BMW M4 GTS adalah mobil yang luar biasa! Tidak hanya cepat, tetapi juga cepat dan S55 jauh lebih agresif di GTS daripada M4 ‘normal’. Bagian dari ini adalah penggunaan injeksi air bertekanan tinggi ke intake manifold di bawah beban tinggi dan RPM. Hal ini memungkinkan dorongan untuk dinaikkan menjadi sebelas (dari 17,2 psi menjadi 21,6 psi – kira-kira 26% peningkatan tekanan dorongan maksimum).
Manfaat Injeksi Air (atau, No Knock – Knock)
Tapi mengapa menyuntikkan air? Air tidak dapat dimampatkan (tetapi, tidak oleh mesin mobil). Kunci untuk memahami mengapa air itu baik adalah berguna untuk mengetahui apa yang terjadi di dalam silinder selama pengapian campuran udara/bahan bakar. Idealnya udara dan bahan bakar digabungkan di dalam silinder selama langkah masuk (ke bawah). Rasio udara/bahan bakar dalam mesin bensin, dalam kondisi ideal, harus 14,7 bagian udara untuk satu bagian bahan bakar yang dikenal sebagai ‘stoikiometrik’. Saat beban dan RPM terbentuk, campuran harus menjadi lebih kaya, lebih banyak bahan bakar ke udara daripada stoikiometrik. Dan alasan itu menjadi lebih kaya adalah untuk membantu mencegah ‘ketukan’.
Jadi apa itu ‘ketukan’? Knock adalah penyalaan campuran udara/bahan bakar yang tidak terkontrol/tidak diinginkan sebelum waktu yang tepat. Pada kondisi normal elektroda busi akan menerima muatan tegangan tinggi yang waktunya terjadi sedikit sebelum piston mencapai titik mati atas (TMA) pada langkah kompresi (gerakan piston ke atas).
Bagaimana cara kerjanya?
Jika semuanya berjalan sesuai rencana, ‘percikan’ listrik antara elektroda dan ground menyebabkan pengapian campuran udara/bahan bakar. Dilakukan dengan benar pengapian memungkinkan campuran udara bahan bakar untuk membuat ‘front api’ yang mengkonsumsi bahan bakar. Gas yang dihasilkan dari pembakaran campuran bahan bakar udara mengembang dan menekan piston ke bawah – langkah daya (setelah piston mencapai TMA).
Ketika hal-hal tidak berjalan sesuai rencana, tekanan (dan suhu) ruang bakar memungkinkan campuran udara/bahan bakar menyala tak terkendali. Hal ini dapat terjadi sebelum campuran bahan bakar udara menyala, atau berlawanan dengan nyala api depan yang direncanakan, dalam hal ini komponen (bantalan baca) silinder mengalami tekanan yang berbahaya secara signifikan.
Ini juga berarti bahwa lebih sedikit pekerjaan yang dilakukan dan kemudian efisiensi menurun. Peristiwa di luar normal ini terjadi ketika tekanan dan suhu melampaui kemampuan sistem untuk mengendalikannya secara efektif. Rasio kompresi, suhu pengisian, dan nilai oktan bahan bakar yang digunakan merupakan faktor penyebabnya.
Dan saat RPM meningkat, kebutuhan untuk mempercepat waktu pengapian meningkat (percikan harus terjadi lebih cepat sebelum TDC) dan nilai oktan bahan bakar yang diperlukan naik. Semua ini memperumit pengapian yang tepat dari campuran udara/bahan bakar dan kemudian ketika Anda menambahkan turbo/super pengisian campuran pembakaran – Anda benar-benar menusuk binatang itu.
Sejarah Injeksi Air
Pada awal 1930-an Harry Ricardo melihat bagaimana mengontrol ‘ketukan’ di ruang bakar supercharged. Dalam buku Hugh MacInnes, “Turbochargers”, (HP Books – © 1978), investigasi Ricardo ditunjukkan untuk menentukan batas atas pengayaan campuran (menambahkan bahan bakar tambahan) di luar yang pasti akan terjadi ketukan. Namun, menyuntikkan kabut halus air ditemukan untuk menyerap panas dan memungkinkan tekanan yang lebih tinggi di ruang bakar. Oleh karena itu kegunaan injeksi air. (Dan injeksi air/metanol digunakan dalam varian mesin pesawat radial 801 BMW selama Perang Dunia II.)
Apa itu BMEP?
Ada ukuran efisiensi mesin yang disebut Brake Mean Effective Pressure atau BMEP (diucapkan BEE-mep), yang merupakan indikator seberapa efisien suatu mesin. Menghasilkan mesin yang kuat adalah satu hal, tetapi sesuatu yang jauh lebih baik jika mesinnya bertenaga DAN efisien.
BMEP dihitung dengan mengalikan torsi mesin kali konstan, 150,8 untuk mesin empat langkah (yang mewakili output torsi 1 lb-ft per inci kubik), yang kemudian dibagi dengan perpindahan mesin dalam inci kubik. Tentu saja rumus ini dapat dinyatakan dengan menggunakan ekuivalen metrik.
BMEP mewakili tekanan rata-rata dari setiap langkah daya yang menghasilkan output tenaga kuda yang diamati; semakin tinggi angkanya semakin efisien mesinnya. Misalnya blok kecil GM LT1 yang disedot secara alami, yang digunakan pada Camaros generasi saat ini, menghasilkan torsi 455 lb-ft dengan perpindahan 376 inci kubik. Ini BMEP sama dengan sekitar 186,5 psi.
Varian BMW N55 yang menghasilkan torsi 322 lb-ft dan perpindahan 183 inci kubik memiliki BMEP sekitar 273,6 psi, S55 yang menghasilkan torsi 406 lb-ft memiliki BMEP sekitar 334,6 psi. S55 yang disetel untuk M4 GTS menghasilkan torsi 442 lb-ft dan memiliki BMEP sekitar 364,2 psi!
S55 M4 GTS memiliki BMEP 33% lebih besar daripada N55 – dengan meningkatkan total boost di atas N55 dan S55 normal. Oleh karena itu perlu adanya injeksi air pada M4 GTS. Ini semua adalah mesin yang sangat bertenaga dan efisien, tetapi terutama S55 yang digunakan di M4 GTS. (Dan, untuk referensi, GM LT1 juga tidak bungkuk – untuk mesin NA, BMEP LT1 cukup bagus.)
Implementasi Injeksi Air BMW
BMW telah menambahkan tiga tempat injeksi air pada intake manifold dan tangki di bagian belakang mobil yang harus diisi untuk memanfaatkan potensi penuh mobil. Selain untuk mencegah masalah, mobil tidak diperbolehkan untuk mengembangkan dorongan maksimum ketika suhu luar ruangan turun di bawah 41 derajat Fahrenheit. Selain itu, pompa untuk injeksi air dapat dibalik untuk mengalirkan saluran ke injektor sepenuhnya setelah digunakan.
Sementara injeksi air (dan injeksi air/metanol) telah digunakan di aftermarket tuner selama beberapa dekade, senang melihat para insinyur di BMW memberikan penggunaan yang benar-benar profesional dari trik hot rodder tua ini.
[Images: BMW]
