Mengenal Lebih Dekat Tentang Supercharger dan Bagaimana Cara Kerjanya, Terlengkap!

Sebelumnya, Gitomotor pernah membahas mengenai turbocharger. Kali ini, kita akan membahas apa itu supercharger (baik pengertian, sejarah, jenis, kelebihan dan kekurangan dari supercharger) dan bagaimana cara kerjanya.

Istilah supercharger kini sudah tidak asing lagi di telinga para penggemar mobil kecepatan tinggi. Jika dibandingkan dengan turbocharger, metode forced induction ini tidak lebih populer. Sebagaimana kita ketahui turbocharger sumber tenaganya dari gas buang, sedangkan supercharger sumbernya mengambil sebagian tenaga dari mesin.

 

supercharger (https://unsplash.com/@samwarren)

Mengenal Supercharger

Tahukah yang dimaksud dengan supercharger? Untuk memahami lebih lengkap, simak ulasan berikut.

Sejarah Supercharger

Seorang yang berkebangsaan Inggris, G. Jones of Birmingham pertama kali memperkenalkan kompresor dengan tipe roots antara tahun 1848-1849. Kompresor ini digunakan untuk keperluan underground mine ventilation. Fungsinya sebagai blower udara yang mengalirkan udara untuk para pekerja tambang di bawah tanah.

Pada tahun 1860, dua bersaudara Francis Marion dan Roots Philander, pendiri perusahaan Roots Blower asal Connersville, Indiana, berhasil mematenkan desain untuk penggerak udara. Kompresor udara ini mereka gunakan untuk mesin pengolah hasil tambang. Juga diaplikasikan pada industri lainnya.

Kemudian, untuk pertama kalinya dilakukan pengujian mesin supercharger fungsional. Penguji sekaligus pembuat perangkat supercharger ini adalah seorang engineer bernama Dugald Clerk asal Skotlandia. Clerk menggunakannya untuk mesin 2-tak pertama pada tahun 1878.

Pada tahun 1885, Gottlieb Daimler mendapat paten untuk supercharging mesin pembakaran internal di Jerman. Daimler ini ialah founder dari Daimler Motoren Gesellschaft, yang sekarang menjadi Mercedes Benz.

Masih di Jerman, pada 24 Maret 1878, Heinrich Krigar yang berkebangsaan Jerman mendapat paten untuk kompresor tipe screws pertama. Kemudian, pada 16 Agustus 1878, ia kembali mendapat paten lainnya setelah memperbaiki dan memodifikasi desain awal. Untuk desain terbarunya, menggunakan dua buah rotor dengan bentuk yang sama.

Lalu, pada tahun 1902, Louis Renault ialah salah seorang pendiri Renault mematenkan perangkat supercharger bertipe centrifugal di Perancis.

Untuk mobil supercharger pertama yang diproduksi di dunia adalah Mercedes 6/25/40 hp dan Mercedes 10/40/65 hp. Kedua mobil ini menggunakan supercharger tipe roots dan diperkenalkan pada tahun 1921.

Pengertian Supercharger

Supercharger adalah salah satu metode forced induction yang diaplikasikan pada mesin mobil. Arti dari Forced induction adalah proses mendorong paksa udara (terkompresi) untuk dialirkan ke intake mesin, yang kemudian digunakan sebagai pembakaran bahan bakar di dalam silinder. Selain itu, ada metode forced induction lainnya, yaitu turbocharger dan nitrous oxide.

Supercharger dan turbocharger memiliki perbedaan terbesar yang terletak pada sumber tenaga penggerak rotor kompresornya. Tenaga penggerak supercharger adalah bersumber dari putaran kruk as (crankshaft) mesin. Adapun turbocharger bersumber dari tekanan gas buang (exhaust). 

Pada supercharger, rotor kompresor yang dihubungkan dengan putaran kruk as ini dapat memberi beban terhadap mesin. Jadi, sumber tenaga penggerak supercharger juga dapat dikatakan dengan mengambil sedikit tenaga dari mesin.

Ford supercharger (pixabay.com/id/users/652234-652234)

Serupa dengan turbocharger, tujuan dari supercharger adalah untuk memampatkan asupan udara. Udara bertekanan hasil kompresi tersebut tentu mempunyai kadar oksigen yang lebih besar. Dengan oksigen yang lebih besar, jumlah bahan bakar pun dapat ditambah. Semakin banyak bahan bakar dan oksigen yang dibakar, pastinya semakin besar juga tenaga yang dikeluarkan.

Jenis-Jenis Supercharger

Berdasarkan cara dan jenis rotor dalam mengkompresi udara, supercharger terdiri atas 3 jenis. Ketiganya mempunyai fungsi yang sama. Fungsinya memampatkan udara untuk disalurkan menuju intake manifold. ketiganya juga mempunyai kelebihan dan kekurangannya masing-masing. Ketiga supercharger tersebut adalah sebagai berikut.

1. Roots, jenis supercharger ini adalah desain terlama yang diperkenalkan sejak 1860. Roots memakai 2 batang rotor yang bertugas sebagai turbin. Kedua rotor ini tidak terhubung satu sama lain. Keduanya bergerak berlawanan arah keluar atau berputar ke arah dinding penutup supercharger. Sehingga, udara dapat terhisap menuju ke arah dinding dalam. Jenis roots ini seringkali dikenal sebagai blower. Karena memang fungsinya menghisap dan mengalirkan udara menuju ke intake manifold. Kompresi udara bertekanan tidak terjadi di supercharger-nya, melainkan di intake manifold.
2. Twin-screw, jenis ini hampir mirip dengan roots. Hanya saja twin-screw memakai 2 buah rotor yang berbentuk seperti sekrup. Supercharger jenis twin-screw berukuran lebih ramping ketimbang jenis roots. Untuk jenis roots, kedua rotor berputar berlawanan arah ke dalam atau tengah supercharger. Hal ini tidak hanya membuat udara terhisap. Namun, juga memungkinkan terjadi kompresi udara bertekanan di dalam supercharger.
3. Centrifugal, jenis ini hampir serupa dengan turbocharger. Tidak hanya dari bentuknya. Akan tetapi efektifitas dan karakternya pun mempunyai persamaan. Supercharger jenis centrifugal memiliki bentuk serupa dengan turbo alias seperti keong. Hanya saja jika pada turbo, terdapat dua buah keong disatukan karena memiliki dua buah turbin yang saling terhubung. Sementara, pada supercharger jenis centrifugal hanya ada 1 keong saja. Karena tenaga penggeraknya bersumber dari putaran crankshaft mesin.

Kelebihan dan Kekurangan Supercharger

Baik turbocharger ataupun supercharger sama-sama memiliki kelebihan utama, yaitu menambah tenaga mesin tanpa perlu memperbesar atau menambah jumlah silinder. Demikian juga dengan kelemahannya, ada beberapa persamaan yang hampir mirip.

Kelebihan Supercharger

1. Memaksimalkan pembakaran dalam silinder. Jadi, dapat menambah tenaga yang dikeluarkan mesin tanpa perlu menambah jumlah atau memperbesar kapasitas silinder. Udara bertekanan (boost) dari supercharger sebesar 20,7-23,7 PSi (Pounds per Square inch). Sementara tekanan atmosfir di permukaan laut adalah 14,7 PSi. Jadi, ada sekitar 50% udara lebih banyak yang masuk ke dalam silinder. Ini membuktikan ada peningkatan tenaga sebesar 50%. Walaupun pada kenyataannya, peningkatan tersebut hanya sebesar 30-40% saja. Karena tingkat efisiensi kerja supercharger tidak sesempurna sesuai teorinya.
2. Dengan tidak manambah jumlah atau memperbesar kapasitas silinder mesin, maka bobot mesin non-supercharger tidak seberat mesin supercharger dengan tenaga yang sama. Berat mesin ini akan berpengaruh pada bobot kendaraan. Di mana hal ini dapat berpengaruh pada efisiensi bahan bakar.
3. Efisiensi pembakaran yang lebih baik karena asupan udara mengandung oksigen yang lebih banyak. Hal ini menghasilkan gas buang yang lebih rendah polusi.
4. Turbo menggunakan tenaga penggerak dari gas buang pembakaran. Sehingga, menyebabkan terjadinya lag atau delay atau tidak langsung merespon saat menginjak pedal gas. Karena kipas turbin turbo yang baru mulai aktif bekerja di rpm tertentu. Namun pada supercharger, tenaga penggeraknya yang bersumber langsung dengan kruk as mesin sehingga proses kompresi dapat lebih cepat. Hal ini membuat torsi dan respon throttle lebih instan ketimbang turbo.

Kekurangan Supercharger

1. Seiring dengan udara bertekanan yang masuk ke silinder lebih kaya oksigen, maka bahan bakar yang dibutuhkan juga meningkat. Akibatnya, konsumsi bahan bakar meningkat sejalan dengan peningkatan tenaga mesin. Selain itu, supercharger membutuhkan bahan bakar beroktan tinggi. Dengan tujuan mencegah terjadinya knocking di mesin.
2. Mesin menjadi kurang handal. Karena dengan penambahan supercharger membuat mesin bertambah kompleks. Semakin kompleks mesin, komponennya semakin banyak. Sehingga, semakin bertambah risiko terjadinya kerusakan pada mesin.
3. Pemasangan supercharger pada mesin membuat komponen mesin bekerja dengan suhu dan tekanan yang tinggi. Hal ini menjadikan mesin supercharger tidak seawet mesin non-supercharger (NA).
4. Tenaga penggerak supercharger bersumber dari kruk as mesin. Hal ini dapat disebut supercharger ini mencuri tenaga dari mesin. Adapun jumlah tenaga yang dicuri dapat mencapai 20% dari tenaga mesin. Oleh karena itu, supercharger mempunyai karakter parasit alias menambah beban kerja terhadap mesin.

Cara Kerja Supercharger

Supercharger (pixabay.com/id/users/ernie114-7088342)

Sebagaimana yang telah disebutkan di atas, bahwa meningkatkan asupan bahan bakar yang masuk ke dalam silinder juga akan meningkatkan daya ledakan saat proses pembakaran. Namun, pembakaran tidak dapat dilakukan tanpa adanya jumlah oksigen yang tepat. Rasio antara udara dan bahan bakar yang tepat untuk mesin dapat bekerja dengan efisien adalah 14:1 (udara : bahan bakar). Jadi, semakin meningkat jumlah bahan bakar, maka semakin banyak juga udara yang diperlukan untuk proses pembakaran.

Di sinilah fungsi pemasangan supercharger pada mesin. Sistem ini akan memaksa lebih banyak udara masuk dan memkompresi lebih tinggi tekanannya. Sehingga, lebih kaya oksigen. Sistem ini dapat menambahkan rata-rata tenaga 46% dan torsi 31% lebih banyak daripada tenaga mesin.

Di daerah dataran tinggi di mana udara mempunyai tekanan yang lebih rendah sehingga kinerja mesin memburuk. Untuk mengatasi masalah tersebut dipasangkan supercharger agar dapat memberikan udara bertekanan yang lebih tinggi ke mesin sehingga mampu beroperasi secara optimal.

Supercharger tidak seperti turbocharger. Di mana turbo memakai tekanan gas buang hasil pembakaran untuk menggerakkan kompresor (turbin). Sementara, supercharger memperoleh tenaganya langsung dari crankshaft (kruk as) mesin.

Supercharger terhubung dengan crankshaft melalui belt, rantai, atau gear yang menghubungkan pulley. Pulley tersebut kemudian terhubung ke gigi penggerak. Gigi penggerak akan memutar gigi rotor (kompresor). Terdapat berbagai macam desain bentuk rotor kompresor. Akan tetapi tugasnya sama, yaitu untuk menarik, memampatkan, dan mengalirkan udara menuju ke intake manifold.

Untuk memampatkan udara, supercharger harus berputar dengan cepat. Bahkan berputar lebih cepat ketimbang putaran mesinnya sendiri. Agar dapat melakukannya, gigi penggerak harus dibuat lebih besar daripada gigi kompresor. Sehingga, kompresor dapat berputar lebih cepat karena perbedaan rasio gigi tersebut. Putaran supercharger dapat mencapai kecepatan 50.000 rpm hingga 65.000 rpm (rotasi per menit).

Dengan putaran kompresor yang mencapai 50.000 rpm, maka tekanan udara yang terkompresi dapat mencapai 20,7-23,7 PSi (Pounds per Square inch). Ada tambahan sekitar 6-9 psi dari tekanan atmosfer. Di mana tekanan atmosfer di permukaan laut sebesar 14,7 psi, maka sekitar 50% lebih banyak udara yang masuk ke dalam mesin.

Ketika udara terkompresi, suhu udara bertekanan menjadi lebih panas. Peningkatan suhu udara ini menyebabkan kehilangan kerapatannya dan tidak dapat mengembang selama ledakan. Udara yang panas ini akan kurang efektif untuk diledakkan oleh busi di ruang pembakaran. Oleh sebab itu, udara terkompresi yang panas ini harus didinginkan sebelum masuk ke intake manifold. Salah satu komponen yang bertanggung jawab untuk proses pendinginan ini adalah intercooler. Pemasangan intercooler ini sedikit sulit dilakukan, terutama pada supercharger jenis roots dan twin-screw.

Itu tadi pembahasan mengenai apa itu supercharger dan bagaimana cara kerjanya. Sebagai tamabahan informasi, supercharger banyak dijumpai pada mobil-mobil Amerika (muscle). Adapun turbocharger banyak ditemui di mobil-mobil Jepang.

Semoga ulasan artikel yang baru Gitomotor berikan dapat menambah pengetahuan Anda. Terimakasih telah berkunjung di blog Gitomotor ini.