Kalau anda pemerhati otomotif, pastinya sudah sering mendengar istilah turbo. Awalnya penambahan sistem turbo pada mesin kendaraan lebih banyak diaplikasikan pada mesin-mesin dengan performa tinggi seperti pada sedan-sedan yang tergolong supercar dan mesin diesel berkapasitas besar seperti mesin untuk truk penarik container misalnya. Seiring kemajuan teknologi, saat ini sistem turbo juga banyak diaplikasikan pada mesin-mesin berkapasitas kecil, bahkan pada tunggangan sehari-hari.

Kelebihan sistem turbo adalah kemampuannya meningkatkan tenaga mesin – yang diukur dalam satuan tenaga kuda alias horse power – tanpa menjadikan ukuran mesin menjadi terlalu besar dan berat. Disini nanti akan kita pelajari bagaimana turbocharger menghasilkan manfaat tersebut.

Prinsip Kerja Sistem Turbo

Sistem penekan udara turbo yang sering dikenal dengan istilah turbocharger secara teknis merupakan salah satu sistem induksi paksa. Sistem ini menekan aliran udara ke dalam mesin. Karena volume udara yang masuk ke dalam mesin lebih besar karena dorongan sistem turbo, jumlah bahan bakar juga bisa ditambah, sehingga ledakan pada masing-masing silinder menjadi lebih dahsyat dan pada akhirnya menangguk tenaga lebih besar. Secara umum, mesin dengan turbocharger dapat menghasilkan tenaga lebih besar dibandingkan dengan mesin berukuran sama yang bekerja tanpa sokongan turbocharger. Rasio antara bobot mesin dibandingkan dengan tenaga yang dihasilkan menjadi jauh lebih baik.

Untuk mendapatkan tekanan yang diperlukan, turbocharger memanfaatkan aliran pembuangan untuk memutar turbin. Putaran turbin inilah yang nantinya memutar pompa udara. Putaran turbin pada turbocharger luar biasa cepat. Bisa mencapai 150.000 putaran per menit (RPM), hampir 30 kali lipat putaran mesin normal. Karena dipasang pada saluran pembuangan, suhu turbin ini juga sangat tinggi.

Teori dasarnya, untuk mendapatkan tenaga mesin yang lebih besar adalah dengan membakar lebih banyak campuran antara udara dan bahan bakar. Cara konvensional untuk mendapatkan volume pembakaran lebih besar adalah dengan jumlah silinder lebih banyak atau tetap dengan jumlah silinder yang sama tetapi ukuran masing-masing silider diperbesar. Sayangnya teori tersebut tidak serta-merta mudah diaplikasikan. Salah satunya karena membawa konsekuensi langsung berupa ukuran mesin yang membengkak. Pastinya bobotnya juga ikut bertambah.

Manfaat Turbo Pada Mesin Mobil

Turbocharger memungkinkan mesin untuk membakar lebih banyak campuran udara dan bahan bakar dengan memampatkan udara kedalam silider yang ada, tidak perlu menambah jumlah silider atau memperbesar ukurannya. Biasanya tekanan tambahan yang dihasilkan turbocharger berada di kisaran 6 sampai 8 psi. Teknan udara normal ada di kisaran 14,7 psi, sehingga aplikasi turbocharger secara matematis sanggup menambah sekitar 50% campuran udara dan bahan bakar ke dalam mesin yang kemudian menghasilkan penambahan tenaga dalam kisaran antara 30% sampai 40%.

Bagaimana Turbo Mendongkrak Tenaga Mesin?

diagram-sistem-turbo-pada-mesin-mobil

Turbocharger dipasang langsung pada pipa pembuangan udara dari mesin yang dikenal sebagai exhaust manifold. Aliran udara yang keluar dari mesin dialirkan untuk memutar turbin. Putaran turbin ini dihubungkan secara mekanis dengan kompresor alias pompa udara yang biasanya berada di antara filter udara dan intake manifold. Kompresor ini meningkatkan tekanan udara yang masuk ke dalam piston. Semakin besar aliran udara keluar yang meniup bilah-bilah turbin, semakin cepat pula perputarannya.

Berputar dalam kecepatan 150.000 rpm adalah pekerjaan yang sangat berat, karena itu diciptakan sistem khusus untuk menahan poros turbin supaya bisa tahan. Sistem ini dikenal sebagai fluid bearing. Alih-alih menggunakan bola-bola baja seperti bearing alias “laher” pada umumnya, sistem bearing ini menggunakan lapisan oli yang secara terus menerus ditekan sebagai bantalan. Selain meminimalisir gesekan saat turbin berputar, sistem ini juga membantu menjaga suhu turbin.

Kelemahan Turbocharger

Salah satu kelemahan sistem turbo adalah sokongan tenaga yang dihasilkannya tidak spontan. Tenaga tidak langsung melonjak begitu gas diinjak. Perlu beberapa saat dari saat pedal gas diinjang sampai turbin berputar pada putaran kerja ideal dan mulai menghasilan tekanan udara tambahan ke dalam mesin. Karena itu ada jeda antara saat pedal gas dinjang sampai lonjakan tenaga dapat dirasakan. Akibatnya mobil terasa “ngeden” saat gas diinjak, lalu beberapa saat kemudian seperti meloncat saat turbocharger sudah menghasilkan lecutan tenaga.

Teori fisika diterapkan untuk meminimalisir efek jeda ini, caranya dengan mengurangi tenaga inersia dari bagian-bagian yang berputar melalui penurunan bobot. Dengan demikian turbin dan kompresor dapat berakselerasi lebih cepat sehingga lonjakan tenaga bisa didapatkan dengan lebih spontan. Salah satu caranya adalang dengan meminimalisir ukuran sehingga turbocharger dapat langsung berfungsi penuh saat putaran mesin masih rendah. Tetapi ukuran turbocharger yang kecil tidak mampu menampung aliran udara yang keluar dari mesin saat mesin berputar dengan putaran tinggi. Setinggi apapun putaran mesin, turbin tidak boleh berputar lebih dari 150.000 rpm.

Karena itulah diciptakan sesuatu yang dinamakan wastegate yang merupakan katup pembuangan. Saat aliran udara yang keluar dari mesin terlalu besar, lebih besar dari yang dibutuhkan turbin, aliran udara ini sebagian akan langsung dibuang keluar sehingga hanya sebagian saja yang masuk dan memutar turbin.

Sebagian turbocharger menggunakan ball bearing alias laher dengan bola-bola logam untuk menggantikan liquid bearing. Meskipun sama-sama menggunakan bola, ball bearing ini dirancang khusus dengan presisi sangat tinggi sehingga dapat meminimalisir friksi dalam putaran sangat tinggi. Kemampuannya meminimalisir friksi jauh lebih baik dari bearing biasa bahkan liquid bearing. Sebagian turbocharger menggunakan ceramic turbine blade, bilah turbin berbahan keramik ini jauh lebih ringan tetapi sama kuat dengan logam. Kedua teknologi ini diaplikasikan untuk mengurangi efek jeda tadi.

Cara yang lebih mahal tapi efektif untuk mengurangi jeda adalah penggunaan dua turbocharger dengan ukuran berbeda. Turbocharger berukuran kecil bereaksi lebih cepat. Sementara turbocharger berukuran lebih besar aktif belakangan tetapi mampu memampatkan lebih banyak udara untuk memasok mesin pada putaran tinggi.

Fungsi Intercooler Pada Sistem Turbo

Saat udara dipadatkan, suhunya meningkat. Saat suhu meningkat, volumenya membengkak. Karena udara yang masuk ke sistem turbo diambil dari pembuangan pembakaran, otomatis “bahan”-nya saja sudah panas. Dimampatkan tentunya jadi lebih panas lagi. Akibatnya sebagian dari tekanan udara yang dialirkan ke dalam mesin berasal dari pembengkakan udara yang diakibatkan tingginya suhu tersebut. Ini persoalan serius, karena peningkatan pasokan udara yang dibutuhkan mesin adalah banyaknya molekul udara, bukan hanya sekedar tekanannya saja.

Untuk mengatasi masalah itu dibuatlah intercooler. Bentuknya kurang lebih mirip radiator. Fungsinya juga sama, hanya saja jika yang mengalir ke dalam radiator adalah air, yang masuk ke dalam intercooler itu udara yang sudah dipadatkan oleh turbin dan kompresor pada turbocharger. Dengan diturunkannya suhu udara yang mengalir oleh intercooler, meskipun tekanan udara yang dipasok ke dalam mesin sama besar, tetapi jumlah molekul udaranya jauh lebih banyak sehingga pembakaran yang terjadi di dalam silinder lebih dahsyat. Hasil akhirnya tentunya tenaga yang dihasilkan mesin lebih tinggi.