Turbocharge atau akrab disebut sebagai turbo merupakan salah satu metode mendongkrak performa mesin tanpa mengorbankan konsumsi bensin dan emisi gas buang. Secara teknis, tenaga mesin dapat meningkat jika kapasitas mesin ditambah dengan risiko meningkatnya asupan bahan bakar. Namun, dengan adanya aplikasi teknologi forced induction pada turbo, mampu membuat mesin, bahkan dengan kapasitas lebih kecil sanggup untuk menghasilkan kinerja setara mesin normally aspirated (NA) dengan kubikasi lebih besar sekitar 1,5 kalinya.
Awalnya teknologi turbo ini merupakan sebuah usaha untuk memecahkan masalah kehilangan tenaga atau stall pada mesin pesawat konvensional dan terbukti mampu menjalankan misinya di awal era 1900-an. Keberhasilan turbo mendorong pabrikan aviasi untuk melengkapi pesawat-pesawat tempur di masa Perang Dunia II dengan turbocharge agar terbang lebih cepat dan efisien. Tidak hanya di dunia penerbangan, mesin turbo juga diaplikasikan oleh industri mesin kapal laut dan kereta api di 1920-an.
Turbo di masa awal penemuan masih berukuran jumbo dan dipasang di mesin-mesin besar seperti mesin pesawat terbang. Ketika itu ukuran turbo dinilai tidak praktis untuk dimanfaatkan oleh mesin mobil. Namun, seiring perkembangan teknologi, ukuran turbo akhirnya berevolusi menjadi lebih ringkas sehingga dapat diaplikasikan pada mesin mobil, bahkan menjadi salah satu idola untuk meningkatkan performa secara instan dan drastis.
Cara Kerja Turbo di Mesin Mobil
Prinsip kerja turbocharge adalah dengan memanfaatkan aliran udara panas dari gas buang mesin untuk menambah tekanan dan kepadatan udara di ruang bakar. Cara kerjanya, gas buang dari mesin tidak langsung diarahkan ke knalpot melainkan ke perangkat turbo terlebih dahulu yang di dalamnya terdapat sebuah turbin yang memutar poros pada turbo.
Selanjutnya, kompresor yang berada satu poros dengan turbin akan memanfaatkan energi mekanis yang dihasilkan untuk mengisap dan memampatkan lebih banyak udara dari luar ke dalam ruang bakar mesin. Sebagai gambaran, mesin normal tanpa turbo hanya mengandalkan kevakuman di dalam ruang mesin untuk menarik udara masuk ke dalamnya sehingga tidak sepadat udara yang didorong oleh turbo.
Putaran yang dihasilkan di dalam turbo bisa mencapai 150 ribu rpm, lebih cepat sampai 30 kali lipat daripada putaran mesin mobil biasa. Tapi biasanya turbocharge baru akan bekerja saat mesin berputar pada rpm tertentu sebab turbin baru akan berputar ketika gas buang mempunyai tekanan yang cukup. Semakin cepat putaran mesin, semakin kuat pula dorongan gas buang ke turbin. Semakin kuat putaran turbin juga akan memaksa putaran kompresor ikut meningkat dimana udara yang masuk ke dalam ruang bakar kian padat, kaya oksigen, dan bertekanan tinggi.
Dengan begitu, campuran bahan bakar dan udara di dalam ruang bakar akan memiliki daya ledak tinggi ketika busi memantik api untuk membakar campuran keduanya. Alhasil, tenaga dan torsi yang disalurkan dalam satu siklus mesin pembakaran dalam akan meningkat secara signifikan karena besarnya daya dorong piston akibat kuatnya daya ledak di dalam ruang bakar.
Keuntungan Turbo di Mesin Mobil Modern
1. Upgrade Tenaga Mesin
Semakin besar dapur pacu maka akan semakin besar juga kebutuhan akan bahan bakar. Struktur mesin yang besar juga menambah area ruang mesin dan bobot kendaraan yang membuat desain mobil sulit dibuat lebih kompak dan aerodinamis, khususnya untuk urban car yang butuh fungsionalitas tinggi. Komponen mesin yang terlibat juga semakin banyak sehingga membuang lebih banyak tenaga hanya untuk menggerakkannya.
Penggunaan turbo meminimalisir kendala di atas. Mesin berkubikasi kecil yang dibekali peranti turbocharge dapat menyemburkan tenaga lebih besar jika dibandingkan mesin non-turbo meskipun kapasitas mesinnya sama, bahkan lebih besar.
Sebagai contoh, mesin 1.000 cc yang didorong oleh turbo mampu menghasilkan tenaga hingga 98 PS pada putaran 6.000 rpm dan torsi 140 Nm pada putaran 2.400-4.000 rpm. Umumnya, tanpa bantuan turbo, mesin dengan kapasitas 1 liter hanya sanggup menghasilkan tenaga sekitar 65 PS pada 6.000 rpm dan torsi 88 Nm pada 3.600 rpm. Tenaga dan torsi mesin turbo unggul hingga 50% dari mesin non-turbo. Bahkan, torsi dapat diperoleh di putaran mesin lebih rendah dan konstan hingga putaran tinggi. Kelebihan ini membuat mobil dengan mesin turbo dapat bermanuver dengan mudah di tengah kepadatan jalan atau cruising dengan nyaman di jalan tol.
Berkat dorongan turbo, mesin tersebut bahkan tetap lebih unggul dibandingkan mesin berkapasitas 1.200 cc yang hanya bertenaga 88 PS dan torsi 107 Nm dimana tenaga dan torsi puncak diperoleh di rentang yang sama dengan mesin non-turbo lainnya. Fakta menarik lainnya, ternyata torsi 140 Nm tersebut setara dengan torsi yang dihasilkan oleh mesin berkapasitas 1.500 cc normally aspirated (NA), 1,5 kali dari kapasitas mesin turbo yang hanya 1.000 cc. Jelas keunggulan komparatif yang sangat menggoda untuk sebuah mobil modern.
2. Irit Konsumsi Bensin
Perangkat turbo pada mesin mobil mampu meningkatkan efisiensi bahan bakar karena pembakaran di dalam mesin yang lebih sempurna. Daya ledak yang besar membuat mesin tidak memerlukan bahan bakar lebih banyak untuk menghasilkan tenaga karena rasio kompresi mesin meningkat drastis dan udara yang dipampatkan kaya akan oksigen.
Selain itu, komponen yang bergerak di dalam turbo hanya mengandalkan embusan udara dari gas buang sehingga tidak membebani mesin. Bandingkan jika hanya mengandalkan penambahan kapasitas mesin, baik dengan menambah jumlah atau kapasitas silinder mesin, dimana tenaga untuk menggerakkan komponennya juga berasal dari tenaga mesin sehingga menciptakan mechanical lost yang terbilang tinggi dan berujung pada penambahan konsumsi bensin. Pun ditambah naiknya bobot dari bertambahnya komponen mesin.
Turbocharge dapat memberikan efisiensi penggunaan bahan bakar pada dapur pacu diesel hingga 40%, sementara pada mesin bensin mencapai 20%. Meski demikian, tingkat efisiensi bahan bakar yang dihasilkan setiap mobil juga tergantung dari cara mengemudi dan kondisi jalan yang dilewati, termasuk kualitas bahan bakar yang digunakan.
3. Mengurangi Kebisingan Suara Mesin
Saat melaju di jalan, suara kendaraan bermesin turbo terdengar lebih halus dan senyap lantaran peranti ini bertindak pula sebagai peredam tambahan dimana gas buang justru dialihkan ke turbo dan tidak langsung diarahkan ke knalpot sehingga mampu menurunkan kebisingan suara mesin. Justru yang sekarang terdengar adalah desingan turbo ketika berputar di rpm tinggi yang memberikan efek racing.
4. Mesin Lebih Kompak dan Ringan
Bicara performa dan kebutuhan bensin, mesin kompak 1.500 cc merupakan pilihan paling tepat untuk lalu lintas perkotaan dan sesekali rekreasi di akhir pekan. Tidak heran jika Toyota mengandalkan mesin tipe ini dalam berbagai model mobil di Indonesia seperti Yaris, Sienta, Vios, Rush, dan Avanza-Veloz 1.5. Dengan adanya teknologi turbo, Toyota dapat menawarkan produk dengan kapasitas mesin yang lebih kecil seperti 1.000 cc dengan performa yang setara dengan mesin 1.500 cc serta memberikan nilai tambah berupa konsumsi bahan bakar yang lebih efisien.
Turbocharge yang hanya terdiri dari dua bagian utama, yakni turbin dan kompresor yang terbilang ringan dan tidak memakan banyak tempat di ruang mesin. Akibatnya, ukuran total mesin bisa dibuat lebih kompak, ringkas, dan ringan dimana kondisi ini memberikan keuntungan bagi desainer dalam upaya membuat mobil kompak dan stylish yang cocok dipakai di area perkotaan tanpa mengorbankan kinerja mesin, di samping tentunya bobot mesin yang lebih ringan.
5. Emisi Gas Buang Lebih Rendah
Selain dapat menciptakan efisiensi penggunaan bahan bakar sebesar 40% di mesin diesel dan 20% di mesin bensin, mesin turbo juga memberikan efek positif lainnya yaitu mengurangi emisi gas buang dengan proses pembakaran di ruang bakar yang lebih sempurna sehingga dapat turut melestarikan lingkungan sekitar. Tak heran, trend mobil dengan mesin turbo kian meningkat dari waktu ke waktu seiring dengan semakin peningkatan pada awareness masyarakat terhadap lingkungan.
Aplikasi Turbo di Mesin Toyota
Salah satu produk Toyota bermesin turbo di Indonesia adalah Fortuner diesel yang sejak generasi pertama di tahun 2007. Menggunakan mesin 2KD-FTV 2.500 cc D4-D bertenaga 102 PS dan torsi 265 Nm, Fortuner diesel mendapatkan respons yang positif karena kinerja mesin diesel turbo yang mengagumkan, bahkan mengungguli penjualan Fortuner bensin sebagai pilihan utama konsumen hingga sekarang. Berlanjut hingga teknologi VNTurbo (Variable Nozzle Turbocharge) bertenaga 145 PS di 3.400 RPM dan torsi 344 Nm di 1.600-2.400 RPM pada tahun 2012.
VNTurbo merupakan julukan bagi teknologi turbo variabel yang diciptakan oleh Toyota. Turbo pintar yang disematkan pada Fortuner dapat berputar mengikuti situasi, kondisi dan kebutuhan mesin sehingga meminimalkan potensi turbo lag, yaitu kondisi dimana putaran turbo belum cukup kuat untuk memampatkan udara ke dalam ruang bakar sehingga tenaga dan torsi mesin belum melonjak drastis. Ini yang membuat mesin turbo tradisional terasa kurang bersemangat di putaran bawah.
Teknologi VNTurbo mengurangi risiko tersebut dan memperbesar tingkat kepadatan udara yang dikompresi ke dalam silinder mesin. Berbeda dengan turbo biasa, rumah turbin dilengkapi bilah yang bisa diatur sudut bukaannya bergantung pada beban dan putaran mesin. Pada putaran rendah, tekanan gas buang masih lemah dan belum efektif memutar turbin. Bilah ditutup sehingga gas buang mengalir di area sempit yang otomatis meningkatkan tekanan dan seketika memutar turbin tanpa perlu menunggu putaran mesin naik.
Hasilnya, keterlambatan daya turbo pada putaran rendah (turbo lag) mampu dikurangi dan mesin sanggup melontarkan torsi konstan sejak putaran serendah idle. Perubahan sudut sirip turbin diatur oleh Engine Control Unit (ECU) berdasarkan kinerja dan kebutuhan mesin. Semakin tinggi putaran mesin, sudut bukaan juga semakin besar untuk menghindari tekanan berlebihan yang bisa merusak perangkat turbo dan menjaga usia pakainya.
All new engine berkode 2GD-FTV 2.400 cc 4-silinder dengan teknologi turbo variabel VNTurbo Intercooler menghasilkan tenaga 149 PS di 3.400 rpm dan torsi 408 Nm di 1.600–2.000 rpm dipakai oleh Fortuner generasi ke-2 yang mulai mengaspal di tahun 2019. Tahun 2020, mesin diesel ramah lingkungan ini memperoleh sentuhan berupa penggunaan sistem pendingin air di rumah kompresor turbo untuk menurunkan suhu udara yang akan ditekan ke dalam ruang bakar sehingga tekanan udara meningkat.
