Sesungguhnya ini adalah isu yang sangat basi untuk dibahas.
Di era dimana Tesla sudah berhasil nge-bump pasar mobil Elektrik dan mulai memicu banyak pabrikan dan negara untuk bersiap menuju elektrifikasi, termasuk Indonesia.
Tesla, sekarang unofficially a cult.
( sumber )
Membahas Turbocharged versus Naturally Aspirated (N/A) adalah sesuatu yang so ten years ago. Tetapi pasar Indonesia jangankan mobil elektrik, dengan mesin forced induction saja masih gagap. Berapa banyak sih yang masih berpikir bahwa mobil cc kecil tidak kuat nanjak ?
Tidak terhitung berapa banyak orang yang selalu bingung mendengar mobil crossover berukuran sedang sekarang yang bermesin 1.400 - 1.500cc saja, walaupun diberi embel-embel "Turbo", tetapi bagi mayoritas orang, cc kecil sudah pasti tidak lari dan tidak bisa nanjak.
The Science behind It...
Kita harus mulai dari dasar tentang displacement atau kapasitas silinder. Kebanyakan orang hanya paham mobil dari ukuran besaran cc mesin tanpa melihat parameter lain.
Displacement adalah singkatnya : volume. Dihitung dari besaran stroke (langkah naik-turun piston, dalam milimeter), dikali dengan bore (penampang silinder).
In case anda tidak sadar - menghitung cc adalah menghitung volume tabung.
( sumber )
Terus ngapain semua ini ?
Silinder itu hanyalah ruang kosong, piston hanyalah benda mati, sama seperti botol air mineral anda, tanpa ada isi, itu hanyalah botol kosong, meski kapasitasnya 1.5 Liter atau satu galon.
Lalu anda mulai mengisinya.
Metode konvensional pengisian silinder adalah Naturally Aspirated. Yang mengisi silinder adalah udara dan bahan bakar dalam jumlah tertentu. Campuran ini menghasilkan energi dan membuat piston naik-turun.
Tetapi Naturally Aspirated bukan jenis pengisian yang stabil dan efisien. Sangat bergantung dengan kondisi luar. Tingkat density udara selalu dipengaruhi oleh tekanan dan temperatur. Istilahnya dalam mesin Naturally Aspirated, tenaga sangatlah relatif dan tidak stabil tergantung kondisi pengendaraan. Bayangkan anda memiliki sebuah botol air mineral 1.5 liter tetapi anda di tengah gurun dan hanya ada air sebanyak 200 cc. Botol anda tidak terisi penuh, tentu saja. Memiliki galon pun percuma. Anda tetap kehausan.
Kasarannya, kapasitas silinder tidak ada artinya sama sekali jika pengisiannya tidak optimal. Pengisian silinder dan kapasitas silinder adalah dua hal yang sangat berbeda sekali. Silinder anda tidak selalu terisi 100%.
Less is More ?
Turbocharger atau Supercharger, prinsipnya utamanya adalah mengoptimalkan pengisian silinder. Analoginya adalah memiliki botol air mineral 600 cc yang hampir selalu terisi penuh berbanding botol 1.5 Liter yang hanya terisi kurang dari separuh.
Forced Induction dapat mengisi penuh silinder mesin - bahkan bisa terlalu penuh dan batasnya adalah kekuatan mesin itu sendiri. Perangkat ini terlalu powerful hingga kita memerlukan banyak sekali komponen untuk meregulasinya.
Pabrikan mobil memutuskan - daripada memiliki mesin V6 3.000cc N/A yang nyaris tidak pernah terpakai semua tenaganya tetapi langganan SPBU, lebih baik kita pangkas "botol" menjadi hanya 1.500cc 4 silinder tetapi dapat terpakai terus menerus. Dalam prinsip packaging maupun energi, pendekatan ini adalah pendekatan yang lebih efisien.
In case anda tidak mengerti - seperti ini kira-kira ilustrasinya. Pada engineering hal ini disebut Volumetric Efficiency - efisiensi volumetrik. Perbandingan antara jumlah udara yang dapat dihisap pada atmospheric pressure dengan kapasitas silinder.
( sumber )
Dan ketika saya bicara efficient - artinya adalah balans antara power dan konsumsi bahan bakar serta emisi.
Mesin 1.500cc 4 silinder Turbo hari ini memiliki kemampuan yang nyaris tak terbatas - mendengar mesin 1.400 - 1.500cc dengan tenaga 250 hp adalah hal biasa hari ini, output yang hanya kita dapatkan di mesin - mesin 3.500cc - 4.000cc di masa lalu. Tanpa sedikitpun menimbulkan masalah serius di powertrain.
Honda Civic Si dengan 1.5 Liter dapat mengeluarkan 210 horsepower, dan dengan sedikit tune ia dapat meraih 300 hp dengan mudah.
( sumber )
Semua ini dicapai dengan konsumsi bahan bakar yang hanya setara mesin 1.500cc biasa. To put in perspective : ketika mesin belum masuk boost, mesin anda tetaplah mesin 1.500cc secara kapasitas. Silinder anda belum terisi penuh. BBM yang digunakan pun sedikit. Bahkan walaupun sudah masuk boost - torsi mesin turbocharged juga membuat anda tidak terlalu butuh bejek gas dalam.
Artinya untuk mempertahankan cruise speed sangat mudah dan effortless. Satu-satunya skenario mesin turbocharged modern bisa lebih boros hanyalah ketika anda full throttle - itupun saya sangat yakin masih lebih efisien daripada mesin N/A dengan kapasitas besar. Dengan kurva tenaga yang jauh lebih rata dan lebih baik.
Mengapa pendekatan ini juga disukai adalah karena sangat fleksibel dan hemat biaya. Untuk biaya tentu saja kita bisa berdebat panjang - ini sangat relatif. Turbocharged engine membutuhkan block yang lebih kuat, internal yang lebih kuat, sensor-sensor yang lebih banyak. Tetapi semua itu masih jauh lebih hemat ketimbang mendesain mesin yang berbeda - beda untuk menyesuaikan dengan macam - macam ukuran mobil.
B38 engine 1.5 Liter 3-silinder BMW. Salah satu yang terkenal diaplikasikan mulai dari beberapa varian MINI dan BMW, dari X1 hingga i8.
( sumber )
Bayangkan tidak perlu mendesain banyak jenis mesin : cukup satu jenis saja untuk mobil dengan range ukuran dan kelas yang sangat luas. Cukup bedakan power ratingnya saja dan mengganti internal seperti con-rod, piston, crankshaft, camshaft supaya lebih reliabel. Yang paling vulgar dalam penerapan ini tentu saja adalah VW Group. Tidak terhitung berapa mobil yang dirancang menggunakan unit mesin sama lintas merek dan lintas jenis.
It's Unnatural, and Doesn't Sound as Good...
Ada satu karakteristik jelas pada mesin turbocharged - dan semakin kecil, semakin terasa pula kelemahan ini.
Karena basically adalah sebuah mesin berkapasitas kecil, tidak jarang pada mobil berukuran agak besar mesin kecil dengan turbo ini terasa malas - sama sulitnya dengan memotivasi anak anda untuk belajar matematika SD. Pada mobil seperti CR-V, mesin 1.500cc nya terasa agak berat ketika mobil belum masuk boost.
Mesin-mesin kecil ini menunjukkan kelemahannya di mobil yang agak berat seperti Accord dan CR-V.
Ini tidak jarang mengakibatkan konsumsi bahan bakar yang agak boros untuk rute stop and go. Mesin seperti ini sangat kekurangan raw power dan low end torque. Ditambah karakter mesin turbocharged yang mempunyai jeda / turbo lag pada putaran rendah.
Hal seperti ini tidak dialami oleh mesin Naturally Aspirated. Mesin N/A memiliki karakter lebih kontan urusan tenaga karena tidak perlu menunggu boost. Ini seperti anda memiliki paru-paru yang lebih besar, secara alamiah anda pun menghisap udara lebih banyak - dengan asumsi tersedia oksigen yang cukup di sekitar anda.
Ironinya, ini pula yang menyebabkan mesin N/A juga menggunakan BBM lebih banyak - bahkan untuk beban ringan sekalipun.
Lalu secara general, mesin kecil turbocharged tidak juara urusan suara. Suara mesin turbocharged cenderung lebih muffled / teredam. Paling tidak ada dua alasan logis untuk ini.
Alasan pertama adalah karena posisi turbo dan cara kerja turbo yang berdasarkan gas buang. Energi yang biasanya langsung terbuang di exhaust digunakan lagi untuk menghasilkan boost, yang akhirnya juga mereduksi suara.
Kedua adalah turbocharged engine yang secara general lebih kecil serta silindernya lebih sedikit. Beberapa mesin seperti inline-six atau V8 memiliki suatu karakter khusus mengenai suara berkat firing order yang bervariasi, membuatnya menjadi sangat merdu. Karakter ini tidak dimiliki oleh mesin 4 silinder atau 3 silinder turbo. Selain itu berkurangnya kapasitas silinder juga berkontribusi dalam penurunan suara. Tidak perlu jauh-jauh dengan big shouty V8, mesin K24 Naturally Aspirated di Honda CR-V lama saja terdengar lebih "jantan" dibanding mesin 1.5 Liter Turbo di model sekarang.
Walaupun mengenai suara ini sangat debatable - sebagian mobil performance pada akhirnya mengakali ini dengan permainan pada timing pengapian dan exhaust supaya bersuara lebih merdu, pops n bangs crackle, atau solusi males mikir : menggunakan speaker.
"Mobil Turbo Susah Dirawat, dan Lebih Tidak Awet"
Ada banyak sekali pendapat populer bahwa mobil dengan forced induction pasti membutuhkan perawatan lebih berbanding Naturally Aspirated, ada juga yang mengatakan mesin turbo sudah pasti lebih tidak awet. Tetapi pendapat populer ini mengabaikan case-per-case. Hanya berpegang teguh pada pameo bahwa "less parts means less trouble".
Ratusan-ribuan manusia di technical department sebuah pabrikan tidak dibayar untuk membuat mesin yang breaks down menempuh hanya seratus ribu kilometer. Faktanya, turbocharger digunakan oleh banyak sekali benda - kapal, generator, pesawat terbang, bus malam yang mesinnya nyala nyaris 24 jam non-stop, truk muatan yang sering overload. Bukankah itu mesin - mesin yang bekerja jauh lebih berat dari sebuah passenger car ?
Mesin mobil adalah sebuah complex machinery, terdiri dari banyak benda bergerak dan sistem rumit : mekanikal, elektrikal, fluida, penukar panas, dll. Untuk membuat mesin anda bekerja baik - dan reliabel, setiap komponen ini harus bekerja dengan baik, diperiksa, dan dirawat secara periodik.
Saya tidak ingin naif mengatakan bahwa "semua mobil pasti awet jika dirawat" karena pada praktiknya tidak. Compromise pada engineering design dan bahan selalu terjadi yang mengakibatkan premature wear pada bagian tertentu - cepat atau lambat. Beberapa mobil juga seperti Alaskan Malamute, punya masalah beradaptasi dengan cuaca tropis.
Tetapi sama prematurnya pula jika kesimpulan diambil hanya berdasarkan sebuah mesin turbocharged atau tidak.
Merawat mesin dengan turbocharger nyaris tidak ada bedanya dengan merawat mesin Naturally Aspirated, hanya grade partsnya lebih tinggi karena didesain lebih kuat.
Mesin Turbo - dalam kasus ini bensin - membutuhkan pelumasan lebih, oli dengan grade lebih tinggi, BBM dengan oktan tinggi. Sisanya adalah pemeriksaan air radiator, cairan rem, kekencangan baut-baut, kipas radiator. Sesuatu yang sudah biasa anda lakukan sejak 20 tahun yang lalu. Tidak ada yang baru. Hanya lebih mahal.
Yes parts akan eventually wear out. Karet - karet pada piping turbo pada usia tertentu memerlukan penggantian. Komponen turbocharger sendiri bukan sesuatu yang mudah jebol - dalam skenario mesin stock tidak ada ubahan apapun, usia komponen turbocharger bisa sepanjang usia mesinnya.
"Ah itu kan teorinya, memang situ pernah piara mobil berturbo lama ?"
Well... if you insist.
Saya memiliki sebuah Volkswagen Golf MK6 TSI Twincharger dengan odometer 107 ribu. Bahkan di mesin twincharger yang kompleks ini pun tidak pernah ada masalah terkait supercharger, turbocharger atau engine. Bahkan di grup Facebook, permasalahan khas mesin ini justru pada komponen pompa air (water pump), dan the infamous DSG Mechatronic. Meski ya sedikit-banyak masalah ini ada kaitannya, tetapi ya tidak jebol tho ?
A Replacement for Displacement.
Purists saya yakin banyak yang tidak sependapat dengan saya. Tetapi indeed, turbo adalah replacement for displacement.
Sepuluh hingga dua puluh tahun yang lalu anda harus pasrah di antara dua pilihan.
Jika ingin mobil yang enak digunakan ke luar kota dan nyaman, ia pasti besar dan sangat pasti bermesin besar, yang artinya bertenaga besar, tetapi tenaga besar itu pada akhirnya membuat anda jadi langganan SPBU saat kendaraan itu terpaksa juga anda gunakan sehari - hari. Saya masih ingat ketika Honda CR-V 2.400cc lama hanya mampu menorehkan angka 1 liter untuk 7 kilometer, kontras sekali jika dibandingkan CR-V Turbo yang sangat mudah meraih 1 liter untuk 10 kilometer.
Sebaliknya ketika anda ingin sebuah city commuter, mobil itu pasti kecil. Artinya mesinnya kecil hanya diciptakan untuk aktivitas urban. Mudah parkir, mudah masuk rumah, tidak memenuhi halaman rumah, hanya mobilnya sangat tidak nyaman untuk jalan jauh. Mendapatkan tenaga harus memainkan putaran di powerband yang sangat sempit karena mesin kapasitas kecil yang lemah di putaran tinggi.
Memiliki mobil bermesin kecil Turbocharged adalah memiliki mobil dengan dua buah mesin. Di perkotaan ia meminum bensin tidak lebih banyak dari sebuah low-MPV, tetapi di perjalanan jauh tenaganya dapat mengimbangi mesin dengan kapasitas 2 kali lipatnya.
Retorik "there is no replacement for displacement" hanya berlaku di dua hal : suara dan sensasi "raw" power mesin. Kedua hal ini memang priceless dan saya tetap menyukai mendengarkan geraman mesin - mesin V8.
Dodge Challenger SRT Demon, "iblis" bertenaga lebih dari 800 hp untuk melahap drag strip dengan lengkingan supercharger dan geraman V8 tradisional khas Amerika.
( sumber )
Tetapi di masa sekarang tidak ada demand untuk itu. Pasar sudah tidak lagi membeli mobil yang setiap minggu atau tiga hari sekali harus ngantri di SPBU. Permintaan pasar adalah mobil yang semakin efisien mengolah tenaga, dan tentu saja semakin silent.
Comments