Sistem Turbocharger

Sistem Turbocharger

Pengertian Sistem Turbocharger

Turbo atau istilah kerennya TURBOCHARGER, merupakan sebuah kompresor gas yg digunakan untuk Induksi Paksa (Forced Induction) dari mesin pembakaran dalam (Internal Combustion Engine). 

Turbocharger merupakan komponen mesin yang digunakan untuk memperbaiki proses pembakaran yang terjadi di dalam ruang bakar pada mesin pembakaran dalam. Turbocharger ditemukan oleh Insinyur Swiss yang bernama Alfred Buecchi pada awal abad ke-20, merupakan suatu alat yang memanfaatkan gas buang hasil pembakaran untuk menggerakkan turbin dan dipasang seporos dengan blower yang disebut compressor. Turbocharger berputar dengan kecepatan tinggi menghasilkan udara dengan tekanan lebih untuk dimanfaatkan menaikkan tekanan udara masuk pada motor bakar. 

Pada awal mula perakitan, Turbocharger direferensikan sebagai "Turbosupercharger". sebuah supercharger yg menggunakan compressor udara untuk diinduksikan/didorong secara paksa kedalam mesin. secara logika, menambahkan turbin untuk memutar supercharger akan mengubah istilahnya menjadi "Turbosupercharger". namun, istilah tersebut kemudian, disingkat menjadi "TurboCharger". hal ini, membuat kebingungan karena terkadang istilah "turbosupercharger" masih sering digunakan untuk menunjukkan mesin yg menggunakan crankshaft-drive supercharger dan exhaust-driven turbocharger bersama-sama atau sering pula disebut "twincharging"

Gambar 1. Turbocharger

Turbocharger merupakan sebuah peralatan untuk menambah jumlah asupan udara yang masuk ke dalam silinder dengan memanfaatkan energi gas buang hasil dari pembakaran. Turbocharger merupakan peralatan untuk mengubah sistem pemasukan udara dari konsep natural atau alami menjadi sistem induksi paksa. Jika sebelumnya udara yang akan dimasukkan ke dalam 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 ke dalam silinder sejumlah aliran bahan bakar tertentu, Bila kepekatan udara bertambah sebelum ditambahkan ke dalam silinder, seluruh bahan bakar terbakar dan daya mesin akan bertambah. Untuk itu mesin diesel yang dilengkapi dengan turbocharger bertujuan untuk memadatkan udara masuk ke dalam silinder mesin. Sehingga daya mesin lebih besar dibandingkan mesin dengan dimensi yang sama.  2. Prinsip kerja dan Komponen yang terdapat pada Turbocharger Prinsip  kerja turbocharger yaitu, pada saat motor diesel dihidupkan, gas buang yang mengalir keluar melalui exhaust manifold juga akan melalui turbin gas sebelum ke udara luar. Gas buang yang keluar akan memutar turbin sekaligus kompresos karena terhbung dengan poros penghubung. Dengan demikian kompresor menghisap udara luar lewat saringan udara dan menekannya keintake 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  oleh turunya tekanan, sehingga kompresor dapat menambah jumlah udara yang masuk kedalam slinder. Penurunan temperature udara dilakukan dengan menggunakan pendingin yang disebut dengan intercooler.

Gambar 2. Prinsip Kerja Turbocharger

Komponen pada sistem turbocharger :

1. Rumah kompresor (Blower)

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

2. Pusat inti (centre core)

Pada bagian rumah pusat inti terdapat poros turbin dan 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. Komponenkomponen 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 sambungan rumah turbin dan manifold buang dipasang gasket yang terbuat dari bahan stainless steel untuk menjamin sambungan tersebut.  

Kontruksi 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. Kontruksi turbocharger seperti terlihat pada gambar berikut ini : 

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.

Gambar 3. Komponen Utama Turbocharger

Kelengkapan Mesin sistem Turbocharger

1. Intercooler

Pada turbocharger udara panas yang keluar dari blower mencapai suhu 800C, 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 200C, maka daya mesin dapat dinaikkan 6 sampai 7 %.(Wiranto Arismunandar, 1988). 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 bersinggungan dengan pipapipa air pendingin, sehingga panas udara akan terserap oleh aliran air pendingin. Pada umumnya udara yang keluar dari intercooler dapat diturunkan suhunya sebesar  50 C sampai 100 C. Untuk memperoleh tekanan efektif rata-rata sekitar 10 kg/cm2, maka diperlukan kenaikan udara masuk sedikit-dikitnya 0,5 kg/cm2.

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.

2.1.  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 minyak 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.  

2.2.  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.

Keuntungan dan kerugian dari sistem Turbocharger

1.  Keuntungan dari sistem Turbocharger

1.1. Peningkatan kekuatan untuk rasio berat 

Sebuah turbocharger dapat meningkatkan daya dan torsi mesin diesel sebesar 30% -40% dari versi konvensional. 

1.2. Mengurangi kebisingan mesin 

Turbin casing berfungsi sebagai kumpulan penyerapan kebisingan mesin gas buang. Demikian pula, bagian inlet kompresor mengurangi kebisingan yang dihasilkan oleh induksi udara dalam intake manifold. Akibatnya, mesin turbocharger biasanya tenang dari pada konvensional lainnya.

1.3. Pengurangan Asap

Mesin turbocharger menghasilkan fase pembakaran lebih efisien dan bersih, yang mengurangi produksi asap pada mesin.

1.4. 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). 

1.5. 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 tanpa turbocharger pada daya yang sama. Hal ini karena pada motor diesel yang menggunakan turbocharger tidak perlu memperbesar konstruksi utama motornya.

1.6. 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 dilengkapi dengan sistem turbocharger.

1.7. Tidak menyerap tenaga dari poros utama.

Dalam penggunaan sistem turbocharger, tidak ada hubungan langsung secara mekanis dengan tenaga mesin yang dibutuhkan sehingga tenaga blower atau kompresor tidak mengakibatkan kerugian pada daya mesin.

Kerugian dari sistem Turbocharger.

Adapun kelemahan ataupun kerugian menggunakan sistem turbocharger:

1. Bila turbocharger mengalami gangguan maka dapat berpengaruh terhadap 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 bantalan dari turbin dan kompresor perlu

diperhatikan karena sering bekerja pada suhu yang sangat tinggi.

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

sistem pendinginan yang lebih efisien. 

Pengaruh Turbocharger Terhadap Output Tenaga

Penggunaan sistem turbocharger mempunyai keuntungan atau tujuan yang 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 dengan adanya sistem turbocharger akan terdapat atau terjadi batas mutlak antara tekanan dalam katup masuk dan jumlah aliran udara yg akan memasuki ruang pembakaran. Turbocharger meningkatkan tekanan pada titik dimana udara akan memasuki silinder, kadar udara (oksigen) yg besar dipaksakan masuk ketika tekanan pada inlet manifold meningkat.  Tambahan aliran kadar  udara (oksigen) yang memasuki ruang pembakaran akan membuat mesin mampu mengendalikan tekanan ruang bakar dan perbandingan bahan bakar dan udara yg seimbang saat mesin berada pada RPM tinggi. Dengan adanya sistem turbocharger ini ketika RPM tinggi kadar udara yang akan memasuki ruang pembakaran akan diperbanyak oleh blower yang berputar akibat hubungan poros blower dengan turbin yang dipasangkan pada saluran pembuangan motor diesel. Hal ini akan meningkatkan tenaga dan torsi yg dikeluarkan oleh mesin. 

Perawatan Turbocharger

Hal-hal yang perlu dijaga selama mengoperasikan turbocharger yaitu :

a. Memastikan minyak pelumas, melumasi bagian turbin yang ada dalam turbocharger. b.  Menghindari keadaan-keadaan yang tiba-tiba pada putaran mesin. c. Mengamati suara blower yang bekerja dan memastikan tidak ada suara-suara aneh yang terjadi pada blower. d. Bila terdapat suara aneh atau ketidak seimbangan pada mesin turbocharger, turunkan putaran (beban) atau mematikan mesin. Kemudian periksa akan sumber suara tersebut. e. Hindarilah penurunan putaran mesin secara tiba-tiba sehingga mesin seakan-akan ingin berhenti kecuali dalam keadaan memaksa atau darurat.

b. 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. g.  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. 

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

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

Ketentuan Operasi Diesel Turbocharger Dalam pengoperasian diesel turbocharger ada beberapa hal yang perlu diperhatikan yaitu :

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

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

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

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

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

Sumber :

Sukoco & Arifin, Zainal. (2008). Teknologi Motor Diesel. Bandung

Anonim. (2013). Prinsip Kerja Turbocharger Pada Kendaraan.

Usman Robingu. (1979).  Motor Bakar 3. Departemen Pendidikan dan Kebudayaan. Jakarta.