ต้องบอกไว้ก่อนนะครับว่า ผมเองมีความรู้ด้านนี้น้อยมาก เรื่องท่อไอเสียของเครื่องเทอร์โบมันไม่เหมือนของ NA ครับ ผมหาข้อมูลมาให้ดูก่อนแล้วกันครับ
ระบบระบายไอเสียของเทอร์โบ จุดเล็ก ๆ ที่ไม่ใช่เรื่อง "เล็ก"
อย่าง ที่รู้ ๆ กันว่า เทอร์โบ ทำงานได้โดยอาศัยความร้อนที่เกิดจากการเผาไหม้ของไอดีและขยายตัวอย่างรวด เร็วในห้องเผาไหม้ของเครื่องยนต์
และ เมื่อวาล์วไอเสียเปิด ไอเสียที่มีแรงดันก็จะรีบไหลออกไปภายนอกโดยเร็วเข้าไปยังเทอร์โบด้านไอเสีย โดยที่ตัวเทอร์โบด้านไอเสียนี้จะถูกออกแบบให้ทางเดินของมันค่อย ๆ เล็กลง ทั้งนี้เพื่อเร่งให้ไอเสียมีความเร็วมากขึ้น และจะไปดันให้ใบพัดเทอร์ไบน์ของเทอร์โบหมุนได้เร็วพอที่จะอัดอากาศทางด้านใบ พัดคอมเพรสเซอร์ด้านไอดีได้ โดยจะหมุนได้ประมาณ 120,000- 140,000 รอบ / นาที ดังนั้นเราจะเห็นได้ว่า หากเราใช้ท่อไอเสียหรือรูพอร์ทที่ฝาสูบด้านไอเสียโตเกินไป ความเร็วของไอเสียจะลดลง ซึ่งอาจมีผลต่อประสิทธิภาพในการอัดไอดีของเทอร์โบให้ลดน้อยลงได้ เนื่องจากใบพัดหรือแกนเทอร์ไบน์หมุนช้าลง แต่ถ้าเป็นส่วนที่ไอเสียออกจากตัวเทอร์โบไปแล้วเราจะใช้ท่อไอเสียที่เล็ก เกินไปไม่ได้เป็นอันขาด เพราะจะเกิดความร้อนในเครื่องยนต์ เนื่องจากไม่สามารถระบายไอเสียออกได้ทัน
บางครั้งจะ เห็นได้ว่ามีการนำเอาฉนวนกันความร้อนต่าง ๆ มาหุ้มอยู่รอบตัวเทอร์โบหรือท่อไอเสีย หรือที่นิยมเรียกว่า เอาท่อไอเสียมาทำเป็น “มัมมี่” นั่นเอง ตัวฉนวนนั้นไม่ได้มีไว้เพื่อกันความร้อนจากตัวเทอร์โบหรือท่อไอเสียไม่ให้ไป สัมผัสกับสิ่งอื่นรอบข้างเท่านั้น แต่ที่สำคัญยิ่งไปกว่านั้นก็คือ มันมีหน้าที่สะสมหรือช่วยกันความร้อนภายในระบบของไอเสียมิให้สูญหายถ่ายเท ออกไปภายนอก ทั้งนี้เพื่อให้พลังงานความร้อนที่ได้ออกมาจากเครื่องยนต์ทั้งหมดได้เปลี่ยน รูปเป็นพลังงานเชิงกลได้อย่างเต็มที่โดยสูญหายไปน้อยทีสุด แต่ก็มีข้อเสียเช่นกัน คือหากเราใช้ท่อไอเสียเป็นเหล็กเหนียวมาเชื่อมต่อกันอย่างธรรมดาทั่วไป ความร้อนที่สูงมากจนทำให้ท่อแตกร้าวได้ ซึ่งบางทีก็พอป้องกันได้บ้างด้วยการแยกท่อออกให้เป็นแบบสวมต่อกันเป็นช่วง ๆ ระหว่างสูบ เพื่อให้มันสามารถขยายตัวได้บ้าง แต่ก็ต้องหาวิธีป้องกันการรั่วของไอเสียให้ดี โดยอาจจะใช้พวกปะเก็นทองแดงแทนก็ได้ หรือถ้าจะให้ดียิ่งขึ้นไปอาจจะใช้พวกท่อไอเสียที่มีลักษณะเป็นข้ออ่อนที่ ยืดหยุ่นได้ทำด้วยสเตนเลสถัก จะตัดปัญหาเรื่องการขยายตัวจนแตกและการรั่วซึมได้อย่างเด็ดขาด แต่ราคาก็แพงมากขึ้นด้วย
ในกรณีที่ เราจะใช้พวกปะเก็นธรรมดาที่ทำจากวัสดุพวก Asbestos จำเป็นจะต้องใช้พวกที่มีแผ่นเหล็กหรือเส้นลวกอยู่ระหว่างกลางของมันด้วย เพื่อให้สามารถทนแรงดันได้ดีขึ้น และหากจะให้สมบูรณ์จริง ก็ต้องทำกรอบแผ่นเหล็กบาง ๆไว้ทั้งด้านหน้าและหลังอีกทีเพื่อกันการฉีกขาด ส่วนไอเสียที่ออกมาตามความเร็วของกังหันเทอร์ไบน์ และการใช้งานของเครื่องยนต์จะมีรอบการทำงานที่ไม่คงที่ ดังนั้นกังหันด้านไอเสียบางครั้งก็จะหมุนเร็วกว่าตัวแก๊สไอเสีย และบางทีก็ช้ากว่าจึงทำให้ไอเสียมีการไหลกลับทางไปมาตลอดเวลา ซึ่งทำให้ไอเสียมีระยะเดินทางมากกว่าปกติเมื่อเทียบกับการไหลออกเป็นเส้นตรง ด้วยเหตุนี้จึงจำเป็นต้องทำให้ไอเสียสามารถปรับทิศทางการไหลให้เป็นปกติได้ โดยเร็วที่สุด ทั้งนี้เพื่อไม่ให้เกิดการอั้นขึ้นในระบบ วิธีนี้ทำได้โดยการ ใช่ท่อไอเสียที่มีขนาดใหญ่ออกจากเสื้อเทอร์ไบน์ ซึ่งหลังจากที่ไอเสียได้เปลี่ยนสภาพการไหลแล้วก็ไม่จำเป็นที่จะต้องใช้ท่อ ขนาดใหญ่อีก จึงสามารถลดขนาดท่อลงได้เล็กน้อยจนถึงท้ายรถ เพื่อให้สะดวกในการติดตั้งเพื่อการแข่งขันโดยเฉพาะ ก็ควรใช้ขนาดเดียวกันโดยตลอด และควรมีขนาดไม่ต่ำกว่า 2.5 นิ้วการลดขนาดท่อไอเสียช่วงที่ออกจากด้านเสื้อเทอร์ไบน์ต้องทำให้เป็นลักษณะ กรวยลดลงมาซึ่งมันจะทำให้ไอเสียสามารถไหลออกมาได้อย่างสม่ำเสมอ การที่ท่อมีขนาดเล็กลงก็เป็นการลดเสียงดังจาดท่อไอเสียลงไปในตัวด้วย ซึ่งบางครั้งหม้อพักไอเสียก็เกือบไม่มีความจำเป็นเลย หม้อพักไอเสียควรเลือกใช้ขนาดที่สามารถติดตั้งเข้าโดยง่าย และไม่จำเป็นว่า จะต้องใช้แบบไหลผ่านตลอด หรือที่เรียกว่า แบบไตรงเสมอไป เพราะหากหม้อพักแบบไส้ย้อนที่ถูกออกแบบมาได้พอดีมันก็ใช้ได้ดีเหมือนกัน ทั้งนี้สามารถทดสอบได้โดยการติดตั้งเครื่องวัดแรงดันระหว่างเทอร์โบกับระบบ ไอเสีย หากแรงดันขึ้นน้อยกว่า 1 ปอนด์/ตารางนิ้ว ก็นับว่าหม้อพักใบนั้นโอเค .... แต่ยุคนี้ส่วนใหญ่ถ้าเป็นเครื่องยนต์เทอร์โบก็จะต้องจับคู่กับหม้อพักไส้ตรง เพราะเสียงฟังแล้ว “ดุ” กว่านั่นเอง ขนาดที่ใช้ขอไม่ให้ใหญ่เกินไปเป็นพอ เครื่องเทอร์โบความจุ 2,000 – 2,500 ซีซี. ท่อพอดี ๆ ก็คือขนาด 2.5 – 3 นิ้ว ส่วนพวก “จอมโหด” บล็อก 3,000 ซีซี. ก็ต้องเล่นขนาด ตั้งแต่ 3 นิ้ว ขึ้นไป
ในการติดตั้งเทอร์โบในรถยนต์บางคันนั้น บางครั้งเนื้อที่ระหว่างตัวเทอร์โบกับผนังห้องเครื่องด้านที่ต้องต่อท่อไอ เสียไปท้ายรถอาจมีเนื้อที่น้อย หากนำท่อไอเสียมาดัดแล้วตัดเฉียงแปะเข้าไปอาจทำให้มีอาการไอเสียอั้น ระบายออกไม่ทันได้ จึงต้องมีการขยับขยายที่อยู่ของตัวเทอร์โบด้วยเพื่อให้ท่อไอเสียสามารถ ”ลง” ได้อย่างเหมาะสมและมีขนาดที่เหมาะสมซึ่งการจะใช้ขนาดใดขึ้นอยู่กับสภาพการ ใช้งานและขนาดของเครื่องยนต์ เป็นสำคัญ ถ้าเป็นการใช้งานธรรมดาการใช้ท่อไอเสียที่มีขนาดเล็กหน่อยจะดีกว่า ถึงมันจะทำให้เกิด การอั้นขึ้นที่ความเร็วสูง ๆ แต่ช่วยป้องกัน Overboost หรือการอัดไอดีมากเกินไปของตัวเทอร์โบได้ แต่ถ้าไม่สน....ก็เล่นท่อขนาดใหญ่ไปเลย แรงดี ....
ข้อมูล : หนังสือนักเลงรถ
ต่อกันด้วย : ท่อร่วมไอเสียสำหรับเครื่องยนต์เทอร์โบ เทคนิคง่ายๆ สำหรับเพิ่มความแรง
รถยนต์ที่ผลิตออกมาจากโรงงานพร้อมติดตั้งเทอร์โบมาให้เสร็จสรรพจะออกแบบท่อไอเสียช่วงก่อนเข้าเทอร์โบให้ดูดีไม่เกะกะ
บำรุงรักษาง่ายและผลิตง่ายด้วย ซึ่งก็ทำให้ลดต้นทุนการผลิตไปได้มากมาย ในขณะที่หากจะต้องสูญเสียแรงม้าไปสัก 5-10%
ก็ไม่วิตกอะไรมาก หรือบางคนอาจจะคิดว่าไอเสียมันมีแรงดันสูงอยู่แล้วยังไงๆ มันก็ต้องหาทางออกให้ได้ ยิ่งเอาเทอร์โบไปไว้ใกล้
เครื่องที่สุด ไอเสียก็ยิ่งมีแรงดันขับใบเทอร์โบไบน์ให้หมุนได้เร็วขึ้นทำให้เครื่องยนต์แรงขึ้น ซึ่งนับว่าเป็นความคิดที่ผิดอย่างมาก
ทุกครั้งที่คลื่นไอเสียจากแต่ละสูบไหลออกทางท่อไอเสีย จะมีช่องว่างระหว่างการจุดระเบิดขอแต่ละสูบที่ทำให้อากาศที่มีแรงดัน
ปกติภายนอกไหลย้อนกลับไปได้เรียกว่า “Back Pressure” หากความยาวท่อไอเสียแต่ละสูบไม่เท่ากัน คลื่นไอเสียที่ไหลออกมา
รวมบรรจบกันในเทอร์ไบน์ก็จะไหลมาเร็วบ้างช้าบ้าง และ Back Pressure ก็จะไหลย้อมสับสนกันไปหมดทำให้แรงม้าที่ควรได้
กลับไม่ได้และจะกลายเป็นบั่นทอนแรงม้าลงไปเสียอีก
การแต่งพอร์ททางเดินไอเสียของแต่ละสูบก็มีความสำคัญไม่น้อย เพราะต้องควบคุมขนาดและชดเชยความยาวหรือส่วนโค้ง
ของพอร์ทในฝาสูบบางแบบที่มีช่องทางของแต่ละสูบแตกต่างกันมาก โดยชดเชยให้สัมพันธ์กันด้วยขนาดความยาวและส่วนโค้ง
ของท่อไอเสียที่ออกมาจากแต่ละสูบก่อนที่จะมารวมกันเข้าสู่หม้อพักในเครื่องยนต์ธรรมดาหรือเข้าตัวเทอร์ไบน์ในเครื่องยนต์ที่
ใช้เทอร์โบ สิ่งสำคัญประการแรกของเทอร์โบคือต้องรักษาความร้อนในท่อไอเสียช่องทางเข้าเทอร์ไบน์ให้ได้มากที่สุด
เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพสูงสุดเพราะแรงม้าทั้งหมดที่ได้จะถูกแปรผันมาจากแรงระเบิดในกระบอกสูบซึ่งก็คือการขยายตัว
อย่างรวดเร็วจากความร้อนสูงที่เกิดขึ้นจากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิง หรือเรียกสั้นๆ ว่าความร้อนคือกำลังงานนั้นเอง
เนื่องจากก๊าซร้อนของไอเสียนี้จะเบาบางทำให้มันเคลื่อนที่ไปได้อย่างรวดเร็ว และนั้นหมายถึงทำให้ขับดันใบเทอร์ไบน์
ให้หมุนได้อย่างรวดเร็วด้วย ดังนั้นจะเห็นได้ว่าในเครื่องยนต์สมรรถนะสูงจุมีการนำเอาฉนวนมาห่อหุ้มเสื้อเทอร์ไบน์ไว้ทั้งนี้
เพื่อให้มันสะสมความร้อนไปใช้งานให้มากที่สุดนั้นเอง ปัญหาใหญ่ของท่อไอเสียก่อนเข้าเทอร์โบคือ การแตกร้าวของท่อ
และการรั่วตามขอบปะเก็นต่างๆ ซึ่งเป็นผลมาจากวัตถุดิบที่ใช้และการออกแบบที่ไม่ถูกต้อง ซึ่งจะพบได้มากในเครื่องยนต์
สมรรถนะสูงๆ แม้แต่ในรถใช้งานประจำวันทั่วไปที่ผลิตจากโรงงานผลิตรถยนต์เองเลยก็มี
ปกติแล้วเทอร์โบที่ติดตั้งมาโดย โรงงานผู้ผลิตรถยนต์จะมีขนาดเล็กเพื่อให้เรียกบูสท์ได้ตั้งแต่รอบต่ำๆ ทำให้มีอัตราเร่งดี
และจะตัดบูสออกที่ 5-7 psi เพื่อป้องกันการน๊อคที่รอบสูงโดยการออกแบบท่อไอเสียก็จะต้องคำนึงถึงต้นทุนด้านการผลิตเป็น
ปัจจัยหลักซึ่งต่างจากรถที่ต้องการสมรรณะสูง โดยเฉพาะเพื่อการแข่งขัน ประโยชน์ของท่อเทอร์โบจากฝาสูบถึงเสื้อเทอร์ไบน์ที่ใช้
เหล็กหล่อทำขึ้นมาโดยมีระยะท่อเพียงสั้นๆ ก็คือไอเสียจะถึงตัวเทอร์ไบน์ได้เร็ว ทำให้เทอร์ไบน์หมุนเร็วได้กำลังงานมาก
และ ตัวท่อที่สั้นนั้น ก็สามารถรับน้ำหนักทั้งตัวของเทอร์ไบน์ได้ดี มีอัตราการขยายตัวน้อย ลดปัญหาที่จะตามมาได้มาก เทอร์โบที่ติดตั้งโดยผู้เชี่ยวชาญเฉพาะเพื่อใช้ในการแข่งขัน จะใช้ท่อมาดัดตัดต่อหรือบ้างก็ใช้ท่อแบบหนาที่มีส่วนโค้ง
ให้ในตัวเป็นท่อนๆ ที่เรียกว่า ”ท่อสตีม” (Steam Pipe) มาตัดต่อกันให้ได้ขนาดความยาวเท่าๆ กันทุกท่อที่ได้คำนวณเอาไว้
ล่วง หน้า ซึ่งทำให้เกิดแรงเค้นที่ท่อตามจุดเชื่อมต่างๆ และปัญหาจากการขยายตัวในแต่ละจุดรวมทั้งที่ตำแหน่งรอยเชื่อม และอาจยืดตัวจนไปงัดกันและเกิดรอยแตกร้าวขึ้นได้ง่าย หรือหากมีส่วนโค้งมาก ยาวมาก อาจจะขยายตัวจนระยะห่าง
ของตัวเทอร์โบกับเครื่องยนต์ผิดเพี้ยนไปเมื่อเกิดความร้อน ทำให้ท่อข้ามซึ่งเป็นท่อส่งอากาศที่บูสท์จากเทอร์โบไปยังท่อไอดี
แยกหลุดออกจากกันได้ จึงต้องพึ่งพาการออกแบบที่ดี รวมทั้งเพิ่มจุดยึดต่างๆ ระหว่างตัวเทอร์โบกับเครื่องยนต์ เป็นต้น
นอกจากนี้การออกแบบสัดส่วนของท่อให้ได้ขนาดและ ความยาวที่ถูกต้องจะทำให้เครื่องยนต์ผลิตแรงม้าได้มากขึ้น และนั่นก็คือ จะเกิดความร้อนสะสมในตัวเทอร์โบและท่อไอเสียมากขึ้นไปด้วย ซึ่งหากท่อทางเดินทำได้ไม่ดีไม่ถูกสัดส่วน ช่วงท่อที่มี
ความยาวมาก มีการขยายตัวมากจะเกิดการแตกร้าวได้ง่ายยิ่งขึ้น จึงต้องระวังที่จุดนี้ให้มาก แม้กระทั้งส่วนโค้งต่างๆ ในแต่ละท่อ ก็จะต้องมีการคาดคะเนหรือตรวจวัดให้ได้ความเร็วไอเสียในแต่ละท่อให้ได้ใกล้ เคียงกันที่สุดเพื่อขจัดปัญหาอย่างที่ว่าไปแล้ว โดยจะเห็นได้ว่าท่อสแตนเลสเป็นที่นิยมอย่างมากในรถแต่งจากค่ายผลิตอุปกรณ์ ดังๆ หลายค่ายทั้งจากญี่ปุ่น ออสเตรเลีย
หรือสหรัฐอเมริกา นั่นเพราะว่าท่อสเตนเลสจะขัดมันได้สวยงาม แต่ปัญหาคือ มันขยายตัวสูงกว่าท่อธรรมดา และเปราะเมื่อ
ถูกความร้อนสูงๆ อยู่นานๆ ดังนั้นจึงต้องใช้สแตนเลสคุณภาพสูง สำหรับท่อเหล็กธรรมดาหนา 4-5 มม. พวกท่อสตีมจะใช้ทำ
ท่อไอเสียเทอร์โบช่วงหัวได้ดีกว่า ถ้าช่างมีความชำนาญสูง เพราะขยายตัวน้อยกว่าเก็บความร้อนได้ดีกว่า แต่พื้นผิวเป็นสนิมง่าย
ไม่สวยงาม และควรเคลือบด้วยสารป้องกันความร้อน เป็นต้น
ส่วนเหล็กหล่อ ดูเหมือนจะเป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดสำหรับท่อเทอร์โบ แต่ปัญหาสำคัญคือ มันมีน้ำหนักมากและราคาแพงที่สุด หากต้องทำขึ้นมาเพียงชิ้นเดียวหรือทำจำนวนน้อยๆ และที่สำคัญคือ ไม่สามารถออกแบบให้ใช้ที่ความยาวมากๆ ได้ เพราะจะทำให้ น้ำหนักของมันมากจนเกิดความเสียหายต่อเสื้อสูบได้ในรถยนต์ใช้งานทั่วไปขนาด ของท่อรวมของไอเสียที่มาจากแต่ละสูบอาจจะใช้
ท่อขนาดเดียวกับพอร์ทไอเสีย ที่ฝาสูบก็ได้ เพราะท่อขนาดเล็กจะทำให้ไอเสียเพิ่มความเร็วได้มากขึ้น อัตราเร่งดี ซึ่งต้องพิจราณา กันอย่างละเอียดรอบครอบ ต่างกับในรถแข่งซึ่งหากรวมท่อเข้าในท่อขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กๆที่รอบสูง จะทำให้ไอเสีย เกิดแรงดันมากจนทำให้ความเร็วลงลดและมีผลกระทบทำให้แรงม้าลดลงความร้อนใน ห้องเผาไหม้สูงขึ้นและเกิดการน๊อคอย่าง
รุ่นแรงจนพังไปเลยก็ได้ เป็นการดีที่สุดที่จะต้องมีการทดลองขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางและความยาวของท่อ ไอเสียบนแท่น ทดสอบแรงม้าจนกว่าจะได้ท่อที่ดีที่สุด แต่จะไม่สามารถครอบคลุมได้ตลอดทุกช่วงความเร็วรอบของเครื่องยนต์และภาระ ที่กระทำต่อเครื่องยนต์
ท้ายสุดมีข้อแนะนำอยู่เรื่องหนึ่งก็คือบนท่อร่วมจากฝาสูบถึงตัวเทอร์โบไม่ควรใช้ท่อไอเสียที่มีขนาดเส้นผ่าน
ศูนย์กลาง สูงเกินเกว่า 30 % ของขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางท่อที่ผลิตมาจากโรงงาน เพราะใหญ่ไปกว่านั้น ก็ไม่มีประโยชน์เลย
ข้อมูลจาก : นิตยสารนักเลงรถ ฉบับที่ 292
ใคร ว่ายังไงบอกผมด้วยนะครับ...
สารบัญ Opel in คิดอะไรไม่ออก มาที่นี่ ##