Engine blueprinting – mesin performa tinggi

Nissan inline 6 cylinder twin turbo. Max power 804,6 hp (600 Kw) at the rear wheel. 0-400 meter 8 detik (High performance imports magazine)

Assalamu’alaikum wR wBPro engine builder biasanya akan menanyakan kepada pemilik kendaraan sebelum membangun engine. Kira-kira akan seperti apa nanti, apakah transient torque yang sedikit kuat dari standard yaitu pada rentang rpm tengah atau lebih ke atas lagi?  

Engine tuner akan menanyakan seperti itu dengan maksud karakteristik engine yang di inginkan pemilik akan seperti apa nantinya dan apakah tepat seperti yang di inginkan. Jadi bukan dengan menawarkan VE setinggi-tinggi nya sampai level untuk balap yang mana justru memberi dampak negatif. Karena kendaraan sebagian besar dipakai di jalan raya sehari-hari (daily driver) torsi efektif dan powerband harus tepat pada rentang putaran engine yang biasa digunakan. Walaupun juga ada pemilik memakai kendarannya hanya untuk jadi weekend warrior atau trackday di sirkuit.

Mungkin ada yang beranggapan maksimum HP lebih mantap. Itu boleh aja, tapi juga harus ada batasannya sampai seberapa besar supaya masih cocok untuk pemakaian di jalan umum. Engine untuk balap menyemburkan HP perkasa pada rpm maksimum tidak akan nyaman di bawa jalan-jalan atau masuk ke mal karena potensi torsi untuk mendorong secara cepat (transient torque) baru mulai hidup di rpm tinggi. Kecepatan airflow akan efektif mengisi silinder pada putaran cukup jauh di atas engine standard.

Misalkan pemilik motor tetap ingin menjaring power besar tapi tercapai pada putaran tidak terlalu tinggi jalan lain adalah dengan bore-up silinder. Di mobil juga dengan bore-up/stroke-up dan cara lainnya melalui pasang sistim induksi bertekanan yaitu turbocharger atau supercharger. Dengan cara ini HP dan torsi akan meningkat dan memuncak pada putaran yang tidak begitu berbeda dengan engine standard sebelumnya. Kendaraan akan tetap layak dibawa jalan (streetable) tanpa kesulitan harus banyak pindah gir transmisi downshift saat kehilangan torsi di rpm rendah.  

Itu yang kira-kira perlu diperhatikan kalau ingin membangun engine, dari pada terfokus tulisan-tulisan mengenai potensi HP engine akan sebesar apa kalau di peras maksimum sampai pada zona racing. Karena untuk membangun engine normally aspirated modern untuk balap VE 90-100% sekarang ini sebenarnya mudah. Membangun engine 250cc 2 silinder high revving diatas 40 bhp (at the crank) pada putaran lebih dari 12000 rpm bisa aja tergantung dari engine tuner dan komponen yang digunakan.

Tapi apakah motor dan mobil akan masih layak di jalan raya (streetable) dimana transient torque efektif mulai galak muncul di rpm tinggi? 

Hal ini tentu perlu konsultasi antara pemilik dengan pro engine builder nya supaya hal diluar rencana dapat terhindarkan akibat terbuai oleh tulisan-tulisan yang mengagungkan motor atau mobil pemakaian jalan raya digiring masuk ke zona balap.

Dalam dunia engine builder untuk bangun mesin performa tinggi ada istilah “engine blueprinting” tepat seperti dilakukan oleh tim-tim balap mobil Formula one, motogp, motor WSBK dan lainnya. Engine blueprinting walaupun tidak mutlak dilakukan untuk kendaraan jalan raya tapi suatu keharusan bagi mobil atau motor balap. Supercar seperti Ferrari, Lambo, Nissan GTR R35, Mercedez-AMG kemudian motor Ducati 1199 Panigale R, Honda CBR1000RR SP, Yamaha YZF-R1M sudah di blueprinting dari pabrik.

Engine blueprinting adalah proses membangun engine secara khusus atau presisi. Dalam prosesnya memerlukan waktu kerja tidak sedikit dan pastinya ongkos yang ngak murah. Tujuannya menciptakan engine yang balance, rendah vibrasi, tidak ada kebocoran, lebih tahan lama dan tentunya menaikkan HP lagi. Engine terungkit pada level tertinggi mendekati sempurna.

Setiap bagian dan parts diukur dan melalui proses balancing begitu teliti dan hati-hati. Seperti piston, connecting-rod, crankshaft di check visual apakah ada keretakan (cracks) atau bentuk yang tidak sesuai (deformed). Size diukur apakah sudah tepat kemudian ditimbang dan dibandingkan satu sama lain supaya perbedaan berat menjadi sedekat mungkin dalam tolerasi 1 gram misalnya.

Spek pabrik biasanya menyediakan toleransi gap/kerenggangan (clearance) yang biasa digunakan untuk membangun kembali engine. Seperti jarak kerenggangan antara piston dengan dinding silinder (piston to wall), gap ujung ring piston, gap metal duduk dengan crankshaft journal, jarak kerenggangan metal jalan dengan con-rod journal, crankshaft end-play, pin dengan piston boss, kerenggangan camshaft journal dengan cap dan masih banyak lagi.

Piston harus sanggup menahan panas ekstrim dan tekanan pembakaran (combustion pressure) pada saat power stroke. Misalkan performa engine diangkat pada level berikut maka perlu perhitungan apakah piston standard masih dapat bertahan. Forged piston menjadi pilihan tepat kalau HP dan rpm makin meningkat. Memiliki daya kekuatan struktur metal di atas cast piston dan hypereutectic alloy. Ada banyak pilihan aftermarket seperti merk Mahle, Wiseco, Arias, Ross.

Melakukan piston blueprinting seperti jarak kerenggangan piston dengan dinding silinder (piston to wall clearance). Engine Honda Jazz L15 piston to wall clearance adalah 0.010-0.040 mm. Kalau engine di blueprinting maka gap piston dengan dinding silinder harus sama misalnya jadi 0.010 mm semuanya. Zero tolerance piston no 1 sampai 4, tidak ada toleransi perbedaan gap satu dengan lainnya pada engine di cetak biru atau blueprinting. Jarak kerenggangan bagian lainnya seperti :

• Piston skirt dengan crankshaft
• Pin bore
• Piston dengan cylinder head
• Piston dengan klep

Connecting rod adalah komponen paling stress terkena beban atau tekanan dibandingkan komponen lainnya. Ada beberapa jenis connecting rod tersedia di pasaran untuk engine performa tinggi biasanya dari baja yang sudah melalui proses tempa atau forging. Meskipun con rod standard dari cast-iron sudah cukup kuat. Faktor yang harus diperhatikan ketika melakukan proses blueprinting diantaranya :

• Jarak center-to-center, big end dan small end tiap con rod harus sama semua
• Kerenggangan piston dan con rod
• Kerenggangan cylinder block dan con-rod
• Kerenggangan metal jalan atau rod bearing
• Kerenggangan bagian sisi antara con rod dengan cylinder block

Ruang bakar (combustion chamber) di cylinder head menentukan rasio kompresi statik piston. Setelah cylinder head porting selanjutnya dilakukan pengukuran memakai alat flowbench untuk melihat berapa besar airflow dalam cubic feet/minute (CFM) sanggup dihasilkan masing-masing port. Perbedaan yang muncul di ruang bakar dan cylinder head inlet/outlet port oleh engine tuner disempurnakan supaya bisa sedekat mungkin. 

Permukaan cylinder block dan Cylinder head di ukur apakah masih rata (flat). Kalau tidak harus dilakukan slep atau resurfacing supaya tidak terjadi kebocoran air radiator juga kompresi statik piston. Pemukaan yang rata memberikan tekanan yang sama pada seluruh area dan optimalkan kompresi statik piston.

Bagian dari proses engine blueprinting lainnya :

• Crankshaft di check apakah poros sudah lurus dan sebagai masa berputar engine terberat di pangkas bobotnya kemudian di balance secara presisi supaya tetap stabil pada rprm tinggi. Crankshaft lebih ringan mengurangi efek gyroscopik dan akan lebih cepat revving.
• Poros main dan rod journal crankhaft di check diameternya apakah sama.
• Bore crankshaft di cylinder block di sejajarkan (alignment)
• Material crankshaft diperkuat lagi dengan melalui proses nitrit dan nitrocarburizing.
• Silinder bore di sejajarkan pada tiap sumbu atau axis berkaitan dengan cylinder block casting secara keseluruhan.
• Poros camshaft di check apakah lurus juga lobe nya.
• Berat cam follower atau rocker arm masing-masing ditimbang dan dibuat sedekat mungkin.
• Valve stem (batang klep) yang di samakan panjangnya.
• Valve seat (dudukan klep) mencapai kedalaman tertentu yang direncanakan dan setiap valve seat sama ukurannya.
• Check dan mencapai sudut geometry tertentu valvetrain (klep, per klep, valve guide, cam follower/rocker arm, valve spring retainer)
• Intake port dengan intake manifold di sejajarkan
• Menyempurnakan sistim pelumasan engine dan pendinginan.
• Penggantian baut yang lebih kuat seperti merk ARP untuk con-rod, crankshaft dan cylinder head.

Celah kerenggangan (clearance) antara crankshaft bearing (metal duduk) dan crankshaft journal ukuran angka harus sama seluruhnya tanpa ada toleransi . Proses menjadi seragam bukan pekerjaan sederhana. Sebaliknya engine yang tidak di cetak biru terdiri dari beberapa ukuran kerenggangan.

Crankshaft bearing (metal duduk). Misalkan ditentukan 0.030 mm maka celah kerenggangan seluruh metal duduk dengan crankshaft journal harus sama semua tidak ada gap toleransi

Kerenggangan (clearance) antara piston dengan dinding silinder (piston to wall) dan level permukaan piston dengan permukaan silinder blok harus sama semua.

Mengatur gap kedua ujung ring piston dengan gerinda supaya sesuai spek yang ditentukan dan sama antara piston satu dengan piston lainnya kalau engine lebih dari satu silinder. Demikian juga gap antara ring piston dengan alur piston (groove). Jelas bukan pekerjaan yang sebentar perlu ketelitian tingkat tinggi.

Piston & connecting rod dengan perbedaan berat sedikit mungkin. Gap yang sama antara pin dengan piston boss, con-rod dengan con-rod bearing (metal jalan) juga jarak center-to-center con rod 

Mengukur kerenggangan (clearance) dengan plastigage seperti merk Clevite kurang akurat. Pro engine tuner memakai micrometer dan dial bore indicator untuk mendapatkan hasil lebih presisi

Begitu banyak langkah atau prosedur engine blueprinting yang tidak dapat penulis cantumkan semua, dimana terdiri dari puluhan halaman.

Engine blueprinting adalah pekerjaan yang tidak cepat dan melalui beberapa error. Bisa jadi piston set atau connecting-rod set yang dipesan tidak cocok dan harus dikembalikan. Karena perbedaan berat antara satu dengan lainnya terlalu siknifikan juga faktor gap nya.

Seperti engine blueprinting juga berlaku gearbox blueprinting dan trans axle dengan tujuan dan melalui prosedur yang sama. Ini biasa dilakukan oleh tim Formula 1, motogp dan lainnya dimana semua harus diseragamkan dalam hitungan micron.

Melihat proses dengan kriteria yang sangat banyak dan memakan waktu dan ongkos tidak sedikit engine blueprinting tidak selalu harus dilakukan untuk kendaraan jalan raya.

Demikian mengenal sejenak engine blueprinting dibahas sangat ringkas ini. Mungkin Bro pembaca yang “horsepower freaks” dan punya skill engine tuning bisa praktekkan ke kendaraannya, semoga bermanfaat.

Source Books & magazines : High Performance Imports, Honda tuning, Hot Compact & Imports (HCi), Modern engine blueprinting techniques