Ram Air
Intake
Ram air intake mungkin jenis paling sederhana dari forced induction,saat mobil berjalan dengan cepat udara akan ditekan kedalam intake manifold melalui ram air inlet yang biasanya terletak diatas bonnet atau kap mesin. Ini akan menghasilkan tekanan yang sedikit lebih tinggi dari mesin normal aspiration. Tekanan intake yang lebih tinggi tidak hanya mempercepat pernafasan mesin tapi juga memadatkan udara yang memasuki ruang bakar, hampir sama dengan teknologi super charging, namun tentu saja teknolgi super charging menghasilkan tenaga yang lebih besar.
Ram air intake mungkin jenis paling sederhana dari forced induction,saat mobil berjalan dengan cepat udara akan ditekan kedalam intake manifold melalui ram air inlet yang biasanya terletak diatas bonnet atau kap mesin. Ini akan menghasilkan tekanan yang sedikit lebih tinggi dari mesin normal aspiration. Tekanan intake yang lebih tinggi tidak hanya mempercepat pernafasan mesin tapi juga memadatkan udara yang memasuki ruang bakar, hampir sama dengan teknologi super charging, namun tentu saja teknolgi super charging menghasilkan tenaga yang lebih besar.
Anda dapat melihat dengan jelas ram air
inlet pada Ferrari 550 Maranello. Jangan kira itu adalah inlet untuk inter
cooler. Mobil ini tidak dilengkapi turbo charger.
|
Ram air intake dapat dengan mudah ditemukan pada mobil balap, air box pada semua mobil formula dan air intake yang dipasang pada mobil GT endurance merupakan peralatan sistem Ram. Insinyur formula 1 mengatakan air box dapat memberikan kontribusi penambahan tenaga 20hp pada 200 km / jam. Ini bukan hasil yang terlalu besar, tapi sistem ini sangat sederhana nyaris tanpa menimbulkan kerugian, pada kecepatan rendah efek dari ram tidak ada.
Keuntungan
|
Menghasilkan tenaga pada putaran
tinggiPower gain at high speed
|
Disadvantage
|
Pada kecepatan rendah tidak
berarti.
|
Aplikasi
|
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 turbo charging 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 super charge merubah karakteristik tenaga mesin sangat besar, tekologi ini membuat kurva momen mesin menjadi rata dan menggeser momen puncak ke lower end spectrum. Konsekuensinya, tenaga lebih mudah didapatkan, pada sisi yang putaran mesin akan berkurang, penurunan putaran mesin berati mobil dengan super charger 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 super charger ( kompresor ) pada serie C- class nya, namun tidak pernah mencoba diterapkan pada model yang lebih besar, pada tahun 2010 mesin Kompressor pada C- class digantikan oleh Turbo charger mengakhiri penggunaan super charger secara massal pada kendaraan.
kemajuan teknologi lain, seperti VVT, direct injection, Light pressure turbo, dan advance turbo diesel, juga mengancam eksistensi dari super charger. Volks wagen membuang supercahrge G- laddaer nya pada pertengahan 90 an dan digantikan oleh light pressure turbo.
Roots type supercharger
Roots type supercharger diberi
nama sesuai dengan nama penemunya Roots Brother. Tipe ini pertama kali
ditemukan untuk pompa udara pada industri sebelum Daimler dan Benz menemukan
mesin mobil. Yang mengejutkan adalah desain yang sudah kuno ini 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 super charger,
udara akan mengenai rotor lobe, yang akan berputar dengan arah yang
berlawanan dengan aliran udara. Sehingga kontruksi super charger 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 di letakkan pada bagian depan ( bukan diatas ) 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 muda dalam pengepakan, terutama jika super charger dipasang pada bagian atas mesin. Saluran inlet yang ada di bagian depan menghemat ruangan dibawah 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 beberap super charger adalah dengan menggunakan by-pass valve untuk menyediakan penghubung antara saluran inlet dan outlet. Ini sangat mengurangi pumping loss namun komponen mekanikal yang bergerak tetap mengkonsumsi tenaga karena danya gesekan. |
keuntungan
|
Biaya pembuatan murahheap to build
|
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 (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 super charger terbesar selama beberapa tahun ini. Super charger 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 % yang 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 diartikan 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 memberikan jumlah volume lebih besar dari pada
rotor dengan 3 lobe
Menyangkut dengan kualitas suara , dengan
menggandakan gigi pada gigi penggerak , bunyi mekanikal dinaikkan ke wilayah frekuensi yang tidak
meengganggu telinga manusia, disamping itu aliran udara didalam yang lebih baik
mengurangi kebisingan udara
Menyangkut efisiensi yang lebih tinggi ini di dukung oleh 2 faktor, yaitu :
1.
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 memugkinkan saluran inlet dibuka lebih lebar. Jika
sistem super charger 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.
Conventional
Roots
Supercharger
|
TVS
Supercharger
|
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 super charge,
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 kinetic 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 kinetic 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°. Eksapansi yang lebih lambat mengurangi kevakuman sekaligus menurunkan kecepatan aliran udara intake. akibatnya pembuangan energi seperti yang disebutkan diatas dapat dikurangi.
Keuntungan
|
Efisiensi tinggi, tidak terlalu
bising.
|
kerugian
|
-
|
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.
|
Super charger centrifugal sangat
mirip dengan turbocharger, kecuali sistem ini digerakkan oleh crankshaft
bukan oleh gas buang seperti sistem turbocharger. 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 melipatgandakan putaran crankshaft.
Tekanan dorong berkembang sesuai
dengan putaran mesin. hasilnya,supercharger centrifuga lmenghasilkan 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 turbo, 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 aftemarket. terlebih lagi karena tekanana pada rpm rendah, mesin tidak
membutuhkan modifikasi yang terlalu banyak ( tidak perlu mengurangi ratio
kompresi ) untuk mencegah knocking.
karena sistem ini minim gesekan dan gaya inertia, sehingga memiliki efisiensi yang palin tinggi diantara supercharger lainnya, dan lagi sitem ini tidak menghambat kemampuan putar dari mesin, namun sebaliknya poer delivery sistem ini extremely peaky. Contohnya karakteristik dapat dilihat pada koeniggsegg super car. |
Keuntungan
|
Efisiensi palin tinggi di
bandingkan supercharger yang lain
|
Kerugian
|
Tekanan lemah pada rpm rndah
sampai medium.Weak
|
Aplikasi
|
Koenigsegg, Farbio.
|
0 komentar:
Posting Komentar