Turbocharger gudangnya HP dan torsi mesin performa tinggi

Posted on Updated on

Jubilaeumsmagazin Motorsport

Monster Group B Audi Sport Quattro S1 power 550-600 HP (Shrine group B)

Kalau Bicara gudangnya ilmu pasti merujuk ke buku pengetahuan, maka gudangnya HP dan torsi tidak lain ada di sistim induksi bertekanan turbocharger dan supercharger. Perbandingan centimeter kubik per HP di atas engine normally aspirated (NA), meskipun engine NA itu sanggup revving menjulang tinggi.
Kedasyatan turbo engine dipertunjukkan sejak mulainya periode mobil rally grup B tahun 1984. Dimana power mobil-mobil rally NA sebelumnya antara 220 – 250 HP putaran 7500-8000 rpm kemudian transformasi melonjak ke 330 – 370 HP turbocharger. Masa kerja tahun 85-86 power yang dihasilkan makin ganas lagi di atas 500 HP. 
Mobil rally grup B adalah supercar yang mampu melesat cepat di medan gravel dan aspal.  Mobil di produksi sesuai peraturan homologasi FIA di lengkapi teknologi permesinan mutakhir saat itu dan dianggap sebagai era ke emasan rally.
Kilas balik sejenak tahun 1984, pastinya jaman itu Jakarta sudah macet. Tapi jauh lebih lancar kalau dibandingkan sekarang ini yang mencapai level spektakuler. Bagian yang asik bensin super 98 harga 400 an rupiah per liternya.
Masa itu turbocharger masih sangat eksklusif bagi penggila (freak) horsepower dan memang belum ada aftermarket turbo kit nya. Tapi tetap ada jalan bagi yang ahli permesinan dengan fabrikasi sendiri atau minta jasa modifikator seperti di rumah tuning Roma Motor Jl. Radio Dalam Jakarta-Selatan. Engine tuner disana akan bantu membangun turbo sesuai mobil kita.
Seperti Toyota Corolla DX keluaran 1983 engine tipe 4K 1290cc inline 4 cylinder OHV 8 valves. Sistim yang dipakai blow-through dari turbin ke karburator. Kalau tekanan semburan airflow terlalu banyak, exhaust by-pass valve atau wastegate akan membuang keluar. Jaman itu masih serba mekanis, sekarang sudah electronic boost controler.
Power standard 4K sekitar 60 HP bisa terungkit 30-35% tergantung setup besarnya boost. Kompresi statik standard 9 : 1 dapat menerim semburan turbin 6 – 7 psi. Mengingat belum ada speed shop yang menyediakan fasilitas mesin dynamometer jadi tuning untuk mendapatkan performa terbaik dilakukan sepenuhnya berdasarkan feeling.
Untuk biaya perolehan turbin, wastegate, intercooler, pipa-pipa dan oil cooler akan lebih mahal dibandingkan NA engine. Apalagi kalau besarnya boost yang di inginkan lebih dari 7 psi (0,5 bar) dimana harus diperhatikan kekuatan piston standard.  Supaya aman diganti dengan forged piston.
Sekitar enam belas tahun kemudian sudah banyak aftermarket turbo kit tersedia yang dapat dibeli. Mobil-mobil NA atau non turbo di modifikasi memanfaatkan semburan turbocharger naikkan power & torsi ke level lebih tinggi lagi. Mobil harian jalan raya (daily driver) 1600CC – 2000CC dimungkinkan menyemburkan 300 – 400 HP di ban belakang.

Sierra Exif JPEG

Turbo Kit Honda Civic R18 SOHC engine (8thcivic.com)

Audi Sport Quattro S1 adalah pelopor mobil sedan penggerak 4 roda (4WD) yang memang sanagt efektif melesat dimedan gravel, pasir ataupun aspal di tiap stage event rally. Akselerasi pada permukaan gravel dari keadaan stop mencapai kecepatan 100 km/jam ditempuh sekitar 3 detik.
Engine inline 5 cylinder 2110CC Twin Cam (DOHC) 20 valves, turbo-intercooler, bore 79.51 mm x stroke 85 mm. Kompresi statik 7,5 : 1, unit turbo merk KKK tipe K27 buatan German.
Engine overstroke menyediakan kedasyatan torsi dan HP mulai rpm rendah sampai redline. Tahun 1985-1986 menjelang akhir era Grup B yang sangat singkat power Audi Sport Quattro S1 tembus 600 HP.
Mobil rally grup B dengan power dan torsi luarbiasa itu tidak mudah dikendarai secara cepat dijalanan kecil gravel, tanah atau berpasir. Ranking driver dan navigator ditentukan melalui waktu tempuh tiap spesial stage yang dilalui. Semakin cepat berhak pada posisi lebih tinggi, untuk itu mobil selalu dipacu sekencang mungkin.
Sejak kejadian tragis driver Henri Toivonen tahun 1986 Rally Tour De Corse, pihak otoritas FIA memberhentikan Grup B. Maka berakhir lah mobil-mobil Rally bertenaga monster yang memuntahkan api dari ujung muffler tiap kali pindah gir transmisi.
WRC is for boys Group B was for men” Kata driver Rally dunia Juha Kankkunen. 

peugeot 205 T16

Group B Peugeot 205 inline 4 cylinder 1775CC Twin Cam 16 valves turbocharged 550 HP

Yang juga fenomenal ialah mobil Formula one yang sama seperti mobil grup B di persenjatai turbocharger. Mobil F1 tim Brabham memakai daya dorong BMW engine yang sanggup tembus 1400 hp!, tekanan turbo boost sebesar 5.5 bar atau sekitar 73.5 psi. Power sebesar itu di set hanya untuk sesi kualifikasi. 
Musim balap tahun 1977 sampai 1989 menjadi ajang pertempuran mobil F1 turbocharger. Masing-masing tim menjejalkan segala teknologi dengan tujuan mobil mampu memasuki dan keluar tikungan secepat mungkin mencetak fastest lap. Tidak saja power tapi juga suspensi dan aerodinamik.
Berlainan dengan F1 hybrid engine sekarang ini yang memakai MGU-Kinetic dan MGU-Heat untuk efisiensi dan mendongkrak power. Mobil F1 era 80 an murni seutuhnya dari semburan turbo. Power spektakuler tersebut direncanakan untuk jarak tempuh sangat pendek.
Engine BMW M13 inline 4 cylinder Twin Cam 16 valves dengan kapasitas relatif kecil 1499CC, sama seperti size engine Honda D15 SOHC VTEC. Block dari besi dan aluminium cylinder head, bore 89,2 mm x  stroke 69 mm. Engine oversquare direncanakan spin mencapai 11500 rpm. Menahan boost kelas raksasa rasio kompresi statik di set 7,5 : 1. Power ouput untuk race trim sekitar 900 HP di ban belakang. Saat qualifikasi boost di naikkan 5,5 bar dan power membludak sampai 1400 HP.

Brabham BT52 Nelson Piquet F1 fanatic

Brabham BT52 BMW M13 inline 4 cyl 1499CC turbocharged 900-1400 HP (F1fanatic)

Superbike turbo sebenarnya sudah pernah hadir cukup lama, malahan sempat terjadi perang turbo antara para pabrikan Jepang itu. Tahun 1982 Honda merilis CX500 TC V-twin dan Yamaha dengan XJ 650. Meskipun berat kedua motor bukan masuk kelas welter ringan tapi dari kedua engine disemburkan power yang ngak ringan. Honda CX500 TC power puncak 82 HP putaran 8000 rpm, torsi 79 Nm @5000 rpm. Yamaha XJ650 menyalurkan 90 HP @9000 rpm, torsi 81.7 Nm @7000 rpm.
Honda CX500 CT V-twin sudut 80 derajat OHV 497cc. Bore 78 mm x stroke 53 mm memakai forged piston, engine oversquare (overbore) senang diajak revving. Tidak masalah oversquare tarikan di rpm bawah karena semburan turbin menyediakan torsi berlimpah ruah.
Dilengkapi electronic fuel injection tentunya teknologi canggih saat itu selain turbo, mengingat mayoritas motor dengan karburator. Sistim penggerak ke roda belakang kiranya pakai rantai melainkan dengan kopel (driveshaft) seperti motor-motor BMW. Memang akan memikul beban hambatan atau powerloss lebih besar dibandingkan dengan rantai.
Honda ingin membuktikan turbo engine 497c yang menggunakan push-rod dan letak camshaft di cylinder block sanggup memproduksi HP dan torsi sekelas engine 750cc. Turbin kecil buatan IHI Jepang memiliki diameter baling-baling 51 mm, mampu spin 200 ribu rpm. Rasio kompresi statik 7,2 : 1. Hanya berat motor yang berlebihan 260 kg menahan akselerasi juga munculnya turbo lag di rpm rendah-tengah.

Honda-CX500 motorcycleclassic

1982 Honda CX500TC V-twin 500CC Turbocharged canggih dan powerful. Kekurangannya pada faktor berat mencapai 260 kg

Tahun 1983 Honda memperkuat engine lagi dengan meluncurkan CX650TC 647cc yang sudah berpendingin radiator. Engine masih tetap OHV menggerakkan klep intake/exhaust dengan push-rod. Tapi tambahan CC menyediakan tendangan superbike 1000cc di rpm tengah begitu boost meningkat. Rasio kompresi statik naik 7,8 : 1 mengungkit performa ketika turbin belum spool up di rpm rendah yang menyebabkan turbo lag.
Power output 100 HP putaran 8000 rpm, torsi 93 Nm @6000 rpm, jelas rumah daya (powerhouse) pada level luarbiasa kalau dibandingakn dengan motor 650cc konvensional. Kawasaki Ninja 650 inline twin power 72 HP @8500 rpm, tori puncak 64 Nm @7000 rpm. Dari jumlah power dan torsi CX650TC meninggalkan cukup jauh Ninja 650.
Bayangkan kalau Ninja 650 model terbaru 2017 dengan berat 193 kg basah dibekali turbocharger dengan power dan torsi seperti CX650TC, Motor akan menjadi wheelie machine seperti Yamaha MT-09 tapi 200CC lebih kecil.
Performa Honda CX650TC turbocharged melalui roll-on test mengalahkan superbike 1000cc seperti Suzuki GS1100. Khususnya saat semburan turbo mulai mengisi silinder dengan kuat dan cepat pada rpm tengah.
Hasil perang motor-motor turbo dimenangkan oleh Kawasaki GPz 750. Diluncurkan tahun 1983 motor ini menjadi yang tercepat memanfaatkan teknologi forced induction. Kawasaki sukses mewujudkan motor turbo pada performa tertinggi waktu itu.
Engine inline 4 cylinder 738CC DOHC 8 valves, bore 66mm x stroke 54 mm, kompresi statik 7,8 : 1, menghasilkan 112 HP pada putaran 9000 rpm, torsi 99 Nm @6500 rpm. Lagi-lagi menunjukkan keunggulan torsi setingkat dengan naked bike Kawasaki Z1000 Sugomi tapi dengan size 250CC lebih kecil.
Yang menjadikan GPz750 berbeda dengan motor turbo lain adalah pada letak atau penempatan turbo unit. Engine inline 4 cylinder dengan dimensi cukup besar menyediakan ruang ngak begitu banyak. Kiranya diletakkan dibelakang engine, ahli mesin Kawasaki menempatkan pada bagian depan berdekatan dengan exhaust port. Gas hasil pembakaran keluar dari exhaust port ke pipa header dan pipa kolektor kemudian memutar turbin kecil buatan Hitachi.
Dengan layout ini ampuh mengurangi terjadinya turbo lag, respon engine dapat segera dan mulai mendorong kuat dari 5000 rpm sampai redline di 10000 rpm. Akselerasi yang mantap dengan penyaluran yang halus dan linear, efek turbo lag tidak begitu terasa.
Hal itu dapat tercapai juga atas peranan digital Mikuni fuel injection. Mengukur engine rpm, bukaan throttle, tekanan intake juga temperatur engine dan udara, dimana itu semua mengemas turbo unit bekerja pada level terbaiknya.
Memang GPz750 berat 240 kg (wet) belum termasuk motor dibilang ringan. Meskipun begitu melalui roll-on test memakai gir transmisi tinggi GPz 750 turbocharged ini sanggup mengalahkan saudara nya GPz1000 konvensional.
Gambaran jelas dari pesan pabrikan motor waktu itu tidak lain bahwa sistim turbocharger memang ampuh. Dapat pecundangi motor NA dengan ukuran engine yang lebih besar.

Kawasaki GPz750 classicmotorbikes

Kawasaki GPz750 turbocharged

Seperti kita sudah ketahui bahwa HP adalah fungsi dari torsi dan rpm. tanpa adanya peningkatan torsi dan naiknya rpm maka HP tidak akan pernah bertambah. Torsi atau daya putar (twisting force) yang sebenarnya di ciptakan oleh engine. Torsi adalah produk dari ukuran tekanan rata-rata dalam psi atau Brake mean effective pressure (BMEP) yang diterima piston terdorong dari TDC ke BDC pada proses langkah tenaga (power stroke). Semakin besar BMEP makin kuat torsi.
Perbesar BMEP berarti menambah masa airflow ke dalam silinder untuk dibakar bersama bbm kemudian memproduksi energi panas berupa gas bertekanan tinggi. Ini yang jadi tujuan dari aplikasi turbo dan supercharger, memaksa airflow lebih besar lagi di atas tekanan atmosfir normal 14.7 psi, masuk ke dalam silinder.
Kabar baiknya meskipun turbo menyemburkan cylinder pressure besar tapi tidak membawa bencana terhadap struktur engine, sejauh tetap pada batasan. Pada dasarnya ada dua beban (load) yang mempengaruhi struktur, beban inertia (inertial load) dan beban tenaga (power load). Inertial load terdiri dari beban tensil (tensile load) disebabkan oleh gaya tarik kebawah dan kompresif akibat gaya tekan ke atas. Satunya lagi power load dimana selalu bersifat kompresif atau menekan.
Inertial load adalah resultant dari penolakan objek terhadap gerak (motion). Pada saat connecting rod akselerasi menarik piston kebawah dari TDC, berat masa piston dan beban friksi yang disebabkan ring dan piston skirt dengan dinding silinder menimbulkan beban tensil di con rod. Selanjutnya sampai stop di BDC dinamika piston pun berubah lagi yaitu terdorong ke atas menuju TDC, karena itu con rod menerima beban kompresif. Beban terbesar diterima con rod pada posisi TDC dan BDC dimana piston berhenti sejenak kemudian akselerasi sangat cepat.

Engine turbo torque curve

Perbandingan kurva torsi turbo dan atmospheric atau normally aspirated engine. Turbo engine memperlihatkan keunggulan sangat mencolok.

Power load disebabkan pressure bertekanan tinggi dari gas yang terbakar menekan piston ke bawah. Hubungan interaksi inertial load dan power load dominan di setengah proses langkah tenaga. Dengan itu inertial load menahan atau offset sebagian power load. Artinya power load diciptakan turbo engine tidak memberi banyak efek negatif terhadap struktur.
Sebaliknya high rev engine mempengaruhi struktur karena tensile load memicu metal fatique. Momen paling riskan adalah pada fase overlap di akhir exhaust stroke. Kedua klep intake/exhaust posisi open, tidak ada gaya berlawanan bertindak sebagai peredam ketika piston berbalik arah dari TDC ke bawah. Tensile load ini yang membuat connecting-rod tertarik jadi memanjang (stretch).  
Jadi dengan jumlah HP yang sama atau lebih, power puncak turbo engine di 8000-9000 rpm akan lebih nyaman dan masa kerja lebih lama dibandingkan high rev engine tembus 12000-13000 rpm. Apalagi supersport 600CC redline 16000 rpm menyumbang beban tensil sangat luarbiasa.

Engine Turbo Inertial Load

Maksimum pressure turbo engine terjadi pada 20 derajat rotasi crankshaft setelah TDC dan baru sekitar 20% yang terbakar.  Mendekati akhir pembakaran bagian terbesar campuran udara/bbm mendongkrak pressure naik 3X lipat di 90 derajat rotasi crankshaft. Disinilah letak ke digdayaan torsi turbo engine

Misalkan dua engine, Turbo dan NA dengan CC sama, power output turbo engine pada putaran jauh dibawah dengan mudah melewati NA high rev engine di putaran 12000-13000 rpm. Atau HP turbo engine dapat di set sama dengan NA engine pada putaran yang lebih rendah misalnya 9000 rpm. Dengan memakai hitungan sederhana dicari berapa besar torsi yang diperlukan pada rpm 9000 rpm untuk memproduksi power puncak yang sama.
Honda CBR250RR power 31.06 HP (otomotifnet) pada putaran 13300 rpm (at the wheel)
Torque = HP x 5252 / rpm.
Torque = 31.06 HP x 5252 / 9000 rpm.
Torque = 18.125 lb-ft atau 24.57 Nm.
Dengan torsi sebesar 24.57 Nm pada putaran 9000 rpm, turbo engine 250cc secara teori sudah menyemburkan HP yang sama dengan engine CBR250RR NA konvensional dan tanpa harus digenjot sampai 13300 rpm. Dengan keuntungan :
* Inertial load yang lebih aman dibandingkan high rev engine. Masa kerja con-rod & bearing jadi lebih lama.
* Torsi puncak tercapai lebih awal.
* Efisiensi bbm dan kadar emisi yang lebih baik.
Seperti di perlihatkan oleh turbo engine mobil F1 era 80 an power puncak 900 HP – 1400 HP, akan mustahil mewujudkan power sebesar itu melalui engine normally aspirated ukuran 1499CC. NA engine perlu kapasitas 3000CC berputar menembus 19000 rpm untuk menjaring power puncak sebesar 930 HP. Intinya turbo engine tidak perlu susah mengejar HP besar seperti cara yang dijalankan NA engine dimana harus dipacu setinggi mungkin.
Potensi power tergantung oleh kekuatan komponen internal. Semakin diperkuat seperti memakai forged piston dan connecting rod, seting air/fuel ratio, angka oktan, boost dapat diperbesar lagi.
Turbocharger dan supercharger tidak perlu banyak overlap untuk memanfaatkan efek scavenging di rpm tinggi seperti biasanya mesin balap high rev normally aspirated. Semburan turbin sudah lebih dari cukup mengisi cylinder mulai rpm rendah sampai menyentuh redline.
Peraturan emisi Euro 4 yang sedang digalakkan memicu pabrikan motor menyorot lagi sistim induksi bertekanan untuk dibangunkan dari tidurnya. Bisa jadi sumber daya motor sport 150cc ke atas juga di ungkit lagi oleh pabrikan memakai turbocharger dan supercharger. Demikian 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