Membangun mesin motor balap tangguh di cetak biru – engine blueprinting

Posted on Updated on

Honda CB 125 1975 Wikipedia

Jarak tempuh engine Honda CB 125 jauh lebih panjang dibandingkan engine motogp 250 HP yang hanya sekitar 2500 km 

Membangun mesin balap tangguh memiliki potensi juara bukan suatu pekerjaan ringan. Ada peranan ilmu internal combustion engine (ICE), pengalaman jam terbang digabungkan dengan ketelitian, waktu pengerjaan dan perasaan seni dari seorang engine builder. 
Nama-nama rumah tuning Ten Kate, Yoshimura, Fast by Ferracci adalah beberapa privateer yang sudah cukup lama partisispasi di balap WSBK dan AMA superbike. Dari rumah tuning mereka telah bergulir banyak motor balap yang sukses meraih titel juara. 
Hal sangat penting dan tidak sekalipun terlewatkan adalah engine di cetak biru atau engine blueprinting. Istilah yang sudah biasa terdengar dan dilakukan oleh para suhu engine builder. Engine blueprinting terdiri dari banyak proses yang memerlukan ketelitian dan sangat melelahkan. Dimana tujuan akhir menciptakan engine pada tingkatan tertinggi mendekati sempurna. Kuncinya adalah presisi sejauh yang dimungkinkan.
Tercapai target tersebut harus melakukan langkah-langkah mulai dari check secara visual komponen atau parts mesin yang akan digunakan apakah ada deformasi atau keretakan melalui metode seperti dye penetrant atau pewarnaan ke cylinder head misalnya. Ada keretakan micro bisa jadi bencana nantinya. Check kebocoran pada dudukan klep atau valveseats di cylinder head memakai vacum tester dan seterusnya.
Dalam kamus mesin di cetak biru berlaku “zero tolerance” yaitu tidak ada toleransi clearance atau jarak kerenggangan pada komponen dan parts. Berlainan prosedur membangun engine standard dimana angka toleransi kerenggangan dibolehkan. Misalkan jarak kerenggangan ring piston Honda CBR250RR atau Yamaha R25 standard antara 0,20 – 0,30 mm, maka untuk kedua piston motor tersebut yang mau di cetak biru jarak kerenggangan ring harus sama semua yaitu 0,20 mm tanpa kecuali.
Demikian pula berat antara kedua piston masing-masing ditentukan hanya berbeda 1 gram misalnya. Kalau piston ada yang bobotnya lebih, engine bulider akan mengikis sampai berat kedua piston makin dekat.
Tidak berhenti disitu tapi juga pada letak piston boss tempat wristpin berada harus center. Faktor ini mempengaruhi rasio kompresi statik pada tiap piston engine dua silinder atau lebih yang di usahakan sedekat mungkin.
Kerenggangan lainnya pada bagian alur tempat ring, pin bore dengan wristpin, piston dengan dinding silinder dan jarak permukaan piston dengan deck engine block.
Kalau kedua piston engine dua silinder tidak mencapai kerenggangan yang sama. Pinboss tidak center dan berat terlalu jauh, maka harus diganti walaupun kedua piston tersebut masih baru.
Membangun engine balap perlu piston yang sanggup menahan panas ekstrim dan tekanan silinder sangat besar. forged piston adalah pilihan ideal apakah untuk naturally aspirated engine atau aplikasikan sistim induksi bertekanan yaitu turbocharger, supercharger dan nitrous oxide.
Rasio kompresi statik piston engine balap naturally aspirated dapat mencapai 14.6 : 1. Sangat tinggi dimana memerlukan racing fuel ber oktan 100 ke atas supaya terhindar dari detonasi yang merusak.
Bertambahnya kompresi statik piston dan rpm memberi pengaruh langsung terhadap besarnya tekanan pembakaran (combustion pressure) maupun temperatur panas di dalam silinder. Dimungkinkan maksimum cylinder pressure menembus 1100 psi. Turbocharger dan supercharger mencapai lebih dari 1800 psi, tergantung dari besarnya boost. Cast piston standard dari pabrik ngak sanggup menahan beban itu. Kecuali engine sudah dilengkapi dengan forged piston berkualitas baik dari pabrik. Tidak semua forged piston punya kekuatan yang sama.

Piston pin bore

Piston blueprinting diameter tiap pin bore harus sama. Diukur memakai alat bore-gauge. Misalkan tidak center maka piston diganti. Juga kerenggangan pin bore dengan wristpin, piston dengan cylinder wall, piston dengan cylinder deck dan seterusnya.

Connecting rod juga diberlakukan kriteria yang sama, berat masing-masing harus sangat berdekatan. Jarak center-to-center bagian small end dan big end harus sama dimana pada posisi titik mati atas (TDC) piston memberikan jarak dengan ruang bakar (combustion chamber) dan klep in/ex yang tidak berbeda satu dengan lainnya. Hal ini juga mempengaruhi rasio kompresi statik setiap silinder.
Sama seperti piston, kalau kedua connecting tidak mencapai spek blueprinting, tidak ada jalan lain keculi diganti.

connecting rod-h-beam-i-beam

Con-rod blueprinting meliputi jarak center to center yang harus sama pada engine 2 silinder atau lebih. Juga kerenggangan piston dengan con-rod, con-rod dengan cylinder block, con-rod dengan metal jalan (rod bearings) dan seterusnya. 

Cylinder head banyak berperan terhadap kecepatan airflow dan pembakaran campuran udara dan bbm. Mayoritas ruang bakar (combustion chamber) memakai rancangan Pent-roof fasilitasikan komunikasi antara saluran (port) intake dan exhaust secara efisien. 
Inlet/outlet port tepat ukuran akan mampu memenuhi kebutuhan airflow pada rpm yang di inginkan. Akan menjadi ngak tepat sasaran kalau cylinder head dengan ukuran diameter inlet/outlet efektif pada putaran 8000 rpm kemudian harus memenuhi kebutuhan airflow camshaft balap yang membangun HP puncak pada putaran 12000 rpm misalnya. Kiranya menciptakan HP perkasa pada putaran 12000 rpm, sebaliknya engine malahan tercekik (choked) akibat kekurangan airflow dan tidak bisa revving lebih tinggi lagi.
Menurut para suhu engine builder ini sering terjadi apabila tidak memahami dinamika aliran udara atau airflow. Pasang cam racing di engine standard yang akhirnya muncul kekecewaan.
Menurut SuperFlow Corp manufaktur mesin dynamometer dan alat flowbench, Engine naturally aspirated membutuhkan 1,25 SCFM (standard cubic feet/minute) untuk tiap HP pada titik tepat di kurva torsi puncak atau sedikit dibawahnya kemudian perlu hampir  1,4 SCFM di atas kurva torsi puncak menuju ke HP puncak.
Karena HP adalah fungsi dari torsi dan rpm dan keduanya berhubungan langsung dengan airflow, untuk itu pekerjaan head porting engine balap sangat penting. Tanpa adanya peningkatan torsi dan rpm maka HP ngak akan pernah bertambah. Jadi besarnya torsi dan naiknya rpm tergantung dengan seberapa efektif airflow yang masuk kemudian terbakar bersama bensin di dalam ruang bakar (combustion chamber).
Engine sebenarnya tidak menciptakan HP secara langsung melainkan daya putar atau twisting force yang disebut torsi. HP hadir ketika ada kerja dan bergerak menempuh jarak dan waktu tertentu.
Head porting esensinya supaya airflow yang masuk ke silinder dan gas hasil pembakaran keluar ke knalpot dapat bergerak cepat sesuai dengan rpm yang dinginkan. Saluran atau port cylinder head harus minimum hambatan supaya airflow mampu bergerak cepat secara smooth. Volume Airflow tertinggi dan smooth dengan sedikit hambatan itu disebut laminar flow. Lawannya adalah turbulensi yang mana airflow mulai terpecah, terjadi friksi dan memperlambat kecepatan, kepadatan udara juga menjadi berkurang karena terurai. Faktor negatif itu yang harus ditekan melalui cylinder head porting berkualitas baik.
Bagian yang jadi perhatian engine builder ialah area cross-sectional dan radius belok di atas dudukan klep atau valve seats. Transisi dari area cross-sectional berbentuk persegi ke area venturi dudukan klep berbentuk bundar diusahakan tepat sehalus mungkin.
Multi angle valve cut penting sekali membentuk pola aliran udara (airflow) yang masuk ke dalam silinder. Hambatan paling besar dihadapi oleh airflow adalah ketika melewati klep. Valve seats atau dudukan klep yang terdiri dari 3 atau 5 sudut mampu menghaluskan airflow. Stock valve seats yang hanya satu sudut 45 derajat ada bagian tajam tepat di atas dan dibawah klep ketika posisi menutup. Pada saat klep membuka bagian tajam itu menyebabkan turbulensi, kecepatan aliran udara jadi berkurang. Perbedaan sudut tajam tersebut juga membuat campuran udara/bbm menjadi terpecah atau terpisah. Solusinya engine builder pro akan menambah sudut pada dudukan klep menjadi 30-45-60 derajat atau lebih supaya laminar flow selalu terjaga.
Hasil pengerjaan multi angle valve cut dapat sukses dengan menggunakan mesin-mesin cutter ternama seperti merk Serdi dan Sunnen.

Duct 999R Head

Dudukan klep atau valve seats menentukan pola airflow yang melewati klep saat posisi open. Multi angle valve cut misalnya 30-45-60 derjat sangat penting menciptakan laminar flow. Hal penting lain nya deck cylinder head harus rata supaya kompresi statik mencapai maksimum tidak ada kebocoran. Melakukan micro check menghindari adanya bagian yang retak.

Crankshaft secara bersamaan menentukan panjang stroke dan menyalurkan daya putar atau torsi yang diciptakan combustion pressure pada langkah tenaga (power stroke) ke gearbox. Untuk itu harus punya daya tahan terhadap dinamika engine yaitu rpm, beban torsi dan HP. Biasanya forged crankshaft standard pabrik sudah cukup kuat, tetap bisa dipakai. Menekan vibrasi crankshaft harus balance pada putaran tinggi. Prosedur crankshaft blueprinting seperti :
  • Inspeksi kalau ada bagian yang retak atau dimensinya sudah tidak sesuai spek
  • Pengerasan permukaan melalui proses induksi atau memberi lapisan nitride
  • Mengikis berat crankshaft dan melakukan balancing kembali
  • Mengukur gerak (endplay) crankshaft di cylinder block
  • Memperkuat melalui proses Shot peening
  • Menyempurnakan (chamfer) lubang oli
Cylinder block standard diproduksi secara masal faktor geometri biasanya tidak presisi. Bagian tersebut adalah cylinder bore, main bore crankshaft, camshaft cap bore, deck. Engine builder akan melakukan koreksi apabila terjadi kekurangan atau tidak center pada area tersebut.
  • Main bore crankshaft di bubut (honing) supaya lurus
  • Cylinder bore di bubut kembali
  • Deck di slep (resurfacing) supaya rata
  • Camshaft cap bore di bubut supaya lurus kembali
Main Bore Honing

Meluruskan (alignment) crankshaft main bore V8 engine melalui proses mesin bubut

Engine bearing seperti metal duduk di crankshaft dan metal jalan di connecting-rod sangat disoroti dalam melakukan blueprinting. Memegang komponen yang berputar menembus kecepatan tinggi harus di set pada tingkatan presisi tinggi juga. Lapisan oli berperan sebagai bantalan supaya bearing tidak kontak dengan permukaan journal crankshaft atau con rod ketika berputar.
Jarak kerenggangan (clearance) jadi penting, terlalu ketat membawa konsekwensi panas akibat beban gesekan terjadi kontak bearing dengan crankshaft atau con rod dan akhirnya rontok. Terlalu renggang mempengaruhi pelumasan jadi kurang efektif.
Engine bearing di blueprinting menentukan hanya satu angka kerenggangan, tidak ada toleransi seperti umumnya engine standard. Misalnya kerenggangan metal duduk dengan crankshaft semuanya harus 0.080 mm.

Crank Baearing

Engine bearings seperti metal duduk/jalan berperan penting supaya crankshaft dan con rod dapat berputar efisien. Jarak kerengganan sangat diperhatikan menyediakan lapisan oli berperan sebagai bantalan.

Masih sangat banyak lagi prosedur engine blueprinting yang tidak penulis cantumkan karena ini hanya ringkasan saja. Dan langkah-langkah itu ngak boleh ditinggalkan apabila tim ingin memperoleh engine balap dimana tenaga dan daya tahan pada level maksimum.  
Setelah engine dibangun melalui proses blueprinting akan menjadi suatu kesalahan apabila baut dan mur engine bukan ber qualitas bagus. Ketika beroperasi pada putaran tinggi di sirkuit engine rontok akibat mur & baut kurang daya tahan bisa terjadi kapanpun. Mencegah itu engine bulider selalu memakai yang sudah punya nama seperti merk ARP.
Camshaft mengatur denyut airflow masuk ke dalam silinder dan gas hasil pembakaran keluar knalpot. Menentukan karakteristik engine dari lama klep in/ex posisi open, berapa jauh klep dari seat nya dan berapa besar fase overlap berlangsung.
Engine balap dengan target menjaring HP perkasa caranya adalah kurva torsi puncak harus bergeser semakin tinggi lagi. Pada putaran tinggi semua proses harus berlangsung ultra cepat dan itu dapat terpenuhi kalau durasi klep intake terbuka lebih lama dan lebih jauh keluar dari seat nya supaya airflow mempunyai waktu yang cukup untuk mengisi silinder sebanyak mungkin.
Tapi semakin powerband bergeser ke putaran tinggi, torsi pada putaran rendah menjadi hilang. Itu disebabkan airflow tidak dapat bergerak cepat mengisi silinder. Kecuali engine aplikasikan sistim variable valve timing (VVT) dimana bekerja dua macam camshaft lobe, yaitu low rpm dan high rpm.
Misalnya durasi 265 dan valve lift 7.5 – 8 mm sudah masuk kategori radikal pemakaian balap motor 250cc. Motor tidak akan ideal lagi berjalan pada putaran rendah di dalam kota.
Camshaft kondisi ngak baru, engine builder melakukan “runout test” untuk men check apakah diameter masih sesuai spek. Kerenggangan antara camshaft journal dengan cap harus sama semua. 
Setelah head porting dan race camshaft, masih perlu dukungan dari komponen lainnya, seperti throttle body venturi diperbesar 2 mm misalnya, berdasarkan hitungan bore x stroke dan maksimum rpm dimana power puncak berada. Velocity stack yang lebih pendek, volume airbox, full exhaust system, racing air filter dan seterusnya. Dengan itu kebutuhn airflow pada putaran tinggi selalu dapat terpenuhi. Tidak terjadi defisit airflow yang menyebabkan engine jadi kehabisan nafas.
Stand alone ECU atau tetap memakai ECU standard ditambah piggyback tidak bisa dikesampingkan. Dengan perubahan parameter komponen mengharuskan fine tuning lagi air/fuel ratio (AFR) dan waktu pengapian (ignition timing) untuk mencari maksimum power. 
Fuel atau bbm adalah sumber panas dari reaksi kimia dengan oksigen setelah terjadi pembakaran. Reaksi tersebut membangun cylinder pressure kemudian menekan piston ke arah bawah setelah titik mati atas (TDC). Biasanya tekanan pembakaran (combustion pressure) memuncak pada 14 – 20 derajat rotasi crankshaft setelah TDC. Mempengaruhi langsung brake mean effective pressure (BMEP) atau rata-rata besarnya tekanan pound/ square inch yang diterima piston. Makin besar BMEP semakin kuat torsi dilepaskan.
Rumus mengetahui BMEP, 150.8 x torque (lb-ft) / engine displacement (cubic inches)
Selain rasio kompresi statik tinggi faktor air/fuel ratio harus dicari supaya combustion pressure pada rpm yang di inginkan tercapai. Engine menciptakan HP terkuat biasanya dibawah level stoichiometric atau basah (rich) yaitu AFR antara 12 – 13 : 1.
Engine balap tangguh mampu menyalurkan power maksimum dengan baik dan menyelesaikan balapan sampai garis finish tanpa problem. Tapi seperti kalimat bijak “what goes up must come down”. Seberapapun perkasanya engine balap pasti memiliki masa kerja yang sangat pendek dibandingkan engine standard. Engine Formula One era V8 cylinder 2400cc 760 HP hanya sanggup menempuh jarak sekitar 800-900 km saja. Engine moto3 power puncak 55 HP harus di bangun ulang setelah pemakaian tiga kali race.
Demikian ringkasan ini wassalam dan salam sejahtera.
Iklan

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s