Catatan Yusuf
Siapa yang tidak kenal dengan benda satu ini? Suara “nguing cus nguing cus” yang dihasilkan banyak membuat orang berdecak terkagum2. Ada yang tau benda ini apa???
Yap ini adalah turbo charger.
Saya ingin bercerita sedikit mengenai turbo charger.
Sebuah turbo mampu meningkatkan horse power mesin dengan instan tanpa perlu banyak menambah bobot kendaraan itu sendiri. Itulah keuntungan turbo yang menyebabkan benda ini sangat popular.
Turbocharger merupakan tipe system induksi paksa (forced induction system) atau dengan kata lain turbo merupakan sistem yang memaksa atau mengkompres udara ke dalam ruang bakar. Keuntungan dari mengkompresi udara adalah menjadikan mesin mendapatkan lebih banyak udara di ruang bakar, dengan banyaknya udara maka makin banyak juga bahan bakar yang dapat dimasukkan. Oleh karena itu kita bisa mendapatkan tenaga yang lebih banyak dari setiap ledakan yang dihasilkan di ruang bakar.
Biasanya tekanan (boost) yang mampu diberikan turbocharger adalah sekitar 6-8 pounds per square inch (PSI), sedangkan tekanan normal atmosfir adalah 14,7 psi pada permukaan laut. Dapat dilihat bahwa kita bisa mendapatkan sekitar 50% udara lagi untuk mesin. Sehingga dapat diekspektasikan bahwa kita akan mendapatkan tenaga 50% lagi. Tetapi itu tidaklah benar2 efisien, jadi pertambahan yang sekiranya didapat hanya sekitar 30-40%. Ketidak efisienan itu berasal dari tenaga yang digunakan untuk memutar turbin tidaklah gratis. Adanya turbin di saluran buang meningkatkan gaya gesek pada gas buang. Ini artinya pada langkah buang, mesin harus berusaha keras mendorong tendangan balik dari gas buang tersebut.
Turbo charger biasanya terpasang pada saluran gas buang (exhaust manifold) dari mesin. Gas buang dari ruang bakar akan memutar turbin yang ada sehingga turbo ini bekerja layaknya seperti turbin gas. Turbin ini sendiri tersambung dengan kompresor oleh sebuah batang penghubung yang biasa kita sebut dengan shaft. Kompresor ini terletak disamping turbin dan biasanya diposisikan diantara filter udara dan saluran udara masuk (intake manifold). Tugas dari Kompresor ini adalah untuk menekan udara yang masuk ke dalam piston.
Gas buang yang melewati kipas turbin akan menyebabkan turbin berputar. Semakin banyak gas buang yang melewati kipas turbin akan semakin kencang kipas ini berputar. Dibagian lain turbin ini terdapat kipas kompresor yang memompa udara ke ruang bakar. Tipe Kompresor ini adalah sebuah pompa sentrifugal (pompa dengan gerakan melingkar).
Turbo ini mampu berputar hingga 150.000 rpm. Ini merupakan putaran yang luar biasa sadis, kebanyakan bearing akan meledak bila menahan beban putar hingga 150.000 RPM, oleh karena itu kebanyakan turbochargers menggunakan fluid bearing. Tipe bearing ini mendukung lapisan oli yang selalu ada di sekitar batang penghubung (shaft) turbin dengan kipas kompresor. Keunggulan dari fluid bearing ini dapat mendinginkan batang penghubung (shaft) dan beberapa bagian turbocharger dan fluid bearing ini dapat mensupport shaft untuk berputar tanpa gesekan yang banyak.
Apa yang terjadi bila tekanan (boost) terlalu besar?
Dengan udara yang dipompakan ke ruang bakar oleh tekanan turbocharger dan kemudian di kompresi oleh piston maka gejala bahaya knock akan terjadi. Knocking terjadi dikarenakan saat penekanan udara, suhu udara akan naik. Suhu yang naik ini akan menyebabkan ledakan bahan bakar terjadi sebelum busi memantikkan api. Kendaraan dengan turbocharger biasanya menggunakan bahan bakar dengan oktan yang tinggi untuk menghindari knocking. Jika tekanan yang dihasilkan turbocharger benar-benar tinggi, maka rasio kompresi mesin dapat diturunkan untuk menghindari gejala knocking.
Salah satu masalah utama terhadap turbocharger adalah turbo ini tidak dapat memberikan dorongan tenaga secara cepat atau instan ketika kita menginjak gas. Butuh kira-kira sedetik untuk turbin membangkitkan kecepatannya sebelum kompresi udara yang diinginkan tercipta. Hasilnya adalah lag (delay atau keterlambatan) saat kita menginjak gas tetapi setelah beberapa saat ada sentakan dorongan yang terjadi secara tiba-tiba ketika turbo mulai bekerja.
Salah satu cara untuk mengurangi lag dari turbo adalah dengan mengurangi inertia (gaya semu) dari benda yang berputar seperti dengan mengurangi beban dari komponen tersebut. Ini dapat menjadikan turbin dan kompresor berakselerasi lebih cepat dan mampu memberikan dorongan lebih cepat. Salah satu usaha untuk mengurangi inertia dari turbin dan kompresor adalah dengan membuat turbocharger tersebut lebih kecil. Turbocharger yang kecil akan memberikan dorongan lebih cepat walaupun disaat kecepatan mesin rendah, tetapi turbocharger yang kecil ini tidak mampu meberikan dorongan pada mesin yang berkecepatan tinggi yang mana disini dibutuhkan udara yang banyak untuk dimasukkan ke dalam ruang bakar. Keadaan ini juga menjadi bahaya apabila kipas turbin dan kompresor berputar terlalu kencang pada mesin yang berkecepatan tinggi.
Kebanyakan kendaraan yang menggunakan turbocharger pasti terdapat wastegate, yang mana ini berfungsi untuk turbocharger kecil dalam mengurangi lag ketika kipas berputar terlalu kencang pada mesin yang berkecepatan tinggi. Wastegate adalah sebuah katup yang dapat meloloskan gas buang tanpa melewati kipas turbin. Wastegate dapat mengurangi boost pressure. Jika tekanan pada saat itu tinggi, itu dapat berarti turbin sedang berputar dengan sangat cepat, jadi tugas wastegate meloloskan gas buang dari kipas turbin sehingga kipas turbin dapat melamban putarannya.
Beberapa turbo ada yang menggunakan ball bearings sebagai ganti fluid bearings untuk mensupport turbine shaft. Tetapi ini bukanlah ball bearings biasa, ball bearings ini sangat presisi dan dibuat dari material yang mampu menangani kecepatan dan suhu dari turbocharger tersebut. Biasanya juga digunakan batang penghubung (shaft) yang ringan dan kecil dalam membantu turbocharger untuk berakselerasi lebih cepat dan mengurangi turbo lag.
kipas keramik turbin (Ceramic Turbine Blades) banyak digunakan pada turbocharger dan ini lebih ringan daripada kipas besi. Lagi-lagi ini dapat membantu turbocharger berputar lebih cepat dan mengurangi turbo lag.
Pada turbo kita mengenal adanya sisi turbin dan adanya sisi kompresor. Bagian turbin digerakkan oleh gas buang dari mesin lalu turbin tersebut menggerakkan sisi kompresor dan menghasilkan sejumlah udara yang bertekanan ke dalam ruang bakar. Jarak yang harus ditempuh oleh udara dari sisi kompresor biasanya berbeda-beda. Pada system bahan bakar injeksi alcohol pipanya bisa langsung mengarah ke saluran gas masuk (intake manifold) atau melewati intercooler dahulu baru kemudian masuk ke dalam intake manifold. Tanpa memperhatikan jarak, bagaimanapun juga yang melewati saluran dari kompresor menuju intake manifold adalah udara yang bergerak cepat dan penuh dengan tekanan yang selalu ada sejak mesin dihidupkan.
Nah sekarang dapat dibayangkan apa yang terjadi jika kita tiba-tiba melepaskan gas (throttle) dan dengan tiba-tiba kipas mendadak berhenti?
Pastinya Semua udara masuk akan segera berhenti di jalurnya, dan jalan satu-satunya untuk udara yang bertekanan tersebut pergi adalah balik kembali ke turbocharger. Fenomena ini dikenal dengan nama compressor surge dan ini terjadi dikarenakan udara masuk terjebak akibat throttle yang tertutup secara tiba-tiba dan udara tersebut terkirim balik kearah turbocharger. Ketika udara yang bertekanan tersebut menghantam kompresor turbo, itu akan mengakibatkan kipas tersebut melamban (atau bahkan dapat berhenti dan berputar berbalik arah) dan seiring dengan waktu akan menghancurkan turbo tersebut. Jika anda pernah mendengar suara panjang yang tidak teratur dari turbo setelah burnout itulah yang disebut dengan compressor surge
sebuah centrifugal supercharger memiliki cara kerja yang sama, tetapi tidak dengan turbin dan tekanan gas buang, centrifugal supercharger menggunakan belt atau rantai yang dihubungkan dengan putaran mesin. Jadi ketika pengemudi melepaskan throttle secara tiba-tiba, kipas kompresor tetap berputar sesuai dengan RPM mesin, tetapi tetap tidak ada jalan keluar untuk udara masuk tadi. Ini akan mengakibatkan pukulan atau tekanan yang besar sekali pada kipas kompresor, bearings dan shaft.
Jadi bagaimana mengatasi kejadian seperti ini? Jawabannya adalah blow off valve.
Blow off valves sangat penting untuk kendaraan yang menggunakan turbocharger, tetapi biasanya digunakan pada kendaraan yang bertransmisi manual, karena ketika kita mengangkat throttle disaat kita memindahkan gigi (shifting) turbo masih memiliki kecepatan berputar dan boost respons- nya masih ada.
Pada mobil balap, blow off ini sangat vital untuk mengantisipasi rusaknya shaft dr turbo ataupun hancurnya turbo menjadi berkeping-keping disaat pembalap melepas throttle setelah burnout ataupun setelah mobil tersebut mencapai garis finish.
Sebuah blow off valve biasanya bekerja melalui lubang kecil pada dibuat di intake manifold. Ketika tekanan di dalam intake manifold positif yang berarti sedang dalam udara bertekanan, maka tekanan tersebut menyebabkan blowoff vlave tertutup. Tetapi jika throttle di lepas, maka mesin akan menghisap udara terakir, yang menyebabkan negative pressure atau bisa disebut kondisi hampa udara (vacuum). Blowoff valve tersebut tahu bahwa pasukan udara sudah ditutup dan itu menyebabkan blowoff valve melepaskan tekanan sisa yang ada diantara kompresor dan intake manifold
Inilah yang menyebabkan suara “cuuuuuuuuuuuuuuuus” gini penjelasan gampangnya coba diinget biasanya ada suara “nguiiiiing” dulu. Itu adalah disaat kipas turbo berputar secara cepat baru setelah gas dilepas baru terdengar suara “cusssssssss” itu berasal dari blowoff yang sedang menyemburkan udara terjebak di saluran antara turbo dan intake manifold
Jadi pada kendaraan yang menggunakan turbo tapi tidak ada blowoff valve nya maka tidak aka ada suara cuuuuuuuusss nya, contohnya mungkin di mesin inova diesel D4D “blowoff valve secara basic melindungi turbo atau kompresor dari surging dan berhenti mendadak ketika kita mengangkat throttle. Ketika kita mengangkat throttle turbo masih akan berputar sekitar 100.000 RPM dan udara yang ada di saluran menuju intake manifold tidak tahu harus pergi kemana. Dengan menaruh blowoff valve di antara turbo dan throttle body, itu membantu melapaskan udara bertekanan yang ada sehingga membebaskan turbo untuk tetap berputar” (marty stags in dragzine.com)
