Garretten Greddy: Kisah Revolusi Turbo di Sirkuit dan di Jalanan

Turboşarj adalah mekanisme konversi mekanis yang memulihkan energi gas buang dan memampatkan lebih banyak udara ke dalam mesin; memperoleh paten pertamanya pada 1905 dan melewati sirkuit balap hingga akhirnya menjadi tulang punggung mobil produksi massal saat ini. Di halaman ini, Anda akan mengikuti kisah dalam satu garis waktu, mulai dari aplikasi truk pertama pada 1938, mobil produksi pertama tahun 1962, monster Can-Am Porsche berdaya 1.000 tenaga kuda, era turbo Formula 1, hingga kebangkitan mesin turbo berkapasitas kecil pasca krisis minyak.

Sejarah turbocharger: sebuah ide yang lahir dari gas buang

Logika dasar turbocharger sederhana dan sangat elegan secara rekayasa: gas buang yang dikeluarkan dari mesin sudah membawa energi; energi tersebut diputar dengan turbin, dan kompresor pada poros yang sama memampatkan udara masuk. Berbeda dengan supercharger, tenaga ini tidak berasal dari poros engkol mesin, melainkan sebagian besar dari aliran gas buang yang biasanya terbuang sia-sia. Ide ini menjadi resmi dengan paten pertama bertanggal 1905, tetapi butuh lebih dari empat puluh tahun untuk diterapkan pada mobil.

Aplikasi kendaraan komersial pertama terjadi pada kendaraan angkutan: Produsen Swiss Saurer memperkenalkan mesin truk turbocharge pada 1938. Truk diesel turbo di Eropa mulai terlihat menjelang Perang Dunia II, dan penerbangan masa perang menyempurnakan teknologi ini. Pesawat militer turbocharge seperti P-38, B-17, dan P-47 mampu mempertahankan performansi di ketinggian besar dengan memanfaatkan energi gas buang, tidak seperti supercharger mekanis.

1962: Mobil produksi turbocharge pertama melintasi jalan raya

Perjumpaan pertama turbocharger dengan mobil produksi massal terjadi pada tahun model yang sama pada dua produk GM yang berbeda: Chevrolet Corvair Monza Spyder dan Oldsmobile Jetfire. Oldsmobile meningkatkan V8 215 inci kubik -nya dengan turbo dari 155 hp menjadi 215 hp; sementara Chevrolet meningkatkan mesin enam silinder sejajar 145 inci kubik -nya dari 98 menjadi 150 hp. Kedua sistem bekerja dengan boost sekitar 5 psi dan konfigurasi karburator "suck-through" - sangat sederhana menurut ukuran hari ini, tetapi merupakan peningkatan tenaga yang luar biasa untuk masa itu.

Perjalanan Jetfire tidak berlangsung lama. Model yang memerlukan sistem injeksi metil alkohol-air bernama Turbo-Rocket fluid untuk mengendalikan detonasi yang tak terhindarkan pada mesin dengan rasio kompresi rendah itu berakhir setelah dua tahun model dengan produksi sekitar 9.600 unit. Corvair dijual selama lima tahun, terjual lebih dari 50.000 unit, dan opsi tersebut dihapus pada akhir tahun model 1966. Singkatnya, pada percobaan pertamanya turbocharger adalah sebuah ide yang benar secara teknologi, tetapi terlalu dini secara komersial.

Turbo di sirkuit balap: Dari Indy 500 hingga raksasa Can-Am

Masuknya turbocharger ke olahraga otomobil terjadi sebelum produksi massal. Pada 1952, mobil spesial Kurtis Kraft bertenaga mesin turbodiesel 6,4 liter milik Cummins meraih posisi pole di Indy 500 bersama Fred Agabashian; namun tersingkir dari balapan setelah filter udaranya menelan puing lintasan. Ledakan sesungguhnya dimulai pada 1966 dengan kemunculan Offenhauser turbocharged pertama di grid; pada 1968, Bobby Unser memenangkan Indy 500 dengan turbo-Offy, dan mesin-mesin ini mampu menghasilkan 1.200 hp dengan boost 54 psi pada sesi kualifikasi. Setelah kecelakaan fatal tahun 1973, boost dibatasi hingga ~39 psi.

Porsche 917/10 dan 917/30: 1.500 tenaga kuda dari knalpot

Porsche tidak dapat melanjutkan mesin 4,5 liter milik 917 karena aturan mesin 3 liter. Di bawah pimpinan Ferdinand Piëch, tim yang dipimpin Hans Mezger dan Valentin Schäffer menaikkan mesin hingga 1.000 PS (735 kW) dengan turbocharger kembar knalpot. Pada 30 Juli 1971, Jo Siffert untuk pertama kalinya mengunakan 917/10 turbocharged di Hockenheimring. 917/30 yang kemudian hadir, dengan flat-12 turbo kembar 5,4 liter, menghasilkan tenaga di atas 1.500 hp pada sesi kualifikasi, dengan boost mencapai 32 psi. Mark Donohue memenangkan 6 dari 8 balapan pada musim Can-Am 1973; pada 1975 di Talladega ia mencetak rekor putaran 221,160 mph. Mobil ini, yang juga dilengkapi pengaturan boost yang dikendalikan pengemudi, menunjukkan wajah paling radikal dari turbo lag, mengingat respons gas versi 1972 digambarkan seperti "saklar on-off".

Era turbo Formula 1: Dari 1977 hingga 1988

Renault RS01 memulai era turbo Formula 1 di Silverstone pada 1977. Mobil yang tampil di lintasan dengan satu turbo dan 500 hp itu diejek para pesaing dengan sebutan "yellow teapot" - teko kuning. Penghinaan itu tidak berlangsung lama: Pada 1979, RS10 membawa turbo kembar dan intercooler, dan kemenangan Jean-Pierre Jabouille di Dijon menjadikan turbo sebagai pilihan yang serius. Menjelang 1983, BMW, Honda, Renault, Alfa Romeo, Hart, dan TAG/Porsche memasok mesin turbo; di sesi kualifikasi dibicarakan boost 45 psi dan tenaga 700 hp. Pada 1985, boost 5,5 bar (~82 psi) dan perkiraan 1.500 hp - 1.000 tenaga kuda per liter, pada mobil seberat 1.200 pon.

Final era itu merupakan sebuah tontonan: Pada 1988, dengan McLaren MP4/4 dan Honda RA168E V6 turbo kembar, Senna dan Prost memenangkan 15 dari 16 balapan. FIA melarang mesin turbo mulai musim 1989; karena itu beberapa kalender menutup era tersebut pada 1988, yang lain pada 1989 - dalam praktik perbedaannya hanyalah pergeseran satu musim antara tahun terakhir mobil-mobil balapan dan tahun berlakunya larangan.

Turun ke mobil jalanan: Kebangkitan berat era 70-an dan masa keemasan era 80-an

Kembalinya teknologi balap ke jalanan bukanlah garis lurus. BMW 2002 Turbo (1973–74) menghasilkan 170 hp dan torsi 240 lb-ft, hanya diproduksi sebanyak 1.672 unit dengan rasio kompresi 6,9:1 dan tidak diimpor resmi ke AS. Pada tahun yang sama Porsche 911 Turbo (930) model 1975 menawarkan 3.0 liter dan 260 hp; performa di bawah sayap "whale tail" itu datang bersama turbo lag yang mencolok dan kecenderungan snap oversteer. Kendaraan-kendaraan ini menunjukkan bahwa isu turbo lag dan kemudahan pengendalian masih belum terpecahkan.

Langkah yang lebih senyap namun lebih bertahan lama datang dari Mercedes: Turbo diesel OM617A menjadi mobil turbo diesel produksi massal pertama di W116 sedan pada 1978 dan membuka pintu era ketika turbocharger mulai diasosiasikan dengan efisiensi bahan bakar dan kata emisi rendah. Sedangkan di era 80-an, karakternya menjadi lebih beragam: Ferrari 288 GTO (1984) menghasilkan 400 hp dengan mesin V8 twin-turbo IHI berkapasitas 2.8 liter, hanya diproduksi sebanyak 277 unit dan meletakkan fondasi bagi F40. Buick Grand National / GNX (1987) dengan edisi GNX sebanyak 547 unit menurunkan 0-60 menjadi ~5 detik dan menyelesaikan quarter mile dalam 13,2 detik, menjadikannya produk GM tercepat dalam akselerasi pada masanya. Di pihak Chrysler, Dodge Daytona dan Plymouth Laser tahun 1984 menawarkan turbo Garrett dengan 146 hp; Shelby GLHS tahun 1986 menaikkannya menjadi 175 hp. Penerapan turbo geometri variabel (VGT) produksi pertama terlihat pada varian Chrysler CSX pada 1989.

Ledakan produsen Jepang di era 80-an

Pada 1980-an, produsen Jepang memaksakan batas-batas dengan menggabungkan turbocharger dengan sasis ringan dan teknologi turunan motorsport; periode ini dikenal sebagai "zaman keemasan" dengan Nissan turbocharged, Mazda rotary, dan mesin Honda berputar tinggi. Arah ini berlanjut di era 90-an dengan ikon-ikon seperti Nissan Skyline GT-R R32–R34, Honda NSX, Mazda RX-7 FD, Toyota Supra MK4 dan Subaru Impreza WRX STI. Sisi balap Porsche juga tidak meninggalkan turbo: 956 tahun 1982 mencapai finis satu-dua-tiga di Le Mans dengan mesin twin-turbo 2.8 liter; Sementara 962 yang dikembangkan untuk pasar AS memenangkan 4 kejuaraan IMSA berturut-turut sejak 1984.

Krisis minyak dan downsizing: mengapa turbocharger mendominasi produksi massal?

Musim semi kedua turbocharger di mobil jalan raya datang bukan dari target performa, melainkan dari paksaan ekonomi. Setelah embargo OPEC 1973, mobil-mobil AS mengalami penurunan tenaga; pengecilan dimulai langsung sebagai respons terhadap krisis ini dan melahirkan standar ekonomi bahan bakar CAFE. Meskipun pergeseran ke mobil kecil sudah dimulai sebelum embargo pertama, krisis menjadikannya permanen. V8 besar pra-1970 merupakan standar dengan kapasitas 5,7–7,5 liter dan tenaga kuda yang tinggi; gambaran itu mulai ditutup.

Dalam pengurangan ukuran mesin modern, mesin turbo kecil digunakan untuk menggantikan mesin aspirasi natural yang besar demi perolehan efisiensi bahan bakar sebesar 20–30%; Prediksi bahwa sebagian besar armada Ford akan bertenaga EcoBoost meringkas sisi ini. Konfigurasi hot-vee yang menempatkan turbo di antara kedua blok silinder juga berevolusi dari Formula 1 dan pertama kali muncul di dunia produksi lewat mesin BMW N63; BMW dan Mercedes memproduksi tenaga di atas 600 hp dengan konfigurasi ini.

Apa itu turbo lag dan bagaimana rekayasa mengatasinya?

Turbo lag adalah jeda saat tenaga datang karena turbin tidak mencapai putaran yang cukup saat gas ditekan; pada 911 Turbo era 70-an, jeda ini menjadi penentu karakter berkendara. Jawaban rekayasa berkembang dalam tiga jalur utama:

• Twin-scroll turbo: Mengalirkan aliran gas buang ke turbin melalui saluran terpisah, mengurangi interferensi dan mempercepat respons; membutuhkan rumah turbin bercabang serta manifold terpisah.
• Paralel twin-turbo: Menggunakan dua turbo yang lebih kecil; karena setiap turbo mengalirkan volume yang lebih kecil, ia berputar lebih cepat dan jeda berkurang untuk tenaga yang sama.
• Turbo kecil + aliran efisien: Turbin yang lebih kecil bekerja efisien pada putaran yang lebih rendah; desain twin-scroll mengoptimalkan aliran ini dan menurunkan jeda secara signifikan.

Asal-usul historisnya juga tak boleh dilupakan: Pengaturan boost yang dikendalikan pengemudi pada Porsche 917/30 adalah salah satu cara pertama mengelola jeda di dunia balap. Kini, konfigurasi twin-scroll dan hot-vee telah menurunkan jeda ke level yang tak terasa dalam penggunaan sehari-hari.

Kesimpulan: dari sirkuit ke jalan raya, dari jalan raya ke mesin

Sejarah turbocharging adalah kisah sebuah pendekatan, bukan sebuah komponen: tidak membiarkan energi terbuang. Garis yang membentang dari truk Saurer hingga Jetfire, dari mesin Offy hingga RS01, dari 917/30 hingga MP4/4, menerapkan prinsip fisika yang sama dalam skala yang berbeda di setiap langkah. Gelombang downsize setelah krisis minyak mengubah teknologi ini dari sekadar pilihan menjadi standar. Hari ini, bahkan pada mesin hot-vee yang melebihi 600 tenaga kuda, gagasan 1905 yang sama masih bekerja - hanya saja jauh lebih senyap, efisien, dan tanpa jeda.

Sumber

• History of the Turbocharger
• Turbo vision: a revolution in engine construction
• Turbocharger
• Downsize (automobile)
• Hot vee turbocharged engine
• Turbo Lag: Causes, Effects and Solutions
• The Lost Scrolls of Turbocharging: How Twin-Scrolls Work
• The First Turbocharged Mass-Market Production Car
• Boost Isn't New! A History of Turbocharged Cars
• History of the turbo