DUAPULUH lima tahun silam, perkembangan
otomotif tidak secepat saat ini. Segala sesuatunya waktu itu, seolah berjalan
biasa tanpa adanya gejolak yang memaksa orang berupaya mengefisiensikan sumber
daya alam.
SERING kita
jumpai pada saat itu, mobil-mobil dengan tingkat konsumsi bahan bakarnya boros:
satu liter hanya untuk tiga kilometer. Anehnya, orang tak ambil pusing dan
menganggap kejadian seperti itu biasa saja, karena harga bensin waktu itu boleh
dikatakan masih murah.
Mesin-mesin
yang "doyan bensin" waktu itu, di antaranya adalah truk General Motor
Company (GMC) dan Chevrolet buatan Amerika Serikat, begitu laku keras. Biar
boros bensin, tak masalah! Ditambah lagi, kondisi jalan saat itu yang banyak
belum beraspal, membutuhkan mesin kuat yang bisa memberi tenaga spontan seperti
truk-truk di atas.
Namun keadaan
seperti itu berbalik 180 derajat pada saat ini, setelah harga bahan bakar (BB)
melonjak dan persediaan minyak bumi juga kian menipis. Teknologi mesin pun
serta merta dipaksa untuk adu irit, seiring dengan itu masyarakat yang sudah
terbiasa dimanja berbagai fasilitas pun terus menuntut agar mobil baru semakin
hari semakin irit.
Ahli-ahli
teknologi mesin pun menjawab: boleh-boleh saja mesin semakin irit, namun toh
tetap harus bertenaga. Maka, dapat kita saksikan bagaimana industri mesin
otomotif berpacu dengan teknologi baru, dan sekaligus mengalami perkembangan
yang cukup mengesankan. Belum lagi ditambah faktor jalanan raya yang semakin
hari semakin mulus.
Tuntutan akan
mobil yang irit BB namun bertenaga besar pun semakin menjadi kenyataan.
Truk-truk besar, yang tadinya menggunakan bensin, saat ini lebih banyak memakai
bahan bakar solar yang lebih murah, namun lebih efisien dan menghasilkan tenaga
besar.
Perubahan ini
terjadi begitu cepat. Tidak jarang terjadi, dalam waktu relatif singkat, sudah
bermunculan teknologi baru untuk meningkatkan kinerja mesin. Kalau dahulu
banyak mesin dengan RPM rendah yang ditandai dengan conrod yang panjang (stang
sekher), maka sekarang mobil menggunakan mesin dengan stang sekher yang pendek,
yang memungkinkan mesin berputar pada RPM tinggi.
Hasilnya,
tenaga mesin meningkat akan tetapi lebih irit BB. Mesin-mesin masa kini secara
fisik tampaknya kecil, akan tetapi dalam kinerja ternyata menghasilkan tenaga
yang begitu besar.
Sistem pemasukan
Kalau diteliti
lebih lanjut, tampak bahwa upaya atau konsentrasi para ahli teknologi mesin
tersebut diarahkan pada sistem pemasukan bahan bakar. Komponen di bagian ini
direkayasa sedemikian rupa sehingga BB yang biasanya 25% energi panas untuk
menggerakkan mesin, dapat ditingkatkan.
Umpamanya,
mubasirnya 34% yang dibuang lewat knalpot, 32% diisap kembali oleh sistem
pendinginan mesin, dan lainnya sebesar 9% dapat dikurangi. Jumlah lubang klep diperbanyak,
memang diperlukan untuk mempercepat pemasukan BB dan udara. Mekanisme penggerap
klep juga banyak mengalami rekayasa.
Kita menjadi
terbiasa mendengar mesin dengan 16 klep (valve) untuk 4 silinder maupun 24 klep
untuk 6 silinder. Kemudian diikuti dengan mesin yang menggunakan cam shaft
(noker as) lebih dari satu, nama populernya DOHC (Double Overhead Cam shaft)
atau twincam. Semakin hari, semakin banyak mesin yang menggunakan sistem ini.
Toyota, belum
lama ini memperkenalkan mekanisme penggerak klep, khususnya pada cam shaft.
Teknologi baru untuk mengatur buka dan tutupnya klep pemasukan bahan bakar,
bisa dikategorikan sebagai suatu kemajuan teknologi mesin otomotif yang sangat
berarti.
Teknologi
penggerak klep - yang diberi nama Variable Timing-Intelligent (VVT-i) ini akan
menambah tenaga mesin lebih besar, namun pemakaian BB tetap ekonomis. Mesin
yang memiliki twin cam, yang terdiri dari satu cam untuk menggerakkan klep
pemasukan bahan bakar, dan cam yang lain untuk pembuangan gas bekas pembakaran,
bekerjanya tidak "beraturan". Berbeda dengan mesin-mesin DOHC yang
konvensional.
Cam shaft yang
menggerakkan klep pemasukan BB, direkayasa agar bisa bergerak variabel
dibandingkan dengan gerakan cam shaft pembuangan gas bekas yang konstan. Cam
shaft yang satu ini, saat menekan pembukaan klep, bekerjanya tergantung RPM
mesin. Ia sebentar lebih cepat, sebentar bisa lebih lambat antara 30 derajat
sampai 60 derajat, disesuaikan dengan tingkat RPM dan beban mesin.
Dengan cara
ini, mesin pada RPM tinggi, klep pemasukan bahan bakar akan membuka lebih dini
atau lebih cepat sehingga jumlah BB mendapat kesempatan lebih banyak masuk ke
ruang bakar/silinder. Sebaliknya pada saat RPM rendah, klep masukannya
membukanya diperlambat sehingga jumlah BB yang masuk tidak banyak. Dengan cara
ini mesin mobil menjadi sangat efisien dan ekonomis.
Perkembangan
mesin pada saat ini mengharuskan, mesin yang ekonomis dalam penggunaan BB
tetapi tenaga mesin tetap besar. Sering kali, sepertinya mustahil hal itu
dilakukan, walau pada kenyataannya berhasil menjadi kenyataan.
Corolla DX,
misalnya, dengan mesin 1300 cc dan dibebani pendingin (AC), penggunaan BB lebih
boros bila dibandingkan dengan Great Corolla "cucu"nya, yang
menggunakan mesin dengan isi silinder 1600 cc yang diberi beban AC, serta power
steering.
Sudah lebih irit dengan mesin yang lebih
besar, 1600 cc, Great Corolla lebih bertenaga pula bila dibandingkan dengan DX.
Desain pun lebih maju, walau mobil tampak kecil tetapi ruangan di dalamnya
terasa longgar.
Di samping
kedua hal di atas, mesin modern saat ini juga dituntut memenuhi persyaratan
ramah lingkungan, tak merusak lingkungan. Artinya, gas buang sisa pembakaran
mesin tidak mengandung CO dan NOx yang tinggi.
Dengan
mengurangi inefisiensi panas yang dibuang lewat knalpot dari hasil pembakaran
mesin, maka gas-gas beracun yang dibuang ke alam bebas juga menjadi lebih kecil
persentase volumenya. Mobil yang dilengkapi dengan VVT-i ini,pembakarannya bisa optimal.
Selain
menghemat pemakaian bensin, mesin ini juga ramah lingkungan karena CO gas
buangnya bisa mencapai 0,20% volume. Oli mesin juga terhindar dari kontaminasi
akibat sisa bahan bakar yang mengalir ke karter. Oli mesin bisa digunakan
sampai 10.000 km, karena BB nyaris terbakar habis, tidak menyisakan sisa
oksidasi kimiawi yang masuk ke karter oli.
Kilas balik
Mula-mula di
tahun 1991, Toyota memperkenalkan mekanisme VVT pada mesin sport tipe 4A-GE
untuk menambah momen dan tenaga. Pada mekanisme mesin yang menggunakan VVT,
memungkinkan katup intake membuka dan menutup dalam dua langkah, sesuai dengan
RPM/ putaran mesin.
Artinya, pada
saat RPM rendah atau beban mobil kecil, maka salah satu katup pemasukan BB akan
tertutup secara hidrolik. Gerakan pada VVT hanya sampai dengan membuka dan
menutup tidak variabel.
Sedangkan
mekanisme VVT-i dapat dikatakan sebagai penyempurnaan dari mekanisme VVT, di
mana klep pemasukan BB bukan hanya bisa bergerak membuka dan menutup, akan
tetapi juga membuka dan menutupnya klep tersebut dapat dipercepat atau
diperlambat.
Dengan cara
ini, akurasi pemasukan BB sehubungan dengan putaran mesin serta beban pada
mesin bisa terlaksana dengan sangat tepat. Dengan berubah-ubahnya saat membuka
dan menutupnya katup intake, sesuai dengan kondisi (RPM mesin), maka VVT-i
memberikan keuntungan momen dan tenaga yang besar serta ekonomis BB, dan
menurunkan kadar Nitrogen
Oksida (NOx)
dan hidrokarbon.
Bentuk yang
simpel dari VVT-i menjadikan mesin tangguh luar biasa, serta mudah untuk
disesuaikan dengan desain mesin yang sudah ada. Suatu saat, desain ini bisa
digunakan pada mesin apa saja. Toyota merencanakan VVT-i bisa pertama digunakan
untuk mesin model baru yang akan diperkenalkan dalam tahun-tahun mendatang ini.
Dari hasil tes, diperoleh data, ekonomis bahan bakar 6% dan menaikkan momen 10%
pada putaran rendah dan sedang.
Rancang bangun
VVT-i terdiri
dari tiga komponen utama. (1) Electronic Control Unit (ECU), yaitu sebuah
perangkat komputer mini yang menentukan posisi optimum membuka atau menutupnya
katup intake sesuai dengan kondisi (RPM mesin). Selain itu, ECU yang bekerja berdasarkan
sensor-sensor tersebut mengatur jumlah BB yang diperlukan dan mengatur saat
pengapian busi yang akurat.
(2) Oil Control Valve (Oct) bertugas
mengontrol tekanan oli berdasarkan instruksi dari ECU. Sejumlah oli akan
disalurkan ke pully yang di dalamnya terdiri dari beberapa roda gigi. Oli
tersebut diperlukan untuk mempercepat atau melambatkan cam shaft.
(3) VVT-i Pulley bertugas mengatur
(cepat atau lambat) membuka dan menutupnya katup intake berdasarkan tekanan
oli.
Untuk
memasangkan teknologi VVT-i tidak diperlukan pompa oli tambahan,
sebab tekanan
oli dari pompa oli dari mesinnya sendiri sudah cukup. Pada saat pully VVT
bekerja, piston dengan spline helical yang ada pada pully akan ditekan oleh
oli, kemudian menggerakkan poros cam shaft sesuai dengan kondisi (RPM mesin).
Dengan cara
ini, pengajuan klep sekitar 30-60 derajat crankshaft. Atau dengan kata lain,
pada RPM rendah sampai medium, perubahannya sebesar 30 derajat. Sedangkan pada
RPM tinggi bisa berubah sampai 60 derajat. Produk ini sangat respon, dan
perubahan sudutnya sangat lembut, sehingga gerakan mobil mulus, tidak
tersendat-sendat.
Pada
mesin-mesin yang tidak dilengkapi dengan VVT-i, pada RPM tinggi akan terjadi
klep overlap (saat katup intake dan exhaust membuka bisa secara bersama-sama).
Dengan menggunakan VVT-i saat pembukaan katup bisa terkontrol terus, sesuai
dengan putaran/beban mesin. Karena putaran cam shaft bisa diatur, diundurkan
(diperlambat).
Pada mesin
konvensional, saat pedal gas ditekan penuh, masuknya partikel BB dan udara
tidak bisa penuh. Hal ini tentunya akan mengurangi suplai BB serta udara ke
ruang bakar yang berakibat tenaga mesin berkurang.
Perbedaannya
dengan mesin yang dilengkapi VVT, pada saat overlap atau pengajuan pembukaan
katup intake sebagian gas buang akan kembali ke ruang bakar. Dan ini tentunya
mengurangi kinerja mesin. Pada saat putaran idling, pembakaran akan stabil
karena tidak terjadi overlap yang besar. Selama beban berat, kondisi seperti
ini membutuhkan momen dan tenaga yang besar sehingga katup intake harus memberi
masukan yang optimum (terus-menerus dan mencukupi) sesuai RPM mesin.
Mesin yang
dilengkapi VVT-i baik kecepatan rendah maupun medium semua terkontrol, pada RPM
rendah dan sedang terbukanya katup intake juga semakin maju, tetapi belum full.
Dan pada putaran tinggi, terbukanya katup intake semakin maju lagi. Dan hal ini
akan menambah tenaga mesin. * (Martin Teiseran, ahli mekanik).
