SISTEM DAN CARA KERJA TURBOCHARGER

SISTEM DAN CARA KERJA PADA TURBOCHARGER

BAB I

1.                  PENDAHULUAN

LATAR BELAKANG

Pada dasarnya alat transportasi kendaraan yang biasa kita gunakan sehari-hari sebagai sarana pendukung mobilitas tidak sepenuhnya memberi harapan yang positif. Dibalik penggunaan alat transportasi tersebut tersimpan berbagai masalah atau dapat kita sebut ancaman bagi pengguna dan lingkungan. Ancaman yang ditimbulkan alat transportasi tersebut cukup beragam dan yang paling menakutkan dan berkepanjangan adalah emisi gas buang dari knalpot hasil pembakaran pada setiap kendaraan. Mengingat hal tersebut kepedulian masyarakat akan ancaman yang ditimbulkan dari kendaraan tersebut masih kurang. Hal ini dapat kita ketahui dengan jumlah kendaraan yag ada tidaklah semakin berkurang melainkan semakin bertambah dan aan terus bertambah.

Untuk menyikapi hal ini maka dibutuhkan kepedulian masyarakat maupun produsen kendaraan untuk meminimalisir akan adanya ancaman yang ditimbulkan tersebut. Emisi gas buang dari hasil pembakaran setiap kendaraan mesin pembakaran dalam (Internal Combustion Engine) khususnya motor diesel mempunyai kadar opasitas yang tinggi. Dalam menyikapi hal ini produsen kendaraan berupaya untuk menyempurnakan konstruksi dan menambahkan sistem penyaringan gas buang hasil pembakaran pada setiap kendaraan atau biasa disebut catalytic converter. Selain itu podusen kendaraan juga memanfaatkan energi atau suplai pemasukan udara saat langkah hisap. Sistem ini dapat disebut sistem induksi paksa atau biasa disebut turbocharger.

Selain mempunyai ancama yang berbahaya disisi lain gas buang hasil dari pembakaran juga dapat dimanfaatkan untuk menambah tenaga kendaraan. Pada sistem ini tekanan gas buang dari hasil pembakaran dimanfaatkan untuk menggerakkan turbin yang berada pada saluran pembuangan. Turbin tersebut dihubungkan dengan turbin lainnya disisi saluran pemasukan udara pada motor diesel.

  

Adapun masalah pada Turbocharger yang akan dibahas adalah :

1. PENGERTIAN SISTEM TURBOCHARGER

2. BAGAIMANA PRISNIP DAN CARA KERJA TURBO

3. MENGAPA INTERCOOLER DIPERLUKAN

4. MENGAPA WASTEGATE VALVE DIPERLUKAN

BAB II

1. Pengertian Sistem Turbocharger

Turbocharger adalah sebuah mesin kompresor sentrifugal yang mendapat daya dari turbin yang sumber tenaganya berasal dari asap gas buang kendaraan. Biasanya digunakan di mesin pembakaran dalam untuk meningkatkan keluaran tenaga dan efisiensi mesin dengan menigkatkan tekanan udara yang memasuki mesin. Kunci keuntungan dari turbochager adalah mereka menawarkan sebuah peningkatan yang lumayan banyak dalam tenaga mesin hanya dengan sedikit menambah berat.

Turbocharger ditemukan oleh seorang insinyur Swiss Alfred Buchi. Patennya untuk turbocharger diaplikasikan untuk dipakai tahun 1905. Lokomotif dan kapal bermesin diesel dengan turbocharger mulai terlihat tahun 1920an. Sebuah kerugian dalam mesin bensin adalah rasio kompresi harus direndahkan (agar tidak melewat tekanan kompresi maksimum dan untuk mencegah knocking mesin) yang menurunkan efisiensi mesin ketika beroperasi pada tenaga rendah. Kerugian ini tidak ada dalam mesin diesel di turbocharger yang dirancang khusus. Namun, untuk operasi pada ketinggian, pendapatan tenaga dari sebuah turbocharger sangat menguntungkan dan merupakan awal pemikiran untuk pengembangan ini.

Komponen mesin ini memiliki tiga bagian penting : roda turbin, roda kompresor dan rumah as. Roda turbin yang bersudu-sudu ini berputar sehingga memompa udara masuk dalam massa yang padat. Mengingat komponen ini sering berputar melebihi 80.000 putaran per menit maka pelumasan yang baik sangat diperlukan.

Turbocharger merupakan sebuah peralatan untuk menambah asupan udara yang  masuk kedalam silinder dengan memanfaatkan energi gas buang hasil dari pembakaran. Jika sebelumnya udara yang akan dimasukkan kedalam silinder hanya mengandalkan kevakuman yang dibentuk dari pergerakan piston saat bergerak dari TMA ke TMB atau saat langkah hisap, maka dengan turbocharger udara ditekan masuk kedalam silinder menggunakan kompresor yang diputar oleh turbin yang digerakkan oleh tenaga dari gas buang hasil pembakaran.

Untuk menghasilkan pembakaran yang sempurna, maka diperlukan tambahan udara yang dialirkan kedalam siliner sejumlah aliran bahan bakar tertentu. Bila kepekatan udara bertambah sebelum ditambahkan kedalam silinder, seluruh bahan bakar terbakar dan daya mesin akan bertambah. Untuk itu mesin diesel yang dilengkapi dengan turbocharger bertujuan untuk memadatkan udara masuk kedalam silinder mesin. Sehingga daya mesin lebih besar dibandingkan mesin dimensi yang sama. (Wikipedia.org/Turbocharger).

Karyanto (2000), mengatakan bahwa prinsip kerja turbocharger adalah proses pembuangan gas buang didalam silinder motor dilakukan oleh piston yang mendorong gas buang hasil pembakaran sehingga gas buang didalam ruang bakar terdorong keluar melalui katup buang menuju saluran exhaust manifold. Gas buang menekan kesuatu roda turbin sehingga menghasilkan putaran. Blower yang dipasang seporos dengan roda turbin menghasilkan putaran akibat terdorong oleh gas sisa hasil pembakaran yang keluar melalui cerobong mesin, sehingga menghasilkan tekanan udara, hembusan udara yang mengakibatkan terjadinya pemadatan udara masuk dengan tekanan diatas satu atmosfer kedalam silinder. Selanjutnya udara yang bertekanan disalurkan ke suction manifold, kemudian masuk kedalam silinder melalui katup masuk.

1.1 Konstruksi Turbocharger

Menurut Karyanto (2000), menyatakan bahwa unit bagian dari turbocharger terdiri dari :

1. Rumah Kompresor (Blower)

Rumah kompresor terbuat dari bahan aluminium bersambungan dengan bagian inti (centre core) ditopang oleh jaminan baut dan cincin pelat.

2. Pusat Inti (centre core)

Pada bagian rumah pusat ini terdapat poros turbin serta roda kompresor (blower), bantalan, ring, cincin pelat, oil deflector. Bagian-bagian yang berputar termasuk turbine shaft, kompresor wheel, shaft bearing, thrust washer dan oil seal ring. Komponen-komponen ini ditunjang oleh bagian center housing. Bagian-bagian yang berputar pada turbocharger dioperasikan pada kecepatan dan temperatur yang tinggi, sehingga materialnya dibuat sangat selektif dengan kepresisian yang sangat tinggi.

3. Rumah turbin (turbin housing)

Terbuat dari bahan cast steel dan bersambungan dengan bagian rumah pusat inti (centre core) dengan memakai cincin baja penjamin. Diantara rumah turbin dan manifold buang dipasang gasket yang terbuat dari bahan stainless steel untuk menjamin sambungan tersebut.

Konstruksi turbocharger terdiri dari sebuah turbin gas dan sebuah kompresor, keduanya dipasang satu poros. Turbin gas berfungsi sebagai pemutar kompresor dengan memanfaatkan energi panas gas buang. Konstruksi turbocharger seperti terlihat pada gambar berikut ini .

Gambar 1 ; Konstruksi Turbocharger

Gas buang dari exhaust manifold disalurkan menuju rumah sudu turbin gas hingga turbin berputar. Putaran turbin disalurkan kekompresor melalui poros penghubung hingga kompresor juga berputar. Putaran turbocharger bisa mencapai 100.000 rpm lebih, putaran yang begitu tinggi yang menghasilkan jumlah udara yang jauh lebih banyak dibandingkan dengan pengisian alami (Sukoco dan Arifin, 2008).

1.2       Kelengkapan Mesin Dengan Turbocharger

            1.2.1    Intercooler

Pada turbocharger udara panas yang keluar dari blower mencapai suhu 80 derajat celcius, maka perlu kiranya didinginkan dengan intercooler. Sesudah proses pendinginan, maka udara yang padat ini ditekan masuk kesilinder yang mana akan menaikkan efisiensi proses pengisapan udara masuk. Bila udara didinginkan 20 derajat celcius, maka daya mesin dapat dinaikkan 6 sampai 7 % (Wiranto Arismunandar, 1998).

Intercooler berfungsi untuk mendinginkan udara masuk dari blower yang panas karena melewati turbocharger. Dengan mendinginkan udara  masuk dari blower kedalam silinder mesin diperoleh berat jenis udara yang lebih besar sehingga berat dan jumlah molekul udarapun bertambah. Hal ini dapat menambah jumlah bahan bakar yang ikut terbakar dan mengakibatkan daya mesin bertambah. Prinsip kerja dari intercooler ini adalah udara dari blower bersinggunangan dengan pipa-pipa air pendingin, sehingga panas udara akan terserap oleh aliran air pendingin. Pada umumnya udara yang keluar dari intercooler dapat diturunkan suhunya sebesar 5 derajat celcius sampai 10 derajat C. Untuk memperoleh tekanan efektif rata-rata sekitar 10kg/cm². (Karyanto, 2000)

Gambar 2 ; Intercooler

Sukoco dan Arifin (2008), mengatakan bahwa prinsip kerja turbocharger yaitu, pada saat motor diesel dihidupkan gas buang yang mengalir keluar melalui exhaust manifold dan turbin gas sebelum keudara luar. Gas buang memutar turbin sekaligus melalui poros penghubung memutar kompresor. Dengan demikian kompresor menghisap udara luar lewat saringan udara dan ke intake manifold. Peningkatan tekanan udara dalam intake manifold akan diikuti oleh kenaikan temperaturnya, sehingga untuk dapat menambah jumlah (volume) udara yang masuk, dilakukan penurunan temperature udara. Penurunan temperature akan diikuti oelh turunnya tekanan, sehingga kompresor dapat menambah jumlah udara yang masuk kedalam silinder. Penurunan temperatur udara dilakukan dengan menggunakan pendingin yang disebut dengan intercooler.

1.2.2 Saringan Udara (air cleaner)

Saringan udara termasuk komponen yang punya peranan penting dan tidak bisa diabaikan dalam mesin diesel. Karena udara yang masuk kedalam silinder mesin harus sebersih mungkin (Karyanto, 2000).

1.  Saringan udara dengan minyak

Udara mula-mula masuk melalui saringan pendahuluan, dimana debu dan kotoran berukuran besar dipisahkan oleh gaya sentrifugal kekotak saringan. Selanjutnya, udara masuk melalui yang menangkap partikel debu yang halus, kemudian masuk melalui lapisan saringan yang memisahkan minyak dari udara. Dengan demikian minyak akan menjadi kotor sehingga perlu diganti secara periodik (Arismunandar dan Koichi Tsuda, 1997).

2. Saringan udara dengan kertas

Saringan tersebut dipakai untuk jangka waktu yang lama, jika dibersihkan secara periodik. Pembersihan saringan kertas dilakukan dengan meniupkan udara dari bagian dalam saringan. Namun setelah suatu jangka waktu tertentu, sebaiknya kertas saringan tersebut diganti dengan yang baru. Hal itu disebabkan karena akhirnya saringan tersebut akan tersumbat juga ( Arismunandar dan Koichi Tsuda, 1997).

Menurut Maleev (1995), persyaratan yang harus dipenuhi oleh saringan udara dapat disebutkan sebagai berikut :

1. Tahanan yang kecil pada lintasan udara agar tidak menurunkan efisien volumetris dari mesin.

2.  Efisiensi tinggi yaitu kapasitas menahan debu dengan disain yang menjamin partikel dari bahan saringan tidak dapat terlepas dan terhisap kedalam mesin.

3. Pembersihan nya mudah.

4. Kemampuan untuk beroperasi tanpa pengawasan terus menerus atau selang waktu pembersihan yang terlalu sering.

5. Kecil dan ringkas.

6. Biaya awal tidak terlalu mahal.

1.3 Sistem pelumasan Turbocharger

Sistem pelumasan pada  turbocharger pada umumnya berasal dari sitem pelumasan mesin induk, dimana setelah melumasi mesin induk minyak pelumas menuju ke turbocharger dan kemudian kembali kekarter. Minyak pelumas yang dipergunakan harus sesuai untuk bantalan dan harus diganti selama waktu tertentu.

1.4 Keuntungan dan Kerugian Penggunaan Turbocharger

1.4.1 Peningkatan Bila Menggunakan Turbocharger

1.    Peningkatan kekuatan untuk rasio berat

       Sebuah turbochargerdapat meningkatkan daya dan torsi mesin diesel sebesar 30 – 40 % dari versi konvensional. (Karyanto, 2000).

2.    Mengurangi kebisingan mesin

       Turbin casing bertindak sebagai kumpulan penyerapan kebisingan mesin gas buang. Demikian pula, bagian inlet kompresor mengurangi kebisingan yang dihasilkan didalam intake manifold. Akibatnya, mesin turbocharger biasanya tenang daripada konvensional lainnya (Maleev, 1995).

3.    Bahan Bakar Ekonomis

       Sebuah mesin turbocharger memiliki efisiensi volumetrik yang lebih tinggi dibandingkan konvensional, denan mencapai pembakaran yang lebih lengkap, yang menghasilkan konsumsi bahan bakar yang lebih rendah. (Wiranto Arismunandar, 1998).

4.    Pengurangan Asap

       Mesin turbocharger menghasilkan fase pembakaran lebih efisien dan bersih, yang mengurangi produksi asap pada mesin. (http://www.boddunan.com/)

5.    Membantu dalam meredam gas buang

       Turbocharger dapat meredam bunyi letupan yang dihasilkan oleh gas buang yang keluar, karena pada turbocharger tersebut dilengkapi dengan alat peredam suara (silencer). (Maleev, 1995).

6.    Efisiensi mekanis motor dapat dinaikkan

       Kerugian-kerugian mekanis akibat terjadinya gesekan mempunyai hubungan dengan ukuran dan jumlah putaran motor. Pembesaran kerugian gesekan karena adanya penggunaan turbocharger hanya disebabkan karena bertambahnya putaran motor saja. Oleh karena adanya motor diesel yang dilengkapi dengan turbocharger mempunyai tingkat efisiensi mekanis yang lebih besar, bila dibandingkan dengan motor diesel yang menggunakan turbocharger tidak perlu memperbesar konstruksi utama motornya (Maleev, 1995).

7.    Dapat bekerja ditempat yang mempunyai ketinggian.

       Semakin tinggi letak suatu tempat dari permukaan laut, maka akan semakin rendah tekanan atmosfirnya. Hal ini berarti kerapatan udara yang akan masuk kedalam silinder pembakaran motor akan berkurang dan sebagai akibatnya bahan bakar yang dapat dibakar didalam silinder akan berkurang juga, sehingga dapat menyebabkan tenaga motor berkurang dari semula. Penurunan ini akan lebih kecil pada motor yang dilayani oleh turbocharger (Wiranto Arismunandar, 1998).

8.    Harga Mesin Lebih Murah

       Mesin yang menggunakan turbocharger pada umumnya lebih murah dibanding dengan pengisapan natural dengan tenaga yang sama. (Astu Pudjanarsa dan Djati Nursuhud, 2000).

9.    Sebuah turbocharger tak menyerap tenaga dari poros utama

       Dalam hal turbocharger, tak ada hubungan langsung secara mekanis sehingga karenanya tenaga blower atau kompresor tidak mengakibatkan kerugian pada daya poros utama (Yanmar Diesel Engine, 1986).

10.  Tak ada hubungan mekanis secara langsung antara turbocharger dan mesin.

       Didalam hal ini turbin mengatur langsung jumlah udara yang mengatur langsung jumlah udara yang mengalir kesaluran udara masuk kedalam mesin (Yanmar Diesel Egine, 1986).

1.4.2 Kerugian Bila Menggunakan Turbocharger.

       Adapun kelemahan ataupun kerugian menggunakan turbocharger,

1.    Bila turbocharger mengalami gangguan maka dapat berpengaruh terhada daya mesin.

2.    Minyak pelumas lebih boros karena digunakan juga untuk melumasi komponen-komponen yang terdapat pada turbocharger.

3.    Menambah pekerjaan bagi operator mesin, karena harus terus memperhatikan kerja dari turbocharger.

4.    Motor membutuhkan kualitas minyak tinggi dan perubahan minyak lebih sering, karena mengalami kondisi kerja yang lebih keras harus melumasi bantalan dari turbin dan kompresor sering pada suhu yang sangat tinggi.

5.    Motor dengan turbocharger memerlukan bahan yang lebih baik dan pelumasan serta sistem pendinginan yang lebih efisien.

  

1.4.3 Manajemen Perawatan dan Operasi Diesel Turbocharger

1.4.3.1 Manajemen Perawatan

            Manajemen adalah suatu proses dengan menggunakan STARS (Science, Talent, Art, Resource dan Skill) untuk bersama-sama menggerakan sumber daya manusia untuk mencapai tujuan yang telah ditetapkan oleh organisasi (Maimun, 1995). Perawatan dapat berjalan dengan baik sesuai dengan tujuannya maka harus dilakukan kegiatan sebagai berikut :

1.    Perencanaan (Planning)

       Perencanaan adalah penentuan lebih dahulu apa yang dikerjakan, jadi yang termasuk dalam perencanaan adalah menetapkan peraturan-peraturan dan pedoman pelaksanaan tugas, menetapkan urutan pelaksanaan yang harus dituruti, menentukan biaya yang diperlukan dan rangkaian biaya yang akan dilaksanakan dimasa depan.

2.    Pengorganisasian (Organizing)

       Organisasi berhubungan dengan kegiatan kerja dalam departemen-departemen dan seksi-seksi, dan dengan pembagian tanggung jawab, otoritas kepada semua anggota perusahaan.

3.    Pelaksanaan (Actuating)

       Pelaksanaan mencakup kegiatan yang dilakukan seorang pimpinan untuk mengawali dan melanjutkan kegiatan yang telah ditetapkan oleh unsur  perencanaan dan pengorganisasian agar tujuan dapat tercapai, pelaksanaan mencakup penetapan dan perumusan kebutuhan manusiawi dari pegawai-pegawainya, memberi penghargaan, memimpin, mengembangkan dan memberi kompensasi kepada mereka.

4.    Pengawasan (Controlling)

       Pengawasan mencakup kelanjutan tugas-tugas untuk melihat apakah kegiatan dilakukan sesuai yang direncanakan. Perencanaan kegiatan dievaluasi, penyimpangan yang tidak diinginkan diperbaiki supaya tujuannya dapat tercapai dengan baik.

1.4.3.2 Perawatan Turbocharger

       Menurut Karyanto (2000), Hal-hal yang perlu dijaga selama mengoperasikan turbocharger.

1.    Memastikan minyak pelumas, melumasi bagian turbin yang ada dalam turbocharger.

2.    Menghindari keadaan-keadaan yang tiba-tiba pada putaran pada mesin.

3.    Mengamati suara blower yang bekerja dan memastikan tidak ada suara-suara aneh yang terjadi pada blower.

4.    Bila terdapat suara aneh atau ketidak seimbangan pada mesin turbocharger, turunkan putaran (beban) atau mematikan mesin. Kemudian periksa akan sumber suara tersebut.

5.    Hindarilah penurunan putaran mesin secara tiba-tiba sehingga mesin seakan-akan ingin berhenti kecuali dalam keadaan memaksa atau darurat.

6.    Hindari putaran mesin yang pelan pada jangka waktu yang lama, ini akan menyebabkan blower kotor dan efisiensi berkurang. Selain itu membuat turbin kotor dan juga memaksa gas buang akan menerobos melalui seal-seal masuk kedalam bagian blower.

7.    Setelah menjalankan mesin pada putaran tinggi atau beban penuh, jalankan mesin secara idle (pelan tanpa beban) selama kurang lebih 3 menit sampai dengan 5 menit sebelum mesin dimatikan, bila ini tidak dilaksanakan, akan dapat merusak bantalan poros turbin.

Maimun (1995), mengatakan bahwa metode pemeliharaan yang dapat dilakukan dalam pemeliharaan motor dibagi menjadi dua bagian :

1.    Pemeliharaan terencana

  a.  Pemeliharaan pencegahan yaitu pemeliharaan pada waktu beroperasi dan pemeliharaan pada waktu tidak beroperasi.

  b.  Pemeliharaan korektif yaitu pemeliharaan reparasi kecil dan overhaule.

2.    Pemeliharaan tidak terencana

       Pemeliharaan tidak terencana dilakukan secara mendadak pada waktu kerusakan atau juga pemeiharaan darurat.

1.4.3.3 Ketentuan Operasi Diesel Turbocharger

            Menurut Karyanto (2000), didalam pengoperasian diesel turbocharger ada beberapa hal yang perlu diperhatikan yaitu :

1.    Poros turbocharger adalah bagian yang sangat penting dalam turbocharger dan untuk itu perlu perhatian khusus dalam pemeliharaan poros tersebut.

2.    Berhati-hatilah tentang pengotoran dan pembuihan minyak lumas.

3.    Bila saringan udara telah terpakai dalam jangka waktu lama tanpa dibersihkan, ini akan menjadi penyebab utama penghalang aliran udara.

4.    Periksalah plat-plat zink (anti karat) setiap bulan, bila setengahnya sudah termakan karat gantilah.

5.    Jangan memberi air pendingin terlalu banyak, dan juga jangan membiarkan air pendingin terlalu panas.

6.    Bantalan akan aus setelah terpakai selama waktu lama. Yakinlah bahwa bantalan harus dikeluarkan dan karat-karat dikeluarkan.

2. Prinsip Kerja Turbocharger

Sebuah Turbocharger ada sebuah kipas pompa radial yg kecil yg dikendalikan oleh energi gas buang dari sebuah mesin. Sebuah Turbocharger terdiri dari sebuah turbin dan compressor terpasang pada sebuah batangan (shared shaft). Turbin tersebut mengubah panas dan tekanan gas buang menjadi daya putar, yg kemudian digunakan untuk menggerakkan kompresor. Kompresor menggerakkan aliran udara dan memompakannya kedalam intake manifold pada tekanan yg semakin meningkat. Hal tersebut menghasilkan kadar udara yg besar memasuki silinder dari setiap langkah hisap (intake stroke).

Tujuan dari turbocharger kurang lebih sama dengan supercharger, untuk memperbaiki efisiensi volumetrik mesin dengan memecahkan salah satu batasan kardinalnya. tekanan udara pada atmosfir tidak lebih dari 1 atm (14,7psi), sehingga ada batas mutlak antara tekanan dalam katup masuk dan jumlah aliran udara yg memasuki ruang pembakaran. Turbocharger meningkatkan tekanan pada titik dimana udara memasuki silinder, kadar udara (oksigen) yang besar dipaksakan masuk ketika tekanan pada inlet manifold meningkat. Tambahan aliran udara membuat mesin mampu mengendalikan tekanan ruang bakar dan perbandingan bahan bakar dan udara yang seimbang saat mesin berada pada RPM tinggi. Hal ini meningkatkan tenaga dan torsi yg dikeluarkan oleh mesin. Untuk menghindari detonasi dan kerusakan fisik, tekanan dalam silinder tidak boleh terlalu tinggi. untuk mencegah hal tersebut terjadi, tekanan masuk harus dikontrol oleh ventilasi yg membuang kelebihan gas. Fungsi kontrol tersebut dilakukan oleh wastegate, yang mengarahkan beberapa gas buang tidak ikut mengalir ke turbin. 

2.1 Cara Kerja Turbocharger

Sebuah turbocharger secara dasar adalah sebuah pompa udara. Gas buang panas yang meninggalkan mesin setelah pembakaran diarahkan langsung ke roda turbin disamping turbocharger untuk membuat turbin tersebut berputar hingga kecepatan 230.000 RPM. Roda Turbin itu terhubung oleh sebuah batang ke roda kompresor. Semakin turbin berputar cepat, kompresor pun ikut berputar dengan cepat. Putaran kompresor tersebut mendorong aliran udara dan mengkompres udara tersebut sebelum dipompakan ke dalam ruang pembakaran mesin.

Banyak sistem turbo yang menambahkan pendingin (Intercooler) antara kompresor dan silinder, karenan udara yg terkompres dan berputar sedemikian cepatnya dapat mencapai suhu tinggi yg ekstrim. Prinsip dasar dibalik penggunaan turbocharger cukup sederhana, namun sebuah turbocharger adalah sebuah komponen mesin yang sangat kompleks. Tidak hanya komponen-komponen dalam turbocharger itu sendiri yg harus terkoordinasi secara tepat, tapi juga turbocharger dan mesin harus benar-benar cocok. jika tidak, maka dapat menghasilkan mesin yang tidak efisien dan bahkan kerusakan.

Ada 4  tahap kerja pada Turbocharger

1.  HISAP (Charge Exchange Stroke)

Pada mesin Diesel atau bensin injeksi, piston bergerak kebawah dan udara ditarik melalui katup masuk. dalam mesin bensin karburator, udara dicampurkan dengan bensin.

2. KOMPRESI (Power Stroke)

Ketika piston bergerak keatas, udara atau campuran bensin dan udara di kompresi.

3. Ekspansi (Power Stroke)

Dalam mesin bensin karburator atau injeksi, campuran bahan bakar dan udara disulut oleh busi, pada mesin diesel, bahan bakar di injeksikan pada tekanan tinggi dan campuran udara dengan bahan bakar tersebut akan terbakar secara spontan. Kemudian, ledakan tersebut mendorong piston bergerak kebawah.

4. Pembuangan (Charge Exchange Stroke)

Gas Buang dikeluarkan melalui katup pembuangan ketika piston bergerak keatas. Pada mesin dengan Turbocharger, udara di kompres sebelum disuplai kembali ke dalam silinder selama langkah hisap. Karena proses tersebut berada pada tekanan yang lebih tinggi, kadar udara yang lebih besar masuk kedalam ruang bakar sehingga bahan bakar terbakar lebih efisien. Hal ini meningkatkan Power Output, memberikan torsi yang lebih besar pada top speed dibandingkan pada mesin biasa dengan volume mesin yang sama, dan mengurangi kadar emisi gas buang. beberapa mesin diesel bisa di set up untuk menerima udara lebih namun dengan takaran solar yang sama, yang tidak hanya meningkatkan tenaga tapi juga menghasilkan gas buang yang lebih bersih.

http://rpmenginestation.blogspot.co.id/2013/04/prinsip-kerja-turbo-charger-pada.html

2.2 Intercooler

Sebuah intercooler adalah alat mekanik yang digunakan untuk mendinginkan sebuah fluida, termasuk cairan maupun gas, antara tahapan pada proses pemanasan multi-tahap, biasanya berupa alat penukar panas yang membuang limbah panas dalam kompresor gas. Digunakan dalam berbagai aplikasi, termasuk kompresor udara, pendingin ruangan,lemari es , dan gas turbin. Dikenal secara luas pada dunia otomotif sebagai pendingin udara-udara atau udara-cairan untuk induksi tenaga (Turbocharger atau Supercharger) di mesin pembakaran dalam untuk meningkatkan efisiensi volumetrik dengan meningkatkan kepadatan asupan muatan udara mendekati pendinginan isobarik.

Intercooler meningkatkan efisiensi sistem induksi dengan mengurangi induksi panas udara yang diciptakan oleh supercharger atau turbocharger dan meningkatkan pembakaran lebih menyeluruh. Hal ini menghilangkan panas kompresi (yaitu, kenaikan suhu) yang terjadi dalam gas apapun ketika tekanannya dinaikkan atau unit massa per satuan volume (densitas) dinaikkan.

Turbocharger direkayasa untuk memaksa massa udara lebih ke dalam mesin intake manifold dan ruang bakar. Intercooling adalah metode yang digunakan untuk mengkompensasi disebabkan oleh pemanasan supercharging, produk sampingan alami proses kompresi semi - adiabatik. Peningkatan tekanan udara dapat mengakibatkan masukan menjadi terlalu panas, akibatnya akan mengurangi keuntungan kinerja supercharging secara signifikan karena penurunan densitas. Peningkatan suhu masukan juga dapat meningkatkan suhu silinder pembakaran, menyebabkan peledakan, atau kerusakan panas ke blok mesin.

            Udara yang mengalami kenaikan didalam sebuah ruangan dengan volume konstan, akan diikuti pula dengan kenaikan temperaturnya. Dalam thermodinamika, proses ini disebut dengan proses isokhorik atau isovolumetrik. Setiap kompresor pasti diikuti dengan proses isokhorik ini, tak terkecuali kompresor pada turbocharger. Hal ini ditandai dengan naiknya temperatur udara terkompresi yang keluar dari kompresor turbocharger. Atas dasar inilah dibutuhkan sebuah sistem pendingin udara bernama Intercooler sebelum udara bertekanan tersebut masuk ke intake manifold.

            Intercooler merupakan sebuah heat exchanger yang umumnya menggunakan udara atmosfer sebagai media cooler. Udara terkompresi masuk kesisi tubing kecil yang tersusun atas plat-plat tipis aluminium mirip konstruksi radiator. Udara atmosfer mengalir dengan bantuan kipas melewati sela-sela tubing dan menyerap udara terkompresi melalui permukaan tubing.

2.3 Wastegates

            Sebuah mesin kendaraan bermotor selalu berkerja  pada rentang rpm putaran mesin yang bervariasi. Berbagai variasi rpm tersebut tentu saja menghasilkan jumlah gas buang yang bervariasi juga. Semakin tinggi putaran mesin, akan semakin banyak kunatitas gas buang mesin masuk ke turbin turbocharger, dapat kita bayangkan putaran turbocharger pasti tidak terkontrol. Pada kondisi ini jika mesin kendaraan terlalu lama pada putaran tinggi, maka hal ini dapat menyebabkan overheating pada turbin dan kompresor bahkan hingga mencapai titik lebur komponen-komponen turbocharger. Bahkan pada keadaan ekstrim, kondisi ini dapat langsung merusak piston motor bakar dengan meninggalkan lubang meleleh pada piston tersebut.

            Wastegates digunakan untuk mengatasi kondisi diatas. Komponen ini berfungsi sebagai bypass valve untuk membuang gas buang motor bakar pada kondisi tertentu untuk tidak masuk kedalam turbin turbocharger melainkan langsung menuju exhaust. Pada kondisi mesin stabil, wastegates akan menutup. Sedangkan pada saat proses akselerasi, dimana tekanan gas buang meningkat, wastegates akan membuka sehingga putaran turbin turbocharger tidak mengalami sentakan yang berlebihan. Wastegates bekerja berdasarkan pegas-pegas keong yang dapat diatur ketegangannya, sehingga mekanik dapat mengatur ketegangannya untuk mendapatkan kinerja terbaik dari turbocharger.

2.4 Blow-Off Valve

            Blow-off vlave sejatinya adalah pressure relief valve yang berfungsi untuk membuang udara terkompresi ke atmosfer pada saat tekanan udara keluar kompresor turbocharger mengurangi tekanan pedal akselerasi, katup intake manifold akan menutup sehingga udara bertekanan dari turbocharger tidak dapat masuk keruang bakar. Jika turbocharger tidak dilengkapi dengan blow-off vlave, maka tekanan udara terkompresi akan terus naik, dimungkinkan akan bocor keluar, merusak bagian-bagian intake manifold, atau bahkan dapat menyebabkan surging/stall pada turbocharger. Tentu saja hal ini dapat merusak berbagai komponen mesin.

         Blow-off valve memiliki konstruksi yang mirip dengan wastegates. Pada saatmesin berakselerasi maupun beroperasi stasioner, katup ini akan menutup. Ia akan membuka pada saat mesin mengurangi kecepatan putarannya, sehingga tekanan udara yang berlebih cukup kuat untuk mendorong pegas blow-off valve.

2.5 Saluran Pipa

          Penggunaan turbocharger tidak dapat dipisahkan dengan saluran pipa yang menghubungkan berbagai komponen mesin. Saluran pipa turbocharger dapat dikelompokkan menjadi 2 bagian yaitu:

1. Saluran Panas

2. Saluran Dingin

            Pipa saluran panas mengalirkan gas buang dari ruang bakar kesisi inlet turbin turbocharger, serta membuang gas buang keluaran turbin menuju sistem exhaust (knalpot). Sedangkan pipa saluran dingin mengeluarkan udara atmosfer masuk kekompresor, udara bertekanan dari outlet kompresor ke intercooler, serta mengalirkan udara dingin bertekanan dari intercooler ke intake manifold motor bakar. Dikarenakan perbedaan tipe fluida yang melewati dua saluran tersebut, tentu saja karakteristik material yang digunakan oleh keduanya juga berbeda. Sisi gas buang harus menggunakan material terhadap temperatur, tekanan tinggi, backpressure, dan tegangan (stress). Sedangkan sisi udara terkompresi digunakan material yang kuat untuk tekanan tinggi.

Daftar Pustaka

Daftar Pustaka

1. Arismunandar, W, dan Tsuda, K,”Motor Diesel Putaran Tinggi”,Cetakan Kesepuluh, Pradnya Paramita, Jakarta, 2004.

2.  Arismunandar Wiranto, ”Penggerak Mula Motor Bakar Torak”, Cetakan Keempat, Penerbit ITB Bandung, Jakarta, 1988.

3.  Petrovsky, N, “Marine Internal Combustion Engine”, Mir Publisher, Moscow, 1988.

4.  Edward F. Obert, “Internal Combustion Engines”, third edition, Scranton, Pennsylvania, 1968. 5. Holman, J. P ” Perpindahan Kalor ”, Edisi Kelima, Erlangga, Jakarta Pusat, 1984.

5.  Taylor, Professor C, F, ”The Internal Combustion Engine In Theory and Practice”, Vol. II, M. I. T. PRESS, USA, 1985. 7. Rama Gorla S.R, dan Airjaz A.khan, ”Turbomachinary Design and Theory”, Marcel Dekker, New York, 2003.

6.   Basic Turbocharging Components and Theory.

7.   What are the components of a turbocharger.

8.   Turbocharger Compressor Flows Maps.