Forced Inductions

Pernah mendengar istilah Turbo? atau Supercharger? Buat kalian yang mengaku sebagai 'anak mobil' pasti sudah tidak asing lagi akan keberadaan alat yang satu ini, tapi kebanyakan kita belum mengetahui secara tepat apa yang dilakukan oleh Turbocharger dan Supercharger sampai bisa memberikan asupan 'tenaga' yang besar kepada mesin mobil, dan perbedaan antara keduanya. Dalam kesempatan yang disempet-sempetin ini saya akan membahas tentang bagaimana cara kerja sistem Forced Induction yang umumnya sudah diaplikasikan pada mobil-mobil bertenaga tinggi.

Sebelum memulai pembahasan ini, ada baiknya jika saya menjelaskan tentang mesin 4-tak (four-stroke engine). Ini adalah jenis mesin yang sudah sangat umum digunakan pada mobil-mobil yang ada di dunia. Dinamakan 4-tak karena mesin ini mendapatkan energi yang dibutuhkan dari 4 'langkah' yang berurutan: Langkah Hisap (Inlet), Langkah Kompresi (Compression), Langkah Tenaga / Ekspansi (Power) dan Langkah Buang (Exhaust).

1. Dalam langkah Hisap, campuran udara dan bensin masuk ke dalam ruang bakar mesin sampai pada titik terbawah (Bottom Dead Center). Untuk mesin diesel, yang dimasukkan hanya udara yang telah dikompresikan saja. 
2. Selanjutnya dalam langkah Kompresi, campuran udara dan bensin ini 'dipadatkan' / dikompresikan dan ketika campuran ini dikompresikan pada titik tertinggi (Top Dead Center), pemantik yang bernama busi memercikkan api (mesin diesel tidak memerlukan busi karena solar bisa meledak dengan sendirinya jika dikompresikan dengan tekanan yang sangat tinggi).
3. Lalu dalam langkah Tenaga / Ekspansi, percikan api yang berasal dari busi meledakkan campuran udara dan bensin yang sudah terkompresi tadi dan mendorong piston kebawah (dari sinilah dimana asal tenaga sebuah mesin).
4. Langkah terakhir, yaitu langkah Buang, gas sisa pembakaran yang telah dijelaskan tadi didorong keluar oleh piston menuju knalpot (muffler) melewati suatu 'pipa' yang bernama manifold.

Pada umumnya, tingkat efisiensi mesin bensin 35-40% dari total tenaga yang seharusnya bisa dihasilkan. Salah satu cara untuk menaikkan persentasi efisiensi mesin bensin adalah dengan menambah jumlah pemasukan udara kedalam ruang bakar mesin.[1] Nah, Forced Induction adalah proses penyaluran udara yang telah dikompresi kedalam mesin pembakaran dalam (internal combustion engine). Udara yang akan masuk kedalam ruang bakar dipaksa masuk oleh sistem ini untuk menyalurkan udara yang telah dikompresi ke dalam ruang pembakaran mesin. Istilah forced dipakai karena sistem ini memaksa udara untuk masuk ke dalam ruang bakar mesin dengan menggunakan kompresor / turbin (atau keduanya) untuk meningkatkan tekanan, suhu dan kepadatan udara.

Di dunia otomotif dikenal 2 jenis sistem Forced Induction (yang dinamakan compressor) yang umum digunakan dan mudah dijumpai pada mobil-mobil berperforma tinggi: 

1. TURBOCHARGER 

Siapa yang tidak mengenal benda yang satu ini? Benda ini sangat populer dari kalangan profesional sampai kumpulan anak kecil sekalipun... Mungkin karena benda ini sering dijadikan anggapan untuk sesuatu yang bisa menambah percepatan suatu benda (entah itu mobil, motor, penghapus bahkan apapun itu.. kalian pasti pernah menggunakan istilah turbo untuk sesuatu yg tidak logis :p). Mungkin kalian sudah mengetahui bagaimana cara kerja benda ini hanya dari melihatnya saja, tapi akan lebih baik lagi kalau saya jelaskan.... mungkin.

Sistematika Turbocharger.

Faktanya, turbocharger sebenarnya tidak menggunakan 1 turbin saja, tetapi menggunakan 2 turbin. Turbin yang berwarna abu-abu terang (di gambar disebut Compressor) bekerja pada langkah Hisap, sementara turbin yang berwarna abu-abu gelap (di gambar disebut Turbine) bekerja pada langkah Buang. Bisa kita lihat pada gambar bahwa dua kipas (atau wheel) yang mempunyai sirip-sirip (fins) didalam kedua turbin itu disatukan oleh satu as (shaft), oleh karena itu kecepatan sudut sirip-sirip pada turbin Hisap selalu sama dengan kecepatan sudut sirip-sirip turbin Buang.

Tekniknya sangat sederhana: Gas buang hasil pembakaran dikeluarkan menuju turbin Buang dan memutar sirip-sirip turbin Buang dan memaksa wheel pada turbin Buang untuk berputar lebih cepat. Karena wheel pada turbing Buang menyatu dengan wheel pada turbin Hisap, maka tekanan udara (dan kecepatan udara) yang dihisap oleh turbin Hisap menjadi lebih besar (dan udara yang masuk ke ruang bakar mesin menjadi lebih banyak pula). Dan karena itu efisiensi menjadi lebih besar dan tenaga yang dihasilkan menjadi lebih besar. Persentase kenaikan efisiensi karena Turbocharger dipengaruhi oleh banyak faktor seperti seberapa besar boost-nya, ukuran turbinnya, dan lain-lain. 

Berbagai kelemahan dari turbo adalah: 

• Strukturnya lebih kompleks, karena terdiri dari berbagai parts.

• Adanya turbo lag (jeda waktu yang dibutuhkan untuk merubah respon turbo dari perubahan bukaan throttle dari pedal akselerator), dimana jika boost semakin besar maka turbo lag-nya pun akan semakin besar.

• Harus adanya sistem pendingin udara masuk pada turbo dengan boost yang besar, agar tidak terjadi pembakaran terlalu awal (early combustion / knocking) dikarenakan seiring banyaknya volume udara yang dimasukkan, maka temperatur udara tersebut juga akan naik. [2] Contoh sistem pendingin udara adalah Intercooler:

Intercooler.

2. SUPERCHARGER

Nah ini, sistem induksi yang satu ini mungkin terdengar asing di telinga kita.. mungkin tidak asing jika anda adalah gamer atau orang yang sudah berpengalaman di dunia otomotif tapi sepertinya mereka tidak perlu dan tidak akan membaca tulisan ini. Oke kembali lagi, biasanya alat ini terpasang pada mobil-mobil yang membutuhkan torsi yang melimpah pada putaran bawah dan biasanya menjadi kelengkapan standar di mobil-mobil Muscle, contohnya seperti keluarga besar Mustang, Charger, Challenger, Cuda, dan lain-lain.

Sistematika Supercharger.

"Nah, alat yang mengkompresi udaranya yang mana?"

First: Twin Screw Supercharger.

Second: Roots-type Supercharger.

Udah mudeng? Belum? Well, jadi pada intinya Supercharger bisa bekerja karena Supercharger digerakkan oleh tenaga mekanis dari putaran Kruk As (Crankshaft). Supercharger bisa mendapatkan Torsi yang merata: kurva torsi yang cukup stabil dari idle sampai red zone, dan hampir tidak terjadi lag karena Supercharger langsung digerakkan dari mesin melalui perantara Kruk As (Crankshaft) yang disambungkan melalui sabuk (belt) atau rantai (chain).

Tekniknya lebih sederhana dari Turbocharger: Pada jenis Supercharger pertama, putaran mesin memutar pulley (roda tebal berwarna silver pada gambar). Karena pulley bersatu dengan salahsatu screw (yang disatukan dengan shaft), maka Supercharger menghisap udara yang ada di atas Twin Screw yang berwarna biru dan merah pada gambar diatas. Kemudian  Twin Screw mengkompresikan udara yang telah terhisap sembari mengantarkan udara yang telah terkompresi tersebut kedalam ruang bakar mesin.  Pada jenis supercharger kedua, perbedaannya hanya terdapat pada alat pengkompresiannya, dimana pada jenis pertama menggunakan Twin Screw dan pada jenis kedua menggunakan Cycloidal Rotor.

Namun, kelemahan Supercharger adalah:

• Karena udaranya tidak dipaksa masuk, kurva torsi bisa merata pada semua jangkauan putaran mesin, tetapi  mengorbankan beberapa Horsepower yang bisa dicapai.

• Karakter Torsi yang merata tidak cocok digunakan pada balapan Endurance, karena sangat memakan banyak tenaga dan... sangat boros. Supercharger lebih cocok digunakan pada event yang membutuhkan akselerasi yang optimal, contohnya pada sirkuit technical karena pengemudi lebih banyak membuka-tutup pedal akselerator karena torsi putaran bawanya yang relatif lebih besar jika dibandingkan dengan mesin yang sudah dilengkapi dengan Turbo pada angka Horsepower yang sama. Huf!

• Bigger boost means bigger airflow. Supercharger dengan angka boost yang besar direkomendasikan memakai air scoop agar udara yang akan memasuki Supercharger bisa terkumpul dengan baik.
  

Air Scoop.

Yak, itulah 2 macam tipe Forced Induction yang sangat umum di dunia otomotif. 2 alat yang sama fungsinya tapi memberikan efek yang berbeda. 2 alat yang mempunyai keunggulan dan kelemahan yang berbeda pula. Mungkin ada yang berpikir: "Mungkinkah Turbo dan Super digabung agar tercipta mesin yang sangat powerful?" Cek link ini. (Inilah alasan mengapa saya sangat mencintai Grup B WRC sampai sekarang!)

Kritik membangun dan opini sangat saya hargai, jadi jangan sungkan untuk mengkomentari post ini jika ada kesalahan atau kekeliruan. Terima kasih telah membaca :)