TURBOCHARGER

TUGAS 2

TURBOCHARGER

D

I

U

S

U

S

U

N

 oleh

                                    NAMA           :           JUSUF G.L.TOBING

                                    NPM               :           08.813.0024

                                    JURUSAN     :           TEKNIK MESIN    

TEKNIK MESIN

UNIVERSITAS  MEDAN AREA

2009

 TURBOCHARGER

           

Turbocharger adalah sebuah kompresor yang digunakan dalam mesin pembakaran dalam untuk meningkatkan keluaran tenaga mesin dengan meningkatkan massa oksigen yang memasuki mesin. Kunci keuntungan dari turbocharger adalah mereka menawarkan sebuah peningkatan yang lumayan banyak dalam tenaga mesin hanya dengan sedikit menambah berat.

Sebuah kerugian dalam mesin petrol 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 diturbocharge yang dirancang khusus. Namun, untuk operasi pada ketinggian, pendapatan tenaga dari sebuah turbocharger membuat perbedaan yang jauh dengan keluaran tenaga total dari kedua jenis mesin. Faktor terakhir ini membuat mesin pesawat dengan turbocharge sangat menguntungkan; dan merupakan awal pengembangan alat ini.

Komponen mesin ini memiliki tiga bagian penting: roda turbin, roda kompressor dan rumah as. Roda turbin yang bersudu-sudu ini berputar memanfaatkan tekanan gas buang keluar, kemudian melalui as terputarnya roda turbin ini berputar pula roda kompressor dengan sudu-sudunya sehingga memompa udara masuk dalam massa yang padat. Mengingat komponen ini sering berputar melebihi 80,000 putaran per menit maka pelumsan yang baik sangat diperlukan.

Contoh Gambar  Turbocharger

Awal Mula Penemuan Turbocharger

Sejarah exhaust gas turbocharger dimulai dengan kemajuan dibidang teknik saat itu. Penemuan diesel engine oleh rudolf diesel yang dipatenkan pada 1892 memiliki masa depan yang menjanjikan. Dengan efisiensi saat ini yang mencapai lebih dari 30%.

Diesel pertama MAN di Jerman dan B&W di denmark serta pabrikan lain dimulai dari periode tersebut. Perusahaan mesin Swiss, Sulzer juga mulai membangun diesel engine di pabrik mereka di Winterthur sekitar 1900. Dan di Baden, sekitar 50 km dari winterthur.

Pada 1905 Alfred Buechi, insinyur berkebangsaan Swiss yang bekerja di Sulzer memperoleh patent mesin ciptaannya. Dia mendeskripsikan mesin supercharger dengan diesel engine empat langkah, multi – stage axial compressor dan multi – stage axal turbine yang terletak dalam satu poros. Hasil ini mengarahkan Buechi menerbitkan publikasi tentang freewheeling turbocharger pada 1909 dan patennya mengenai scavenging  pada Tahun 1915.

Juga pada 1915 Buechi mencari partner untuk mengembangakn mesin ciptaannya, perusahaan pertama yang di hubungi adalah Brown Boveri & Cie yang telah berpengalaman dalam membangun turbomachinery. Namun proposal Buechi di tolak dengan alas an tidak ekonomis dan tidak menjanjikan .

Gambar System Kerja  Turbocharger

Modifikasi Turbocharger

Turbocharger adalah kompressor yang digerakkan oleh turbin dari gas buang mesin. Prinsip kerjanya adalah merubah energi panas/kalor dari  gas buang menjadi energi mekanis untuk menaikan tekanan udara yang masuk ke intake manifold (saluran masuk udara bilas). Yang manjadi pertanyaan? Kenapa tekanan udara yang masuk kedalam manifold harus dinaikkan?

PRINSIP KERJA PEMBAKARAN DALAM SILINDER

            Perbandingan udara dan bahan bakar dalam silinder adalah sangat penting untuk mendapatkan performa pembakaran yang baik. Pada umumnya bahan bakar hidrokarbon menghasilkan pembakaran yang optimal jika campuran udara dan bahan bakar dekat didaerah stoichiometric (equivalence ratio =1, semua reactance bereakasi, tanpa ada oksigen atau bahan bakar yang tersisa).

            Disatu sisi, proses pemasukan udara dalam silinder relatif konstan (berhubungan dengan desain awal sebuah mesin) terhadap putaran mesin (kecuali mesin dengan variable valve trains (VVT) yang kapasitas udaranya bisa diatur). Sehingga proses penambahan bakar bakar dalam silinder tidak akan effectif lagi untuk meningkatkan performa mesin jika tanpa dibaringi dengan penambahan udara dalam silinder (ingat, optimasi pembakaran hanya terjadi pada daerah ER=1). Proses penambahan udara kedalam silinder dipengaruhi oleh beberapa parameter:

1. Densitas udara (dipengaruhi oleh temperature),

2. Kecepatan udara masuk (dipengaruhi oleh tekanan udara masuk)

2. Bukaan maksimal valve

3. Waktu bukkaan valve

Dengan asusmsi No. 2 dan 3 konstan dan memiliki batasan yang ketat, dan berkaitan dengan desain mesin secara global, sehingga hanya point no 1 dan 2 yang dapat dijadikan sebagai “agen perubahan”.

Dengan menggunakan prinsip kontinyuitas dari mekanika fuida, Q (kapasitas udara) = V (kecepatan) x A (open area), maka hanya dengan merubah kecepatan udara masuk, kapasitas udara dalam silinder akan meningkat (dengan asumsi, densitas konstan). Dengan menggunakan alat yang dapat meningkatkan kecepatan aliran udara dalam silinder (misal blower) maka prinsip ini dapat digunakan untuk menaikkan jumlah udara dalam silinder.

Dengan menggunakan turbocharger yang memanfaatkan tekanan gas buang untuk menggerakkan turbin dan kompressor, tekanan dan kecepatan udara yang masuk ke ruang bakan akan meningkat dan dengan sedirinya jumlah udara yang bisa ditampung dalam silinder juga meningkat. Meningkatnya jumlah udara dalam silinder, mumungkinkan kita untuk menambahkan bahan bakar lebih banyak lagi, sehingga power yang dihasilkan oleh silinder juga meningkat.

Problem, dengan meningkatnya tekanan udara hasil kompressi dari kompressor akan meningkatkan temperatur udara itu sendiri (ingat persamaan gas ideal (state condition), pv=nRT). Peningkatan temperatur udara tersebut akan menurunkan densitas udara mendekati densitas sebelum terkompresi, sehingga fungsi turbocharger tidak “begitu” effektif untuk meningkatkan jumlah udara dalam silinder. Solusinya, temepratur udara setelah dikompress harus diturunkan untuk meningkatkan densitas. Caranya? tunggu tulisan berikutnya tentang intercooler.

FUNGSI  TURBOCHARGER

Turbocharger (TC) dan Supercharger (SC) sama-sama erat hubungannya dengan penambahan tenaga. Tetapi sebenarnya ada perbedaan orinsip pada kedua peranti ini.

Untuk meningkatkan tenaga mesin .TC dan SC adalah dua system yang seringkali di pakai. Meskipun sering di sebut,tak urung muncul keracunan mengartikan keduanya .

Menurut Society of Automotive Engineers (SAE), TC berfungsi menambah tekanan dan keperekatan dari cairan – dalam hal ini campuran udara dan bensin – yang masuk ke ruang baker mesin bensin. Untuk itu digunakan kompresor yang digerakan turbin melalui pemanfaatan tenaga dan tekanan gas sisa pembakaran. Bila mengacu pada kamus bahasa otomotif, supercharger adalah sebuah kompresor yang bekerja secara mekanis, digerakan puli crankshaft dengan bantuan tali pengerak (belt driven).

Di sisi lain, ada kesamaan dalam prinsip dasar unjuk kerjanya. Turbocharger (dan Supercharger) berfungsi seperti pompa uang menambah tenaga mesin piston dengan cara memberi tekanan kebih besar pada udara tambahan ke dalam stiap silinder. TEkanan yang di hasilkan kompresor di peroleh berkat bantuan sepasang gigi nanas dengan putaran berlawanan arah. Penambahan tekanan udara tadi berhubungan langsung dengan peningkatan perbandingan kompresi. Pemasangan turbo atau super charger pada mesin standar bias meningkatkan performa hingga 50% tanpa perlu menambah kapasitasnya.

Kelebihan supercharger ialah tersedianya tenaga seketika (instant power) pada putaran mesin rendah. Sehingga tidak terjadi kesenjangan waktu antara tekanan pedal gas dan reaksi mesin seperti pada Turbocharger. Soalnya, supercharger langsung menghasilkan tekanan ketika mesin dihidupkan.

Sayangnya,selian berat bentuknya pun banyak menyita kompartemen mesin. Peranti ini juga akan terus berfungsi walaupun pengemudi tidak memerlukan tenaga tambahan sehingga pemakaian bahan baker lebih boros. Untuk mengatasi kekurangan tersebut saat ini di temukan jalan keluarnya dengan memasang kopling elektronik yang akan mengerakan supercharger pada putaran tertentu. Supercharger terbaru ini sudah di gunakan Mercedes SLK.

Dalam pengukuran kekuatan tekananya. Supercharger memilii satuan berbeda walau ada kesepakatan mengacu pada Pounds-persquare-inch (Psi), tapi di eropa umumnya ukuran tekanan supercharger memakai satuan Bar, Sementara di arena Indycar dikenal istilah iches of boost, kependekan dari Inches of mercury manifold boost pressure.

Turbocharger sendiri memanfaatkan tekanan gas buang untuk memutar kipas atau turbin di dalam rumah turbocharger berbentuk mirip sudut (keong). Oleh sebuah poros, kipas atau turbin di hubungkan ke kipas atau turbin dihubungkan ke kipas kompresor yang di pasang di sebelah lain dari rumah turbo charger. Beberapa kelebihan turbocharger disbanding supercharger antara lain bobotnya ringan, dimensinya kecil sehingga memudahkan penempatanya. Turbo juga tidak membutuhkan suplai bahan baker lebih banyak dalam pemakaian normal, karena hanya memanfaatkan gas buang.

Dibalik keunggulanya turbocharger pun memiliki kekurangan yang kerap dijumpai, turbo-lag. Yakni, keterlambatan reaksi karena ada jeda waktu ketika pedal gas di tekan sampai tercapainya tekanan gas buang yang cukup memutar turbin. Untuk menghindari kelemahan ini, banyak pabrikan memilih memasang dua unit turbo kecil yang tidak membutuhkan tekanan tinggi dan dapat bereaksi lebih cepat sekaligus mampu memompa udara lebih banyak sehingga meperbaiki daya akselerasi. Tapi cara tersebut tidak selalu menjadi pilihan utama. Toyota misalnya, memasang dua turbo yang berbeda kemampuanya. Sebuah turbocharger kecil berfungsi sebagai pemicu akselerasi pada putaran rendah. Lalu saat mesin mencapai putaran tinggi, Fungsi turbo kecil tadi diambil alih turbo yang lebih besar. Sistem ini dikenal dengan nama sequential turbocharger . Yang perlu menjadi perhatian suhu pelumas mesin turbo umumnya lebih tinggi sehingga pemakaian oli perlu di jaga secara teratur.

Karena itu ,dalam perkembangan fungsi dan kebutuhanya, turbo dan supercharger modern di lengkapi intercooler yang biasanya di pasang pada posisi yang berhubungan langsung dengan aliran udara dari luar di bawah bemper atau tepat di balik kap mesin. Udara yang di keluarkan dari saluran buang mesin menuju ke saluran masuk turbo atau supercharger, mempunyai suhu tinggi yang akan terus menghasilkan tenaga maksimal termperatur udara yang amat tinggi sering membuat kipas, turbin dan rumah turbo jadi membara.

Itu sebabnya udara panas tadi dialirkan lebih dahulu ke intercooler. Disini, udara panas tadi dialirkan melewati kisi-kisi intercoler yang dilapisi water jacket untuk didinginkan .

PRINSIP KERJA TURBOCHARGER DAN SUPERCHARGER

            TURBOCHARGER dan SUPERCHARGER adalah perangkat terpisah pada mesin yang berguna untuk meningkatkan pasokan udara yang dibutuhkan oleh mesin dalam proses pembakaran. Dengan kata lain kedua perangkat ini merupakan kompresor turbin yang menghisap udara dari luar dan menekan udara tadi ke saluran intake manifold mesin. Perbedaan diantara keduanya ada pada sumber penggerak putaran turbin.

            Turbocharger atau yang akrab disebut turbo memiliki dua turbin yang terhubung dalam satu poros. Turbin sekunder berfungsi sebagai 'kincir' penggerak yang tenaganya diambil dari 'tiupan' udara sisa pembakaran mesin. Kincir inilah yang berfungsi memutar turbin kompresor utama.

                  Karena dapat bergerak bebas, turbin kompresor ini dapat berputar hingga lebih dari 70.000rpm dan dapat menghasilkan tekanan udara yang sangat besar. Oleh karena itulah perangkat ini diberi katup by pass agar tekanan udara yang dihasilkan tidak berlebihan.

                  Jika turbo mengandalkan tekanan gas sisa pembakaran, berputarnya turbin atau kompresor pada supercharger memanfaatkan tenaga putaran mesin. Karena putaran mesin umumnya hanya 'bermain' kurang dari 7.000rpm maka tekanan yang dihasilkan tidak sedahsyat turbocharger.

Meski demikian, supercharger unggul pada putaran bawah karena perangkat ini sudah mulai bekerja pada rpm rendah. Peningkatan tenaganya pun sangat halus karena putaran turbin selaras dengan putaran mesin.

Jika supercharger sudah bekerja di rpm bawah, turbocharger baru akan bekerja menunggu mesin berputar pada rpm tertentu agar gas buang memiliki cukup tekanan untuk memutar turbin sekunder. Oleh karena itu ketika mesin merangkak dari rpm bawah hingga turbo bekerja optimal akan terasa ada 'hentakan' yang disebut sebagai 'turbolag'.

Untuk menyiasati hal itu, para perancang turbocharger mendesain sudu-sudu turbin dengan kemiringan yang dapat berubah-ubah sehingga saat berputar rendah, turbin utama sudah bisa memberikan tekanan yang cukup. Setelah putaran ideal tercapai, sudu-sudu tadi berubah ke posisi semula. teknologi ini dinamai variable turbine geometry.

Putaran turbin yang demikian cepat pada turbocharger membutuhkan pelumasan yang baik untuk menjaga poros turbin tak cepat aus. Terlebih perangkat ini dibuat sangat presisi. Umumnya turbo memanfaatkan pelumas mesin yang dipompakan pada perangkat turbo.

Karena itu mesin turbo tidak dianjurkan untuk dimatikan langsung ketika habis digeber pada kecepatan tinggi. Ketika mesin langsung dimatikan otomatis suplai oli terhenti, padahal saat itu turbo masih berputar cepat akibat gaya inersia yang masih tersimpan.

Umumnya mesin turbo dipasangkan perangkat tambahan yang diberi nama turbo timer agar mesin tetap hidup beberapa saat meski kunci kontak dicabut. Tujuannya untuk memberikan kesempatan sampai turbin di dalam turbo berkurang putarannya ke kondisi idle.

Karena perangkat turbo terhubung dengan saluran gas buang yang merupakan sumber panas, maka suhu udara yang terhisap dalam intake manifold ikut meningkat. Padahal jika suhu udara panas membuat molekul oksigen renggang dan menipis.

Pada mesin turbo moderen disisipkan lah perangkat intercooler diantara turbo dan intake manifold untuk menurunkan kembali suhu udara yang panas agar kandungan oksigen menjadi lebih rapat.

Sebagai gambaran betapa dahsyatnya perangkat ini mendongkrak tenaga ini, di era kejayaan turbo di ajang balap Formula 1, mesin dengan kapasitas 1.600cc sanggup menghasilkan tenaga hingga 1.200 hp! (Cdx)  

PERBEDAAN UTAMA ANTARA

TURBOCHARGER DAN SUPERCHARGER

Perbedaan Utama Antara Turbocharger dan supercharger adalah power yang dihasilkan. Suatu system yang menyediakan kekuatan berbeda untuk menjalankan kompresor udara.

Dalam sebuah supercharger, ada sabuk yang menghubungkan langsung ke mesin. Sabuk supercharger bekerja bersamaan untuk menggerakan pompa air atau alternator. Sebuah turbocharger, di sisi lain, mendapat tenaga dari sisa pembakaran. Pembuangan berjalan melalui turbin, yang pada gilirannya memutar kompresor.

Ada pengorbanan di kedua sistem. Secara teori, turbocharger lebih efisien karena menggunakan "energi terbuang" di dalam gas buang sisa pembakaran untuk sumber tenaga. Di sisi lain, turbocharger menyebabkan beberapa jumlah tekanan balik pada sistem pembuangan dan cenderung kurang memberikan dorongan sampai mesin berjalan pada RPM lebih tinggi. Superchargers lebih mudah untuk menginstal tetapi cenderung lebih mahal.

PROSEDUR FUNGSI SISTEM

PEMASUKAN DAN PEMBUANGAN ENGINE

SISTEM PEMASUKAN

Sebuah saringan pembersih udara mencegah kotoran masuk ke engin, dan elemen pembersih udara dipasang dalam sebuah kotak.

Saringan Udara Tipe Elemen Kertas

Sebuah super charger merupakan sebuah pompa yang mana digerakkan langsung oleh engin dan menekan udara masuk kedalam silinder untuk meningkatkan efisiensi volume.

Peti (pembuluh) dipasangkan untuk menyalurkan udara masuk tersaring dari kotak udara ke saluran (manifold).

Pada engine dengan sistem injeksi bahan bakar bensin, jumlah udara masuk silinder diukur.

Throtle Body mengukur besar pembukaan katup gas (throttle) pada engin injeksi bahan bakar bensin.

Sebuah karburator mengatur jumlah udara/bahan bakar masuk ke silinder pada engin (bukan sistem injeksi bensin)

Saluran masuk menghubungkan udara masuk ke masing-masing silinder dan menyediakan sebuah dudukan untuk karburator/pengukur aliran udara.

Gambar Saluran Masuk

Sebuah Kompresor Turbo Charger digerakkan oleh sebuah turbin dalam sistem pengeluaran dan mendorong udara masuk silinder untuk meningkatkan efisiensi volume.

Pencampurgas mengukur jumlah udara masuk silinder pada sistem bahan bakar LPG dan mencampur sesuai jumlah gas yang diperlukan.

Sebuah Inter-cooler  digunakan pada beberapa engine dengan turbocharger untuk mendinginkan udara masuk yang dikompresikanuntuk meningkatkan kepadatan.

Sebuah pembersih awal (Pre-cleaner) digunakan dalam kondisi sangat berdebu pada engine diesel, untuk membersihkan awal udara masuk sebelum masuk ke saringan udara.

SISTEM PEMBUANGAN

Gambar  Komponen-Komponen Sistem Pembuangan

Pelindung-pelindung panas dipasangkan untuk menjaga lantai kendaraan bermotor dari panas catalytic converter.

Gambar  Pelindung-pelindung Panas

Klem-klem digunakan pada pipa-pipa/kotak saluran keluar bersama-sama.

Kotak saluran keluar (muffler) menyediakan tekanan balik dan meredam suara keluaran engin.

Dudukan saluran keluar mendukung sistem pembuangan dan mencegah getaran engin dari bodi kendaraan.

Gambar  Pipa Ekor Dan Dudukan

Ø  Sebuah saluran buang meneruskan gas-gas buang dari silinder ke pipa-pipa pembuangan..

Ø  Catalytic Converter mereduksi gas-gas buang beracun masuk ke atmosfer..

Ø  Resonator digunakan untuk mereduksi getaran gas buang..

Ø  Gasket sambungan saluran merapatkan saluran buang ke pipa buang untuk menjaga kebocoran gas.

 

Gambar Sambungan saluran buang dan pipa

      Turbin dari Turbo Charger menggerakkan kompresor Turbo Charger.

      Pipa buang membawa gas-gas buang dari saluran buang ke udara atmosfer melalui bermacam kotak dalam sistem pembuangan.

 

Gambar Komponen Utama Turbo Charger

ANALISA TURBOCHARGER

PADA MOTOR BENSIN DAIHATSU TIPE CB-23

Semua motor bakar membutuhkan udara dalam pembakaran bahan bakar. Pada putaran tinggi konsumsi udara dalam ruang bakar pada umumnya sering terlambat atau kurang padat. Hal ini disebabkan karena terlalu sedikit waktu yang diberikan untuk memasukkan udara dari luar ke dalam ruang bakar. Oleh karena itu turbocharger ini dapat membantu proses pemasukan udara ke dalam ruang bakar. Dalam hal ini yang dibahas mengenai motor bensin DAIHATSU tipe CB-23 yang menggunakan turbocharger dan yang tidak menggunakannya. Dari data percobaan dan analisa yang telah dilakukan diharapkan penelitian ini mampu memberikan pengetahuan baru terhadap pengaruh turbocharger yang terpasang pada motor bensin, khususnya motor baker DAIHATSU TIPE CB-23. Penambahan turbocharger ini diharapkan memberikan dampak positif yaitu memberikan peningkatan