Mesin motor overstroke vs overbore CC sama untuk jalan raya mana yang paling cocok?

Stroke ultra pendek F1 V10 engine. Power 960 HP @19000 rpm, torsi 290 Nm @17000 rpm. Torsi maksimum tercapai pada rpm sangat tinggi, F1 engine tidak akan kuat mendorong mobil seberat 1000 kg ke atas kalau di putaran rendah-tengah. Berat mobil Formula one hanya sekitar 500 kg  (Formula1-dictionary.net)

Assalamu’alaikum wR wBTulisan yang sudah ketinggalan rombongan sebenarnya tapi saya coba bahas lagi secara singkat berdasarkan dari sumber-sumber yang ada. Mengingat isu ini dulu jadi bahan bakar perdebatan para pemilik motor masing-masing di blog yang sebenarnya ngak perlu juga.

Tiap pabrik motor & mobil sudah punya alasan tersendiri terhadap kendaraan produknya apakah konfigurasi penggerak klep dengan SOHC atau DOHC. Demikian pula rasio bore x stroke apakah square, overbore atau overstroke.

Engine high revving performa tinggi untuk balap para ahli pasti sepakat akan pilih oversquare (overbore) di atas square atau long-stroke (overstroke). HP adalah fungsi dari torsi dan rpm maka semakin torsi puncak bergeser naik pada putaran lebih tinggi semakin besar power yang di ciptakan. Sampai kurva torsi menurun drastis akibat defisit airflow, maka HP akan ikut turun.

HP = torsi x rpm / 5252.

Keuntungan overbore-short stroke ada beberapa faktor :

– Syarat engine spin naik ke putaran tinggi adalah selalu terpenuhi kebutuhan airflow melalui ukuran klep lebih luas. Semakin besar piston makin besar pula valve area yang dapat dipasangkan. Memungkinkan airflow masuk secara cepat ke dalam silinder pada putaran tinggi supaya efisiensi pembakaran tercapai. Dalam putaran tinggi proses masuk airflow dan keluar nya gas pembakaran ke knalpot harus cepat dan minimum hambatan.

– Letak antara bagian pinggir klep dengan dinding ruang bakar (combustion chamber) dapat lebih jauh atau biasa disebut unshrouded valves. Tujuannya mencegah turbulensi pada saat airflow melewati klep intake sedang posisi open. Dengan itu airflow masuk dengan pola yang bagus, maka kadar kepekatan udara/bbm tetap optimal.

– Piston speed dapat jauh lebih lambat, tetap pada batas aman beroperasi di putaran tinggi. Meskipun race engine mampu menembus kecepatan 26+ meter/detik. Hanya masa kerja sangat pendek kemudian perlu di bangun ulang (engine rebuild) setelah beberapa kali race atau telah mencapai jarak tempuh yang telah ditentukan. F1 engine masa kerja sekitar menempuh jarak 800-900 km. Berlainan dengan engine performa tinggi jalan raya direncanakan punya masa kerja yang panjang piston speed harus serendah mungkin.

– Short stroke jarak turun naik piston lebih pendek mengurangi gesekan antara ring piston dan dinding silinder. Power yang tercuri akibat gesekan (friction loss) itu dapat berkurang siknifikan.

– Crankshaft stroke pendek berputar dalam radius lingkaran lebih kecil hambatan udara dan juga gesekan dengan oli di dalam crankcase makin sedikit.

Tapi ada pertimbangan pabrik juga memakai square atau long-stroke terutama pada motor atau mobil jalan raya. Secara geometri long-stroke akan menyediakan keunggulan :

– Piston speed yang lebih tinggi mempercepat airflow masuk ke silinder dan gas hasil pembakaran keluar ke dalam saluran knalpot. Khususnya pada putaran rendah, tekanan pembakaran (combustion pressure) akan efektif.

– Connecting rod memutar crankshaft pin mirip dengan ketika memutar baut memakai kunci. Makin panjang kunci maka akan terasa lebih ringan. Demikian juga connecting-rod yang panjang memberikan upaya energi lebih sedikit menekan piston memutar crankshaft. Engine overstroke dan square punya keuntungan daya ungkit mekanikal (mechanical leverage) lebih dibandingkan dengan engine overbore. Daya ungkit maksimum terjadi pada posisi mulai 80 sampai 90 derajat rotasi crankshaft setelah titik mati atas (ATDC).

– Engine long stroke pada saat posisi di titik mati atas (TDC) piston akan lebih lama berhenti, tidak bergerak terkunci secara mekanis, memberikan waktu gas panas berkembang semakin kuat. Kemudian ketika bagian big end connecting-rod yang terhubung dengan crank pin melewati TDC, piston yang sedang dalam keadaan terkunci secara mekanis itu langsung terlontar berakselerasi cepat akibat tertekan oleh energi panas yang semakin kuat. Efek terkunci itu bersamaan dengan daya ungkit mekanis menyumbang torsi kuat siknifikan.

– Piston lebih lama berhenti di TDC akan meredam munculnya detonasi yang sangat merugikan atau merusak. Karena pada posisi itu dimana tekanan silinder (cyl pressure) semakin besar tapi tidak dapat menekan piston kebawah karena sedang terkunci, hal ini meredam munculnya lidah api (flame front) yang membawa detonasi atau ngelitik.

Ilustrasi engine square dan oversquare.

Hanya long-stroke dan square punya keterbatasan yaitu revving tidak bisa sekenceng short-stroke overbore. Panjangnya connecting-rod dan radius jari-jari lingkaran crankshaft pin yang lebih lebar menyumbang berat masa berputar resiprokal. Piston speed akan melewati batas zona aman ketika spin semakin cepat.

Dari semua itu memberi gambaran long-stroke atau square dipilih oleh pabrik untuk engine beroperasi pada putaran tidak tinggi. Mobil sedan sebagian besar aplikasikan long stroke atau square dimana dorongan torsi kuat diperlukan mulai di putaran rendah. Kendaraan diesel adalah bentuk efisiensi pembakaran optimal digabungkan dengan keuntungan daya ungkit mekanis long-stroke. Efisiensi panas (thermal efficiency) pada angka 35%-40% dimana engine bensin hanya sekitar 25-30%.

Stroke panjang keuntungan daya ungkit mekanik pada sudut 80-90 derajat rotasi crankshaft setelah TDC.

Tapi bukan berarti performa engine overstroke atau square ngak dapat digenjot ke level berikut. Sejauh piston speed dapat berada pada zona aman engine overstroke atau square DOHC-SOHC akan menciptakan performa yang mantap, khususnya dorongan torsi pada putaran rendah-tengah. Apalagi dipasangkan sistim variable valve timing mewujudkan torque & power band lebar mulai rpm bawah sampai redline.

Dalam kasus Yamaha R15 SOHC yang dilengkapi VVA terlihat dari hasil dyno chart oleh Otomotifnet torsi R15 pada putaran 4000 rpm telah tercapai sekitar 12 Nm atau 95% dari torsi maksimum. Dimana CBR150R di 10.5 Nm dan GSXR150 sebesar 9.5 Nm. Torsi kuat di putaran rendah menguntungkan saat stop n go dan menanjak. Tidak perlu sering pindah gir bawah, downshift kalau mau menyusul kendaraan di depan, cukup roll-on buka gaz.  

Mobil-mobil sport compact kebanyakan aplikasikan square engine seperti Honda Civic Type R 2017. Engine K20 C1 turbocharged 2000cc bore 86 mm x stroke 85,9 mm, Maksimum power 306 hp @6500 rpm, torsi puncak 400 Nm @2500 rpm. Torsi kelas gajah tercapai pada putaran sangat rendah yang sanggup menekan kuat drivernya ke jok tiap kali gaz ditekan.

Honda Civic Type R K20 C1 turbocharged 2000cc square engine. Torsi brutal 400 Nm tercapai pada putaran sangat rendah 2500 rpm. Power 306 Hp @6500 rpm. 

Walhasil stroke rasio punya kelebihan dan kekurangan masing-masing. Motor dengan overbore engine akan sanggup berputar lebih tinggi membangun HP tapi dengan kekurangan di rpm rendah dorongan torsi sedikit lemah. Square dan overstroke engine revving tidak setinggi short stroke tapi punya daya dorong lebih kuat di putaran bawah-tengah. Cocok di jalan raya yang padat lalu-lintas, tidak perlu sering slip kopling dan revving ke putaran tengah kalau ingin akselerasi cepat dari keadaan stop atau downshift misalkan mau overtaking kendaraan. Tinggal pilihan masing-masing cocok karakter engine yang mana, semoga berguna.