Mesin diesel pernah mempunyai reputasi efisien namun lamban. Tentu saja, mereka menghabiskan banyak bahan bakar, namun tidak ada urgensinya. Persepsi ini telah berubah secara dramatis. Apa alasan utamanya? Popularitas turbocharger.
Mesin diesel modern dicirikan oleh torsi yang eksplosif dan respons yang cepat. Ini bukan hanya tentang satu bagian. Injeksi langsung bertekanan tinggi memainkan peran penting. Namun, turbocharger adalah mesin yang menggerakkan mesin. Menariknya, turbocharging tidak hanya terjadi pada mesin diesel. Tim F1 telah menggunakan tahun-tahun ini untuk memeras lebih banyak tenaga kuda dari unit mereka. Teknologi ini bersifat universal. Namun penerapannya telah berkembang pesat di industri otomotif.
Mekanisme induksi paksa
Untuk memahami pentingnya turbocharger, Anda perlu memahami bagaimana mesin menghasilkan tenaga. Itu berasal dari pembakaran. Lebih tepatnya, campuran bahan bakar dan udara dibakar. Lebih banyak campuran berarti lebih banyak kekuatan.
Secara historis, para insinyur telah mencapai hal ini dengan dua cara. Mereka membuat silindernya lebih besar. Mereka menambahkan silinder. Ia dilengkapi dengan mesin V8, bukan mesin 4 silinder segaris. Mesin berkapasitas besar. Metode ini berhasil. Namun mereka menambah bobot dan kompleksitas.
Ada cara ketiga. Anda dapat memaksa lebih banyak udara masuk ke dalam silinder yang ada. Itulah tugas turbocharger.
Mesin yang disedot secara alami mengandalkan tekanan atmosfer untuk menarik udara masuk, sedangkan mesin turbo menggunakan gas buang untuk menarik udara. Ini adalah lingkaran efisiensi tertutup. Energi buangan yang seharusnya hilang ke atmosfer ditangkap. Ini memutar turbin. Turbin menggerakkan kompresor. Kompresor memaksa udara padat masuk ke ruang bakar.
Proses langkah demi langkah
Saat Anda memvisualisasikan prosesnya, mudah untuk melihat cara kerjanya. Hal ini tidak terjadi secara ajaib. Hal ini terjadi melalui serangkaian peristiwa fisik tertentu.
- Aliran gas buang: Gas buang panas keluar dari mesin dan mengenai bilah turbin. Tekanan tersebut membuat turbin berputar dengan kecepatan yang luar biasa tinggi.
- Kompresi: Turbin dihubungkan ke roda kompresor melalui poros. Saat turbin berputar, kompresor menyedot udara sekitar dan mengompresnya.
- Pendinginan: Udara yang dikompresi akan memanaskannya. Udara panas kurang padat. Selesaikan masalah ini dengan mengalirkan udara melalui intercooler (atau intercooler). Ini menurunkan suhu. Udara yang lebih dingin lebih padat. Kepadatan udara yang lebih tinggi berarti terdapat lebih banyak molekul oksigen per sentimeter kubik.
- Api: Udara dingin yang pekat memasuki silinder. Injektor bahan bakar menyuntikkan bahan bakar diesel ke lingkungan bertekanan ini. Hasilnya adalah ledakan yang lebih dahsyat.
“Keuntungan utamanya adalah kepadatan. Mendinginkan udara bertekanan akan memaksimalkan ketersediaan oksigen untuk pembakaran tanpa menambah ukuran mesin.”
Mengatasi histeresis dengan geometri variabel
Turbocharger awal memiliki kekurangan. Ketinggalan. Ini bukan bug perangkat lunak. Ini fisika. Pada putaran mesin rendah, aliran gas buang lemah. Memutar turbin dengan cepat saja tidak cukup. Pengemudi menekan pedal gas. Mesinnya ragu-ragu. Lalu tiba-tiba turbonya berputar. Listrik datang terlambat.
Para insinyur memecahkan masalah ini dengan menggunakan turbin geometri variabel (VGT). Bilah-bilah di dalam rumah turbin dapat berubah sudutnya. Pada kecepatan rendah, bilahnya mempersempit pipa knalpot. Hal ini meningkatkan kecepatan gas. Turbin berputar lebih cepat meskipun volumenya rendah. Pada kecepatan tinggi, bilahnya terbuka. Hal ini mencegah mesin tersumbat akibat tekanan balik.
Teknologi ini menghilangkan “zona mati” antara daya idle dan daya puncak. Hal ini membuat mesin diesel menjadi responsif dengan cara yang belum pernah ada sebelumnya.
Pendekatan dua langkah BMW
Beberapa produsen ingin melangkah lebih jauh. BMW memperkenalkan turbocharger kembar variabel di 535d. Ini adalah pengaturan dua tahap. Ia menggunakan dua turbocharger dengan ukuran berbeda.
Turbo yang lebih kecil langsung berputar pada kecepatan rendah. Ia menawarkan torsi instan dan akselerasi cepat untuk berkendara di kota. Ia bekerja secara efisien pada rentang kecepatan yang lebih rendah, yang sulit dilakukan pada turbin yang lebih besar.
Seiring dengan peningkatan kecepatan dan perpindahan mesin, turbocharger yang lebih besar menjadi lebih efisien. Ini menangani tuntutan arus tinggi dari berkendara berkecepatan tinggi. Sistem beralih secara mulus antara dua unit. Hasilnya adalah performa yang kuat di seluruh rentang putaran. Tidak ada lag di bagian bawah.
