Teknologi Turbocharger vs Supercharger dan Twincharger

Teknologi otomotif pada era modern seperti sekarang ini berkembang sangat pesat. Banyak industry otomotif yang telah menerapkan teknologi tambanhan pada mesin kendaraan yang mereka produksi dengan tujuan untuk mendapatkan mesin yang mempunyai efisiensi yang tinggi, salah satunya adalah dengan menambahkan piranti penambah tenaga atau yang sering disebut dengan Turbocharger.

Turbocharger adalah sebuah piranti penekan udara atau sering disebut dengan kompresor dengan jenis sentrifugal yang mendapat daya dari turbin yang sumber tenaganya berasal dari asap gas buang kendaraan. Piranti ini biasanya diaplikasikan pada mesin pembakaran dalam untuk meningkatkan keluaran tenaga dan efisiensi mesin dengan cara meningkatkan volume udara yang memasuki ruang bakar mesin. Keuntungan utama dari penggunaan piranti ini adalah sebuah peningkatan daya atau tenaga mesin yang cukup signifikan dengan hanya menambahkan ruang dan berat yang relative kecil pada mesin.

Skema Turbocharger

Piranti turbocharger ditemukan dan dikembangkan oleh seorang insinyur Swiss yaitu Mr Alfred Büchi. Turbocharger telah dipatenkan untuk diaplikasikan pada mesin pada tahun 1905, sedangkan lokomotif dan kapal bermesin diesel dengan turbocharger mulai terlihat tahun 1920an.

Dalam teknologi mesin pembakaran dalam berbahan bakar bensin, sering disebut mengenai kerugian yang ada dalam jenis mesin ini yaitu mempunyai rasio kompresi yang rendah untuk menghindari batas atas kompresi dan untuk mencegah knocking mesin yang dapat menurunkan efisiensi mesin ketika beroperasi pada tenaga rendah. Namun kerugian ini tidak dikenal dalam teknologi mesin diesel dengan turbocharger yang telah dirancang khusus. Kelebihan penggunaan turbocharger adalah saat mesin beroperasi pada suatu ketinggian output tenaga dari turbocharger membuat perbedaan yang jauh dengan output tenaga total dari kedua jenis mesin tersebut. Faktor ini membuat mesin pesawat dengan turbocharger sangat menguntungkan dan merupakan awal pemikiran untuk pengembangan piranti turbocharger ini.

Dilihat dari segi disain, turbocharger memiliki tiga komponen utama yaitu roda tubine, roda compressor dan rumah poros. Roda tubin mempunyai sudu-sudu (blade) dan akan berputar sebagai impak dari temperature dan tekanan dari gas buang kendaraan yang masuk ke dalam ruang roada turbin ini, kemudian putaran dari roda turbin diteruskan oleh poros untuk memutar roda compressor yang juga mempunyai sudu-sudu. Putaran roda compressor ini yang akan mengalirkan udara luar dengan tekanan tertentu (sehingga massa udara menjadi padat) untuk diteruskan ke dalam ruang bakar mesin. Piranti ini memerlukan system pelumasan yang baik karena putaran dari turbochareger dapat mencapai 80,000 Rpm.

Turbocharger Vs Supercharger

Banyak orang menganggap bahwa supercharger sama dengan turbocharger, namun sebernarnya kedua piranti ini secara prinsip kerja berbeda. Jika turbocharger digerakkan oleh gas buang mesin namun untuk Supercharger diatur secara mekanis dan digerakkan oleh putaran mekanis mesin. Beberapa part yang masuk dalam piranti untuk menggerakkan supercharger adalah seperti sabuk, rantai, poros, dan roda gigi dimana supercharger meletakkan beban mekanis kepada putaran mesin. Sebagai contoh pada satu tahap mesin Rolls-Royce Merlin dengan supercharger berkecepatan tunggal, supercharger akan menggunakan tenaga mesin sekitar 150 horsepower (110 kilowatt). Namun manfaatnya lebih besar, karena dari tenaga 150 hp (110 kW) untuk mendorong supercharger, mesin akan menghasilkan tambahan 400 tenaga kuda, sehingga keuntungan bersihnya 250 hp (190 kW).

Skema Supercharger

Dari hal ini terlihat kekurangan utama teknologi supercharger karena mesin harus menahan daya keluaran bersih dari mesin ditambah tenaga untuk menggerakkan supercharger. Kelemahan lain dari sebagian supercharger adalah efisiensi adiabatik lebih rendah dibandingkan dengan turbocharger (terutama Supercharger model-akar). Efisiensi adiabatik adalah ukuran kemampuan kompresor untuk memampatkan udara tanpa menambah panas tambahan ke udara tersebut.

Proses kompresi selalu menghasilkan panas sebagai produk sampingan dari proses itu, namun kompresor yang lebih efisien menghasilkan lebih sedikit panas berlebih. Supercharger model-akar menghasilkan panas berlebih ke dalam udara daripada turbocharger. Dengan demikian, untuk volume dan tekanan udara yang sama, udara turbocharger lebih dingin, dan sebagai hasilnya lebih padat, maka mengandung molekul oksigen lebih banyak dan akhirnya dihasilkan tenaga potensial lebih besar daripada udara supercharger.

Secara praktis perbedaan antara turbocharger dan supercharger dapat dramatis karena dengan penggunaan turbocharger sering menghasilkan tenaga 15% sampai 30% lebih tinggi semata-mata hanya pada perbedaan efisiensi adiabatic.

Turbocharger tidak menempatkan beban mekanik langsung pada mesin, meskipun turbocharger menempatkan tekanan gas buang kembali pada mesin dimana hal ini akan lebih efisien karena menggunakan energi yang terbuang dari gas buang untuk menggerakkan kompresor.

Kelemahan utama dari turbocharger adalah apa yang disebut sebagai "lag" atau "waktu spool". Ini adalah waktu antara permintaan untuk peningkatan daya (throttle dibuka) dan turbocharger memberikan peningkatan tekanan intake, sehingga meningkatkan daya.

Throttle lag terjadi karena turbocharger bergantung pada penimbunan tekanan gas buang untuk menggerakkan turbin. Dalam sistem variabel output seperti mesin mobil, tekanan gas buang saat idle atau saat kecepatan mesin rendah, biasanya gas buang mesin tidak cukup untuk menggerakkan roda turbin. Roda turbin akan berputar hanya ketika mesin mencapai kecepatan yang cukup tinggi sehingga agian turbin mulai spool up atau berputar cukup cepat untuk menghasilkan tekanan intake di atas tekanan atmosfer.

Skema Twincharger

Pemakaian kedua piranti tersebut atau kombinasi antara keduanya dapat menghilangkan kelemahan dari keduanya dimana teknik penggunaan kombinasi piranti ini dikenal dengan istilah “Twincharger”. <bds83>


Lihat pula artikel terkait :
- Teknologi VTEC Honda
- Teknologi VVT-i Toyota 
- Sejarah Toyota