้ มาปั่นกังหันให้เกิดความเร็วในการหมุน ความเร็วในการหมุนที่เกิดขึ้นด้านไอเสีย ถูกถ่ายทอดกำลังไปยังกังหันด้านไอดี เนื่องจากใช้แกนร่วมกัน ยิ่งกังหันไอเสียหมุนเร็วเท่าไร กังหันด้านไอดีก็หมุนเร็วเท่านั้น ทำให้การดูดและอัดอากาศเข้าสู่กระบอกสูบได้มากขึ้น แม้จะเป็นระบบการทำงานที่ดี แต่ก็มีข้อจำกัดในการใช้งาน เพราะแรงดันไอเสียจะมีมากก็ต่อเมื่อรอบเครื่องยนต์สูงๆ การจะทำให้เทอร์โบหมุนเร็วในรอบต่ำเพื่อให้อัดอากาศได้มากในรอบต่ำ ก็ต้องใช้เทอร์โบตัวเล็กเพื่อให้ปริมาณไอเสียที่ออกมาน้อยในรอบต่ำ มีแรงดันพอที่จะอัดอากาศเข้าสู่กระบอกสูบ แต่เมื่อรอบเครื่องยนต์สูงๆ เทอร์โบตัวเล็กจะไม่สามารถอัดอากาศเพิ่มขึ้นได้ เพราะเกิดอาการอั้นเนื่องจากโข่งไอเสียมีขนาดเล็กนั่นเอง ส่วนเทอร์โบลูกใหญ่ก็จะมีข้อเสียด้านตรงกันข้าม คือ กว่าเทอร์โบจะมีแรงดันพอที่จะอัดอากาศ ก็ต้องรอรอบเพื่อให้แรงดันไอเสียเพียงพอ การตอบสนองช่วงต้นจึงช้า แต่รอบสูงจะไม่เกิดอาการอั้นเพราะโข่งไอเสียมีขนาดใหญ่ ยกตัวอย่างและลองทำง่ายๆ เอาน้ำใส่แก้วมา 2 ใบ โดยใบแรกใช้หลอดขนาดเล็กที่แถมมากับกล่องนม UHT ทั่วไป ลองดูดน้ำดูจะรู้สึกว่าจังหวะแรกที่เริ่มดูด เราออกแรงน้อยน้ำก็เข้าปากแล้ว แต่ถ้าดูดแรงๆ น้ำก็ไม่ได้เข้าปากมากขึ้น เพราะขนาดหลอดมันเล็ก ส่วนแก้วอีกใบลองใช้หลอดขนาดใหญ่อย่างหลอดชานมไข่มุก เมื่อดูดน้ำจากแก้วจะรู้สึกได้เลยว่าจังหวะแรกต้องใช้แรงดูดมากหน่อย และใช้เวลานานกว่าน้ำจะเข้าปาก แต่ถ้าดูดต่อเนื่องจะพบว่าน้ำเข้าปากได้เร็วและออกแรงน้อยกว่าในช่วงปลาย เพราะหลอดมีขนาดใหญ่ ไม่มีอาการอั้นนั่นเอง เทอร์โบก็เช่นกัน เพื่อเป็นการแก้ไขปัญหาเรื่องนี้ จึงมีการพัฒนาไปสู่การใช้เทอร์โบ 2 ตัวในเครื่องยนต์ โดยเทอร์โบตัวแรกจะเป็นเทอร์โบขนาดเล็กเพื่อการใช้งานในรอบต่ำถึงปานกลาง เทอร์โบลูกใหญ่สำหรับรอบกลางถึงรอบสูง แต่ปัญหาก็คือ ชิ้นส่วนที่มากขึ้น การทำงานซับซ้อนขึ้น และในระยะยาวการเซอร์วิศก็มีค่าใช้จ่ายสูง จนกระทั่งมาถึงการพัฒนาเทอร์โบแปรผัน โดยใช้เทอร์โบลูกเดียวแต่แปรผันครีบด้านไอเสียได้ เพื่อเป็นการรวมข้อดีของเทอร์โบทั้ง 2 ขนาดเข้าไว้ด้วยกัน แต่เทคโนโลยีนี้แลกมาด้วยต้นทุนที่ค่อนข้างสูง เพราะมีการทำงานที่ค่อนข้างซับซ้อน   ทางออกอยู่ที่ อี-บูสเตอร์ ทำอย่างไรจึงจะสามารถเพิ่มอากาศในรอบต่ำนับตั้งแต่เริ่มเร่งเครื่องยนต์ได้ทันที ทางออกในวันนี้ คือ การใช้เทคโนโลยี อี-บูสเตอร์ นั่นก็คือ คอมเพรสเซอร์อัดอากาศด้วยไฟฟ้า ด้วยการใช้มอเตอร์ไฟฟ้าเข้ามาแทนที่เทอร์โบตัวเล็ก ทำไมถึงต้องเป็นมอเตอร์ไฟฟ้า ก็เพราะว่าการทำงานของมอเตอร์ไฟฟ้านั้น มีความรวดเร็วฉับไวสูงมาก เมื่อป้อนกระแสไฟฟ้าเข้าไป ใช้ระยะเวลาแค่เศษส่วนของวินาที ก็สามารถหมุนในรอบสูงสุดของมอเตอร์ได้แล้ว ดังนั้นการอัดอากาศด้วยคอมเพรสเซอร์ไฟฟ้าจะสามารถช่วยแก้ปัญหาได้ เพราะเครื่องยนต์เมื่อทำงานรอบต่ำ ไอเสียมีปริมาณหรือแรงดันไม่มากพอจะปั่นเทอร์โบให้หมุนเร็วพอจะอัดอากาศเข้าเครื่องยนต์ได้ ทำให้เกิดอาการ TURBO LAG เครื่องยนต์ต้องรอรอบกว่าจะมีการตอบสนอง อี-บูสเตอร์ จึงถูกพัฒนามาเพื่อแก้ไขอาการนี้ เพราะการทำงานของมอเตอร์ไฟฟ้าไม่ต้องรอรอบนั่นเอง หลายคนสงสัยว่า อี-บูสเตอร์ หรือคอมเพรสเซอร์ไฟฟ้าทำงานอย่างไร ลองนึกถึงโบลเวอร์ที่ช่างแอร์ใช้เป่าเวลาล้างแอร์ เจ้าโบลเวอร์ตัวนี้ ก็คือ คอมเพรสเซอร์อัดอากาศที่ใช้มอเตอร์ไฟฟ้านั่นเอง จะสังเกตเห็นว่าเมื่อเปิดสวิทช์โบลเวอร์จะหมุนด้วยความเร็วสูงทันที อากาศที่ถูกอัดออกมามีแรงดันสูงที่จะสามารถเป่าไล่น้ำและความชื้น ทำให้ชิ้นส่วนแอร์แห้งได้อย่างรวดเร็ว อี-บูสเตอร์ ใช้หลักการเดียวกันในการอัดอากาศเข้าสู่กระบอกสูบของเครื่องยนต์