Prinsip Kerja Mobil F1

"Mobil Formula 1 tidak akan bergerak begitu saja dengan hanya satu, dua atau tiga komponen gan... Mobil bergerak karena ada keterkaitan satu sama lain dalam paketan mobil dan bukan hanya faktor komponen semata. Apakah itu?? Mari kita Simak saja..."

MESIN & GIRBOKS

 Mesin adalah faktor tunggal paling penting di dalam performa mobil Formula 1, dan girboks berfungsi memastikan tenaga yang dihasilkan mesin bekerja secara efektif. Pada bagian terakhir dari rangkaian tulisan yang menguak teknologi F1, Shell menggali tingkat kerumitan mesin F1 yang terus berubah.

POWER UP

Mobil F1 adalah satu-satunya paket mobil di dunia dengan tenaga besar yang direkayasa sedemikian ketat dan efektif. Dengan tenaga lebih dari 700bhp, dan akselerasi 0-240km/j bisa dicapai hanya dalam waktu lima detik, tim harus memaksimalkan ledakan tenaga yang dihasilkan oleh mesin dan daya tahannya serta menggunakan sistem transmisi elektro-hidrolik untuk menggerakkan tenaga di atas lintasan.

THE ENGINE

Tenaga mesin V8 yang baru (yang dipakai musim 2006) mungkin lebih kecil dibandingkan V10, tapi V8 masih merupakan paket engine yang bertenaga besar. Pembalap sering kali menggeber mobil dari kecepatan 0-240km/j –maupun sebaliknya- dalam waktu yang lebih singkat dibandingkan dengan rata-rata waktu yang ditempuh mobil biasa untuk mencapai batas kecepatan maksimal legal. Saat berakselerasi, pembalap terdorong ke belakang oleh g-force (gaya gravitasi) sebesar 1,4g; karena mesin mengeluarkan daya dorong seperti mesin roket agar mobil berakselerasi sekencang mungkin.

Namun, untuk memenangi balapan yang dibutuhkan bukan hanya kecepatan. Agar bisa keluar sebagai juara, pertama-tama pembalap harus finis dan dalam hal ini dibutuhkan reliabilitas engine. Berdasarkan regulasi terbaru, mesin harus bertahan sampai dua balapan sehingga engineer harus menyeimbangkan power dengan daya tahan mesin.

Mobil Honda Racing F1 terdiri dari 3200 komponen

 REGULASI MESIN YANG BARU

Perubahan mesin dari V10 ke V8 pada tahun 2006 adalah sebuah langkah besar yang dikeluarkan FIA. Logika perubahan mesin itu memang sederhana yaitu untuk  menurunkan tenaga mesin, mengurangi keausan ban, meningkatkan reliabilitas dan mengurangi biaya, tapi membuat pusing kalangan engineer.

Selain perubahan konfigurasi mesin, kapasitas mesin pun berubah dari 3 liter menjadi 2.4 liter sehingga peak powermesin berkurang sekitar 200bhp. Muaranya lap time di sebagian besar sirkuit F1 bertambah lamban satu hingga tiga detik.

DRIVEN BY POWER

Mesin mobil Formula 1 adalah teknologi mesin otomotif yang paling canggih di dunia. Dengan kapasitas 2.4 liter bisa menghasilkan tenaga sekitar 750bhp, atau lebih dari 300bhp per liternya. Padahal pada road car, untuk mencapai tenaga 100bhp per liternya mobil harus susah payah. Jadi bisa Anda bayangkan betapa beratnya beban kerja yang disandang engineer mobil F1 untuk menghasilkan mesin sesuai dengan apa yang diinginkan.

Mesin dibautkan pada tub yang terbuat dari serat karbon dan merupakan komponen mobil yang sangat kuat dan padat. Karena transmisi dan suspensi belakang digabungkan langsung menjadi satu, mesin selain harus sangat kuat, bobotnya juga harus ringan dan ukurannya harus kecil.

Yang terpenting juga adalah letak massanya harus sedekat mungkin dengan permukaan tanah untuk membantu mengurangi pusat gravitasi mobil dan tinggi bodywork belakang dibuat seminimal mungkin.

PISTON

Silinder, piston dan katup pada mobil F1 secara sepintas mirip dengan yang ada pada road car (mobil standar jalan raya), tapi kalau digali lebih dalam lagi komponen-komponen pada dua model mobil itu sama sekali berbeda.

Jika kita ingin mengetahui bagaimana mesin mobil F1 menghasilkan tenaga yang luar biasa besar, kita harus mengetahui desain dan dimensi komponen-komponen di atas. Piston adalah salah satu komponen yang paling mudah dikenali. Dengan diameter sekitar 45mm, langkah (stroke) piston (jarak yang ditempuh oleh piston dalam satu kali gerakan) ukurannya sekitar setengah ukuran bore-nya (diameter piston). Dengan langkah yang pendek ini, engine mobil F1 bisa mendapatkan kecepatan rotasi yang luar biasa sekitar 19.000rpm, sehingga memungkinkan udara yang masuk yang bercampur dengan bahan bakar untuk melakukan pembakaran lebih banyak -dan ini adalah sumber tenaga mesin F1 yang luar biasa.

Sebagai perbandingan, dimensi bore and stroke (diameter dan langkah) piston pada mayoritas road car sama. Langkah pendek pada mesin F1 memang tidak menghasilkan torsi yang besar melainkan output power yang besar, tapi pembalap bisa memaksimalkan power dan karakteristik akselerasi pada mesin berkat didukung oleh kombinasi bobot mobil yang sangat ringan dan girboks tujuh percepatan. 

Ini piston dari mesin V10 Peugeot A20 yang dipakai oleh tim Prost (Jean Alesi dan Nick Heidfeld) musim 2000. foto dari Internet

PELUMASAN

Kehidupan di dalam mesin Formula 1 sangat ekstrim. Tenaga yang berakselerasi pada piston mencapai hampir 9.000g. Dalam suhu dan tekanan yang sangat ekstrim tersebut, efek gesekan yang ditimbulkan pun sangat merusak jadi dibutuhkan pelumasan yang sangat tepat.

Atas alasan itulah Ferrari bekerjasama dengan Shell. Sebagai mitra teknik tim paling sukses dalam sejarah F1, Shell mengembangkan pelumas yang sangat khusus bagi mesin mobil pabrikan Italia ini. Shell mulai mengembangkan pelumas bagi mesin V8 Ferrari bulan Mei 2005 yang sesuai dengan karakteristik mesin baru tersebut.

THE SCIENCE BEHIND FUEL

Bahan bakar yang menggerakkan mobil F1 sedikit berbeda dengan bahan bakar road car yang biasa dibeli di pom-pom bensin. “Anda bisa mengisikan Shell V-Power ke mobil Ferrari F1 dan mobil bisa jalan,” kata Mike Copson, Shell Formula 1 Technical Manager. “Dan Anda juga bisa mengisikan bahan bakar mobil Ferrari F1 ke mobil Anda dan mobil bisa jalan.”

Meskipun demikian, bahan bakar yang disuplai oleh Shell harus sesuai dengan kriteria yang diajukan tim. Sebenarnya, kandungan kimia bahan bakar dari satu balapan dengan balapan lainnya berbeda-beda. “Kita bisa mengubah kandungan kimia di dalam bahan bakar, misalnya dengan memakai unsur yang bisa mempertinggi daya bakar agar throttle lebih responsif,” kata Copson. 

“Metoda ini cocok untuk sirkuit-sirkuit seperti Monaco dan Hongaria, yang relatif sedikit membutuhkan horsepower. Sementara untuk trek-trek seperti Monza, kandungan bahan bakar lebih banyak agar power lebih tinggi.”

Mesin mobil F1 mengkonsumsi bahan bakar rata-rata satu galon empat mil (3,7 lt: 6,4km). Namun bahan bakar yang dibawa oleh mobil F1 dalam setiap balapan disesuaikan dengan kebutuhan dan strategi tim, jadi Copson dan timnya harus bekerjasama dengan pakar penyusun strategi di Ferrari, Ross Brawn, agar tim mendapatkan suplai bahan bakar yang tepat pada setiap balapannya. 

GIRBOKS

Terpasang di belakang mesin, fungsi girboks adalah mengalihkan tenaga mesin ke roda semulus dan seefisien mungkin. Dulu untuk memfungsikan girboks dibutuhkan kabel dan kopeling manual. Tapi mobil F1 modern sekarang ini menggunakan teknologi ‘fly by wire’, di mana untuk memilih gigi (gear), pembalap cukup menggerakkan tuas yang terpasang di belakang setir mobil.

Penggantian gir dilakukan secara elektro-hidrolik yang berfungsi mengatur pergantian gigi dan mengendalikan gas, sementara kaki pembalap masih tetap berada di atas pedal gas.

Transmisi sekuensial tujuh percepatan itu beroperasi seperti transmisi pada sepeda motor, yang bergerak teratur ke depan dan belakang, bukan transmisi metoda tradisional ‘H’ yang digunakan pada kebanyakan road car. Dengan metoda sekuensial, pergantian gigi bisa dilakukan lebih cepat dan lebih mudah. 

           

PERPINDAHAN GIGI

Setiap weekend race, semua cog (roda gigi penggerak) pada girboks diganti agar mobil tidak mengalami ‘gagal operasi’ pada saat diturunkan di atas lintasan. Rasio (atau ukuan) gir pada setiap weekend race juga diganti, sesuai dengan level akselerasi dan speed paling maksimal yang dibutuhkan pembalap.

Menjelang weekend race, tim menyesuaikan level gigi paling atas (tujuh) sehingga pada saat kualifikasi putaran mesin bisa mencapai batas tertinggi di ujung trek lurus utama. Tapi pada saat race, limit putaran mesin biasanya diturunkan agar putaran mesin bertambah ketika pembalap mengikuti slipstream mobil lap di depannya. 

Setelah itu, engineer memilih gigi paling rendah yang dibutuhkan di trek. Penyesuaian ini dilakukan agar mobil mendapatkan akselerasi terbaik pada saat keluar tikungan paling lambat di trek yang dimaksud. Sedangkan rasio gigi lainnya antara gigi paling atas dengan gigi bawah diseting dengan interval yang sama. Untuk mengganti keenam rasio gigi tersebut di pit, mekanik membutuhkan waktu sekitar 40 menit.

Seperti halnya dengan mesin, Shell juga memainkan peranan penting agar girboks Ferrari bekerja semulus mungkin. Karena pada setiap balapan perpindahan gigi bisa mencapai ribuan kali, suhu di dalam girboks bisa mencapai lebih dari 100 derajat Celcius, sehingga dibutuhkan pelumas yang bisa mendinginkan girboks.

“Dalam hal pelumasan girboks dan mesin, efisiensi pelumasan dan kinerja perlindungannya harus dikompromikan,” kata Shell Formula 1 Technical Manager Mike Copson.

“Kami senantiasa menganalisa setiap saat bagaimana mengurangi gesekan (antara komponen-komponen yang bergerak), karena gesekan itu adalah musuh tenaga mesin. Pola perpindahan pada girboks F1 sangat keras dan kasar; untuk mengganti gigi dibutuhkan waktu sekitar 20 milidetik sehingga pembalap bisa memindahkan gigi dengan sangat cepat.

“Monaco adalah salah satu sirkuit yang mewajibkan girboks bekerja ekstra keras. Pembalap melakukan perpindahan gigi setiap dua detik, alias 3000 kali sepanjang balapan.

“Volume kerja oli transmisi sangat ekstrim. Tidak hanya dikocok di sekitar gigi, tetapi juga berfungsi melumasi dua permukaan yang saling bergesekan dan hal itu bukan perkara mudah. Oleh karena itu, oli girboks dituntut bekerja lebih keras dibandingkan oli mesin.

“Selain itu, mobil yang membalap di Monaco relatif lamban sehingga tak dibutuhkan pendinginan terlalu banyak, makanya menambah beban kerja oli. Jadi jika dibandingkan dengan trek-trek lainnya, oli dengan daya perlindungan tinggi sangat dibutuhkan di Monaco.”