Sekilas Exhaust System di Mobil 4 Silinder

Hello,

Kita ingin sekilas membicarakan sistem pembuangan di mobil yang sering tidak dipahami, yang justru malah membuat performa di power menurun dan penggunaan bensin menjadi boros, atau kalopun power meningkat, peningkatan tidaklah spt potensi yang ada.

Exhaust system dimulai dari valve pembuangan/exhaust valve dan berakhir di tailpipe sebelum keluar ke udara bebas. Udara/gas buang yang keluar dari exhaust valve ini adalah hasil pembakaran dari udara yang masuk melalui intake valve.

Setelah melewati exhaust valve, udara bergerak melewati exhaust port sebelum melewati perpanjangan exhaust port itu yang sering disebut Header. Dari header, udara itu lalu disalurkan ke kolektor (bagian dimana semua pipa bertemu).

Dari kolektor, udara itu dialirkan langsung ke udara bebas. Namun untuk mengurangi kebisingan pipa tsb, Resonator dan Muffler dapat digunakan.

Hal yang mudah sepertinya.. Atau apakah ini black magic/ilmu hitam seperti banyak orang kira?

Tidak sama sekali jawabannya. Exhaust system,seperti halnya porting atau yang menyangkut airflow lainnya, adalah masalah yang tidak mudah dan memang nyatanya cukup kompleks, namun bukanlah ilmu hitam. Selalu ada dasar logika untuk membuat exhaust system, dan semakin baik pembuatannya bahkan extra power pun bisa dibuat.

Note:
-Exhaust System dibuat untuk mengurangi loss/kerugian yg disebabkan tahanan pada udara/gas buang...
-Tidak diharapkan banyak untuk membuat torque, walau exhaust system pada suatu RPM tertentu dapat diarahkan untuk membuat negative pressure berada di exhaust valve, sehingga lebih meningkatkan intake flow (karena tekanan berubah) dan lalu power (tentu dgn resiko bensin menjadi lebih banyak terpakai, namun bukan berarti lebih boros, tergantung terjadi atau tidaknya over scavenging).


HEADER

Pertama kita akan coba sekilas melihat header. Header umumnya menggunakan tipe 4-1 atau 4-2-1, utk 4 silinder, walaupun ada juga (juara dunia engine builder berkali kali) yg menggunakan 8-4-2-1.

Membandingkan 4-2-1 dgn 4-1 untuk pemakaian pada RPM dibawah 8000 adalah sangat mudah. 4-2-1 akan menang dari ujung ke ujung dgn mudah. Namun kenapa masih banyak yg menggunakan 4-1? Itu karena mereka kurang paham. Mereka hanya melihat/mencontek pemain luar yg memang banyak menggunakan 4-1. Alasan pemain luar memakai 4-1 adalah beda dgn alasan peniru yang tidak menggunakan tes tes dan dasar pemikiran yg solid. Alasan pemain luar itu adalah biaya membuat custom 4-2-1 jauh lebih mahal dari 4-1. Jangan lupa, labor cost (jasa pengerjaan) di luar negeri itu adalah amat tinggi per jam nya. Sebagai info, header 4-2-1 produksi massal merek terkenal di luar mulai dari 7 juta. Bayangkan kalo itu adalah custom (bukan massal), yg dibuat khusus satu saja utk satu aplikasi... Akan sangat tinggi harganya baik 4-1 apalagi 4-2-1, apalagi kalo ingin melakukan research yang memang butuh banyak header sets!

Lebih lanjut, 4-2-1 akan memberikan torsi yang jauh lebih sehat dr 4-1 setidaknya s/d RPM 5500-6000 (di mbl yang ber RPM 6500). Di RPM bawah, 4-2-1 lebih jauh lagi unggul dari 4-1, yg secara desain 4-1 memang menggunakan kurang dari 1 daya sedot tambahan yaitu di 2 nya.

Namun kelemahan 4-2-1 juga ada. Yaitu lebih sulit untuk mendapatkan hasil yg mantep. Wajar, karena memang more reward biasanya berhubungan erat dgn more risk. Jadi itu malahan menjadi tantangan buat kita untuk bisa menghasilkan exhaust system yg baik.

Bagaimana menentukan dimensi header, 4-2-1? Tidak mudah. Yg terpenting pertama untuk membuat lebih mudah adalah dengan mengetahui angka flow (top lift) di exhaust port dlm satuan CFM. Setelah CFM diketahui, adalah juga penting untuk mengetahui cc dari mobil itu. Informasi ttg kompresi statis suatu mbl juga penting, setidaknya, untuk memberikan masukan bahwa penyesuaian ukuran header yg lebih kecil/besar bisa digunakan. Kompresi meningkat berarti velocity-kecepatan udara/exhaust gas itu juga meningkat.

Setelah itu, bisa digunakan suatu rumus sederhana yg akan memberikan hasil estimasi ukuran pipa di 4 nya. Ini baru merupakan estimasi. Penentuan pastinya bisa dipengaruhi oleh tujuan pemakaian dan ketersediaan pipa. Di sini kita sudah bisa mulai untuk nge tune mobil ke arah yang kita inginkan.

Dari 4, pipa bergabung menjadi 2. Disinilah menurut saya bagian (extra sedot) yang paling kritikal di 4-2-1 (vs 4-1). Di 2 inilah kemampuan 4-2-1 bisa dimaksimalkan. Disini pula arah lebih jelas antara penggunaan lebih ke rpm tinggi atau rendah, bisa ditentukan. Banyak tes perlu dilakukan untuk itu baik untuk melihat perubahan perubahan dgn perbedaan ukuran diameter ataupun panjangnya, tentu disesuaikan dgn target RPM. Dgn singkat, belum ada formula solid yang tersedia untuk menentukan bagian 2 ini, karena memang masing masing penggunaan membutuhkan dimensi yg berbeda. Patokan untuk bagian 2 ini bisa menggunakan: bila untuk harian, diameter 2 lebih dekat ke 4 daripada ke diamter 1/kolektor.

Contoh perbandingan header bisa dilihat:

Perbandingan Header Test:
Header 4-2-1, Collector Opmitized.
4 Upgrade lama: Header di bagian 4 nya yg menggunakan ukuran lebih KECIL dari 4 Upgrade baru
2 Upgrade lama: Header di bagian 2 nya yg menggunakan ukuran lebih BESAR dari 2 Upgrade baru.

Tampak di garis warna hitam yang menggunakan ukuran 4 yg terbesar justru tidak menghasilkan yang diinginkan baik di RPM bawah maupun atas. (kesimpulan: jangan pikir bisa membuat power lebih besar dengan semata mata membesarkan ukuran 4).


KOLEKTOR

Dari 2 lalu menjadi 1 ke bagian pipa yg disebut kolektor. Disini juga adalah bagian penting dari suatu system yang sering dianggap remeh oleh pemain di negara kita ini. Dlm waktu dekat, kita akan bisa melihat perbedaan dalam dimensi kolektor dan hasilnya.

Untuk memberikan kepastian atau arah yang baik dalam menentukan diamater dan panjangnya, adalah penting untuk mengetahui CFM di top lift di intake valve. Angka ini adalah angka estimasi terbaik untuk ukuran kolektor. Lalu dari perhitungan di header dan juga peruntukkan penggunaan, dan juga dari pengamatan apakah ada penyesuaian angka flow dari angka CFM itu (flowbench number CFM adalah angka statis, bukan dinamis spt saat mesin bekerja) yang perlu dilakukan setelah mengamati sistem cam mbl tsb. (terutama cam timing) dan max RPM (lihat: Powerpeak RPM ), panjang dan diameter kolektor bisa ditentukan. Untuk harian, disarankan untuk menggunakan panjang kolektor tidak kurang dari 15 inch.

Silahkan klik untuk info mengenai panjang kolektor:

Test pada Panjang Kolektor (hasil tes dari Westech) menunjukkan kurva warna merah (kolektor yang mempunyai kolektor terpendek) mempunyai performa tidak baik terutama di RPM bawah/harian.

Diameter kolektor:

Test Diameter Kolektor (hasil tes David Vizard) menunjukkan bahwa diameter yang kebesaran (garis biru) adalah merugikan di hampir semua RPM terutama RPM bawah/harian. Kedua warna kurva lainnya memiliki diameter yang pas atau sedikit kekecilan.


RESONATOR/MUFFLER

Terakhir kita akan melihat sekilas tentang reson dan muffler. Muffler digunakan terutama untuk peredam suara, seperti halnya resonator. Mereka tidak di harapkan untuk menambah power, oleh karena itu mengetahui sedikit pengetahuan mengenai muffler/reson akan menghindari dari kerugian penggunaan muffler yang salah yang malah akan membuat power menurun.

Gambar beberapa desain muffler/reson:

Dari pengamatan David Vizard.
Tampak digambar ini bahwa banyak muffler yang kenyataannya memiliki flow seperti no.4. No.4 menunjukkan flow yang tertahan, yang biasanya terdapat pada muffler dengan desain no.2, bila pipa yang digunakan sama dengan pipa sebelumnya (kolektor).
Gambar no 1 akan memberikan flow spt no.3. Desain ini adalah baik. Dan desain terbaik untuk muffler atau reson adalah terlihat pada gambar no.5, dimana core/bagian tengah atau inti muffler memberikan flow yang lebih besar dari pipa masuk dan keluar. Hal ini diinginkan karena desain spt ini bisa membantu system mengeluarkan sedikit power yang mungkin tertahan pada pipa2 sebelumnya.



Gambar diatas menunjukkan hal penting dibagian sesudah kolektor ini. Satu yang terpenting adalah untuk memastikan ukuran pipa tidak lebih kecil dari kolektor. Kedua, flow di resonator atau muffler harus sama atau lebih baik/besar dari kolektor. Bilamana lebih kecil, area yg lebih kecil akan memberikan signal ke mesin bahwa sebenarnya ukuran pipa lebih kecil dari yg awalnya (dr header ke kolektor) terlihat. Dgn menggunakan pipa lebih kecil dari kolektor, power akan berkurang/hilang/tertahan di banyak rpm terutama menengah dan tinggi, walau ada SEDIKIT peningkatan  di rpm bawah.

Berhati hati dengan memilih reson dan muffler hanya berdasarkan pipa masuk dan keluar, karena spt terlihat di gambar diatas, seringkali bagian inti muffler itu merupakan penyebab terjadinya tahanan. Adalah lebih baik memiliki muffer yang 1/4-1/2 inch (atau 1/8-1/4 utk reson) lebih besar dari pipa kolektor. untuk menghindari permasalahan besar yang sering terjadi dlm memilih muffler (atau reson).
Pemilihan muffler/reson terbaik, selain untuk suara, adalah menggunakan flowbench untuk menentukan CFM dari muffler/reson tsb. Dgn info CFM tsb, bisa dipilih muffler yg mampu mengalirkan CFM yg ada di kolektor.

Hanya di bagian muffler dan resonator ini pada suatu exhaust system, konsep sedikit kebesaran bisa digunakan.

RANGKUMAN:
- Di exhaust system, kecuali di muffler/reson, adalah lebih baik memilih diameter yang sdkt kekecilan dibanding sdkt kebesaran.
- 4-2-1 memberikan hasil jauh lebih bagus dari 4-1 di rpm bawah menengah. Dgn desain yang baik, 4-2-1 bahkan sudah dibuktikan mengalahkan 4-1 yang terbaikpun.



EXTRA:
Exhaust Tuning:
Adalah pemaksimalan power yg tersedia dari mesin untuk mencapai target/kebutuhan tertentu. Tanpa tuning, mungkin power bisa terjadi di rpm yg tidak dikehendaki, dan di rpm tertentu yang dibutuhkan justru power kurang.

Misal, tuning bisa darahkan ke penggunaan harian dengan meninggikan torsi di rpm sebelum torsi maksimal (peak torque). Juga bisa diarahkan ke penggunaan untuk kompetisi yang biasanya justru membutuhkan power di rpm menengah ke atas.

NOTE:
Peak power bila sama2 optimal (krn ditentukan oleh intake flow) akan hampir sama, bergerak namun tidak besar perubahannya.

Untuk ilustrasi bisa dilihat link sbb:

HASIL Exhaust Tuning:
Berikut adalah hasil exhaust tuning ke rpm menengah atas:

Garis biru adalah hasil perbaikan yang memaksimumkan power di RPM yg dibutuhkan. Garis merah terlihat masih mampu untuk bertahan ke RPM lebih tinggi, namun RPM tsb tidak tersedia.


SUPER EXTRA:
Bagian penting dalam pembuatan header adalah memperhatikan sambungan ke manifold. Bagian atas dari port dan header perlu tersambung dgn pas atau paling tidak bagian atas header sedikit kebesaran.
Bagian bawah dari header perlu lebih besar dari port. Salah satu alasan terpenting dari bentuk ini berfungsi sebagai anti reversion, di RPM rendah. Reversion dapat membuat sedikit getaran di RPM rendah, saat exhaust flow (bukan negative pressure) sdkt balik ke ruang bakar.

Kurang lebih gambarnya sbb:

Diameter B lebih besar dari diameter A. Patokan 10-15% an bisa dipakai.





Thanks!!
(thanks sebelumnnya untuk share2nya ke teman lain yang mungkin membutuhkan/ingin membuat custom exhaust)