Turbocharger

Turbocharger adalah sebuah kompresor sentrifugal yang mendapat daya dari turbin yang sumber tenaganya berasal dari asap gas buang kendaraan. Biasanya digunakan di mesin pembakaran dalam untuk meningkatkan keluaran tenaga dan efisiensi mesin dengan meningkatkan tekanan udara yang memasuki mesin. Kunci keuntungan dari turbocharger adalah mereka menawarkan sebuah peningkatan yang lumayan banyak dalam tenaga mesin hanya dengan sedikit menambah berat.
Turbocharger ditemukan oleh seorang insinyur Swiss Alfred Büchi. Patennya untuk turbocharger diaplikasikan untuk dipakai tahun 1905. Lokomotif dan kapal bermesin diesel dengan turbocharger mulai terlihat tahun 1920an.
Sebuah kerugian dalam mesin bensin adalah rasio kompresi harus direndahkan (agar tidak melewat tekanan kompresi maksimum dan untuk mencegah knocking mesin) yang menurunkan efisiensi mesin ketika beroperasi pada tenaga rendah. Kerugian ini tidak ada dalam mesin diesel diturbocharge yang dirancang khusus. Namun, untuk operasi pada ketinggian, pendapatan tenaga dari sebuah turbocharger membuat perbedaan yang jauh dengan keluaran tenaga total dari kedua jenis mesin. Faktor terakhir ini membuat mesin pesawat dengan turbocharger sangat menguntungkan; dan merupakan awal pemikiran untuk pengembangan alat ini.
Komponen mesin ini memiliki tiga bagian penting: roda turbin, roda kompressor dan rumah as. Roda turbin yang bersudu-sudu ini berputar memanfaatkan tekanan gas buang keluar, kemudian melalui as terputarnya roda turbin ini berputar pula roda kompressor dengan sudu-sudunya sehingga memompa udara masuk dalam massa yang padat. Mengingat komponen ini sering berputar melebihi 80,000 putaran per menit maka pelumasan yang baik sangat diperlukan.

Turbocharger vs. supercharger

Berbeda dengan turbocharger, supercharger diatur secara mekanis digerakkan oleh mesin. Sabuk, rantai, poros, dan roda gigi adalah metode umum untuk menjalankan supercharger, meletakkan beban mekanis pada mesin. Misalnya, pada satu tahap mesin Rolls-Royce Merlin dengan supercharger berkecepatan tunggal, supercharger akan menggunakan tenaga mesin sekitar 150 horsepower (110 kilowatt). Namun manfaatnya lebih besar, karena dari tenaga 150 hp (110 kW) untuk mendorong supercharger, mesin akan menghasilkan tambahan 400 tenaga kuda, sehingga keuntungan bersihnya 250 hp (190 kW). Dari sinilah kelemahan utama supercharger terlihat, karena mesin harus menahan daya keluaran bersih dari mesin ditambah tenaga untuk menggerakkan supercharger.
Kelemahan lain dari sebagian supercharger adalah efisiensi adiabatik lebih rendah dibandingkan dengan turbocharger (terutama Supercharger model-akar). Efisiensi adiabatik adalah ukuran kemampuan kompresor untuk memampatkan udara tanpa menambah panas tambahan ke udara tersebut. Proses kompresi selalu menghasilkan panas sebagai produk sampingan dari proses itu; akan tetapi, kompresor yang lebih efisien menghasilkan lebih sedikit panas berlebih. Supercharger model-akar menghasilkan panas berlebih ke dalam udara daripada turbocharger. Dengan demikian, untuk volume dan tekanan udara yang sama, udara turbocharger lebih dingin, dan sebagai hasilnya lebih padat, maka mengandung molekul oksigen lebih banyak, dan akhirnya dihasilkan tenaga potensial lebih besar daripada udara supercharger. Dalam aplikasi praktis perbedaan antara keduanya dapat dramatis, dengan turbocharger sering menghasilkan tenaga 15% sampai 30% lebih tinggi, semata-mata hanya pada perbedaan efisiensi adiabatik.
Sebagai perbandingan, turbocharger tidak menempatkan beban mekanik langsung pada mesin, meskipun turbocharger menempatkan tekanan gas buang kembali pada mesin, meningkatkan kerugian pemompaan. ini lebih efisien, karena menggunakan energi yang terbuang dari gas buang untuk menggerakkan kompresor. Berbeda dengan supercharger, kelemahan utama dari turbocharger adalah apa yang disebut sebagai "lag" atau "waktu spool". Ini adalah waktu antara permintaan untuk peningkatan daya (throttle dibuka) dan turbocharger memberikan peningkatan tekanan intake, sehingga meningkatkan daya.
Throttle lag terjadi karena turbocharger bergantung pada penimbunan tekanan gas buang untuk menggerakkan turbin. Dalam sistem variabel output seperti mesin mobil, tekanan gas buang saat idle, kecepatan mesin rendah, atau throttle rendah biasanya tidak cukup untuk menggerakkan turbin. Hanya ketika mesin mencapai kecepatan yang cukup, bagian turbin mulai spool up, atau berputar cukup cepat untuk menghasilkan tekanan intake di atas tekanan atmosfer.
Kombinasi turbocharger dan supercharger dapat menghilangkan kelemahan dari keduanya. Teknik ini disebut twincharger.