เทคโนโลยี GARRETT E-TURBO ใน MERCEDES-AMG

เทคโนโลยีของเครื่องยนต์มีวิวัฒนาการมามากกว่า 100 ปี จากเครื่องยนต์สันดาปภายในที่มีสมรรถนะต่ำ น้ำหนักเครื่องยนต์มาก จนเริ่มเป็นเครื่องยนต์ขนาดเล็กลงแต่สมรรถนะสูงขึ้น ส่วนเทอร์โบชาร์จ และซูเพอร์ชาร์จ ก็ถูกพัฒนาอย่างต่อเนื่องเช่นเดียวกัน ยกตัวอย่างเทอร์โบแปรผันที่ถูกคิดค้นขึ้นมานานมากแต่ติดปัญหาในเรื่องของเทคโนโลยีด้านโลหะวิทยาในยุคนั้น ทำให้เทอร์โบแปรผันมีอายุการใช้งานที่ต่ำ กว่าจะมาพร้อมใช้งานจริงจังในราว 25-30 ปีนี้

ข้อจำกัดเครื่องยนต์ NA และ TURBO   

ข้อจำกัดของเครื่องยนต์ NA หรือเครื่องยนต์ที่ดูดอากาศด้วยตัวเอง (ไม่มีเทอร์โบ) คือ ปริมาณอากาศที่ดูดเข้าห้องเผาไหม้ จากการเคลื่อนที่ลงของลูกสูบ จะมีปริมาตรที่จำกัดซึ่งปริมาตรที่ลูกสูบดูดอากาศได้ จะแปรผันตามพื้นที่หน้าตัด และระยะชักของลูกสูบเอง ทางลัดของการเพิ่มสมรรถนะของเครื่องยนต์ คือ “การอัดอากาศ” เพิ่มเข้าสู่ห้องเผาไหม้ 

การอัดอากาศที่นิยมกันมี 2 รูปแบบ คือ การใช้ “ซูเพอร์ชาร์จ” ที่ใช้กำลังจากข้อเหวี่ยงโดยตรง ทำให้สามารถอัดอากาศเข้าห้องเผาไหม้ได้ตั้งแต่รอบต่ำ แต่ในรอบสูง จะเกิดการอั้นเพราะการทำงานยังต้องใช้แรงฉุดจากเพลาข้อเหวี่ยง ส่วน “เทอร์โบชาร์จ” จะใช้แรงดันจากไอเสียมาขับเคลื่อนเทอร์ไบน์ ข้อดี คือ ไม่กินกำลังเครื่องยนต์ แต่ข้อเสีย คือ ข้อจำกัดในการนำไอเสียมาใช้ ถ้าต้องการเพิ่มสมรรถนะรอบต่ำถึงปานกลาง ต้องใช้เทอร์โบตัวเล็ก ซึ่งในรอบสูงจะเกิดอาการอั้น เพราะโข่งไอเสียด้านเทอร์ไบน์เล็ก ถ้าจะเอาสมรรถนะรอบกลางถึงรอบสูง ต้องใช้เทอร์โบขนาดใหญ่ ทำให้รอบต่ำถึงรอบปานกลางเกิดอาการรอรอบ เมื่อใช้เทอร์โบต่างขนาดร่วมกันที่เรียกกันว่า “ทวินเทอร์โบ” หรือ “ไบ-เทอร์โบ” ชิ้นส่วน และต้นทุนจะเพิ่มสูงขึ้นมาก

เทอร์โบแปรผัน คือคำตอบ

“เทอร์โบแปรผัน” จึงเริ่มเข้ามาแทนที่เพราะสามารถแปรผันองศาการไหลของไอเสียได้อย่างมีประสิทธิภาพ ได้สมรรถนะเพิ่มตั้งแต่รอบต่ำถึงรอบสูงๆ ในที่สุดเมื่อถึงขีดจำกัดของการพัฒนาเทอร์โบแปรผัน เราจึงได้เห็นการนำเทคโนโลยีทวินเทอร์โบยุคใหม่ มาใช้ร่วมกับระบบอีเลคทรอนิคส์ แต่ท้ายที่สุดก็ยังมีในเรื่องของชิ้นส่วน และระบบควบคุมที่ซับซ้อน

GARRETT E-TURBO TECHNOLOGY เป็นการพัฒนาที่ล้ำสมัยไปมาก ด้วยการนำเทอร์โบชาร์จที่ถือว่าเป็นระบบอัดอากาศประสิทธิภาพสูง และมีชิ้นส่วนที่ไม่มาก มาพัฒนาต่อยอดโดยผลลัพธ์ที่ได้นั้น เต็มไปด้วยประสิทธิภาพ ในเครื่องยนต์ที่ต้องการสมรรถนะรอบสูงๆ อย่างเครื่องยนต์ของ MERCEDES-AMG (เมร์เซเดส-เอเอมจี) ต้องใช้เทอร์โบชาร์จขนาดใหญ่ แล้วจะแก้ปัญหาแรงดันไอเสียในรอบต่ำอย่างไรถึงจะเหมาะสม แนวคิดคล้ายๆ กับเครื่องยนต์ไฮบริด ที่ใช้มอเตอร์ไฟฟ้ามาช่วยเพิ่มสมรรถนะในรอบต่ำ และจังหวะเร่งแซง

การทำงาน GARRETT E-TURBO

GARRETT E-TURBO หลักการง่ายๆ คือ นำมอเตอร์ไฟฟ้ามาช่วยเพิ่มรอบการหมุนที่แกนเทอร์โบโดยตรงในรอบต่ำถึงรอบปานกลาง ที่แรงดันไอเสียต่ำก็ใช้มอเตอร์ไฟฟ้าเป็นตัวขับแกนเทอร์โบแทนไอเสีย ใบพัดด้านไอดีจะสามารถอัดอากาศได้ทันทีตั้งแต่กดคันเร่ง โดยไม่จำเป็นต้องรอแรงดันไอเสีย ทำให้สามารถอัดอากาศได้ตั้งแต่เริ่มกดคันเร่ง และปรับรอบการหมุนของมอเตอร์ได้อิสระ สามารถทำรอบการหมุนได้ถึง 170,000 รตน. ตามความต้องการของเครื่องยนต์โดยมี CONTROL UNIT เป็นตัวควบคุมการทำงาน สามารถควบคุมแรงสร้างแรงดันได้จนกว่าจะถึงรอบการทำงาน โดยแรงดันไอเสีย สามารถเลือกใช้ขนาดเทอร์โบได้ใหญ่ตามที่เครื่องยนต์ต้องการ สามารถรีดพลังได้ตั้งแต่เริ่มกดคันเร่ง จนถึงรอบสูงสุด โดยไม่มีอาการรอรอบ เทคโนโลยีนี้พัฒนาโดย GARRETT ผู้ผลิตเทอร์โบระดับโลก ซึ่ง MERCEDES-AMG เริ่มนำมาใช้ใน C63 (ซี 63) เป็นรุ่นแรก