KENAPA MESIN F1 BISA MELEDAK

Nasib mesin V8 masih saja meleduk, sama dengan pendahulunya. Kenapa bisa terjadi? Mengapa mesin F1 selalu meleduk?

Untuk membangun sebuah mesin F1 dibutuhkan tiga tenaga manusia selama tiga hari. Dan untuk menghancurkan satu mesin itu, hanya membutuhkan waktu kurang dari tiga detik.

Di dalam mesin 2.4 liter V8 terdapat 5000 komponen, dan salah satu komponen bisa saja mengalami gangguan. Semua komponen yang terpasang di mesin ekstra ringan (95 kg) dan ekstra kuat (bhp) ini sangat penting, gangguan pada satu komponen saja bisa merusak kinerja mesin secara utuh.

Jenis gangguan juga sangat beragam, namun penyebab utamanya terbagi dalam tiga macam: komponen baru/lama; kerusakan gara-gara kecelakaan dan kelelahan (lihat grafik di bawah). Gangguan-gangguan itu dapat dikategorikan ke dalam lima kelompok besar: kerusakan mekanik komponen, gangguan elektrik, kebocoran, gangguan pengendalian pada gas dan gangguan sistem bahan bakar.

Tapi biasanya kerusakan mesin bisa kita lihat lewat kepulan asap berminyak di belakang mobil. Itu yang tampak oleh mata, sebenarnya terdapat mata rantai penyebab yang panjang dan rumit sebelum sang asap keluar...

GANGGUAN MEKANIS
Biasanya disebabkan oleh beragam komponen yang bergerak patah, kemudian macet dan menghantam komponen lain. Salah satu gangguan yang paling sering terjadi adalah piston retak.

Dan penyebab keretakan pada piston bermacam-macam, namun yang paling sederhana adalah karena mesin terlalu letih: semua piston akan retak jika terlalu lama digeber. Tekanan terhadap bagian atas piston yang berbentuk datar terbuat dari bahan alumunium atau disebut mahkota piston sangat besar ketika bergerak turun naik di dalam silinder dengan kecepatan maksimum 40 meter per detik pada 20.000rpm. Komponen piston juga harus dibuat seringan mungkin untuk mengurangi kelembaman dan memaksimalkan kecepatan mesin.

Keretakan piston pada uji coba biasanya terlihat sebelum ruang pembakaran retak, sehingga kerusakan yang lebih parah bisa terhindari. Tekanan pada crank case (blok mesin) juga dimonitor, jadi setiap ada kegiatan ganjil, electronic ’kill’ (peranti elektronik otomatis yang berfungsi mematikan mesin) bisa langsung mematikan engine mobil sebelum terjadi kerusakan yang lebih berat.

Namun, jika mesin jalan terus (misalnya di balapan, dan electronic kill mati) keretakan akan bertambah besar. Akhirnya yang tadinya retak, malah membentuk sebuah lubang, atau keretakan itu membuat piston terbelah menjadi dua. Efeknya, piston –yang masih bergerak turun naik di dalam ruang bakar- tidak mampu menahan beban yang berada di luar daya tahannya, tidak seimbang, dan ledakan gas panas di ruang bakar jauh di atas normal. Tak lama kemudian piston pun pecah.

Piston biasanya mengalirkan tendangan tenaga di dalam silinder menuju crank case melalui connecting rod (atau conrod), dan juga bertindak sebagai pemindah gerak ke bagian atas conrod. Jadi ketika piston pecah, bagian atas conrod akan bekerja dengan sangat keras di dalam silinder karena crank yang menempel dengannya terus berputar sampai 20.000rpm. Conrod yang terbuat dari titanium tersebut akan tidak terkendali dan akhirnya menghantam sebuah lubang di bagian crank case yang terbuat dari alumunium. Setelah itu keluar asap tebal berminyak dari saluran pembuangan seperti yang dilihat oleh para pemirsa TV yang menonton balapan.

Efek yang sama juga akan timbul jika baut yang longgar jatuh ke dalam exhaust manifold. Kalau mekanik tersebut beruntung exhaust valve akan tertutup dan baut akan terlempar ketika mesin dinyalakan. Jika katup exhaust terbuka, mur masuk ke dalam silinder dan berada di atas piston.

Setiap benda yang longgar di dalam silinder, tentu saja akan menimbulkan bencana bagi mesin. Ketika mesin dinyalakan, kepala mur akan menghantam lubang di piston atau cylinder head, atau menyumbat salah satu gagang katup. Akibatnya? Mesin mati.

Kerusakan-kerusakan mekanik yang tergolong besar lainnya, misalnya seperti kerusakan crankshaft, sangat jarang terjadi karena para desainer sudah sangat memahami perilaku torsi pada mesin dan bisa menahan beban yang ada. Crankshaft bisa jebol jika terjadi kesalahan mendasar pada desain –jika terlalu banyak yang diserut untuk menghemat berat- atau jika tiba-tiba mendapat tambahan beban dari luar, seperti girboks. Jika crank mengalami kerusakan, kita bisa melihatnya dari ledakan mesin dan keretakan pada blok mesin.


GANGGUAN PADA ECU
Gangguan pada sistem elektronik (kelistrikan) biasanya menyebabkan mesin mogok tanpa menimbulkan kerusakan parah. Namun, biasanya para engineer kerap menjadikan gangguan pada ECU (electronic control unit) sebagai kambing hitam oleh engineer daripada harus mengkambing hitamkan mesin.

Seorang pakar mesin F1 berbicara kepada seorang reporter TV yang berdiri disamping sebuah mobil dengan lubang besar di blok mesin: ”Air dan oli keluar dari bagian belakang mobil, berkumpul membentuk genangan di sekitar kaki, sementara ia bermaksud menjelaskan bahwa sistem manajemen engine yang baru kembali mengalami kerusakan.”

Sebenarnya ECU jarang sekali mengalami kerusakan. Kerusakan pada umumnya disebabkan peranti sensor dan kabel-kabel yang longgar, atau sudah aus gara-gara panas dari saluran pembuangan karena instalasi kabel yang kurang baik.

KEBOCORAN PADA OLI
Fungsi oli bukan hanya sebagai pelumas, melainkan juga menjaga panas agar tetap stabil sehingga oli berperan penting dalam mendinginkan mesin. Jika terjadi kebocoran oli akan berdampak sangat buruk terhadap setiap komponen mesin.

Oli berperan penting membantali atau melapisi komponen-komponen bergerak yang saling bergesekan, dan oli bekerja lebih keras lagi khususnya di komponen-komponen mesin yang beban kerjanya paling berat: yakni di conrod big-end bearing (bantalan setang piston yang berada pada silinder tengah) dan crank pins. Jika oli gagal berfungsi, logam dengan logam bergesekan secara langsung sehingga menimbulkan panas yang sangat tinggi, efeknya logam mulai berubah sifat dan melunak. Hasil dari gesekan itu menghasilkan butiran-butiran logam halus (disebut gram) yang bertindak seperti amplas, temperatur pun akan semakin tinggi.

Pada akhirnya, conrod dan crank bisa lengket menyatu karena gesekan secara langsung. Conrod pun tak bisa berputar bebas mengelingi crank pins, terlepas dari piston dan keluar membentuk lubang di crankcase. Kalau sudah begini, game over.

KEBOCORAN PADA SISTEM PNEUMATIC
Sistem pneumatic adalah sistem yang mengendalikan katup pemasukan (inlet) dan pembuangan (exhaust) di bagian atas silinder. Komponen-komponen rentan ini letaknya hanya beberapa milimeter dari bagian atas piston saat bergerak membuka dan menutup, mencampurkan udara dan bahan bakar, mengkompresi kemudian membakar, setelah itu mengeluarkan gas keluar.

Katup tersebut harus mampu secara tepat mengimbangi kecepatan mesin untuk menghindari kontak katup dengan piston. Katup tersebut dibuka oleh chamshaft (yang dikendalikan olen crank) sementara pneumatic spring mengendalikan kecepatan tutup katup. Kebocoran pada sistem pneumatic bisa mengurangi tekanan, jadi pada kecepatan mesin tertentu, langkah katup lebih lambat daripada cam. Piston, yang pada saat bersamaan bergerak dengan kecepatan yang sama, terpengaruh oleh lambatnya gerakan katup karena tak bisa cepat menutup saat bergerak ke atas.

Akibatnya, batang klep terlebih dahulu jatuh setelah itu kepala klep yang berbentuk seperti payung jatuh ke dalam silinder. Batang klep dan kepalanya tersebut berpantulan di dalam silinder karena cepat dan kencangnya gerakan piston, sehingga bisa menciptakan lubang di piston atau kepala silinder dan mungkin juga di saluran pendingin. Oli dan pelumas pendingin pun masuk ke dalam saluran pembuangan; mimpi buruk pun terjadi.

Pada saat uji coba, mimpi buruk bisa dihindari karena tim bisa secara langsung mengetahui tekanan udara rendah di pada sistem pneumatic dan mungkin tak akan menyalakan mesin. Namun pada saat balapan, satu-satunya cara menghindari hal itu adalah menginstruksikan pembalap agar tidak menggeber mobil secara maksimal.

KEBOCORAN PADA SISTEM PENDINGIN
Pendinginan di dalam mesin erat kaitannya dengan berat (karena membawa air) dan aerodinamika (karena radiator letaknya di bagian sidepod). Oleh karena itu, mesin dirancang bisa menahan panas sepanas mungkin dan radiator dibuat sekecil mungkin. Jadi jika mesin cepat kehilangan pendinginan, toleransi mesin terhadap panas sangat kecil.

Sebuah lubang kecil saja pada sidepod, seperti pembungkus hotdog, sudah cukup mengacaukan temperatur. Kebocoran serius pada pendinginan bisa menjadi mimpi buruk bagi kinerja paket mobil.

Komponen-komponen mobil semakin lemah jika temperatur berada di atas suhu normal. Misalnya, baut baja yang menempelkan kepala silinder alumunium dengan blok mesin mengendur di atas titik kritis. Kalau sambungannya melonggar, gas dari hasil pembakaran keluar dan mesin pun meleleh. Berbarengan dengan itu sil-sil dari bahan polymer dan ring-ring berbentuk huruf O (O-ring) di seputaran mesin gagal berfungsi, kebocoran pun semakin parah.

GANGGUAN PADA SISTEM THROTTLE
Kerusakan pada mesin sering kali berubah menjadi gangguan hidrolik. Misalnya saat tampil di Malaysia, engine Cosworth Mark Webber mati gara-gara kerusakan hidrolik pada transmisinya.

Di dalam mesin sendiri, sistem throttle bekerja secara hidrolik, jadi jika terjadi kerusakan, sistem throttle tidak akan berfungsi, bahkan lebih buruknya lagi gas akan terus terbuka. Jika hal ini terjadi pada saat balapan bisa mematikan, karena jika gas tetap terbuka mobil F1 akan sangat sulit dikendalikan. ECU tidak bisa mengharmonisaikan permintaan dari pedal akselerasi dengan gerakan throttle. Ketidakseimbangan ini bisa menyebabkan mesin mogok.

Memang pembalap tak dilarang untuk menggeber mesinnya semaksimal mungkin asalkan dengan tujuan. Kimi Raikkonen, dengan rasa marah dan frustasi, melakukan hal itu di Bahrain tahun 2004 ketika hendak bersiap-siap untuk start. Dalam kondisi gigi netral dan gas diinjak abis, mesin meraung-raung dan dalam beberapa detik mesin meleduk. Kimi mungkin tersenyum karena para engineer Mercy harus berpikir keras berjam-jam menemukan penyebabnya, tapi mungkin sang engineer tak akan mampu mengidentifikasi penyebab kerusakan tersebut.

GANGGUAN PADA SISTEM BAHAN BAKAR
Gangguan pada sistem bahan bakar memang bukan gangguan mesin yang paling sering terjadi, namun tergolong gangguan besar. Jika mobil Anda memiliki bahan bakar, tapi bahan bakar tersebut tak bisa terkumpul atau terdistribusikan dengan benar karena berbagai hal, mesin bisa mogok. Sederhana, tapi mematikan.

Jadi mengapa kalangan engineer F1 tak bisa membangun engine yang daya tahannya sama dengan mobil Peugeot 306 saya? Well, tentu mereka bisa, tapi mereka akan kesulitan jika harus membangun engine F1 dengan segala kecanggihannya, khususnya dalam soal tenaga. Engine harus bisa memproduksi 300bhp per liter dengan berat tak lebih dari 95-100kg, sehingga teknologi mesin dipaksa untuk melampaui ambang batas kemampuannya. Untuk mencapai itu, kita harus memaksa mesin sampai titik batas tertinggi.

PETIKAN ILMU: BAGAIMANA MESIN F1 BEKERJA?

A. PISTON
Terbuat dari bahan alumunium. Piston berakselerasi sampai dengan 10.000g. Kinerjanya terdiri dari empat langkah: menghisap-menekan-meledakkan-mengeluarkan.
1 Turun – menghisap: Katup inlet membuka, udara dan bahan bakar bercampur di dalam ruang bakar.
2 Naik – menekan: Katup menutup, campuran udara dan bahan bakar dikompresi di dalam ruang bakar
3 Turun – meledakkan: katup menutup, campuran tadi menyala, piston mengeluarkan api saat bergerak turun.
4 Naik – meniup: Katup exhaust membuka dan gas buang dikeluarkan.

B. CONROD
Terbuat dari bahan titanium. Mengalirkan tenaga dari piston menuju crank shaft pda saat piston menyemburkan tenaga.

C. CRANKSHAFT
Terbuat dari baja. Berputar mengelilingi conrod (yang ditempel dengan crank pin), mengalirkan tenaga –lewat transmisi- ke roda belakang. Satu kali putaran berarti satu rpm; ia bisa berputar sampai dengan 20.000 kali per menit (333 kali per detik).

D. SPARK PLUG (BUSI)
Menyalakan campuran bahan bakar dan udara (3) delapan juta kali per balapan

E. KATUP INLET
Memasukkan campuran udara dan bahan bakar (1); dikontrol secara pneumatic agar hitungan waktunya tepat.

F. KATUP EXHAUST
Mengeluarkan gas buang (4); waktunya juga dikontrol oleh sistem pneumatic

G. CAMSHAFT
Berputar setengah dari kecepatan crankshaft, untuk mengaktifkan katup.

Daya tahan mesin – dan kemungkinan terjadinya kerusakan
1 Kerusakan gara-gara daya tahan mesin yang lemah (kematian dini)
Biasanya disebabkan oleh komponen-komponen baru atau komponen yang rusak dan biasanya terjadi di awal-awal mesin dinyalakan. Setiap mesin F1 terlebih dahulu dijalankan di dyno, setelah itu diperiksa, kemudian di dyno kembali setelah itu baru dipasang di mobil. Langkah ini diambil untuk memastikan mesin berada di zone aman ketika dipasang. Efeknya, memang mengorbankan daya tahan mesin, tapi gangguan bisa dihindari.

2 Kerusakan gara-gara beban kerja berlebih (kelelahan/fatique)
Beban yang ditanggung oleh setiap komponen pada flex dan simpul mesin bisa minim, bisa juga berat sehingga mesin keletihan. Jika logam mengalami keletihan maka komponen-komponen di dalamnya berubah; bisa menjadi lebih lunak, rapuh dan akhirnya jebol. Mesin sengaja didesain dengan daya tahan jarak tempuh aman minimal (sekitar 1120km, yang meliputi dua race) setelah itu mesin bisa jebol karena terlalu letih digeber. Pada saat uji coba, daya tempuh mesin lebih tinggi lagi –sekitar 1360km- di atas ’zona aman’.

3 Kerusakan gara-gara kecelakaan (human error)
Manusia selalu ikut menjadi faktor penentu daya tahan (reliabilitas) engine. Kerusakan yang disebabkan faktor human error itu bisa terjadi mulai dari saat pembuatan mesin, pemasangan, maintanance sampai saat dikemudikan (misalnya, mur di saluran pipa pembuangan lepas). Namun karena standar operasional saat ini sudah semakin membaik, kesalahan-kesalahan seperti itu jarang sekali terjadi.

eka-zulkarnain.blogspot.com