Super Charger Teknologi Sistem Induksi Udara Masuk

Sistem Induksi Udara Untuk Meningkatkan Tenaga Mesin

Ram air intake merupakan salah satu  teknologi sistem induksi udara yang paling sederhana, saat mobil berjalan udara ditekan dengan cepat masuk ke dalam intake manifold melalui saluran ram air inlet yang dipasang di atas kap mesin. Tekanan ini akan membantu mempercepat proses penghisapan udara masuk ke dalam mesin dan udara menjadi lebih padat.

Hal ini akan meyebabkan udara yang masuk ke dalam mesin akan lebih bertekanan dibandingkan dengan mesin aspirasi biasa  (N/A Engine = Normal Aspirated Engine).

Tekanan intake yang lebih tinggi tidak hanya mempercepat proses pernafasan mesin tapi juga memadatkan udara yang memasuki ruang bakar, dampak teknologi ini pada performa mesin hampir sama dengan teknologi supercharging, namun tentu saja teknologi supercharging menghasilkan tenaga yang lebih besar.



Sistem ram air intake  banyak diterapkan pada mobil-mobil balap, contohnya air box yang dipasang pada mobil formula satu dan Air Intake yang dipasang pada mobil-mobil GT Endurance. Berdasarkan hasil perhitungan para insinyur formula satu penggunaan air box dapat meningkatkan tenaga mesin hingga 20 Hp pada kecepatan 200 Km/Jam.

Meskipun tenaga yang dihasilkan tidak terlalu signifikan namun penerapan ram air intake ini tidak menimbulkan adanya kerugian tenaga seperti pada sistem supercharger dan tidak menimbulkan efek  turbo lag seperti halnya yang terjadi  pada penggunaan turbo charger.

Keuntungan : Menambah tenaga mesin pada putaran tinggi
Kerugian : Pada putaran rendah tidak memberikan dampak

Pengguna :
Mobil American muscle pada tahun 1960-70, Ferrari 550/575M, McLaren F1, Lamborghini Diablo SV/GT, Bugatti Veyron, Lotus Exige, Porsche 911 GT3 RS dll.

Supercharging

Sebelum turbocharging diperkenalkan pada tahun 1960-an, teknologi super charging telah terlebih dulu mendominasi teknologi forced induction. Super charging disebut juga mekanikal charging yang muncul pertama kali pada akhir tahun 1920 pada mobil grand prix dengan tujuan menaikkan tenaga mesin tanpa memperbesar kapasitas silinder mesin.

Karena kompresor super charging digerakkan secara langsung oleh crankshaft, yang mempunyai keuntungan lebih responsif dibandingkan turbo charging. Namun pada sisi yang lain supercharger sendiri agak berat dan tidak efisien menghasilkan energi, dengan demikian tidak dapat menghasilkan tenaga sebesar turbo charger, khususnya pada putaran tinggi, super charger menimbulkan gesekan yang besar sehingga mengakibatkan kehilangan energi dan mencegah mesin berputar lebih cepat lagi.

Jenis supercharger merubah karakteristik tenaga mesin sangat besar, teknologi ini membuat kurva momen mesin menjadi rata dan menggeser momen puncak ke lower end spectrum.

Konsekuensinya, tenaga lebih mudah didapatkan, pada putaran mesin yang lebih rendah, penurunan putaran mesin berarti mobil yang dilengkapi supercharger tidak memerlukan penginjakan pedal gas yang terlalu dalam dan perpindahan gigi juga bisa lebih panjang.

Oleh karena alasan ini super charging cukup cocok diaplikasikan untuk mobil sedan besar, khususnya yang dilengkapi transmisi otomatis, sedangkan untuk mobil sport sistem ini kurang bermanfaat.

Bunyi bising, gesekan dan getaran yang ditimbulkan oleh mekanikal super charger adalah alasan utama sistem ini tidak diterapkan pada mobil mewah, walaupun mercedes-benz menerapkan sepasang supercharger ( kompresor ) pada serie C- Class nya, namun Mercedes-Benz tidak pernah mencoba menerapkan teknologi ini  pada model mobil mereka yang lebih besar, pada tahun 2010 mesin Kompressor pada C- Class digantikan oleh turbocharger yang menandai akhir penggunaan supercharger secara massal pada kendaraan.

Kemajuan teknologi lain, seperti VVT, direct injection, light pressure turbo, dan advance turbo diesel, juga mengancam eksistensi dari supercharger. Volks wagen membuang supercahrge G- laddernya pada pertengahan 90-an dan digantikan oleh light pressure turbo.

Roots type supercharger

Roots type supercharger diberi nama sesuai dengan nama penemunya Roots Brother. Teknologi ini pertama kali digunakan untuk pompa udara pada mesin-mesin  industri, sebelum Daimler dan Benz menemukan mesin mobil, yang mengejutkan adalah desain yang sudah dianggap kuno ini ternyata masih digunakan hingga sat ini.

Roots supercharger terdiri dari 2 buah rotor, biasanya masing – masing rotor mempunyai 3 buah lobe, keduanya berputar dengan arah yang berlawanan untuk memompa udara dari saluran masuk ke saluran keluar ( lihat gambar ), gerakan ini tidak menekan udara di dalam super charger, namun saat super charger menyuplai udara lebih cepat daripada yang bisa dikonsumsi oleh mesin, maka tekanan tinggi akan terbentuk di dalam intake manifold.


Gambar pertama menunjukkan super charger tipe root klasik yang mempunyai saluran inlet dan outlet pada bagian atas dan bawah body pompa.

Sangat mudah untuk dipahami, tipe ini tidak memerlukan desain yang efektif, kenapa ? karena ketika udara masuk ke supercharger, udara akan mengenai rotor lobe, yang akan berputar dengan arah yang berlawanan dengan aliran udara sehingga kontruksi supercharger ini jauh dari efisien..

Itu sebabnya mengapa super charger tipe root yang lebih modern mempunyai kontruksi yang agak berbeda, seperti ditunjukkan gambar kedua. Saluran inlet diletakkan pada bagian depan ( bukan di atas) dari bodi super charger, sedangkan bagian outlet diletakkan pada bagian bawah namun dekat ke bagian belakng body super charger ( arah berlawanan dari saluran inlet ) dan perbedaan lainnya, rotor lobe dibuat miring (twisted ).

Pemindahan saluran inlet memberikan 2 keuntungan, pertama lebih mudah dalam pemasangan, terutama jika super charger dipasang pada bagian atas mesin. Saluran inlet yang ada dibagian depan menghemat ruangan di bawah kap mesin, dimana inlet yang menghadap keatas  membutuhkan lengkungan pada bonet untuk mengakomodasi saluran pipa intake.

Kedua inlet yang menghadap kedepan mencegah kerugian yang ditimbulkan pada desain yang klasik, udara masuk dengan arah lurus ( aksial ) sehingga tidak mengenai rotor lobe, untuk menaikkan aliran aksial dari udara saluran outlet dibuka dengan arah yang berlawanan dan menggunakan bentuk rotor yang miring, saat rotor berputar,maka udara akan didorong dari sisi inlet ke arah outlet, akibatnya menghasilkan aliran udara yang lebih lembut dan meningkatkan efisiensi.

Roots type supercharger memerlukan tenaga yang besar pada kecepatan tinggi, oleh karena itu saat tenaga dorongan tidak dibutuhkan, contohnya pada saat mobil berjalan di jalan tol super charger lebih baik diputuskan dari mesin. Gambar ketiga menunjukkan Kompressor pada mesin 4 silinder Mercedes - Benz  mempunyai electromagnetic clutch untuk memutuskan atau menyambungkan super charger.

Solusi lain yang digunakan oleh beberapa supercharger adalah dengan menggunakan by-pass valve untuk menyediakan penghubung antara saluran inlet dan outlet, hal ni sangat mengurangi pumping loss, namun komponen mekanikal yang bergerak tetap mengkonsumsi tenaga karena danya gesekan.

Keuntungan: Biaya pembuatan murah.
Kerugian : Efisiensi rendah , dorongan rendah , mengkonsumsi tenaga banyak pada putaran tinggi , suaranya berisik.

Aplikasi : Mercedes M111 and M271 4-cylinder, GM 3800 V6.

Eaton TVS supercharger

Eaton TVS (Twin-Vortices Series) adalah  Roots type supercharger, tapi memiliki banyak pengembangan yang siginifikan atas root super charger yang terdahulu, sehingga kita membutuhkan waktu extra untuk mempelajarinya.

Eaton merupakan produsen supercharger terbesar selama beberapa tahun ini. Supercharger type root yang telah disebutkan sebelumnya yang digunakan pada mesin 4 silinder Mercedes - Benz merupakan hasil produksinya.

Dibandingkan dengan generasi sebelumnya ( Gen 5 ), TVS mempunyai banyak keuntungan :

1. Dapat memberikan aliran udara lebih tingi 20 % sehingga  menghasilkan dorongan dan tenaga yang lebih besar.
2. Mengkonsumsi tenaga lebih sedikit pada putaran tinggi. Salah satunya yang dipasang pada  corvette ZR1 mengkonsumsi tenaga sebesar 75 Hp pada tenaga maksimal, dibandingkan dengan generasi sebelumnya mengkonsumsi tenaga sebesar 115 hp, yang artinya  tingkat efisiensinya tinggi
3. Menghasilkan panas yang lebih kecil  sehingga membutuhkan pendinginan yang kecil pula.
4. Mengurangi bunyi yang sangat berisik yang biasa dikeluarkan root type super charger.

Dari sudut pandang mekanikal, TVS mempunyai perubahan yang mencolok dari root type super charger yang konvensional.

1. Rotor nya mempunyai 4 lobe
2. Kemiringan lobe pada rotor nya ditingkatkan sampai 60°

Mari kita pelajari bagaimana perubahan yang dilakukan mempengaruhi performanya :

TVS menghasilkan aliran udara lebih tinggi karena penggunaan 4 lobe pada rotor menghasilkan volume udara yang  lebih besar dari pada rotor dengan 3 lobe.

Menyangkut dengan kualitas suara, dengan menggandakan gigi pada gigi penggerak, bunyi mekanikal  dinaikkan hingga mencapai frekuensi yang tidak meengganggu telinga manusia, disamping itu aliran udara di dalam yang lebih baik mengurangi kebisingan udara

Efisiensi yang lebih tinggi ini didukung oleh 2 faktor, yaitu : Saluran inlet yang lebih besar pada TVS, gambar dibawah menunjukkan perbandingan antara super charger root konvensional dan TVS pada saat keduanya melakukan 1 siklus kerja, yang terdiri dari 3 phase yaitu :
• Expansion
• Seal
• Discharge.

Phase seal merupakan faktor menentukan ukuran dari saluran inlet, gambar menunjukkan bahwa TVS dapat menggunakan ukuran saluran inlet yang sangat besar karena desain 4 lobe nya mengurangi waktu phase seal menjadi 90° ( dari sebelumnya 120 ° pada desain 3 lobe ).

Ini memungkinkan saluran inlet dibuka lebih lebar, jika sistem supercharger konvensional menggunakan ukuran inlet yang besar seperti TVS, phase seal tidak akan pernah terjadi, dan ruangan akan menjadi penghubung antara inlet dan outlet sehingga akan melepas semua tekanan tinggi melalui sisi saluran outlet.

                         
 

Jadi apa keuntungan dari inlet yang besar...?.

Yang paling nyata adalah tahanan aliran udara yang lebih kecil. Namun kita membahas tentang efisiensi bukan tentang banyaknya aliran udara, jadi pasti ada jawaban yang lain, sesungguhnya jawaban yang cukup rumit dan memerlukan penjelasan lebih lanjut.

Untuk memahami bagaimana hal itu dapat meningkatkan efisiensi, pertama kita harus mempelajari bagaimana sistem root konvensional menghabiskan energi. Seperti telah disebutkan, sebagian dari energi hilang karena faktor gesekan mekanikal (TVS mengurangi kerugian tersebut dengan menggunakan rotor yang di bubut secara presisi dan menggunakan lapisa friction – reduction ).

Namun presentase kerugian energi terjadi menyangkut aliran internal udara di dalam supercharge, perhatikan kembali gambar diatas, pada awal langkah ekspansi dapat dilihat ruang baru terbentuk diantara rotor ( area biru ) ruangan ini membesar secara cepat (gambar ke 2) dan menghisap udara dari saluran inlet untuk mengisi ruang tersebut.

Nyatanya rotor berputar sangat cepat (sampai 20.000 rpm)  sehingga ruang ini membesar dalam waktu yang sangat cepat, akibatnya terjadi kevakuman yang juga besar dan udara  berdesakan masuk ke ruang ini dengan kecepatan yang sangat tinggi, dapat dibayangkan apa yang terjadi saat aliran udara kecepatan tinggi mengenai ujung ruang, dan tidak menemukan jalan untuk keluar,  sehingga tertekan dan memantul kembali berbenturan dengan udara masuk dibelakangnya menyebabkan turbulensi yang besar sekali.

Perubahan kecepatan dan tekanan yang sangat cepat seperti itu merubah energi kinetik menjadi energi panas, jadi root type super charger membuang banyak energi dalam bentuk panas, dan memerlukan charge cooler dan inter cooler untuk menurunkan temperatur.

Sekarang TVS menggunakan inlet yang sangat besar, ini berarti aliran udara  yang melalui saluran inlet menjadi lebih lambat. Aliran udara yang lambat berarti  energi kinetik nya juga kecil, mengurangi perubahan energi kinetik menjadi energi panas.

Faktor lain yang memberikan kontribusi pada peningkatan efisiensi, adalah sudut twist angle  rotor yang lebih besar, dengan sudut sebesar 160°, pada langkah expansion rotor melakukan putaran sebesar 160° untuk mencapai volume ruang yang penuh ( area biru pada gambar ).

Ini berarti tingkat ekspansi akan lebih rendah dibandingkan dengan sudut 60°, dimana volume maksimal dicapai dengan hanya putaran sebesar 60°. Ekspansi yang lebih lambat mengurangi kevakuman sekaligus menurunkan kecepatan aliran udara intake dan mengakibatkan pembuangan energi seperti yang disebutkan diatas dapat dikurangi.

Keuntungan: Efisiensi tinggi, tidak terlalu bising.

Aplikasi : Chevy Corvette ZR1, Cadillac CTS-V, Audi S4, Jaguar XFR, Lotus Evora S.

Lysholm (screw type) supercharger

Jenis super charger lyshom mempunyai 3 lobe male screw dan 5 lobe female screw, walaupun kombinasi yang lain dimungkinkan.

Lysholm juga disebut super charger tipe srew. Walaupun teori telah ditemukan awal tahun1878, namun baru pada tahun 1930 Alf Lyshom dikembangkan. Super charger terdiri dari 2 screw , satu dengan female thread dan yang lainnya dengan male thread, keduanya bertautan sangat dekat sekali, saat keduanya berputar, udara akan terperangkap diantara screw dan housing sementara didorong dari inlet ke arah outlet, selain itu ruang akan semakin kecil saat screw bergerak maju, jadi Lyshom melakukan kompresi internal dan memberikan tekanan dorongan lebih tinggi dari pada supercharger tipe root.

Selain dari menghasilkan tekanan dorong yang tinggi, Lyshom supercharger mempunyai keuntungan efisiensi yang tingi , rentang kerja rpm yang lebar, dan desain yang kompak, sehingga menjadi pilihan utama mesin – mesin performa tinggi, namun tentu saja sangat mahal harganya , karena pertautan screw yang rapat  membutuhkan proses pembubutan  yang sangat presisi.

Tingginya ongkos pembuatan menjadi penghambat popularitas sistem ini. Hanya sedikit kendaraan yang dilengkapi sistem ini, contohnya Mazda Millenium Miller Cycle, ford GT, Mercedes- AMG 3.2 V6 dan 5.5 V8. Sistem ini lebih populer dikalangan modifikator yang menggunakannya untuk meningkatkan performa mesin.

Keuntungan : Efisiensi tinggi, boost pressure tinggi , rentang rpm yang lebar.

Kerugian: Sangat mahal biaya produksinya

Aplikasi : Mercedes "55" AMG series (including SLR), C32 AMG, Ford GT.

Centrifugal Supercharger

Supercharger centrifugal sangat mirip dengan turbocharger, kecuali sistem ini digerakkan oleh crankshaft bukan oleh gas buang seperti sistem turbocharger.

Hal ini berarti sitem ini hanya memiliki 1 buah turbin saja. Seperti turbocharger turbinnya membutuhkan berputar pada kecepatan yang sangat tinggi ( sampai 60.000 rpm ) untuk menghasilkan tekanan dorong maksimal. Untuk mencapai hal tersebut, sistem ini menggunakan step up gear untuk melipat gandakan putaran crankshaft.

Tekanan dorong berkembang sesuai dengan putaran mesin, hasilnya supercharger centrifugal menghasilkan tekanan yang kecil pada rpm rendah sampai menengah, sistem ini bekerja paling baik pada putaran tinggi, tidak seperti turbocharger yang memiliki waste gate untuk menjaga tekanan tetap konstan pada putaran tinggi, supercharger centrifugal tidak memiliki kelengkapan seperti itu. Oleh karena itu karakteristik outputnya didesain untuk menghasilkan tekanan maksimal pada output mesin maksimal, dan membatasi tekanan yang diberikan pada rpm rendah.


Seperti halnya turbocharger, supercharger centrifugal menggunakan impeller untuk memutar udara keluar oleh gaya sentrifugal. Diffuser vane mengarahkan aliran udara menuju outlet, kontruksi yang sederhana memberikan keuntungan bobot yang ringan dan desain yang kompak. Oleh karena itu sistem ini sangat mudah diaplikasikan pada kendaran sebagai produk aftermarket, terlebih lagi karena tekanana pada rpm rendah, mesin tidak membutuhkan modifikasi yang terlalu banyak ( tidak perlu mengurangi rasio kompresi ) untuk mencegah knocking.

Karena sistem ini minim gesekan dan gaya inertia, sehingga memiliki efisiensi yang palin tinggi diantara supercharger lainnya, dan terlebih lagi sistem ini tidak menghambat kemampuan putar dari mesin.

Keuntungan : Efisiensi palin tinggi di bandingkan supercharger yang lain

Kerugian : Tekanan lemah pada rpm rndah sampai medium.

Aplikasi : Koenigsegg, Farbio.

Ada masalah dengan mobil Anda...??  

Butuh Bantuan...???  

Silahkan hubungi kami..!!

www.montirpro.com  08111857333