TURBOCHARGER URAIAN Dalam merancang suatu mesin, harus diperhatikan keseimbangan antara besarnya tenaga dengan ukuran berat mesin, salah satu caranya adalah melengkapi mesin dengan turbocharger yang memungkinkan volume dan berat udara yang dikompresikan dan kemudian dibakar dengan bahan bakar akan lebih banyak, sehingga mesin akan menghasilkan tenaga output yang lebih besar. BEBERAPA CARA UNTUK MENAMBAH TENAGA Umumnya pada internal combustion engine, besarnya tenaga mesin tergantung dari volume silinder mesin yang menentukan banyaknya udara yang masuk ke dalam ruang bakar. Berdasarkan hal tersebut beberapa cara yang berbeda digunakan untuk menambah out put mesin, antara lain: Memperbesar volume silinder : Cara ini yang paling sering digunakan, tetapi menyebabkan berat mesin juga bertambah, sehingga tidak banyak memperbaiki perbandingan berat dan tenaga. Menaikkan putaran maksimum mesin : Putaran mesin konvensional terbatas kira-kira 6000 rpm, hal ini disebabkan oleh bertambahnya kerugian gesek, bunyi dan getaran serta berkurangnya efisiensi pengisian yang terjadi pada putaran tinggi. Memasang turbocharger atau super charger: Pengisian udara ke dalam silinder dipadatkan, sehingga banyaknya udara yang diperlukan untuk pembakaran extra bahan bakar dapat ditambah lebih besar, sehingga menghasilkan tenaga out put yang lebih besar. Isuzu Training Center - 1 -
PERBEDAAN ANTARA TURBOCHARGER DAN SUPERCHARGER dan Supercharger adalah suatu jenis pompa udara untuk menekan udara yang masuk ke dalam silinder-silinder untuk menambah kepekatan udara. Udara masuk disuplai ke silinder oleh turbocharger atau supercharger dengan tekanan yang lebih besar dibanding tekanan atmosfir menyebabkan bertambahnya kepadatan dalam ruang silinder. Pada mesin biasa, efisiensi pengisian udara yang dihisap ke silinder hanya 65% - 85%, karena adanya tahanan pada sistem hisap dan gas buang yang tersisa dalam sistem pembuangan. Dengan menggunakan atau Supercharger pada mesin, efisiensi pengisian dapat melebihi 100%. Dimana ; Efisiensi pengisian (%) = Banyaknya udara aktual yang masuk x 100% Banyaknya udara dim silinder pada kondisi standar* *Kondisi standar = Tekanan atmosfir standar pada 20 C ITEM TURBOCHARGER SUPERCHARGER Secara mekanik (supercharger Tipe pengisian tipe root*) menggunakan Turbine (turbine wheel dan compressor wheel) sepasang rotor yang berbentuk kepompong Penggerak Tekanan gas buang Poros engkol Tenaga yang hilang Kecil Besar Efek pengisian Kecil pada kecepatan rendah dan besar pada kecepatan tinggi Respon Tidak sebaik supercharger *Supercharger yang banyak dipakai saat ini adalah tipe root Memungkinkan pengisian pada semua tingkat kecepatan Responnya baik karena langsung digerakkan oleh poros engkol Isuzu Training Center - 2 -
CARA MENAMBAH VOLUME PENGINJEKSIAN BAHAN BAKAR Pada mesin yang menggunakan turbocharger atau supercharger diperlukan penyesuaian volume bahan bakar sesuai volume udara yang masuk. Dalam mesin diesel, boost compensator turbocharger dipasangkan pada governor pompa injeksi bahan bakar untuk mengatur banyaknya bahan bakar sesuai dengan tekanan pada boost compensator. Isuzu Training Center - 3 -
TURBOCHARGER URAIAN adalah pompa udara yang didesain untuk menggunakan energi bahan bakar dalam gas buang yang tidak terpakai. Gas buang tersebut mengerakkan turbine wheel yang menjadi satu dengan compresor wheel melalui poros utama. Compressor wheel digerakkan pada kecepatan tinggi mendorong udara yang bertekanan masuk ke dalam silinder. Karena turbocharger menggunakan energi yang terbuang dari gas buang, maka out put mesin dapat bertambah dengan sediklt tenaga yang hilang. dilengkapi dengan waste gate valve untuk mengontrol tekanan udara yang masuk (boost pressure) dan ada juga yang dilengkapi dengan inter-cooler untuk menurunkan temperatur udara yang masuk, untuk meningkatkan efisiensi penghisapan udara. Isuzu Training Center - 4 -
KONSTRUKSI terdiri dari : 1. Turbine housing 5. Compressor wheel 2. Compressor housing 6. Full-floating bearing 3. Center housing 7. Waste gate valve 4. Turbine wheel 8. Actuator Isuzu Training Center - 5 -
TURBINE DAN COMPRESSOR WHEEL Turbine dan compressor wheel dipasangkan pada poros yang sarna. Gas bekas dari exhaust manifold mengalir ke turbine wheel dan tekanan gas bekas memutarkan turbine wheel. Bila turbine wheel berputar, compressor wheel juga berputar untuk memampatkan udara masuk ke dalam silinder. Karena turbin wheel berhubungan langsung dengan gas bekas, maka ia menjadi sangat panas dan berputar pada kecepatan tinggi, harus tahan terhadap panas dan tahan lama, dan dibuat dari paduan bahan yang memiliki daya tahan panas yang tinggi (ultra heat resistant alloy). CENTER HOUSING Center housing menopang turbine dan compressor wheel melalui poros. Oi dalam housing minyak pelumas bersirkulasi melalui oil channel. Juga bersirkulasi air pendingin melalui coolant channel. FULL-FLOATING BEARING Selama turbine dan compressor wheel berputar pada kecepatan di atas 100.000 rpm, fullfloating bearing digunakan untuk menjamin penyerapan getaran dari poros. Bearing ini dilumasi oleh oli mesin dan berputar bebas antara poros dan housing untuk mencegah keausan sewaktu bekerja pada kecepatan tinggi. Kebocoran minyak pelumas dicegah oleh dua ring seal atau oleh mechanical seal dan ring seal yang dipasang pada poros. Isuzu Training Center - 6 -
WASTE GATE VALVE DAN ACTUATOR Waste gate valve terdapat di dalam turbin housing. Tujuannya untuk mengatur tekanan udara yang dikompresikan. Ketika katup ini membuka, sebagian dari gas buang tidak melalui turbine wheel dan mengalir langsung ke pipa gas buang. Membuka dan menutupnya waste gate valve dikontrol oleh actuator. SISTEM PELUMASAN DAN PENDINGINAN 1. SISTEM PELUMASAN Untuk melumasi full-floating bearing di dalam center housing, oli mesin disalurkan dari oil inlet pipe dan disirkulasikan di antara bearing-bearing. Setelah melumasi bearingbearing, oli ini mengalir melalui oil outlet pipe dan kembali ke oil pan. Isuzu Training Center - 7 -
2. SISTEM PENDINGINAN didinginkan oleh air pendingin mesin. Air pendingin dikirim dari housing thermostat dan masuk ke dalam coolant channel melalui coolant inlet pipe, kemudian dari turbocharger kembali ke water pump melalui coolant outlet pipe. Isuzu Training Center - 8 -
WASTE GATE VALVE DAN ACTUATOR menghasilkan output yang tinggi dengan adanya daya tekan dari aliran udara yang masuk ke dalam silinder-silinder, tetapi bila boost pressure (tekanan udara yang dikompresikan oleh compressor wheel) meningkat terlalu tinggi maka daya eksplosif yang ditimbulkan oleh pembakaran akan menjadi sangat besar dan mesin tidak mampu menahan tekanan tersebut. Oleh karena itu boost pressure dikontrol oleh actuator dan waste gate valve. BOOST PRESSURE DI BAWAH 0,68 kgf/cm 2 Gas buang memutarkan turbine wheel, compressor wheel juga berputar karena dijadikan satu dengan turbine wheel melalui shaft. Compressor wheel menghisap udara dari air cleaner dan mengkompresikan udara ke combustion chamber. Selama boost pressure di dalam intake manifold di bawah 0,68 kgf/cm 2 actuator tidak bekerja dan waste gate valve tetap menutup. Semua gas buang melalui turbine housing. Isuzu Training Center - 9 -
BOOST PRESSURE MENCAPAI 0,68 kgf/cm 2 Saat pedal akselerasi ditekan (sehingga volume penginjeksian bahan bakar bertambah), tekanan gas buang bertambah, dengan demikian boost pressure menjadi bertambah. Ketika boost pressure mencapai 0,68 kgf/cm 2 waste gate valve terbuka oleh actuator (karena adanya kombinasi tekanan gas buang pada waste gate valve dan boost pressure pada actuator diagram) sehingga sebagian dari gas bekas dialihkan dari turbin wheel. Dengan demikian kecepatan turbin dijaga pada tingkat optimal untuk mencegah naiknya boost pressure yang berlebihan. Isuzu Training Center - 10 -
UNTUK KENDARAAN ISUZU PANTHER EXHAUST GAS PRESSURE DI BAWAH 0,8 kgf/cm 2 Gas buang memutarkan turbine wheel, compressor wheel juga berputar karena dijadikan satu dengan turbine wheel melalui shaft. Compressor wheel menghisap udara dari air cleaner dan mengkompresikan udara ke combustion chamber. Selama exhaust gas pressure di dalam exhaust manifold di bawah 0,8 kgf/cm 2 actuator tidak bekerja dan waste gate valve tetap menutup. Semua gas buang melalui turbine housing. Isuzu Training Center - 11 -
EXHAUST GAS PRESSURE MENCAPAI 0,8 kgf/cm 2 Saat pedal akselerasi ditekan (sehingga volume penginjeksian bahan bakar bertambah), tekanan gas buang (exhaust gas pressure) bertambah. Ketika exhaust gas pressure mencapai 0,8 kgf/cm 2 waste gate valve terbuka oleh actuator (karena adanya tekanan gas buang pada waste gate valve) sehingga sebagian dari gas bekas dialihkan dari turbin wheel. Dengan demikian kecepatan turbin dijaga pada tingkat optimal untuk mencegah naiknya boost pressure (tekanan pada intake manifold) yang berlebihan. Isuzu Training Center - 12 -
INTERCOOLER Karena udara telah melewati compressor wheel dan dikompresikan oleh turbocharger, maka temperatur udara tersebut akan bertambah dan kerapatan udara akan berkurang. Dengan mendinginkan udara tersebut akan meningkatkan kerapatan udara sehingga menaikkan efisiensi pengisian yang berarti menaikkan power mesin. Intercooler berfungsi untuk mendinginkan udara turbocharger. Ada 2 tipe intercooler yaitu: intercooler dengan pendingin udara dan dengan pendingin air. Intercooler dengan pendingin udara memanfaatkan kipas pendingin mesin atau aliran udara saat kendaraan bergerak. Isuzu Training Center - 13 -
HAL-HAL YANG PERLU DIPERHATIKAN adalah bagian yang dibuat dengan presisi, tetapi memiliki desain sangat sederhana, dan dapat bertahan lama bila diperhatikan bagaimana cara menggunakan dan perawatannya. dioperasikan di bawah kondisi yang luar biasa, yaitu turbine wheel berhubungan dengan gas bekas yang mempunyai temperatur sekitar 900 C ketika berputar pada beban maksimum pada kecepatan putaran sampai 100.000 rpm. Oleh karena itu yang paling mempengaruhi terhadap kemampuan dan ketahanan turbocharger adalah pelumasan pada bantalannya yang menjamin turbine dan compressor wheel. 1. HAL-HAL YANG PERLU DIPERHATIKAN PADA SAAT PENANGANAN a. Oli mesin dengan cepat menjadi panas karena digunakan untuk pendinginan dan pelumasan turbocharger, sehingga cepat menjadi memburuk. Untuk itu, oli mesin dan saringan oli diperlukan perawatan yang teratur. b. Perhatikan penggunaan oli mesin pada mesin yang dilengkapi turbocharger. API Service minimal mempunyai grade CD. c. Setelah mesin dihidupkan, hindari menaikkan atau mempercepat putaran secara tiba-tiba karena pelumasan pada bantalan-bantalan belum segera mencukupi. Kondisi-kondisi ini akan mempercepat keausan/kerusakan pada bantalan-bantalan tersebut, bila tidak diberi kesempatan sekurang-kurangnya 30 detik untuk putaran idling setelah mesin dihidupkan. Menjalankan kendaraan dengan segera setelah penggantian oli mesin atau saringan oli. Memacu mesin setelah tidak digunakan selama lebih dari setengah hari. Jangan mematikan mesin dengan segera setelah menarik trailer atau setelah dioperasikan dengan kecepatan tinggi atau melalui jalan menanjak. Biarkan mesin pada putaran idling selama 20-120 detik, tergantung pada kondisi pengendaraan. WAKTU IDLING YANG DISARANKAN SEBELUM MEMATIKAN MESIN PENGENDARAAN WAKTU IDLING Di dalam atau di luar kota di bawah 80 km/jam Tidak diperlukan Kecepatan tinggi pada 80 km/jam Sekitar 20 detik Pada 100 km/jam Sekitar 1 menit Pengendaraan pada jalan berbukit atau sedang berlomba atau melebihi 100 km.jam secara terus menerus. Sekitar 2 menit Mengapa mesin perlu putaran idle sebelum dimatikan? Selama berjalan pada kecepatan tinggi, turbine wheel bersinggungan dengan gas bekas yang panas sekali sehingga temperaturnya menjadi sangat tinggi. Tetapi karena poros penghubung turbine wheel dengan compressor wheel didinginkan oleh oli dan air pendingin, temperaturnya tidak naik sedemikian tinggi. Apabila mesin dimatikan dengan segera setelah dioperasikan pada kecepatan tinggi, sirkulasi oli dan pendingin akan berhenti sehingga temperatur poros penghubung akan naik dengan tiba-tiba akibat temperatur tinggi dari turbine wheel tersebut. Oleh karena itu biarkan mesin pada putaran idling sebelum dimatikan, untuk mendinginkan poros secara perlahan-lahan (disebabkan temperatur gas buang selama idling lebih rendah antara 300-400 C) Isuzu Training Center - 14 -
2. HAL-HAL YANG PERLU DIPERHATIKAN PADA SAAT PEMELIHARAAN a. Apabila mesin berputar dan tutup saringan udara atau selangnya dilepas, maka partikel-partikel atau benda asing (kotoran) akan masuk dan dapat merusak turbine dan compressor wheel yang berputar pada kecepatan tinggi. b. Apabila turbocharger tidak berfungsi dan harus diganti, pertama periksalah item berikut ini, kemungkinan merupakan penyebab dan diperlukan perbaikan : Kuantitas dan kualitas oli mesin Kondisi bagaimana turbocharger digunakan Saluran oli ke turbocharger c. Sebelum melepas turbocharger, sumbatlah saluran-saluran intake dan exhaust serta saluran masuk oli (oil inlet) untuk mencegah masuknya kotoran atau komponen lainnya. d. Perhatikan saat melepas dan memasang kembali turbocharger. Jangan menjatuhkan atau memukulkannya pada benda lain, atau memegang pada bagian-bagian yang mudah berubah bentuk seperti : actuator, rod dan sebagainya. e. Bila mengganti turbocharger, periksa apakah ada kotoran karbon dalam pipa oli dan bila perlu bersihkan atau ganti pipa-pipa olinya. f. Bila mengganti turbocharger masukkan 20 cc oli ke dalam saluran masuk oli pada turbocharger dan putar compressor wheel dengan tangan beberapa kali untuk meratakan oli pada bantalan-bantalan. g. Setelah mengoverhaul dan merakit kembali atau mengganti mesin, hentikan pengiriman bahan bakar, putar mesin selama 30 detik untuk mendistribusikan oli pada mesin. biarkan mesin pada putaran idle selama 60 detik. Isuzu Training Center - 15 -
PEMERIKSAAN TURBOCHARGER A. PEMERIKSAAN TURBOCHARGER PADA KENDARAAN 1. MEMERIKSA SISTEM PENGISAPAN UDARA Periksa kebocoran atau kotoran yang menyumbat antara saringan udara dan saluran masuk turbocharger, dan antara saluran keluar turbocharger dan kepala silinder. Apabila ditemukan problem, bersihkan, perbaiki atau ganti komponen-komponennya. 2. MEMERIKSA SISTEM SALURAN BUANG Periksa kebocoran atau kotoran yang menyumbat antara kepala silinder dan saluran masuk (inlet) turbocharger, dan antara saluran keluar turbocharger dan pipa knalpot. Apabila ditemukan suatu problem, bersihkan, perbaiki atau ganti komponen-komponennya. 3. MEMERIKSA KERJA ACTUATOR a. Lepaskan selang actuator b. Dengan menggunakan SST (turbocharger pressure gauge), berikan tekanan sekitar 79 kpa (0,81 kgf/cm 2, 11.5 psi) pada actuator dan periksa bahwa rod-nya bergerak. "Jangan menggunakan tekanan ke actuator melebihi dari 94 kpa (0,95 kgf/cm 2, 13.5 psi) Bila rod tidak bergerak gantilah turbocharger. 4. MEMERIKSA TEKANAN TURBOCHARGER a. Panaskan mesin. b. Hubungkan 3 way union ke selang boost compensator pressure dan pasangkan SST (pressure gauge turbocharger) padanya. c. Tekan pedal kopling kemudian tekan pedal akselerasi semaksimal mungkin. Ukur tekanan turbocharger pada rpm 2400 atau lebih. Standar tekanan : 60-79 kpa (0,61-0,81 kgf/cm2, 8.7-11.5 psi) bila tekanannya kurang dari spesifikasi, periksa air intake dan exhaust system kemungkinan terdapat kebocoran. Bila tidak terdapat kebocoran ganti turbocharger assembly. Apabila tekanan di atas spesifikasi, periksa dan lihat apakah selang actuator lepas atau retak. Bila tidak ganti turbocharger assembly. Isuzu Training Center - 16 -
5. MEMERIKSA PUTARAN COMPRESSOR WHEEL a. Lepaskan selang saringan udara. b. Putar compresor wheel dengan tangan. Periksa apakah dapat berputar dengan lembut. Apabila tidak, atau kasar saat berputar, ganti turbocharger assembly. B. MEMERIKSA TURBOCHARGER DI LUAR KENDARAAN 1. MEMERIKSA KEBEBASAN AKSIAL (AXIAL PLAY) DARI TURBINE SHAFT a. Masukkan dial indicator ke dalam lubang turbine housing hingga menyentuh ujung poros. b. Gerakan poros pada arah aksial,ukur aksial play poros tersebut. Axial play : 0.09 mm atau lebih kecil. Apabila lebih besar dari spesifikasi, gantilah turbocharger assembly. 2. MEMERIKSA KEBEBASAN RADIAL (RADIAL PLAY) DARI TURBINE SHAFT a. Dari lubang saluran keluar oli (Oil outlet hole), masukkan dial indicator melalui lubang pada bearing spacer sehingga menyentuh bagian tengah poros turbin. b. Gerakkan poros turbin ke atas dan ke bawah, dan ukurlah radial play (kebebasan radial) poros tersebut. Kebebasan radial: 0,09 mm atau lebih kecil. Apabila lebih besar dari spesifikasi, gantilah turbocharger assembly. Isuzu Training Center - 17 -
Isuzu Training Center - 18 -
Isuzu Training Center - 19 -
Isuzu Training Center - 20 -