Mesin-mesin konsep terus dikembangkan untuk menyempurnakan mesin yang sudah ada. Para penggiat otomotif melakukan riset mendalam berdasarkan mesin yang sudah lama digunakan untuk menghasilkan kinerja yang lebih baik.
Dengan mempertimbangkan kekurangan yang ada dimesin lama dan menyempurnakannya menjadi sebuah mesin baru dengan desain baru ataupun dengan sistem kerja yang baru, diharapkan mampu memiliki kelebihan dibanding mesin yang sudah ada.
Seperti kita ketahui bersama, di dunia otomotif, kita sudah banyak mengenal beberapa tipe mesin yang jamak digunakan seperti mesin wankel, mesin 4 Tak dan mesin 2 Tak yang menjadi bagian dari mesin pembakaran dalam.
Kemudian ada juga mesin listrik yang mulai banyak dikembangkan dan digunakan produsen otomotif dunia.
Khusus mesin pembakaran-dalam, beberapa terobosan dilakukan untuk mendapatkan sebuah mesin yang dapat bekerja lebih baik dibanding mesin yang sudah ada.
Berikut beberapa mesin konsep yang mearnai perjalanan teknologi otomotif dunia dan tampak menjanjikan untuk dijadikan penggerak sebuah kendaraan bermotor.
#1 Duke engine
Duke Engine, mesin axial yang di klaim lebih ringan, lebih ringkas dan lebih powerfull di banding mesin yang sudah ada. Mesin dengan desain bentuk luar bulat silinder ini menghilangkan penggunaan katup dan segala mekanisme penggeraknya.
Untuk 5 silinder Duke engine hanya membutuhkan 3 busi, 3 saluran masuk dan 3 saluran buang, mampu menghasilkan tenaga setara 6 silinder pada mesin konvensional dengan berat berkurang hingga 30% dan part yang lebih sedikit/tanpa mekanisme katup.
Mesin ini bisa memiliki rasio kompresi yang cukup tinggi hingga 14:1 dengan menggunakan bahan bakar bensin beroktan 91.
14:1 merupakan rasio kompresi yang cukup tinggi untuk mesin berbahan bakar bensin. Jika dibandingkan dengan mesin kendaraan produksi masal yang yang umumnya menggunakan rasio kompresi dikisaran 12:1.
Tapi bukan berarti mesin piston biasa tidak mampu mencapai rasio kompresi yang tinggi, karena mobil F1 manggunakan mesin dengan rasio kompresi 17:1.
Jika diamati, konstruksi mesin yang sudah di uji coba di beberapa Negara ini terlihat cukup rumit. Pistonnya, selain bergerak naik turun juga bergerak memutar di dalam rumah silinder.
Tanpa mekanisme katup, bisa dikatakan proses mengalirnya gas segar maupun gas buang seperti yang terjadi pada mesin 2tak atau mesin wankel. Pada mesin 2Tak, piston juga berfungsi sebagai katup untuk menutup saluran buang dan saluran bilas. Tapi pada mesin Duke, saluran hjsap/buang terbuka dan tertutup dari pergeseran kepala silinder dan rumah blok silinder.
Saat beroperasi, getaran yang dihasilkan mesin ini sangat rendah. Bahkan sebuah koin yang diletakan berdiri diatas mesin, dapat tetap berada di posisinya tanpa terjatuh.
Duke engine sepertinya cukup menjanjikan untuk dijadikan sebagai penggerak kendaraan bermotor karena konstruksinya yang cukup ringkas.
#2 Ilmor 5 Stroke Engine
Mesin 5 langkah yang digagas Ilmor Engineering merupakan pengembangan dari sistem 4 langkah yang sudah lama ada.
Prinsip kerja mesin buatan Ilmor ini memanfaatkan tekanan gas buang yang masih menyimpan energi untuk menggerakan piston tambahan yang terletak di saluran buang dari High pressure silinder.
Konstruksinya menganut mesin tiga silinder dengan ukuran piston yang berbeda. Dua silinder berkapasitas sama bekerja layaknya mesin 4Tak yang kemudian disebut sebagai High Pressure silinder.
Kemudian ditambah satu silinder yang berukuran lebih besar, berada diantara dua silinder tadi yang dinamakan sebagai Low pressure silinder. Satu silinder berukuran besar ini tidak menerima suplai udara dan bahan bakar selama mesin beroperasi.
Dua silinder High presure bekerja dengan proses selayaknya mesin 4Tak yaitu; langkah hisap, kompresi, kerja dan buang. Pada siklus langkah buang, gas sisa pembakaran tidak langsung mengalir ke knalpot tapi dimanfaatkan untuk menggerakan piston di Low pressure silinder dan menjadi langkah ke lima dalam siklus kerja mesin 5 langkah temuan Ilmor Engineering ini.
Dengan memanfaatkan tekanan gas buang, mesin 5 langkah ini di klaim mampu menghasilkan tenaga hingga 130bhp dan torsi sebesar 160 Nm dari mesin 3 silinder berkapasitas 700cc yang telah dilengkapi Turbo dengan konsumsi bahan bakar 226 galon per kWH.
Disamping itu, karena tekanan hasil pembakaran gas buang tidak langsung menuju knalpot, maka suhu gas buang pada knalpot lebih rendah dari mesin 4 tak umumnya.
Oleh karenanya, pemanfaatan gas buang yang biasa digunakan untuk menggerakan Turbocharger tidak mempengaruhi kualitas udara yang masuk keruang bakar.
#3 Mesin 6 langkah
Mesin 6 langkah memiliki siklus kerja yang cukup extreme karena dalam salah satu prosesnya menyemprotkan air keruang bakar untuk menghasilkan tenaga.
Bruce Crower yang merupakan pencetus ide mesin 6 langkah ini telah berpengalaman membuat komponen mesin High-performance untuk berbagai tipe kendaraan.
Teorinya, ketika mesin 4 langkah bekerja maka ruang silinder akan sangat panas setelah terjadi pembakaran campuran udara dan bahan bakar di ruang panas.
Maka dari itu tercetuslah ide untuk menyemprotkan air murni keruang bakar yang panas tersebut untuk menghasilkan energi extra.
Jadi, setelah proses kerja pada siklus 4 langkah, dilanjutkan dengan langkah kompresi ke dua tapi tidak tidak untuk melakukan proses pemampatan campuran udara dan bahan bakar melainkan untuk melakukan langkah ke lima yaitu menyemprotkan air ke ruang bakar.
Ruang bakar yang panas tersebut di semprotkan sejumlah kecil air hingga terjadi reaksi yang membuat piston bergerak lagi kebawah (langkah kerja #2) setelah langkah ini dilanjutkan dengan langkah buang #2 untuk membuang uap air dari ruang silinder. Proses ini sebagai langkah ke enam dari siklus mesin 6 langkah.
Jika dirunut proses kerja mesin 6 langkah kurang lebih seperti ini;
4 langkah nya sama dengan proses mesin 4Tak namun kemudian setelah langkah buang dilanjutkan proses ke lima yaitu menyemprotkan air ke ruang silinder yang panas dari hasil proses pembakaran sebelumnya.
Yaa.. sejumlah air di semprotkan melalui injektor yang didesain khusus. Air kemudian berubah menjadi uap dan mengembang hingga 1600 kali volume aslinya. Reaksi ini akan menekan piston bergerak ke TMB hingga menghasilkan tenaga untuk kedua kalinya. Setelah itu langkah buang kali kedua akan mendorong uap air tadi keluar dari ruang silinder dan siklus kerja dimulai lagi.
Karena terdapat proses dimana ruang bakar disemprot air maka mesin 6 langkah ini lebih dingin saat beroperasi meskipun tanpa sistem pendingin. Bahkan dapat disentuh dengan tangan dan hanya akan terasa hangat meskipun setelah mesin beroperasi selama satu jam.
Yang menjadi kendala adalah, seberapa banyak pasokan air yang harus dibawa jika mesin ini digunakan pada kendaraan?
Untuk mengakomodasi langkah kelima diperlukan pasokan air yang cukup sehingga akan ada dua tangki yang menjadi tempat bahan bakar dan tempat air yang harus terpasang di kendaraan, itu berarti akan menambah beban yang harus ditanggung oleh kendaraan jika menggunakan mesin 6 langkah ini. Belum lagi kemungkinan kontaminasi oli pelumas dengan air akan menjadi masalah serius bagi mesin.
Tantangan lain yang dihadapi mesin 6 langkah ini adalah menjaga suplai air agar tidak beku saat cuaca dingin dan kualitas air yang perlu di proses terlebih dahulu untuk menghindari kerak pada ruang mesin.
Mungkin sekelas air aki atau air radiator yang sudah melalui proses penyulingan saja yang bisa digunakan. Bruce Crower menggunakan air hujan saat menguji mesin 6 langkahnya ini.
#4 Circle Cycle Internal Combustion Engine
Yang satu ini sedikit berbeda dari mesin konsep yang sudah dijelaskan diatas. Mesin yang diberi nama The Circle Cycle Engine ini memiliki piston dan silinder yang konstruksinya berbeda dangan mesin piston pada umumnya.
Konstruksi mesinnya tidak menggunakan poros engkol, conecting rods (stang seher), tanpa katup buang dan katup hisap yang secara otomatis tidak ada perangkat penggerak katup seperti noken as, , timing belt/chain/gear dan perangkat lain yang berhubungan dengan katup.
Mesin yang sudah dirancang dan dikembangkan selama kurang lebih 5 tahun ini menggunakan sistem injeksi untuk mensuplai bahan bakar ke ruang bakar dan memungkinkan untuk bekerja sebagai mesin diesel atau mesin bensin.
Kalau diamati dari konstruksinya memang sangat berbeda dari biasanya, saat beroperasi terdapat kondisi dimana piston keluar dari silindernya yang mungkin saja saat kondisi inilah udara segar masuk keruang silinder atau gas buang keluar dari silinder.
#5 Mesin 2 Tak Honda
Kalau bicara tentang mesin 2 Tak kita mungkin akan terkenang memory masa silam ketika mesin tipe ini cukup ramai menghiasi jalanan umum maupun aspal sirkuit. Setelah mesin tipe ini mulai ditinggalkan karena kadar emisi gas buangnya yang tidak bisa ditolelir lagi.
Dan kawasaki menjadi produsen terakhir yang harus merelakan produk andalannya yaitu Kawasaki Ninja 150cc 2Tak harus berhenti produksi.
Selepas ditinggalkannya mesin 2 Tak, Ternyata Honda mengembangkan mesin 2-langkah generasi terbaru yang di klaim mampu bekerja layaknya mesin 2 Tak namun lebih ramah lingkungan seperti mesin 4 Tak.
Mesin konsep milik Honda bersiklus 2 langkah dan sudah dipatenkan ini menggunakan mekanisme katup di kepala silindernya seperti mesin 4 Tak yang bertugas sebagai saluran pembuangan gas sisa pembakaran.
Selain menggunakan katup buang mesin 2 tak milik Honda ini juga mengaplikasikan teknologi Direct Injection untuk mensuplai bahan bakar yang dibutuhkan mesin.
Jika diamati dari desain mesinnya, fuel injection diletakan pada saluran bilas yang disemprotkan tepat di bawah piston. Sedangkan katup di kepala silinder digerakkan oleh mekanisme pushrod yang jika dilihat dari desainnya sepertinya memang tampak seperti saluran pembuangan.
Dan jika ini mesin dengan siklus 2 tak, berarti katup buang akan terbuka ketika langkah usaha, yaitu saat piston bergerak dari TMA (titik mati atas) ke TMB (bottom dead centre). Perbedaan tekanan atmosfer akan membuat udara panas hasil pembakaran keluar melalui saluran buang dibantu dengan dorongan udara segar yang mulai masuk dari ruang bilas.
#6 Koenigsegg Freevalve teknologi
Jika mesin diatas berinovasi di seputaran mekanisme di ruang engkol ataupun ruang bakar, teknologi Freevalve seperti namanya merupakan inovasi teknologi terbaru dalam hal penggerak katup.
Semoga bermanfaat.
Dengan mempertimbangkan kekurangan yang ada dimesin lama dan menyempurnakannya menjadi sebuah mesin baru dengan desain baru ataupun dengan sistem kerja yang baru, diharapkan mampu memiliki kelebihan dibanding mesin yang sudah ada.
Seperti kita ketahui bersama, di dunia otomotif, kita sudah banyak mengenal beberapa tipe mesin yang jamak digunakan seperti mesin wankel, mesin 4 Tak dan mesin 2 Tak yang menjadi bagian dari mesin pembakaran dalam.
Kemudian ada juga mesin listrik yang mulai banyak dikembangkan dan digunakan produsen otomotif dunia.
Khusus mesin pembakaran-dalam, beberapa terobosan dilakukan untuk mendapatkan sebuah mesin yang dapat bekerja lebih baik dibanding mesin yang sudah ada.
Berikut beberapa mesin konsep yang mearnai perjalanan teknologi otomotif dunia dan tampak menjanjikan untuk dijadikan penggerak sebuah kendaraan bermotor.
#1 Duke engine
Duke Engine, mesin axial yang di klaim lebih ringan, lebih ringkas dan lebih powerfull di banding mesin yang sudah ada. Mesin dengan desain bentuk luar bulat silinder ini menghilangkan penggunaan katup dan segala mekanisme penggeraknya.
Untuk 5 silinder Duke engine hanya membutuhkan 3 busi, 3 saluran masuk dan 3 saluran buang, mampu menghasilkan tenaga setara 6 silinder pada mesin konvensional dengan berat berkurang hingga 30% dan part yang lebih sedikit/tanpa mekanisme katup.
Mesin ini bisa memiliki rasio kompresi yang cukup tinggi hingga 14:1 dengan menggunakan bahan bakar bensin beroktan 91.
14:1 merupakan rasio kompresi yang cukup tinggi untuk mesin berbahan bakar bensin. Jika dibandingkan dengan mesin kendaraan produksi masal yang yang umumnya menggunakan rasio kompresi dikisaran 12:1.
Tapi bukan berarti mesin piston biasa tidak mampu mencapai rasio kompresi yang tinggi, karena mobil F1 manggunakan mesin dengan rasio kompresi 17:1.
Jika diamati, konstruksi mesin yang sudah di uji coba di beberapa Negara ini terlihat cukup rumit. Pistonnya, selain bergerak naik turun juga bergerak memutar di dalam rumah silinder.
Tanpa mekanisme katup, bisa dikatakan proses mengalirnya gas segar maupun gas buang seperti yang terjadi pada mesin 2tak atau mesin wankel. Pada mesin 2Tak, piston juga berfungsi sebagai katup untuk menutup saluran buang dan saluran bilas. Tapi pada mesin Duke, saluran hjsap/buang terbuka dan tertutup dari pergeseran kepala silinder dan rumah blok silinder.
 |
| http://www.dukeengines.com |
Duke engine sepertinya cukup menjanjikan untuk dijadikan sebagai penggerak kendaraan bermotor karena konstruksinya yang cukup ringkas.
#2 Ilmor 5 Stroke Engine
Mesin 5 langkah yang digagas Ilmor Engineering merupakan pengembangan dari sistem 4 langkah yang sudah lama ada.
Prinsip kerja mesin buatan Ilmor ini memanfaatkan tekanan gas buang yang masih menyimpan energi untuk menggerakan piston tambahan yang terletak di saluran buang dari High pressure silinder.
Konstruksinya menganut mesin tiga silinder dengan ukuran piston yang berbeda. Dua silinder berkapasitas sama bekerja layaknya mesin 4Tak yang kemudian disebut sebagai High Pressure silinder.
Kemudian ditambah satu silinder yang berukuran lebih besar, berada diantara dua silinder tadi yang dinamakan sebagai Low pressure silinder. Satu silinder berukuran besar ini tidak menerima suplai udara dan bahan bakar selama mesin beroperasi.
Dua silinder High presure bekerja dengan proses selayaknya mesin 4Tak yaitu; langkah hisap, kompresi, kerja dan buang. Pada siklus langkah buang, gas sisa pembakaran tidak langsung mengalir ke knalpot tapi dimanfaatkan untuk menggerakan piston di Low pressure silinder dan menjadi langkah ke lima dalam siklus kerja mesin 5 langkah temuan Ilmor Engineering ini.
 |
| http://www.ilmor.co.uk |
Disamping itu, karena tekanan hasil pembakaran gas buang tidak langsung menuju knalpot, maka suhu gas buang pada knalpot lebih rendah dari mesin 4 tak umumnya.
Oleh karenanya, pemanfaatan gas buang yang biasa digunakan untuk menggerakan Turbocharger tidak mempengaruhi kualitas udara yang masuk keruang bakar.
#3 Mesin 6 langkah
Mesin 6 langkah memiliki siklus kerja yang cukup extreme karena dalam salah satu prosesnya menyemprotkan air keruang bakar untuk menghasilkan tenaga.
Bruce Crower yang merupakan pencetus ide mesin 6 langkah ini telah berpengalaman membuat komponen mesin High-performance untuk berbagai tipe kendaraan.
Teorinya, ketika mesin 4 langkah bekerja maka ruang silinder akan sangat panas setelah terjadi pembakaran campuran udara dan bahan bakar di ruang panas.
Maka dari itu tercetuslah ide untuk menyemprotkan air murni keruang bakar yang panas tersebut untuk menghasilkan energi extra.
Jadi, setelah proses kerja pada siklus 4 langkah, dilanjutkan dengan langkah kompresi ke dua tapi tidak tidak untuk melakukan proses pemampatan campuran udara dan bahan bakar melainkan untuk melakukan langkah ke lima yaitu menyemprotkan air ke ruang bakar.
Ruang bakar yang panas tersebut di semprotkan sejumlah kecil air hingga terjadi reaksi yang membuat piston bergerak lagi kebawah (langkah kerja #2) setelah langkah ini dilanjutkan dengan langkah buang #2 untuk membuang uap air dari ruang silinder. Proses ini sebagai langkah ke enam dari siklus mesin 6 langkah.
Jika dirunut proses kerja mesin 6 langkah kurang lebih seperti ini;
4 langkah nya sama dengan proses mesin 4Tak namun kemudian setelah langkah buang dilanjutkan proses ke lima yaitu menyemprotkan air ke ruang silinder yang panas dari hasil proses pembakaran sebelumnya.
Yaa.. sejumlah air di semprotkan melalui injektor yang didesain khusus. Air kemudian berubah menjadi uap dan mengembang hingga 1600 kali volume aslinya. Reaksi ini akan menekan piston bergerak ke TMB hingga menghasilkan tenaga untuk kedua kalinya. Setelah itu langkah buang kali kedua akan mendorong uap air tadi keluar dari ruang silinder dan siklus kerja dimulai lagi.
Karena terdapat proses dimana ruang bakar disemprot air maka mesin 6 langkah ini lebih dingin saat beroperasi meskipun tanpa sistem pendingin. Bahkan dapat disentuh dengan tangan dan hanya akan terasa hangat meskipun setelah mesin beroperasi selama satu jam.
Yang menjadi kendala adalah, seberapa banyak pasokan air yang harus dibawa jika mesin ini digunakan pada kendaraan?
Untuk mengakomodasi langkah kelima diperlukan pasokan air yang cukup sehingga akan ada dua tangki yang menjadi tempat bahan bakar dan tempat air yang harus terpasang di kendaraan, itu berarti akan menambah beban yang harus ditanggung oleh kendaraan jika menggunakan mesin 6 langkah ini. Belum lagi kemungkinan kontaminasi oli pelumas dengan air akan menjadi masalah serius bagi mesin.
Tantangan lain yang dihadapi mesin 6 langkah ini adalah menjaga suplai air agar tidak beku saat cuaca dingin dan kualitas air yang perlu di proses terlebih dahulu untuk menghindari kerak pada ruang mesin.
Mungkin sekelas air aki atau air radiator yang sudah melalui proses penyulingan saja yang bisa digunakan. Bruce Crower menggunakan air hujan saat menguji mesin 6 langkahnya ini.
#4 Circle Cycle Internal Combustion Engine
Yang satu ini sedikit berbeda dari mesin konsep yang sudah dijelaskan diatas. Mesin yang diberi nama The Circle Cycle Engine ini memiliki piston dan silinder yang konstruksinya berbeda dangan mesin piston pada umumnya.
Konstruksi mesinnya tidak menggunakan poros engkol, conecting rods (stang seher), tanpa katup buang dan katup hisap yang secara otomatis tidak ada perangkat penggerak katup seperti noken as, , timing belt/chain/gear dan perangkat lain yang berhubungan dengan katup.
Mesin yang sudah dirancang dan dikembangkan selama kurang lebih 5 tahun ini menggunakan sistem injeksi untuk mensuplai bahan bakar ke ruang bakar dan memungkinkan untuk bekerja sebagai mesin diesel atau mesin bensin.
Kalau diamati dari konstruksinya memang sangat berbeda dari biasanya, saat beroperasi terdapat kondisi dimana piston keluar dari silindernya yang mungkin saja saat kondisi inilah udara segar masuk keruang silinder atau gas buang keluar dari silinder.
 |
| http://www.circlecycleice.com/ |
#5 Mesin 2 Tak Honda
Kalau bicara tentang mesin 2 Tak kita mungkin akan terkenang memory masa silam ketika mesin tipe ini cukup ramai menghiasi jalanan umum maupun aspal sirkuit. Setelah mesin tipe ini mulai ditinggalkan karena kadar emisi gas buangnya yang tidak bisa ditolelir lagi.
Dan kawasaki menjadi produsen terakhir yang harus merelakan produk andalannya yaitu Kawasaki Ninja 150cc 2Tak harus berhenti produksi.
Selepas ditinggalkannya mesin 2 Tak, Ternyata Honda mengembangkan mesin 2-langkah generasi terbaru yang di klaim mampu bekerja layaknya mesin 2 Tak namun lebih ramah lingkungan seperti mesin 4 Tak.
Mesin konsep milik Honda bersiklus 2 langkah dan sudah dipatenkan ini menggunakan mekanisme katup di kepala silindernya seperti mesin 4 Tak yang bertugas sebagai saluran pembuangan gas sisa pembakaran.
Selain menggunakan katup buang mesin 2 tak milik Honda ini juga mengaplikasikan teknologi Direct Injection untuk mensuplai bahan bakar yang dibutuhkan mesin.
Jika diamati dari desain mesinnya, fuel injection diletakan pada saluran bilas yang disemprotkan tepat di bawah piston. Sedangkan katup di kepala silinder digerakkan oleh mekanisme pushrod yang jika dilihat dari desainnya sepertinya memang tampak seperti saluran pembuangan.
Dan jika ini mesin dengan siklus 2 tak, berarti katup buang akan terbuka ketika langkah usaha, yaitu saat piston bergerak dari TMA (titik mati atas) ke TMB (bottom dead centre). Perbedaan tekanan atmosfer akan membuat udara panas hasil pembakaran keluar melalui saluran buang dibantu dengan dorongan udara segar yang mulai masuk dari ruang bilas.
#6 Koenigsegg Freevalve teknologi
Jika mesin diatas berinovasi di seputaran mekanisme di ruang engkol ataupun ruang bakar, teknologi Freevalve seperti namanya merupakan inovasi teknologi terbaru dalam hal penggerak katup.
Freevalve teknologi menggunakan Aktuator yang digerakan oleh tekanan fluida untuk menggantikan poros cam yang bertugas membuka atau menutup katup sesuai timing yang tepat.
Dalam mesin berteknologi Freevalve tidak lagi ditemukan noken as, beserta timing chain, tensioner, beserta perangkat penggerak katup konvensional yang membebani putaran poros engkol.
Itulah beberapa mesin konsep dalam dunia otomotif dari sekian banyak inovasi mesin yang ada. Diantaranya ada yang sudah memasuki fase prototype dan terbukti bekerja dengan baik dan cukup menjanjikan sehingga siap dikembangkan dan diaplikaskan lebih lanjut untuk digunakan sebagai penggerak kendaraan atau sebagai mesin generator maupun penggerak mesin produksi.
Semoga bermanfaat.