Prinsip Dasar Engine

Engine Principles
Prinsip Dasar
Engine
1
Training Material & Publication
Engine Principles
Bab 1. Apakah Mesin itu?
1. Apakah Mesin itu ?
2. Jenis – jenis Mesin
3. Tata Letak Engine
4. Expansive force & Inertia Force
5. Mesin Reciprocal
6. Langkah Exhaust & Intake
7. Langkah Compression & Combustion
8. Struktur Mesin
9. Diesel Engine
10. Internal Combustion & Motor
11. Lean Burn Engine
Bab 2. Cylinder block dan Moving parts
1. Cylinder Block
2. Cylinder Liner
3. Water Jacket
4. Piston
5. Piston Ring
6. Connecting Rod
7. Crankshaft
8. Crank Case
9. Journal Bearing
10. Flywheel
11. Balance shaft, Balans untuk gaya inertial kedua
Bab 3. Cylinder Head
1. Cylinder Head
2. Cam & Camshaft
3. Penggerak Camshaft
4. Intake & Exhaust Valve
5. Sistim penggerak Valve
6. Valve Timing
7. Variable Valve Timing
8. Kerusakan Valve
9. Overrun & Red Zone
Bab 4. Sistim Intake
1. Menambah efisiensi volume
2. Efek Intake Inertia & Pulsation
3. Sistim Intake Variable
4. Sistim Intake
5. Throttle Valve & Manifold
2
Training Material & Publication
Engine Principles
Bab 5. Sistim Exhaust
1. Exhaust System
2. Efek Exhaust Inertia & Pulsation
3. Komponen Exhaust Gas
4. Perbandingan Air-Fuel & Komponen Exhaust
5. Sistim Exhaust Purification
6. Sirkulasi Blow-by Gas
Bab 6. Charger
1. Jenis – jenis Charger
2. Turbocharger
3. Tekanan Boost & perbandingan Compression
4. Turbo Lag
5. Sistim Supercharging & Heat
6. Supercharger
Bab 7. Sistim Pelumasan
1. Standar Engine Oil
2. Metode pelumasan
3. Komponen sistim pelumasan
4. Engine Oil
Bab 8. Sistim Pendingin
1. Sistim Pendingin
2. Radiator
3. Pendinginan pada Cylinder Head
4. Over Heat
Bab 9. Sistim Bahan Bakar
1. Carburetor
2. Sistim Injeksi Bahan Bakar Manual
3. Sistim Injeksi Bahan Bakar Elektrik
4. Sistim Suplai Bahan Bakar
Bab 10. Sistim Pengapian
1. Garis besar tipe pengapian
2. Tipe Pengapian Full Transistor
3.3333333 Tipe Pengapian Distributor-less
4. Spark Plug
Bab 11. Combustion and Combustion Chamber
1. Proses Combustion
2. A/F ratio & Flame Velocity
3. Waktu Pengapian
4. Swirl Effect
3
Training Material & Publication
Engine Principles
5. Knocking
6. Combustion yang tidak normal
7. Bentuk Combustion Chamber
8. Intake-Exhaust Valve & Combustion Chamber
9. Piston & Combustion Chamber
Bab 12. Performa, Konsumsi Bahan Bakar, Noise, and Vibration
1. Performa
2. Arti dari Output
3. Metode Tenaga
4. Torque
5. Tambahan Tenaga
6. S/B ratio & Output
7. Rasio Kompresi & Output
8. Menambah Output dengan rpm tinggi
9. Krakter Transient & Response
10. Cylinder Array & Performa
11. Rasio konsumsi bahan bakar
12. Output & Efisiensi Bahan Bakar
13. Efisiensi Bahan Bakar pada kendaraan
14. Vibration pada Engine
15. Noise pada Engine
4
Training Material & Publication
Engine Principles
Bagian 1.
Apakah yang dimaksud dengan Mesin ?
1. Apakah yang dimaksud dengan mesin ?
Pada buku ini akan dijelaskan mengenai mesin mobil, terutama mesin bensin. Apa yang
dimaksud dengan engine atau mesin, definisi engine sampai saat ini juga masih
membingungkan dan masih diperdebatkan. Namun konsep dasar engine adalah “ suatu benda
yang bisa menggerakan sesuatu dengan cara menghasilkan tenaga yang didapat dari alam
seperti api, angin atau benda elektrik menjadi energi mekanis secara terus menerus “.
Ada banyak jenis engine dan bekerja dengan cara yang berbeda. Berdasarkan pernyataan
diatas kita dapat mendefinisikan gasoline engine sebagai tempat pebakaran, atau dengan kata
lain engine adalah suatu benda yang dapat merubah panas dari hasil proses pembakaran
menjadi gaya mekanis yang digunakan untuk menggerakan kendaraan.
Bagaimanakah energi panas berubah menjadi energi mekanis ? sebagai contoh, botol atau pot
yang dipanaskan maka tutupnya akan bergerak dan menimbulkan suara bising.
Panas didapat dari gas atau energi listrik yang memanaskan air sehingga membuat air
mendidih dan uapnya mendorong tutup botol atau pot keatas.
1
Training Material & Publication
Engine Principles
Yang penting adalah gaya dorong tidak bearasal
dari energi panas, tetapi dari udara panas atau
penguapan akibat pemanasan.
Maka dari itu, dibutuhkan media untuk mengubah
asal energi didapat. Media ini adalah cairan dalam
terminologi teknis. Cairan yang bekerja pada
gasoline engine adalah udara masuk yang diambil
bersama dengan gasoline kedalam engine dan
kemudian terbakar dan keluar.
Fuel
Com bustion
HeatG eneration
AirExpansion
Pressure G eneration
Cara kerja perubahan proses bahan bakar ke energi
mekanis akan dijelaskan sebagai berikut.
Pada proses ini, yang mengalami perubahan adalah udara.
Jika udara tidak mengalami perubahan maka perubahan
energi juga tidak akan terjadi.
Piston M ovem ent
Bayangkan perubahan yang terjadi pada gaya mekanis
menjadi gaya panas. Pada kendaraan, contoh yang paling
gampang adalah pada pengereman. Dasarnya, panas yang terjadi berasal dari gesekan antara
2 material. Kita dapat menghangatkan tangan kita dengan menggesekannya satu dengan yang
lainnya, maka perpindahan gaya (gesekan) dapat dengan mudah berubah menjadi gaya panas
(menghangatkan tangan). Dalam hal ini tidak terjadi perubahan bentuk, melainkan perubahan
gaya secara langsung menjadi panas. Pada dasarnya ketika energi panas diteruskan menjadi
energi mekanis, maka akan dibutuhkan perubahan kerja dengan menggunakan media untuk
2
Training Material & Publication
Engine Principles
memindahkan energi, sehingga akan banyak pula energi yang hilang. Oleh karena itulah yang
menjadi fakto utama pada engine adalah berapa banyak energi panas dapat dirubah menjadi
energi mekanis
2. Jenis jenis mesin
Mesin terdiri dari beberapa macam, mesin dapat dikelompokkan berdasarkan pada jumlah
cylinder, susunan cylinder, cara pemasangan dan yang lainnya. Seperti anda katahui, mesin
dapat menghasilkan gaya putar dengan cara menggerakan piston pada cylinder bergantian
sehingga kekuatan yang ditimbulkan tergantung pada banyaknya cylinder.
Karena itu maka mesin diklasifikasikan berdasarkan banyaknya cylinder. Pada kendaraan
penumpang diklasifikasikan menjadi kendaraan bercylinder 2, 3, 4, 5, 6, 8, and 12. Besarnya
volume tergantung dari jumlah cylinders.
Berdasarkan pada susunan cylindernya, ada tiga jenis yaitu jenis In-line dengan arah cylinder
yang berurutan, jenis V type dengan blok cylindernya berbentuk V (V-Shape) dan jenis
Horizontal dimana cylindernya disusun secara horizontal dan berlawanan satu sama yang
lainnya.
Berdasarkan cara pemasangannya di modil, mesin engine digolongkan menjadi dua jenis yang
pertama adalah jenis lengthwise dan breadthwise. Pada saat penyusunan engine searah
dengan panjang kendaraan disebut jenis lengthwise, dan ketika pemasangannya searah
dengan lebar kendaraan disebut jenis breadthwise.
Breadthwise type
Lengthwise type
Sebagai contih pada kendaraan jenis FR letak engine terdapat pada bagian depan kendaraan
dan mengendalikan roda belakang menggunakan jenis engine lengthwise. Alasannya adalah
propeller shaftt yang memindahkan driving force ke roda belakang berputar melalui bawah
lantai. Pada kendaraan jenis FF, yang hampir dipakai pada kendaraan kecil, menggunakan
3
Training Material & Publication
Engine Principles
mesin yang berada pada posisi depan dan mengendalikan roda depan, jenis mesin yang
dipakai adalah breadthwise karena perputaran axis engine harus parallel dengan perputaran
axis roda. Pada kendaraan jenis FF mempunyai cylinder 6 buah, jika dipasang pada posisi
melebar, maka kendaraan juga akan lebar. Karena itu digunakan mesin dengan jenis V Engine.
Untuk mendapatkan design yang terbaik maka mesin harus mengkombinasikan antara
besarnya CC (displacement volume), jenis kendaraan, jenis susunan engine dan jenis
pemasangan engine.
3. Tata letak mesin
Engine Layout & Vehicle Features
FF : Front Engine Front Drive
FR : Front Engine Rear Drive
MR : Midship Engine Rear Drive
RR : Rear Engine Rear Drive
Sangat memungkinkan sekali jika mesin dipasang dibagian depan kendaraan. Akan tetapi, tidak
semua kendaraan mesinnya dipasang di depan. Di tahun 1770, awalnya mobil yang dibuat
pada saat itui yaitu mobil uap Cugnot mesinnya ditempatkan di ujung depan body kendaraan.
Kemudian pada tahun 1885, untuk pertama kalinya ditemukan mobil menggunakan gasoline
engine, dimana engine pada mobil Daimler ini terletak dibawah tempat duduk dan di depan
roda belakang.
4
Training Material & Publication
Engine Principles
Dalam sejarah, banyak sekali dilakukan penelitian untuk menemukan kondisi terbaik dimanakah
engine mesti diletakan. Pada tahaun 1891, di Prancis terdapat mobil berjenis FR (front engine
rear drive). Jenis FR adalah jenis kendaraan yang letak engine berada pada bagian depan
kendaraan dan mengendalikan roda belakang. Setelah itu, jenis ini menjadi acuan standar tata
letak engine. Hingga kini, kebanyakan kendaraan penumpang besar dan kendaraan sport
menggunakan jenis ini.
Karakter utama kendaran jenis FR adalah ruang cabin terletak pada bagian belakang,
pengontrolan pengendaliannya terletak pada roda depan dan daya dorongnya dilakukan oleh
roda belakang sehingga pengoperasian dan daya angkutnya terbagi sama pada bagian depan
dan belakang, performa laju kendaraan akan seimbang, penumpang lebih nyaman begitu juga
dengan getaran dan kebisingannya lebih sedikit dibanding dengan jenis yang lain.
Tata letak pada hampir semua kendaraan kecil, telah dikembangkan oleh dua perusahaan
besar selama kurang lebih seratus tahun. Yang pertama adalah Volkswagen pada tahun 1936
menggunakan engine yang terletak pada bagian belakang kendaraan dan mengontrol roda
belakang. Setelah perang dunia kedua, jenis ini menjadi rancangan dunia nomor satu untuk
jenis kendaraan penumpang dengan letak engine pada bagian belakang kendaraan dan
mengontrol roda belakang (RR). Yang kedua adalah Mini of England pada tahun 1959. Mini
menggunakan jenis front engine dan front drive (FF), tipe engine breadthwise pada bagian
depan untuk mengontrol roda depan. Pada saat ini, jenis ini dipakai pada kendaraan kecil
seperti sedan ukuran menengah.
Pada jenis mobil FF, engine dan alat pengendalian berada dibagian depan kendaraan sehingga
seharusnya tidak cocok untuk kendaraan yang titik beratnya berada pada bagian depan.
Kekurangan dari jenis ini adalah pengendaliannya
yang agak susah, kelebihannya
mempunyai ruang dan bagasi yang cukup luas dan mempunyai kemanan yang lebih baik
dibandingkan dengan jenis yang lainnya. Oleh karena itu, jenis ini cocok jika dipakai untuk
5
Training Material & Publication
Engine Principles
mobil jenis utility car.
Sedangan jenis midship engine dan rear drive (MR) lebih mengutamakan performa dibanding
dengan kenyamanan penumpangnya sehingga banyak diaplikasikan untuk sports cars. Disebut
jenis Midship karena letak engine didepan roda belakang. Jika bagian utama engine terletak di
bagian belakang maka disebut rear engine type.
4. Gaya Expansive dan Inertia
Hampir seluruh mesin bensin komersial adalah Recipro-engines, kecuali jenis rotary engine
yang mempunyai cara kerja yang berbeda. Kata “Recipro” berasal dari “Reciprocating”. Yaitu
perpindahan mekanis secara bolak balik sehingga Recipro-engine adalah suatu alat yang
digunakan untuk merubah gerakan reciprocal menjadi gerakan rotational dengan menggunakan
crank pada alat yang mempunyai bentuk prominence dan depression.
Pada potongan gambar Recipro-engine terlihat bahwa piston reciprocal bergerak pada cylinder
di bagian atas dan terdapat crankshaft pada bagian bawah, piston dan crankshaft terhubung
menggunakan connecting rod.
6
Training Material & Publication
Engine Principles
Mesin bensin menggunakan udara sebagai media pengubah untuk mengubahkan energi panas
menjadi energi mekanis. Udara akan bercampur dengan kabut bensin di dalam cylinder. Ketika
campuran ini terkompresi oleh piston dan terbakar, kemudian gas ledakannya akan menekan
piston. Ledakan ini menghasilkan daya dorong yang mandorong piston untuk menjalankan
mobil.
Pada saat tersebut, selain ada gaya ekpansif juga terdapat gaya inertia yang perlu
dipertimbangkan. Gaya inertia ini agak aneh karena tidak dihasilkan dengan sengaja, tetapi
mengikuti gerakan bagian engine dengan sendirinya. Sehingga dapat berpengaruh terhadap
performa engine atau bisa sebagai sumber munculnya getaran dan noise.
Prinsip kerja pergerakan reciprocal pada piston, yaitu piston mulai bergerak dari posisi
berhentinya di posisi langkah paling atas (TMA), akan mencapai kecepatan maksimum pada
saat pertengahan langkah, Setelah itu, kecepatan akan berkurang dan berhenti pada titik
langkah paling bawah, dan kemudian kembali ke posisi paling atas lagi. Selama melakukan
pergerakan ini, gaya inertia akan terbentuk pada saat perubahan kecepatan terjadi. Sebagai
contoh, pada saat piston bergerak dari titik atas ke titik tengah, terdapat pertambahan gaya
inertia. Setelah itu gaya inertia berkurang saat piston bergerak dari langhak tengah ke titik
langkah bawah.
Ketika gaya inertia pada piston ini dipantulkan dengan yang lainnya maka, kemungkinan akan
terjadi getaran atau noise.
7
Training Material & Publication
Engine Principles
5. Reciprocal Engine
Recipro-Engines dibagi menjadi dua jenis, yaitu jenis 2-langkah (2 Tak) dan 4-langkah (4 tak).
Setelah dikembangkan oleh Daimler di Jerman pada tahun 1883, jenis mesin 4-langkah yang
dipakai sebagai standar untuk produknya, dan pada tahun 1900 digunakan pada hampir semua
merek kendaraan.
Prinsip kerja dari reciprocal engine adalah campuran udara dan gasoline diinjeksikan kedalam
cylinder, campuran ini akan dibakar menggunakan electric spark untuk meledakannya, gaya
pembakaran yang terjadi mendorong piston bergerak secara berulang ulang ( reciprocal ), dan
pergerakan ini diubah menjadi gerakan memutar oleh crankshaft.
Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak)
Cara kerjanya sama seperti yang disebutkan diatas. Ketika piston berada pada posisi atas,
intake valve membuka. Seiring dengan piston bergerak turun, campuran bahan bakar
diinjeksikan kedalam cylinder dan kemudian intake valve is closed [langkah hisap] Selanjutnya ,
piston akan bergerak keatas untuk mengkompresikan campuran gas tersebut [langkah
kompresi]. Kemudian, camporan bahan bakar dan udara yang terkompresi dibakar
menggunakan sistim pengapian electrik [langkah pembakaran]. Gas yang terbakar mempunyai
tekanan dan temperatur tinggi sehingga akan menekan piston bergerak turun. Pada saat ini,
exhaust valve akan membuka untuk membuang gas yang terbakar [Langkah buang]. Langkah
tersebut diatas akan terus diulang.
Diantara keempat langkah tersebut, hanya pada saat langkah pembakaranlah mesin dapat
menghasilkan tenaga. Maka dari itu dibutuhkan tambahan gaya untuk memasukan dan
mengeluarkan gas pada langkah hisap dan buang, dan untuk mengkompresikan campuran
bahan bakar pada langkah kompresi. Untuk mendapatkan tambahan gaya tersebut maka
dipasang flywheel pada crankshaft dengan memanfaatkan gaya inertia untuk menjaga
terjadinya gerakan memutar terus menerus.
8
Training Material & Publication
Engine Principles
Jenis engine 2-cycle ( 2 tak ) mempunya dua langkah. Cara kerja engine ini menggunakan
empat komponen seperti yang ada pada engine 4-cycle yaitu Kompresi, pembakaran dan
pembuangan.
Compression and Expansion
Exhaust and Intake
Prinsipnya sebelum dan sesudah piston berada pada titik atas, terjadi langkah compresi dan
pembakaran, dan juga sebelum dan sesudah piston mencapai titik bawah ekhaust dan intake
9
Training Material & Publication
Engine Principles
bekerja secara bersamaan. Sehingga, dengan dua langkah engine telah selesai melakukan
proses kerja dengan sempurna. Jenis engine 4-cycle ( 4 tak ) melakukan langkah pembakaran
sekali dalam dua putaran crankshaft, tetapi, pada engine 2-cycle ( 2 tak ) engine melakukan
langkah pembakaran pada tiap putaran crankshaft. Maka dari itu, engine dengan jenis 2-cycle
( 2 tak ) mempunyai effisiensi lebih tinggi.
Scavenging
Pada engine jenis 2 tak ini tidak mempunyai intake dan exhaust valves sehingga strukturnya
simpel dan biayanya murah, sehingga menjadi satu keuntungan.
Exhaust gas dikeluarkan dengan cara memasukan campuran baru saat posisi piston pada titik
bawah. Karena itu, beberapa campuran baru yang masuk kedalam intake dan yang belum
terbakar akan ikut keluar. Hal ini menyebabkan polusi udara dan konsumsi bahan bakar
menjadi lebih banyak.
6. Langkah Exhaust & Intake
Pada bab ini akan dejelaskan mengenai mesin jenis engine 4-cycle ( 4 tak ) mesin besin yang
banyak dipakai pada saat ini.
Untuk lebih dapat memudahkan dalam memahami mesin 4 tak ini, coba perhatikan gambar
dibawah ini yang memperlihatkan langkah intake, kompresi, pembakaran dan exhaust. Pada
diagram P-V menunjukan proses kerja engine.
10
Training Material & Publication
Engine Principles
Kalau dilihat nampak begitu rumit akan tetapi mudah dipahami jika mempelajarinya.
Indicator diagram diatas adalah sebuah grafik yang terdiri dari sumbu horisontal yang
menunjukan tekanan dari chamber dan sumbu vertical adalah volume dari chamber. Pada
ujung samping sebelah kiri grafik C dan F, posisi piston pada titik atas cylinder, dan pada ujung
samping sebelah kanan yaitu pada grafik G dan H, posisi piston berada pada titik bawah
cylinder.
Dengan membandingkan antara garis grafik dan 4 tak, garis A-B adalah langkah intake, garis
B-C adalah langkah kompresi, garis C-D adalah langkah pembakaran dan garis D-E adalah
langkah buang.
Pada dasarnya, perputaran langkah adalah dimulai dari langkah intake. Untuk memahami sistim
kerja engine, akan lebih mudah jika dimulai dari langkah exhaust. Untuk menghisap udara
sebanyak mungkin, engine juga menggunakan gaya dari gas yang keluar dari mesin melalui
lubang exhaust.
Langkah exhaust digunakan untuk mendorong gas yang terbakar keluar dari ruang bakar
dengan menggerakan piston dari posisi titik bawah ke titik atas bersamaan dengan membuka
exhaust valve. Pada dasarnya, exhaust valve akan membuka ketika piston berada pada titik
bawah.
11
Training Material & Publication
Engine Principles
Exhaust stroke
Bagaimanapun juga, sebenarnya, exhaust valve diharapkan membuka sebelum piston
mencapai posisi titik bawah. Seperti terlihat pada grafik titik D. Mengingat pada gaya tekan
yang berasal dari gas yang terbakar, akan lebih efektif jika membuka valve lebih maju untuk
membuang gas yang terbakar. Setelah itu, piston akan mendorong keluar gas tersebut semua
sampai langkah pembuangan.
Pada langkah hisap, intake valve terbuka, dan piston turun dari posisi titik atas ke posisi titik
bawah sehingga campuran bahan bakar dan udara masuk kedalam cylinder melalui lubang
intake. Pada saat itu, intake valve seharusnya membuka tepat sebelum piston mencapai titik
paling atas seperti pada gambar titik E. Akibatnya, kerja intake menjadi bertambah dikarenakan
gas yang terdorong keluar akan menarik gas yang akan masuk.
Langkah Intake
Dengan pengertian yang sama, intake valve seharusnya menutup saat piston pada posisi B.
Sehingga, tambahan campuran gas masuk kedalam cylinder dengan menggunakan gaya
inertia dari gas yang masuk. Untuk memasukan udara kedalam mesin dilakukan dengan
memanfaatkan perbedaan tekanan udara. Saat piston turun, tekanan udara pada cylinder lebih
rendah dari tekanan diluar cylinder, sehingga udara disekitar intake valve masuk kedalam
cylinder. Waktu pembukaan valve berbeda dengan posisi langkah piston hal ini digunakan
untuk memasukan tambahan udara jika mungkin.
7. Langkah Compressi dan Pembakaran
Pada langkah kompresi, campuran bahan bakar terkompresikan oleh piston, sehingga tekanan
akan meningkat dan temperatur tinggi karena adanya tekanan adiabatic. Karena itu, bahan
12
Training Material & Publication
Engine Principles
bakar akan menguap karena adanya udara yang terkompresi sehingga panas, dan siap untuk
terbakar. Penginjeksian bahan bakar kedalam cylinder dalam bentuk kabut dengan udara
menguap menjadi gas karena panas yang berasal dari tekanan adiabatic. Kemudian siap untuk
terbakar dengan mudah. Ruang untuk melakukan pembakaran ini disebut combustion chamber.
Alasan mengapa pada saat musin dingin mesin susah untuk dihidupkan adalah karena bahan
bakar susah menguap. Untuk mengatasi masalah ini, ada satu cara yaitu dengan
mencampurkan lebih banyak bahan bakar dengan udara. Masalah yang lain adalah dibutuhkan
panas untuk menguapkan bahan bakar, sehingga temperatur pada ruang bakar menjadi kecil.
Akibatnya bahan bakar akan boros. Untuk mencegah agar bahan bakar tidak boros, maka
jumlah bahan bakar akan dikurangi. Prinsipnya yaitu meninggikan temperatur pada ruang bakar
sehingga mempercepat pembakaran dari pengapian sehingga disebut pembakaran tidak
normal.
Hal yang terpenting pada langkah hisap hingga langkah kompresi adalah aliran campuran
bahan bakar dan udara. Aliran yang terlalu besar tidak baik untuk proses pembakaran. Sekecil
apapun partikel dari bahan bakar harus dicampur dengan udara agar tercampur. Karena itu,
banyak perusahaan melakukan pencarian dan membuat bentuk dari lubang intake dan aliran
dari campuran bahan bakar sehingga kuat dan menjaga campuran tetap sesuai sampai langkah
pembakaran sehingga didapatkan efisiensi mesin yang terbaik.
Compression stroke
13
Training Material & Publication
Engine Principles
Proses langkah kompresi, piston mencapai titik atas. Ketika piston pada posisi titik C pada
gambar, api akan dihasilkan oleh spark plug. Saat yang tepat untuk menghasilkan api adalah
menjadi hal yang sangat penting. Campuran bahan bakar tidak semuanya terbakar saat
pengapian dimulai terjadi pada saat pembakaran. Dibutuhkan tenggang waktu antara waktu
pengapian dan waktu untuk mencapai tekanan maximum pada ruang bakar.
Combustion stroke
Waktu pengapian didasarkan dengan mempertimbangakan bahwa pembakaran harus
sempurna diantara piston pada titik atas hingga hampir separuh dari ruang bakar. Catatan,
kecepatan pembakaran ini sebanding dengan kecepatan putaran mesin sehingga waktu
pengapiannya harus disesuaikan dengan kecepatan mesin.
Diawal pembakaran, campuran uap bahan bakar terbakar pada waktu yang singkat sehingga
tekanan dan temperatur meningkat. Pada saat ini gas yang mengembang akibat pembakaran
menekan piston. Gaya tekan ini menghasilkan tenaga yang besar. Diharapkan jarak waktu
pembakaran singkat sehingga dapat menghasilkan kekuatan yang besar. Jika jarak
pembakarannya terlalu lama, maka tekanan yang dihasilkan dari pebakaran tidak bisa
mengendalikan tekanan pada piston tetapi hanya mengikuti piston. Karena itu eficiensi mesin
jelak. Waktu pembakaran dipengaruhi oleh aliran campuran tergantung pada bentuk dan
ukuran combustion chamber dan komponen campuran dan lain lain.
14
Training Material & Publication
Engine Principles
8. Konstruksi mesin.
Kontruksi mesin bensin cukup rumit dimana terdapat
bagian untuk melakukan kompresi, lihat gambar
disamping bagaimana konstruksi mesin.
Mesin serupa dengan bangunan tiga lantai, lantai
pertama adalah crank case termasuk crankshaft yang
merubah gerakan bolak balik menjadi gerakan
memutar. Lantai kedua adalah cylinder block termasuk
didalamnya terdapat cylinder yang mana terdapat
piston bergerak bolak balik. Bagian ketiga adalah
cylinder head.
Pada konstruksi ini, komponen yang bergerak pada
bagian pertama dan kedua disebut komponen
penggerak utama (main moving part). Termasuk
didalamnya piston, crankshaft dan connecting rod.
Pada bagian ketiga, terdapat valve yang mengontrol intake dan exhaust campuran bahan bakar
dan gas buang dan pengoperasiannya diatur oleh camshaft, disebut cylinder head system.
Pada cylinder head, terdapat intake manifold yang mengirimkan bensin dan dan udara ke
cylinder dan exhaust manifold yang mengeluarkan gas yang terbakar. Ini disebut
intake-exhaust system. Manifold berasal dari kata “many” dan “fold”, yang berarti, tersusun
oleh banyak material. Pada kenyataannya, terdapat banyak pipa pipa yang mendistribusikan
udara dan bahan bakar ke masing masing cylinder atau menggabungkan gas buang dalam satu
tempat.
Ada juga terdapat fuel system termasuk fuel pump yang mengambil bensin dari tangki bahan
bakar dan carburetor atau fuel injector untuk mencampur bahan bakar dengan udara.
Lubrication system termasuk oil pump untuk menyuplai oil dengan tujuan mengurangi
gesekan dan oil filter untuk menyaring oil. Juga terdapat cooling system termasuk radiator dan
water pump untuk menjaga temperatur mesin tetap sesuai.
Untuk menghidupkan mesin dibutuhkan tenaga listrik. Ada beberapa komponen kelistrikan
(electric devices) termasuk igniting spark plug, alternator yang menghasilkan tegangan listrik
dan start motor yang menggerakan mesin pertama kali.
Ditambah, komponen pembantu yang lain seperti oil pump untuk power steering air-con
compressor dan lainnya.
15
Training Material & Publication
Engine Principles
9. Diesel Engine
Mesin diesel mempunyai bentuk yang hampir sama dengan mesin bensin. Perbedaannya
adalah pada metode pengapiannya. Pada mesin gasoline pembakaran campuran bahan bakar
dilakukan oleh electric spark. Bedanya, pada mesin diesel, bahan bakar diinjeksikan kedalam
udara yang terkompresi dan mempunyai temperatur tinggi. Ketika udara dikompress maka
udara tersebut akan mengalami peningkatan suhu. Pada mesin bensin campuran bahan bakar
yang dikompress adalah 1/10 dari volume.
16
Training Material & Publication
Engine Principles
Pada mesin diesel udara yang dikompresi sekitar 1/20 dari volume untuk meningkatkan
temperatur hingga lebih dari 600 derajat celcius, dan menginjeksikan bahan bakar yang
bertekanan lebih dari 100 atm pada injection pump selama 1/1000•2/1000 detik. Untuk mesin
bensin outputnya dikontrol dengan jumlah campuran bahan bakar yang diinjeksikan. Di lain hal,
output dari mesin diesel dapat dikontrol dengan jumlah bahan bakar yang diinjeksikan tanpa
mengontrol udara (the fixed amount of the air).
Untuk melakukan pembakaran dengan sempurna dilakukan dengan cara meningkatkan
temperartur udara, perbandingan compresinya harus naik. Karena itu tenaga expansinya akan
meningkat juga. Mesin harus kuat untuk menahan gaya yang bertambah. Tambahannya,
kualitas penginjeksian bahan bakar yang baik sangat diperlukan. Kemudian mesin akan lebih
berat dan biayanya juga mahal. Dengan alasan seperti tersebut diatas maka mesin diesel
kebanyakan digunakan untuk kendaraan penumpang.
Pada mesin diesel, dikarenakan volume udara yang dihisap kedalam cylinder jumlahnya tetap,
beban yang diberikan ke mesin relatif lebih ringan. Saat bahan bakar yang dibutuhkan saat
kecepatan rendah sedikit, fuel harus terbakar dengan sempurna. Bagaimanapun juga, dengan
beban yang penuh, mesin diesel akan membutuhkan fuel lebih banyak sehingga jumlah udara
kecil, sehingga akan mengeluarkan asap hitam lebih banyak.
Pada mesin bensin, pengapian dihasilkan oleh electric spark untuk membakar campuran bahan
bakar sehingga waktu pembakarannya sangat pendek. Pada mesin diesel, bahan bakar
disemprotkan ke udara yang terkompresi, sehingga dibutuhkan beberapa waktu untuk menguap.
Oleh karena itu, kecepatan maksimum mesin relatif lebih rendah dan outputnya juga lebih
rendah dari mesin bensin.
Dibandingkan dengan mesin bensin, expansion force dan inertia dari komponen penggerak
lebih besar sehingga suara yang ditimbulkannyapun lebih bising dan getarannya lebih besar.
Keuntungannya mudah dalam perawatan karena tidak mengandung part yang halus seperti
yang ada pada sistim pengapian dan juga mempunyai efisiensi bahan bakar yang baik maka
dari itu lebih banyak dipakai sebagai kendaraan commercial atau business daripada sebagai
kendaraan penumpang.
10. Internal Combustion & Motor
Gaya dorong dari mesin 4 tak, merupakan satu pembakaran dalam, berubah tergantung pada
RPM (Revolutions Per Minute) dari mesin dibandingkan dengan electric motor atau panas
mesin. Sehingga, sangat tidak mungkin untuk menjalankan dengan putaran rendah dari pada
17
Training Material & Publication
Engine Principles
nilai RPM tertentu. Karena itu jika dipakai untuk sebuah kendaraan harus dilengkapi dengan
clutch dan transmission.
Pada mesin 4-Tak, dengan menggunakan 4 langkah, membuat komponen bergerak dengan
memakar campuran bahan bakar pada cylinder. Hal ini berbeda dengan electric motor yang
digunakan pada electric vehicles yang hanya dapat distart dengan memberikan tenaga listrik.
Jika campurannbahan bakar tidak disuplai kedalam cylinder pada kondisi idle, mesin tidk dapat
bekarja terus. Untuk itu mesin harus dioperasikan secara terus menerus saat berhenti, juga
harus dilengkapi alat yang bisa menyambung dan memisahkan gaya gerak mesin ke roda
seperti clutch.
Pada dasarnya, kendaraan membutuhkan tenaga yang besar saat start atau accelerated, tetapi
saat berjalan pada kecepatan yang tetap, tidak dibutuhkan kekuatan besar. Pada motor, akan
duhasilkan tenaga yang kuat saat berputar pada RPM rendah. Dan saat RPM naik, outputnya
akan rendah. Karena itu, electric motor dapat diaplikasikan ke mesin pada kendaraan tanpa
adanya alat penyambung.
Bagaimanapun juga, untuk mesin bensin, tenaga yang dihasilkan tergantung pada RPM mesin.
Besarnya RPM terbatas dengan kecepatan tertentu. Sebagai contoh, RPM mesin adalah
sekitar 700•7000 RPM, dan RPM untuk mendapatkan maximum power (torque) sekitar 4000
RPM. Jadi ketika kendaraan melaju dengan kecepatan bervariasi, dibutuhkan pengontrol speed
dan power dari kendaraan dengan memasukan transmissi diantara engine dan wheels.
Pada penglihatan yang sederhana, motor mungkin mesin yang terbaik buat kendaraan. Hal
terpenting adalah fuel, sumber tenaga. Gasoline sangat mudah disimpan pada saat mesin
bekerja, tetapi sulit bagi motor untuk dapat menyimpan tenaga listrik dengan efektif.
Untuk membuat suatu mesin listrik, intinya adalah membuat sebuah battery yang mempunyai
eficiensi tinggi untuk pengisian kembali dan perawatan rechargeable battery dengan hasil yang
sama. Banyak perusahaan mencoba untuk membuat metode pemeliharaan rechargeable
batteries. Meskipun performa dasarnya sudah di buat pada field test, biaya pembuatannya
sangat tinggi. Karena itu, diberikan anjuran beberapa pola dan teknologi untuk digunakan.
11. Lean Burn Engine
Sistim penyaringan gas buang menggunakan 3way catalysts yang bersifat menjaga air-fuel
ratio terhadap valve seimbang untuk melakukan oksidasi dan pengurangan komponen yang
berbahaya sekaligus. Untuk itu, penyaringan gas buang akan terbatas, dan jumlah bahan bakar
yang digunakan untuk mesin ditentukan oleh kondisi mesin hidup. Karena itu, mesin tidak perlu
di kembangkan lagi untuk mendapatkan gaya tenaga lebih besar dengan jumlah bahan bakar
yang lebih sedikit.
18
Training Material & Publication
Engine Principles
Sistim pembakaran kurus, dirancang untuk meningkatkan efisiensi dengan penyaringan gas
buang yang baik. Untuk meningkatkan efisiensi bahan bakar merupakan satu point yang baik di
masa depan. Pembakaran kurus ini merupakan juga satu hal yang menarik bagi masyarakat
yang memperhatikan teknologi.
Dengan A/F ratio yang tinggi akibat pengurangan gasoline pada campuran, apa yang terjadi
dengan tiga komponen yang membahayakan, carbon monoxide, hydrogen carbon, and nitrogen
oxide. Kandungan oksigen lebih banyak dari pada bahan bakar, sehingga jumlah carbon
monoxide akan lebih sedikit atau kebanyakan carbon monoxide akan berubah menjadi carbon
dioxide, gas berbahaya. Hydro carbon juga akan sepenuhnya terbakar dan berubah menjadi
carbon dioxide dan air. Sekarang kita fokuskan hanya pada hal terakhir, nitrogen oxide.
Jika A/F ratio tinggi, kemudian temperatur akan meningkat karena banyaknya oxygen dan
junlah nitrogen oxide akan meningkat. Pada kira kira 16 dari A/F ratio, nitrogen oxide akan
dimaksimalkan.Jika A/F ratio lebih tinggi dari 16, kemudian temperatur pembakaran menurun
akibatnya torque nya juga ikut turun. Jika A/F ratio melebihi ketinggian maksimum, pembakaran
tidak akan stabil, dan torque sangat tidak stabil, akhirnya pembakaran tidak akan terjadi
Sebuah perusahaan memfokuskan pada variasi torque berdasarkan pembakaran kurus.
Dengan menyesuaikan tekanan pembakaran pada cylinder yang dideteksi melalui combustion
pressure sensor, mesin dioperasikan dengan A/F ratio tepat sebelum terjadi variasi torque.
Maka dari itu, mereka bisa membuat mesin generasi selanjutnya dengan pembakaran kurus
yang mempunyai consumsi bahan bakar rendah dan sedikit nitrogen oxide. Pada sistem
tersebut, pembakaran kurus terjadi pada kondisi dimana jalannya rusak dan torquenya rendah.
Saat kendaraan diakselerasi pada beban tinggi, pembakaran terjadi sesuai dengan teori A/F
ratio dan gas buang disaring menggunakan 3way catalyst. Banyak perusahaan melanjutkan
penelitiannya untuk meningkatkan konsumsi bahan bakar dengan memfokuskan pada sistim
intake dan ruang bakar dengan rasio 16•20 A/F.
Banyak mesin bermunculan yang puas dengan pembakaran ini karena mempunyai sedikit
masalah dengan gas buang.
19
Training Material & Publication
Engine Principles
Chapter 2.
Cylinder Block & Moving parts
1. Cylinder block
Cylinder block adalah komponen utama pada mesin. Terbuat dari cast iron atau aluminum.
Terdiri dari beberapa cylinder dimana terdapat piston yang bergerak naik turun, water jacket
untuk sirkulasi air pendingin menajaga temperatur pada cylinder, dan crankshaft terpasang
dibawahnya dengan tepat.
Lubang cylinder adalah untuk memandu gerak bolak balik dari piston yang menerima dorongan
dan tekanan temperatur yang tinggi dari akibat pembakaran campuran bahan bakar, sebagai
pendingin cylinder, dan untuk tempat dipasang crankshaft. Sebagai dasar mesin, cylinder harus
cukup kuat sebagai penopang semua bagian engine.
Untuk kegunaan ini, cylinder biasanya terbiat dari cast iron karena besi mudah diproses dengna
cara mekanis dan mempunyai karakter daya tahan yang baik terhadap ware dan corrosion.
Akhir akhir ini, malahan pemakaian cast iron, aluminum alloy lebih populer. Aluminum lebih
ringan dan memindahkan panas dengan mudah dibandingkan baja karena hal itu maka
diputuskan sebagai bahan yang ideal untuk dipakai pada mesin. Tidak mudah untuk
menggunakan aluminum pada mesin karena mempunyai koefisien perambatan panas berbeda
dengan baja, bahan utama yang lain dan sangat rumit untuk membuat komponen mesin, dan
juga biayanya akan lebih mahal daripada menggunakan baja.
Sebagai kendaraan penumpang, berat mesin kira kira antara 10•15% dari total berat
kendaraan. Dimana 15•20% dari berat mesin dari cylinder block. Sangat penting untuk
meringankan mungkin pemeliharaan kekuatannya. Karena itu, struktur tulagng dari cylinder
block mempunyai ketebalan berbeda ada bagian yang ketebalannya lebih tebal dari bagian
yang lain dimana pada bagian itu merupakan bagian yang mempunyai tekanan lebih besar atau
mempunyai kemungkinan terjadinya deformation dan pada sisi lain lebih tipis. Untuk mendesain
cylinder block sehubungan dengan hal ini, penganalisaan strukturnya didasarkan pada finite
element method dimana mesin dibedakan menjadi triangular atau rectangular cells dan masing
masing element dibuat secara bersama sama untuk diperhitungkan dengan numerical analysis
menggunakan computer.
20
Training Material & Publication
Engine Principles
Di samping block, terdapat water jacket sebagai sirkulasi air pendingin sehingga harus betul
betul dibuat presisi karena bentuknya rumit. Untuk mencegah untuk mencegah agar tidak
terjadi cracking pada bagian leher botol karena adanya perbedaan ketebalan atau untuk
meningkatkan daya tahan terhadap kerusakan panasnya harus dikontrol.
2. Cylinder Liner
Bagian dalam pada cylinder block dimana terjadi gesekan dengan piston ditambah dengan
pelumas oil diantara keduanya. Karena itu, dibutuhkan bahan yang kuat sehingga tahan
terhadap temperatur yang tinggi dan keausan, yang akan merubah bentuk karena adanya
rambatan panas tetap pada ukuran toleransi, dan diantara keduanya tidak akan mungkin
lengket karena tingginya panas.
Dasarnya, jika bahan pembuat blok adalah baja, part ini dibuat dengan dilapisi cast iron cylinder,
sehingga disebut linerless type. Apabila bloknya terbuat dari aluminum alloy, didalam dinding
cylinder terdapat liner yang terbuat dari cast iron untuk mencegah keausan pada dinding
cylinder. Liner adalah sesuatu yang ditambahkan pada bagian dalam cylinder. Cylinder liner
mungkin terbuat bersama dengan cylinder block atau terpisah dan kemudian digabungkan
dengan cylinder.
Untuk cylinder block dari aluminium, dipakai cast iron. Ini tentunya lebih berat jika dibandingkan
dengan aluminum alloy yang mana mempunyai perambatan panas rendah dibanding aluminum.
Karena itu pada mesin mobil racing atau efficiencies tinggi, dibuat liner spesial dari silicon alloy
dengan karakteristik seperti aluminum atau dipakai special treatment pada permukaan
alumunium.
Spesial liner ini berharga sangat mahal dan sulit untuk dibuat. Juga, ada beberapa cara untuk
membuat linerless cylinder wdengan cylinder blok dari aluminum alloy. Meskipun harganya
cukup mahal mesin dapat lebih ringan dan kompak sehingga menjadi hal utama yang dipakai
pada mesin dengan performa tinggi.
Gap antara cylinder liner dan piston tergantung pada material. Jika linernya cast iron dan
pistonnya aluminum alloy, berdasarkan rasio perambatan panas aluminum adalah hampir dua
kali lipatnya baja maka gap akan dikurangi pada temperatur mesin tinggi, jadi seharusnya
gapnya adalah antara 30•40 microns (0.03•0.04mm) pada suhu kamar. Jika liner dan
pistonnya adalah aluminum, gap seharusnya 10 microns karena tidak ada perbedaan
perambatan panas pada keduanya.
Pada sekeliling cylinder liner dibentuk bagian untuk cooling water, water jacket, untuk menjaga
temperature mesin pada temperature tertentu dengan menyerap energi panas yang berasal
dari energi pembakaran.
21
Training Material & Publication
Engine Principles
3. Water Jacket
Ketika cylinder blok dicetak, pada sekeliling cylinder block diletakan pasir untuk menciptakan
space. Space ini disebut water jacket untuk menyirkulasi cooling water untuk menurunkan
temperatur cylinder head dan cylinder untuk menjaga temperature kerja.
Air bersirkulasi didalam water jacket menuju mesin dari lower outlet radiator mendingainkan air
panas. Air mengalir dari lower part pada engine menuju upper part pada engine. Setelah
mendinginkan cylinder head, air yang panas keluar dari engine menuju upper inlet port pada
radiator. Selama bersirkulasi di dalam water jacket, fungsi utamanya adalah untuk
mendinginkan masing masing cylinder rata. Bentuk dari water jacket adalah difokuskan pada
metode aliran sehingga bisa melalui seluruh komponen engine secara halus dengan
menggunakan air sedikit mungkin. Air yang panas didinginkan didalam radiator dan kemudian
kembali ke water jacket lagi. Pada musim dingin, sebagian air panas dialirkan ke radiator yang
lain untuk memanaskan cabin.
Pada umumnya, water jacket selalu mengelilingi cylinder. Untuk mengurangi panjangnya alur
water jacket sejajar dengan cylinder, wateh jacket dibuat mengelilingi bagian luar cylinder
sehingga air tidak masuk kedalam ruang yang berdekatan dengan cylinders. Tipe ini disebut
Siamese type. Seperti pada tipe Siamese twins, beberapa bagian jacket sekitar masing masing
cylinder menyatu dengan body. Conventional jacket disebut full jacket type.
Untuk mesin yang mempunyai liner, tipenya dibagi menjadi dua berdasarkan bagaimana air
berhubungan dengan liner atau tidak. Jika cylinder liner berada di sekitar dinding cylinder block
sehingga liner bagian luar tidak dapat disentuh oleh cooling water, disebut dry type liner.
Apabila kebanyakan bagian liner berhubungan dengan cooling water secara langsung, disebut
wet type liner.
Pada tipe wet liner akan mempunyai effisiensi pendinginan lebih baik. Diantara liner dan blok
dipasang dipisahkan dengan O-ring untuk mencegah kebocoran cooling water. Di HMC,
kebanyakan mesin menggunakan liner dengan tipe dry type liner karena di HMC belum
mendapat masalah yang diakibatkan dari panas mesin dan kita khawatir terjadinya kebocoran
air pendingin.
22
Training Material & Publication
Engine Principles
4. Piston
Piston bergerak secara bolak balik didalam cylinder menghantarkan gaya dorong kepada
connecting rod sebesar 3~4 tons (5 tons for diesel engine) tergantung pembakaran dari
campurannya yang mempunyai temperatur 2000• tepat pada langkah pembakaran. Hal
pertama yang harus diperhatikan dalam pembuatan piston adalah piston harus terbuat dari
bahan yang ringan untuk mangurangi inertia force pada gerakan bolak balik. Selanjutnya
adalah harus mempunya ketahanan yang kuat terhadap gaya pembakaran. Dan kemudian,
bahan baku piston harus mempunyai perambatan panas yang baik dan bentuknya tidak akan
berubah atau rusak karena temperatur tinggi.
Pertama, aluminum atau aluminum alloy dipertimbangkan karena ringan dan kokoh. Kemudian,
untuk meningkatkan daya tahan terhadap panas untuk mencegah terjadinya perubahan bentuk,
harus mempunyai heat treatment.
Bagian atas piston disebut piston head atau mahkota piston. Bagian ini adalah bagian
terpenting dalam pembentukan ruang bakar diantara cylinder head. Untuk meningkatkan
efisiensi pembakaran dengan membakar campuran bahan bakar seketika, akan lebih baik kalau
bentuknya datar. Untuk meningkatkan kompresinya, bagian tengah dibuat terangkat atau ada
bagian yang turun tepat dimana valve turun ( membuka ), sehingga intake dan exhaust valve
tidak menyentuh piston. Bagian bawah piston adalah piston skirt untuk menstabilkan gerak
bolak balik piston. Dibeberapa bagian muka piston skirt terlihat seperti dipotong karena pada
saat piston turun bagian ini berfungsi sebagai peanyeimbang berat piston.
23
Training Material & Publication
Engine Principles
Terdapat gap antara piston dan cylinder. Dimana gap ini dipasang piston ring. Saat piston
bergerak naik turun, ada bagian skirt mungkin bergesekan dinding cylinder. Untuk mengurangi
gesekan ini, bentuknya harus diubah. Lebih pendek skirt noise yang ditimbulkan akibat gesekan
dengan piston lebih tidak terdengar dan ringan. Bagaimanapun juga untuk membuat
keseimbangan dengan ukuran piston maka skirt nya harus dibentuk.
Piston terhubung ke connecting rod menggunakan piston pin. Sehingga, gaya dorong dari
pembakaran bertumpu pada pin ini. Piston pin berbentuk bulat memanjang, diameter luarnya
sama dari ujung ke ujung, beratnya sama, mempinyai daya tahan yang kuat terhadap sehingga
tidak akan bengkok. Bagaimanapun, jika diameter piston pin lebih besar, boss piston pin juga
harus besar. Karena itu, kompresi akan tinggi, jarak dari pin piston ke piston head juga panjang
sehingga berat mesin juga bertambah. Maka diameter harus di bentuk dengan
memperhitungkan keseoimbangannya dengan ukuran piston.
5. Piston Ring
Piston ring terbuat dari baja yang melingkari head part piston, adalah untuk mencegah
kebocoran gas dengan menutup celah antara piston dan cylinder, mengikis sisa oli pada
dinding cylinder sehingga tidak masuk dalam ruang bakar dan untuk mencegah perpindahan
panas dari piston ke cylinder.
Umumnya, piston ring terdiri dari tiga ring. Dua ring yang dekat dengan piston head disebut
compression rings, dan satu ring dekat piston skirt disebut oil ring. Ring paling atas pada
compression rings dipakai untuk menutup kebocoran gas, oil ring dipakai untuk menghilangkan
lubricant oil, dan ring kedua dari compression rings dipakai untuk membantu menutup gap dan
untuk mengontrol ketebalan lubricant oil film.
Beberapa piston hanya mempunyai dua ring, compression ring dan oil ring. Dalam hal ini, ada
beberapa aturan mengenai ring piston dihilangkan, tetapi efisiensi bahan bakarnya dapat
dinaikan dengan cara mengurangi hilangnya gaya gesek yang ditimbulkan antara piston dan
dinding cylinder. Pada beberapa mobil racing dipakai sistim ini untuk memendekan ketinggian
piston sehingga mengurangi berat Mesin.
Compression ring terbuat dari baja tuang yang berbentuk spiral, dan lapisan atas harus tahan
terhadap panas untuk mengurangi gesekan dan meningkatkan pelumasan pada piston. Untuk
24
Training Material & Publication
Engine Principles
memasang ring pada alurnya dan untuk memastikan gaya kelenturannya untuk
mengkompresikan cylinder, satu bagian ring harus terbuka. Bagian terbuka ini disebut end gap.
Gas yang terbakar akan sedikit keluar melalui celah ini. Blow-by gas ini dikembalikan ke ruang
bakar.
Cekungan ( Alur ) pada piston untuk menempatkan ring piston sedikit lebih lebar dari lebar
piston. Saat pidtoon bergerak naik turun, ring berputar untuk mencegah end gap dari ketiga ring
sejajar. Jika ring tidak cukup kuat, ring akan bergetar diantara celah ini pada kecepatan mesin
tinggi sehingga tidak dapat menutup gas dengan sempurna.
Bagian melintang dari Oil ring mempunyai bentuk huruf “C” dibalik. Minyak pelumas yang dikikis
oleh ring di alirkan kedalam piston melalui lubang yang berada pada bagian bawah C-shaped
ring. Saat kecepatan engine tinggi, ring tidak dapat mengikis sisa Oil hanya dengan
mengandalkan daya kelenturannya, jadi ditambahkan spring yang mengembang untuk untuk
menambah daya kompresi ring pada cylinder.
6. Connecting Rod
Connecting rod adalah rod untuk menghubungkan Piston dan Crankshaft. Mengubah gerakan
bolak balik menjadi gerakan memutar. Connecting rod bergerak secara variasi atau rumit
dengan gerakan mengayun yang bersumbu pada piston pin dan bergerak secara linier naik
turun. Sehingga untuk mengontrol gaya inersia yang dihasilkan oleh gerakan tersebut maka
dipasang balance weight.
dalam satu pergerakan memutar berat yang diberikan oleh connecting rod terhadap inertia
force kira - kira 2. Untuk meringankan beban dan getaran pada bearing dilakukan dengan
25
Training Material & Publication
Engine Principles
mengurangi inertia force, conecting rod dibuat seringan mungkin. Tetapi, harus mempunyai
kekuatan untuk meneruskan gaya dorong dari pembakaran ke crankshaft.
Conecting rod terbuat dari baja spesial dengan cara dicetak atau ditempa. Penempaan
dilakukan untuk meyakinkan kekuatannya. Untuk mobil racing, dipakai titanium alloy walaupun
sangat mahal tapi sangat ringan.
Jenis dari rod ini dibedakan menjadi 2 tipe berdasarkan pada bentuk rod, yaitu I type and H
type.
Jika kekuatannya sama maka I type lebih ringan dibanding denagan H-type. Karena itu pada
umumnya mobil yang ada menggunakan rod I-type. H-type mempunyai struktur yang lebih
tahan bengkok terhadap arah pin axisnya.
Semakin panjang Connecting rod, lateral vibrasinya semakin kecil. Alasannya adalah, dengan
mempertimbangkan gaya yang diberikan ke piston pada gerak memutar crank digolongkan
menjadi lateral direction dan longitudinal direction, connecting rod yang panjang dapat
mengurangi rasio gaya terhadap lateral direction dibanding dengan connecting rod yang lebih
pendek sehingga vibration dan friction juga akan terkurangi. Bagaimanapun juga, jika
connecting rod panjang, berat engine lebih berat sehingga tidak disarankan. Umumnya,
panjang dari center piston pin ke crank pin, adalah sekitar dua kali panjang stroke.
bagian ujung connecting rod pada piston disebut the small end, dan bagian ujung pada crank
pin side disebut big end. Small end terhubung ke piston menggunakan piston pin, dan the big
end menempel pada crank pin dengan dilapisi bearing didalammnya.
26
Training Material & Publication
Engine Principles
7. Crankshaft
Crank berarti “bended handle” untuk merubah gerakan reciprocal menjadi gerakan rotational
hingga kini. Pada awalnya diceritakan bahwa untuk menghidupkan mesin dilakukan dengan
crank. Kemudian dipakai electric motor untuk menghidupkan mesin, hingga tahun 1950an,
Pada beberapa kendaraan dipasang crank pada bagian depan engine yang dipakai pada
keadaan darurat ketika electrik motor tidak berfungsi.
Crankshaft menghubungkan crank pada masing masing cylinder. Main shaft disebut crank
journal dan bagian yang ditambahkan pada big end connecting rod dengan crank disebut crank
pin. Disisi lain, bagian yang ditambahkan pada small end pada connecting rod dengan piston
disebut piston pin. Connector yang menghubungkan crank journal dan crank pin disebut crank
arm. Bagian yang menonjol berbentuk pendulum didepan crank arm disebut counter weight
atau the balancing weight.
Alasan mengapa counter weight dipisahkan dari center (root) pada circumferential portion (outer
portion) adalah saat berputar pada root part mempunyai gaya inertia yang besar meskipun
27
Training Material & Publication
Engine Principles
counter weight mempunyai berat yang sama.
Pada gerakan mesin bolak balik, piston mengepres crank journal dengan connecting rod pada
setiap langkah bakar. Crankshaft terpengaruh oleh complicated bending dan distorting force.
Karena itu, crank journal harus mempunyai cukup kekuatan untuk menahan gaya ini sehingga
dibuat menggunakan baja cor atau forging steel. Untuk mesin berperforma tinggi atau mobil
racing, banyak dipakai forging steel untuk meyakinkan kekuatannya. Untuk kendaraan
commercial atau kendaraan umum, dipakai casting steel karena jika menggunakan forging
biayanya lebih mahal. Meskipun casting steel kurang kuat dibanding dengan forging steel, hal
ini tidak menjadi sebuah masalah yang kritis karena itu sangat mungkin untuk menciptakan
counter weight presisi.
Counter weight menjaga keseimbangan berat dari gaya yang ditimbulkan oleh reciprocal
movement piston dan dari rotational movement pada crankshaft. Sederhananya adalah untuk
menjaga keseimbangan berat dibutuhkan banyak gaya inertia dari piston dan counter weight
dengan perbandingan 1:1. Untuk mengurangi berat pada crankshaft, counter weight dibuat
sekecil mungkin tetapi masih dalam load range yang ditentukan.
8. Crank Case
Crank case adalah part yang melindungi dari mulai cylinder pada cylinder block sampai
crankshaft.
Pada crank case, terdapat komponen tambahan seperti alternator (the alternative current
generator) penghasil tenaga listrik, compressor air conditioner dan oil pump untuk power
steering. Dan juga dipasang engine mount brackets untuk menopang engine ke bodi kendaraan.
Dikarenakan crank case termasuk komponen pada cylinder block, maka akan selalu terjadi
getaran karena gerakan bolak balik dari piston dan juga gerakan memutar dari crankshaft.
Karena itu, material untuk membuat crankshaft harus memenuhi standar yang tahan terhadap
getaran dan goncangan.
Berdasarkan pada luas area yang dilindungi Crank case debagi menjadi 2 yaitu, the half skirt
type and the deep skirt type. In the half skirt type, bagian depan crank case melindungi pusat
crankshaft. Pada deep skirt type, crank case melindungi hingga bearing cap.
28
Training Material & Publication
Engine Principles
Karena half skirt type mempunyai jangkauan lebih pendek, memungkinkan block lebih ringan.
Karena itu, kekuatan penggabungannya akan lebih lemah dibanding dengan jenis deep skirt
type, dikarenakan saat dipasang engine bagian yang digabungkan menjadi kecil. Sangat
diperlukan dibuat penguat sehingga tidak mudah terjadi getaran. Selain itu, ruang untuk
penambahan penguat ini harus sedikit.
Untuk melindungi crankshaft hingga cylinder block dan untuk menguatkan block, dibuat alat
pendukung yang terbuat dari bearing pada crankshaft di bagian bawah crank case.
Berdasarkan alat pendukung ini kita mengenal 2 jenis yaitu ladder frame style dan bearing
beam style.
Pada bagian bawah cylinder block, juga dipasang oil pan. Sebagai tempat untuk mengambil oli
untuk melumasi dan pendinginan. Pan ini terbuat dari lembaran baja press dan dipasang
menggunakan rubber packing seperti pada head cover. Oil pan dapat menimbulkan suara
bising yang mudah sehingga dibuat dengan lempengan baja yang tahan terhadap getaran.
Lembpengan baja ini dibuat dengan memasukan resin plate diantara dua plat baja untuk
mencegah getaran.
9. Journal Bearing
Bearing dipakai untuk memperhalus putaran pada poros yang berputar dan membantu poros
putar. Terdaopat bermacam macam jenis bearing termasuk plain bearing yang menopang poros
dengan permukaan yang lebar dan rata, dan bearing yang mensuport poros dan sekelilingnya
dengan balls or rollers. Umumnya, untuk crankshaft engine, banyak digunakan plain bearing.
29
Training Material & Publication
Engine Principles
Alasan mengapa jenis roller bearing tidak digunakan pada crankshaft adalah karena beban
dapat terkonsentrasi pada bagian yang bersentuhan pada ball atau roller pada satu titik atau
garis. Pada plain bearing beban diberikan pada sisi yang yang terlumasi dimana area
sentuhannya lebih luas dibanding dengan jenis ball atau roller bearing karena itu plain bearing
dapan menopang beban yang lebih besar.
Plain bearing juga disebut sliding bearing, shaft bergerak pada bearing dengan pelumasan Oli.
Even if the surface of the solid metal body is applied the smoothing surface treatment precisely
and carefully, it should have roughness somewhat. Oleh karena itu, saat dua solid bodies
bersinggungan dengan cara langsung, akan terjadi keausan.
Minyak pelumas diberikan diantara plain bearing dan poros dapat membuat permukaan yang
kasar dari kedua solid bodies menjadi lebih halus. Two solid bodies tidak akan bersinggungan
secara langsung meskipun jaraknya begitu dekat.
Ketebalan oil film, berfungsi sebagai gap diantara bearing, yang akan berubah dikarenakan
adanya panas atau beban. Saat gap tersebut terlalu kecil, akan menimbulkan gesekan panas,
akan tetapi jika gapnya terlalu besar akan menimbulkan vibrations dan noise.
Bearing dibuat dengan cara dipanaskan, mempunyai berat yang ringan dan mempunyai daya
tahan terhadap kerusakan seperti copper atau aluminum. Pada permukaannya, dilapisi baja
spesial. Pada bearing terdapat lubang dan jalur oli yang mensuplai minyak pelumas untuk
melumasi bagian yang bersentuhan antara connecting rod dan crank pin dan antara crankshaft
dan crank case.
Crank journal, poros crankshaft, terpasang pada bagian bawah cylinder block dengan
menggunakan bearing cap dan plain bearing. Untuk jenis serial engine, bearing ini harus
dipasang pada sisi bagian depan dan belakang cylinder. Jika 4-cylinder, maka akan terdapat 5
bearings dan jika 6-cylinder, maka akan terdapat 7 bearing, sehingga sering disebut dengan
5-bearing dan 7-bearing. Beberapa jenis engine 4 tak lama mungkin mempunyai struktur
3-bearing. Jenis ini tidak dipakai lagi karena crankshaft akan mudah bengkok dan bergetar.
30
Training Material & Publication
Engine Principles
10. Flywheel
Flywheel dipasang disebelah transmissi pada crankshaft untuk menjaga perputaran tetap halus
dengan menggunakan inertia force dan untuk mengurangi kesalahan gaya perputaran.
Crankshaft berputar dua kali dalam sekali pembakaran. Pada langkah yang lain, gaya putar
majunya dipakai untuk melakukan kompressi, intake dan exhaust. Jika tidak menggunakan
flywheel, gaya putaran dari crankshaft akan berkurang pada langkah ini. Oleh karena itu, jika
interval antara langkah pembakaran terlalu jauh maka kemungkinan engine akan berhenti.
Dikeliling flywheel, dipasang ring gear untuk memutar crankshaft dengan menggunakan gigi
pinion gear. Clutch disk dapat menempel pada sisi permukaan flywheel yang rata dengan
menggunakan spring untuk meneruskan daya ke transmissi.
31
Training Material & Publication
Engine Principles
Besarnya gaya putar ( torque ) dihitung dengan mengalikan besarnya gaya tersebut dengan
jarak antara titik tengah poros ke titik dimana gaya tersebut diaplikasikan. Besarnya gaya
tersebut sebanding dengan inertia mass karena itu jika fly wheel besar dan diameter luarnya
besar, atau jika bagian luar berat, maka gaya yang ditimbulkan oleh flywheel kemungkinannya
akan besar.
Pada umumnya mesin, setengah dari berat mesin itu sendiri ada pada fly wheelnya. Karena itu
saat mesin berputar pada kecepatan rendah atau saat pada putaran idle, beratnya gaya inertia
pada flywheel harus besar untuk memutar mesin secara tetap. Bagaimanapun juga, dengan
besarnya gaya inertia pada flywheel, tidak dapat mengubah perputaran engine dengan mudah.
Untuk menaikan putaran engine dengan menekan pedal gas akan susah demikian juga halnya
saat melakukan engine brake dengan melapaskan pedal gas juga susah. Artinya, respon dari
engine jelek sehingga efisiensi bahan bakarnya pun jelek.
Pada beberapa mesin menggunakan 30% torque dihasilkan dari engine untuk meningkatkan
putaran mesin itu sendiri saat dilakukan akselerasi pada kecepatan rendah. Ukuran dan berat
flywheel ditentukan oleh kegunaan kendaraan tersebut, sebagai contoh, Mesin mobil untuk
racing digunakan yang berukuran kecil, Untuk fungsi yang umum flywheelnya terbuat dari cast
iron, dan untuk kegunaan spesial seperti mobil balap, terbuat dari potongan baja dengan
meterial yang mempunyai kekuatan tinggi.
11. Balance shaft, Balancer for the secondary inertial force
Piston, Connecting rod dan crank menimbulkan gaya inertia sesuai dengan gerakan bolak balik
dan memutar. Untuk alasan ini, jika mesin satu cylinder tidak mempunyai counter weight untuk
menyeimbangkan antara inertial force dan berat piston, connecting rod dan crank, akhirnya
32
Training Material & Publication
Engine Principles
engine akan mengalami getaran hebat karena unbalancing.
Untuk engine dengan 4-cylinder, keempat pistonnya tersambung pada crankshaft dengan
memasangkan cylinder pertama dengan keempat dan cylinder kedua dengan ketiga sejajar.
Ketika crankshaft berputar, gaya inertianya bergantian sehingga tidak dibutuhkan counter
weight.
Pada gerakan susunan piston-crank system pada mesin 4-cylinder, gaya inertia tidak akan
terjadi kesalahan. Hal ini disebabkan karena susunan pada masing masing piston pada
gerakan bolak balik terhubung pada crank yang berputar dengan konecting rod. Sebagai contoh
pada setengah putaran crankshaft saat piston bergerak dari posisi atas (TDC, Top Dead
Center) ke titik terendah (BDC, Bottom Dead Center), gerakan piston akan maksimum saat
mendekati titik paling atas pada satu langkah dibanding dengan saat piston bergerak pada titik
tengah. Crank berputar secara tetap sehingga gaya inertia pada masing masing cylinder (the
first inertia force) dengan mudah akan berubah. Tetapi tidak demikian dengan gaya inertia pada
piston. Sebagai contoh, upper inertia force yang terjadi ketika piston pertama dan keempat
bergerak dari titik atas ke titik bawah lebih besar dari gaya inertia bawah saat piston kedua dan
ketiga bergerak dari titik bawah ke titik atas.
Dengan mempertimbangkan hubungan ini seperti pada gambar, dengan gaya inertia pada
sumbu vertikal dan sudut putar crankshaft pada sumbu horizontal, saat upper inertia force pada
piston pertama dan keempat mencapai maksimum, pada lower inertia force piston kedua dan
33
Training Material & Publication
Engine Principles
ketiga terjadi nilai minimum, dan berlaku sebaliknya setelah crankshaft 180°. Dari hubungan ini,
kita tau bahwa inertia force terjadi dengan perbandingan 2 kali dalam satu putaran crankshaft.
Inertia force ini disebut secondary inertia force. Hal ini akan terjadi dengan mudah saat kondisi
mesin idle.
Pada kendaraan penumpang kecil umumnya dipakai mesin dengan four-cylinder. Untuk
menyamankan penumpangnya, balance shaft yang dipakai berbentuk setengah lingkaran yang
letaknya diujung masing masing mesin untuk mengurangi getaran yang ditimbulkan secondary
inertia force. Balance shaft ini dibentuk agar berputar dengan dua kali kecepatan berlawanan
arah dengan crankshaft. Gaya yang ditimbulkan dari balance shaft akan menghilangkan
getaran akibat secondary inertia force.
34
Training Material & Publication
Engine Principles
Chapter 3.
Cylinder Head
1. Cylinder Head
Cylinder head dipasang diatas cylinder block dengan ditambahkan gasket diantaranya untuk
mencegah terjadinya kebocoran dari pembakaran gas. Dasar cylinder head adalah merupakan
atap ruang bakar. Karena itu bentuknya juga rumit. Pada bagian atas piston terdapat cekungan
bulat untuk pemasukan bahan bakar dan juga untuk pengeluaran gas buang, dan tempat
dimana diletakan ignition park sehingga bentuk bagian ini bisa mempengaruhi performa mesin
seperti pembakaran campuran bahan bakar.
Struktur cylinder head bervariasi tergantung pada jenis mesin. Kebanyakan cylinder head
mempunyai struktur sebagai berikut. Pada bagian atas, terdapat valve yang mengatur
pemasukan bahan bakar melalui intake port kedalam ruiang bakar dan mengeluarkan gas
buang melalui exhaust port. Didalam cylinder head, terdapat water jacket yang mensirkulasi air
pendingin dari cylinder block.
Ruang bakar adalah bagian palinga pentinga dalam menentukan performa mesin. Sehingga
bentuk dan ukurannya pun merupakan sesuatu yang penting pula. Jika ruang bakarnya besar,
selang waktu pembakaran capuran bahan bakarpun akan panjang walaupun sudah cukup
terkompresi. Sehingga tenaga yang kuat tidak pasti akan diperoleh. Karena itu, sangat penting
untuk membuat ukuran ruang bakar yang sesuai.
Selain itu, untuk meningkatkan performa pembakarannya maka bentuk ruang bakar
permukaannya dibuat setidak rata mungkin. Jika bentuk dari ruang bakar begitu rumit,
kemudian panas yang dihasilkan dari pembakaran harus dengan mudah dapat dihilangkan
karena permukaan ruang bakar lebih besar dari volumenya. Sehingga tekanan yang diberu\ikan
ke pisto lebih rendah.
Intake port juga merupakan bagian yang penting karena aliran campuran bahan bakar
tergantung pada bentuk dan ukuran intake port ini. Dengan mempertimbangkan arti aliran,
35
Training Material & Publication
Engine Principles
semakin halus permukaan bagian dalam akan lebih baik mereduksi hambatan aliran dan bentuk
yang lurus adalah yang terbaik. Bagaimanapun betuk dari port tersebut akan membantu
memasukan bahan bakar kedalam cylinder akan berbentuk seperti aliran udara untuk dibakar
dalam ruang bakar sebaik mungkin.
Water jacket akan meredam panas setelah proses pembakaran selesai hingga langkah buang
secepat mungkin untuk mencegah naiknya temperatur saat pemasukan campuran bahan bakar
selanjutnya. Terutama, pada bagian yang mempunyai kemungkinan terjadi penaikan suhu
seperti pada exhaust valve dan spark plug harus didinginkan dahulu untuk menghindari
terjadinya masalah karena over heat.
Pada cylinder head, terdapat bearing untuk mengendalikan kerja valve termasuk cam shaft.
Bearing tersebut dilumasi dan didinginkan dengan minyak pelumas (engine oil).
2. Cam and Camshaft
Cam mengatur kerja valves untuk membuka dan menutup intake port saat memasukan
campuran bahan bakar kedalam ruang bakar dan eshaust port untuk mengeluarkan gas buang.
Untuk mesin OHC atau DOHC, cam dipasang pada camshaft di bagian tengah pada cylinder
head.
Camshaft mempunyai cams dengan jumlah yang sama dengan valve untuk intake dan valve
untuk exhaust yang mana diatur dengan sudut yang sesuai dengan waktu pembukaan dan
penutupan. Untuk mesin 4 tak, ratio pembukaan intake dan exhaust valve kira kira sekali dalam
dua kali putaran crankshaft. Karena itu sekali camshaft berputar, crankshaft berputar dua kali.
Bagian yang menonjol pada cam disebut cam nose atau cam robe. Ketinggiannya disebut
cam lift. “lift” berarti cams untuk mengangkat valve karena itu status pembukaan valve
tergantung pada bentuk cam profile. Waktu pembukaan dan penutupan valve di atur oleh
sudut pengoperasiannya (operation angle), sudut dari titik awal hingga titik akhir nose.
36
Training Material & Publication
Engine Principles
Saat valve menutup, benturan dengan kedudukannya harus sekecil mungkin, sehingga bentuk
cam dibuat seperti bentuk telur.
Pada valve selalu terjadi tekanan berasal dari valve spring saat tertutup. Dengan menekan
spring menggunakan cam nose, valve akan terbuka. Jika kecepatan cam menjadi cepat untuk
memperbesar gaya inertia dari valve, gerakan bolak balik valve akan menjadi tidak seimbang
dengan gerakan memutar cam. Kecepatan engine yang maksimum dihasilkan oleh kecepatan
membuka dan menutupnya valve. Sehingga bentuk cam menjadi hal yang sangat penting.
Cam nose harus dilapisi dengan lapisan yang spesial untuk menambah kekuatan sehingga
tahan terhadap gesekan dengan valve lift dan rocker arm yang terpasang pada valve. Untuk
melakukan hal ini, camshaft terbuat dari cast iron dan cam nose harus diproses menggunakan
proses pendingainan seperti chilling method untuk memperkuat tekstur permukaan, saat
dicetak.
Small cam lift
Big cam lift
Ada dua cara dalam mensuplai minyak pelumas kedalam cam journal, cam nose dan camshaft,
dari luar dan dalam. Pada metode dari luar, minyak pelumas akan disuplai dari journal. Pada
metode dari dalam, pada camshaft terdapat lubang untuk mensuplai minyak pelumas dari
bagian tengan journal. Sebagai tambahan, camshaft terbuat dari hollow tube type dan minyak
pelumas mungkin disuplai melalui hollow tube.
3. Driving the Camshaft
Untuk mesin OHC, crankshaft terletak dibawah cylinder block dan camshaft terletak pada
cylinder head, sehingga harus ada chain atau belt untuk meneruskan gerakan memutar
crankshaft ke camshaft. Untuk mengendalikan intake and exhaust valves harus diatur dengan
tepat disesuaikan dengan putaran crankshaft, untuk beberapa hal pada kendaraan racing car,
37
Training Material & Publication
Engine Principles
digunakan gear untuk memindahkan perputaran dengan tepat.
Pada sistim yang menggukanan chain untuk memindahkan perputaran, roda gigi untuk chain
disebut sprocket. Adapun yang menempel pada crankshaft disebut crankshaft sprocket, dan
the yang lain menempel pada camshaft disebut camshaft sprocket.
Pada sistem yang menggunakan chain untuk mengendalikan camshaft, ratio perbandingan
jumlah gigi antara crankshaft sprocket dan the camshaft sprocket adalah 1:2. untuk menjaga
ketegangan chain, dipasang chain tensioner, dan chain guide dipasang untuk mencegah
kekocakan chain saat berputar.
Jika metode inin digunakan untuk mesin DOHC, sprocketnya harus berdiameter lebih besar
tergantung pada jumlah gear rationya. Karena itu, gap pada camshaft dan gap pada valves
38
Training Material & Publication
Engine Principles
untuk intake dan exhaust akan lebih besar. Konsekuensinya, metode ini tidak dipakai pada
engine compact type. Untuk mengatasi hal ini dipasang sprocket lainnya diantaranya untuk
meneruskan gerakan memutar ke camshaft sprocket.
Jenis timing belt yang digunakan adalah belt yang mempunyai permukaan bergigi dan pulley
sebagai pengganti chain dan sprocket. Pada jenis ini, sprocket dan pulley terpasang pada ujung
camshaft yang mempunyai tanda (timing mark) menandakan waktu membuka dan menutup
valve. Sehingga kita menamakan komponen ini “timing”. Pulley yang terpasang pada crankshaft
adalah crankshaft timing pulley dan yang terpasang pada camshaft adalah camshaft timing
pulley. Sebagaimana pada chain type, pada tipe ini, terdapat direct reduction type dan double
reduction type.
Meskipun pada mesin OHC dapat memakai long chain untuk mengendalikan camshaft, tetapi
metode yang dipakai adalah belt driving method. Alasannya adalah long chain dapat
mengakibatkan penyimpangan timing dan suaranya bising, dan pada chain system dibutuhkan
alat pelumasan. Bagaimanapun, belt terbuat dari fiber dan rubber sehingga dapat dengan
mudah rusak karena minyak dan panas. Karena itu dianjurkan untuk dilakukan penggantian
pada setiap kendaraan mencapai 90,000km.
4. Intake and Exhaust Valve
Cylinder head termasuk intake port memasukan campuran bahan bakar kedalam cylinder dan
exhaust port mengeluarkan gas yang terbakar. Valves tersebut adalah intake valve dan exhaust
valve. Berdasarkan bentuk jamur, kita menyebutnya poppet valve.
Poppet valves terdiri dari valve head dan valve stem. Valve stem mensupport valve guide dan
valve spring. Valve terbuka karena penekanan oleh cam nose, dan menutup karena gaya
elastis valve spring.
39
Training Material & Publication
Engine Principles
Temperatur pembakarannya melebihi 2000•, dan temperatur gas buang yang melewati valve
lebih dari 1000•. Karena itu, temperatur exhaust valve melebihi 800• dan pada intake valve
melabihi 300•. Sehingga material valve adalah baja yang tahan terhadap panas.
Ukuran valve dilihat dari diameter head portion. Intake valve lebih besar dari pada exhaust
valve. Dilihat dari ukuran head portion, jika intake valve adalah 100, exhaust valve kira kira
75•85. Perbedaan ukuran ini adalah untuk menyeimbangkan aliran gas. Intake dilakaukan
dengan cara meningkatkan tekanan yang dihasilkan saat piston turun, di pihak lain exhaust
dilakukan dengan menggunakan tekanan yang tinggi akibat dari combustion. Untuk
menyeimbangkan aliran pada intake dan exhaust, ukuran intake valve lebih besar dibanding
exhaust valve.
Valve stem dibuat, dengan mempertimbangkan aliran, sehingga intake valve dibuat setipis
mungkin untuk mengurangi hambatan aliran dan karena itu juga pada exhaust valve setipis
mungkin untuk meneruskan panas dari extrude portion ke stem. Panas dialirkan melalui bagian
valve stem • valve guide • cylinder head • cooling water. Pada beberapa engine dengan
performa yang tinggi menggunakan hollow stem securing sodium untuk meningkatkan
pendinginan pada valve.
Bagian lubang yang bersentuhan dengan valve face disebut valve seat. Jika cylinder head
terbuat dari casting iron, valve seat mempunyai struktur double. Jika cylinder head terbuat dari
aluminum alloy, kemudian seat terbuata dari baja tahan panas.
Valve spring selalu menekankan valve menempel pada cam sehingga akan memperhalus
gesekan ketika cam nose menakan valve. Kemudian untuk memperbesar campuran intake dan
exhaust gas, valve bertambah besar dan pengangkatan cam lebih tinggi demikian juga dengan
valve spring juga harus lebih lembut untuk kerja yang cepat. Kemudian, mungkin akan terjadi
surging problem dan susah untuk diseimbangkan.
5. Valve Driving System
Sebagai valve pengontrol masuk dan keluarnya gas dari Cylinder, akan menyebabkan efek
pada performa engine tergantung metodanya. Ada beberapa variasi sistim pengontrolan valve.
Yang sudah dibuat antara lain side type valve, OHV, OHC hingga tipe DOHC.
40
Training Material & Publication
Engine Principles
Side valve type
Pada side valve type, terpasang di dekat camshaft menekan long valve system untuk
membuka dan menutup valve. Mempunyai ruang bakar yang besar dan interval waktu
pembakarannyapun lama sehingga output yang dihasilkan tidak besar. Pada waktu sekarang
tipe ini tidak lagi digunakan.
OHV (Over head valve) type
Pada tipe Over Head Valve (OHV), posisi valve seperti pada side valve type terpasang pada
cylinder untuk membuka dan menutup valve menggunakan push rod yang panjang. Bentuk dan
strukturnya seperti pada engine yang dipakai saat ini untuk menambah performa.
OHV (Over Head Camshaft) type
41
Training Material & Publication
Engine Principles
Setelah itu, tipe OHC (Over Head Camshaft) dibuat. Seperti namanya, lokasi camshaft adalah
pada head bagian atas, tepatnya pada bagian tengah cylinder head. Pada tipe OHC, terdapat
dua tipe, yang pertama tipe in-line dimana intake valve dan exhaust valve tersusun secara
sejajar, dan yang lainnya adalah tipe V-shaped arrange dimana intake valve dan exhaust valve
saling berhadapan membentuk seperti huruf V. Kemudian mempunyai efficiensi meningkat dan
performa yang tinggi.
DOHC (Double Over Head Camshaft) type
Tipe DOHC (Double Over Head Camshaft), yang mana intake valve dan the exhaust valve
dikontrol secara terpisah oleh camshaft yang berbeda, saat ini dipakai pada engine dengan
performa yang tinggi. Sesuai dengan namanya terdapat dua camshafts pada sistim ini sehingga
kita menyebutnya juga dengan twin cam. Pada tipe V-type engine, terdapat dua cylinder head
sehingga camshaft harus berjumlah empat.
D irect type
S wing arm type
R ocker arm type
Metoda pengendalian untuk intake dan exhaust valve digolongkan kedalam direct type, yang
mana cam mengontrol valve secara langsung, dan rocker arm type, yang mana cam
mengontrol valve menggunakan lever. Rocker arm berarti lever yang menghubungkan leverage
point dengan cam. Dengan menggunakan lever ini dapat mengontrol valve lebih cepat
dibanding dengan cam lift.
Pada tipe direct komponen yang dibutuhkan sedikit dan mempunyai kekuatan yang tinggi.
Dengan menggunakan tekanan oil untuk hydraulic tappet, valve dapat selalu mengikuti gerakan
cam.
6. Valve Timing
Valve timing adalah waktu saat membuka dan menutupnya intake dan exhaust valve. Masing
42
Training Material & Publication
Engine Principles
masing mengindikasikan kapan valve mulai membuka dan kapan valve mulai menutup standar
waktunya diatur oleh sudut putaran crankshaft pada titik piston paling atas atau paling bawah.
Sederhananya adalah, exhaust valve akan membuka ketika piston pada posisi titik bawah.
Setelah mengeluarkan gas, ketika piston berada pada titik palinga atas, exhaust valve akan
menutup. Pada saat yang bersamaan, intake valve akan membuka untuk mengambil campuran
bahan bakar. Saat piston pada titik bawah, intake valve akan menutup.
Bagaimanapun ini hanyalah konsep kerja valve saja. Campuran bahan bakar dan gas
pembakaran mempunyai berat jenis sehingga alirannya tidak sempurna hanya pada sesaat
tetapi membutuhkan jangka waktu tertentu. Selanjutnya valves tidak dapat membuka dan
menutup dengan segera juga. Sebagai contoh, intake valve membutuhkan waktu untuk
membuka dengan sempurna, dan campuran bahan bakar tidak masuk segera kedalam cylinder
tetepi dibutuhkan beberapa saat untuk masuk karena adanya gaya inertia dari aliran.
Karena itu, valve seharusnya membuka terlebih dahulu saat piston mencapai titik atas. Saat
piston mulai turun, kemudian valve sudah mulai terbuka untuk memasukan campuran bahan
bakar kedalam cylinder. Dengan demikia intake membuka sedikit lebih awal, valve akan terbuka
dengan sempurna ketika piston mencapai titik bawah, agar campuran bahan bakar yang masuk
kedlam cylinder cukup.
43
Training Material & Publication
Engine Principles
Intake valve timing
Ketika piston melewati titik paling bawah, intake valve tidak menutup sepenuhnya. Hal ini
menyebabkan campuran bahan bakar akan masuk lagi kedalam cylinder karena adanya gaya
inertia daria liran campuran bahan bakar tersebut.
Di akhir langkah pembakaran, exhaust valve akan membuka tepat sebelum piston mencapai
titik paling bawah (BDC).
Exhaust valve timing
Hal ini bertujuan untuk mengeluarkan gas buang secepat mungkin dengan memanfaatkan gaya
balik dalam cylinder. Dengan arti yang sama pada intake valve, meskipun piston melewati titik
atas (TDC), valve masih membuka untuk mengeluarkan gas yang terbakar seluruhnya
menggunakan gaya inertial pada aliran pembuangan (exhausting flow).
berdasarkan pada proses kerja valva ini, terdapat kesamaan waktu dimana intake valve dan
exhaust valve terbuka bersamaan, karena exhaust valve tertutup setelah melawati titik atas
(TDC) dan intake valve membuka sebelum mencapai titik atas(TDC). Pada saat ini, dihasilkan
gaya vacuum inertia dari gas yang keluar dapat mempercepat masuknya campuran bahan
bakar. Periode ini sering disebut dengan valve overlap.
44
Training Material & Publication
Engine Principles
7. Variable Valve Timing
Variable camshaft angle type
Sementara terjasi overlapped pada waktu pembukaan intake dan exhaust valve, tingginya
efisiensi masuknya bahan bakar akan sama tingginya dengan efisiensi pengeluaran gas buang,
dikarenakan putaran engine. Dengan kata lain, saat engine dalam kondisi berputar dengan
kecepatan rendah ketika idle, efisiensi mesin mungkin rendah dengan aliran gas yang rendah
juga.
Khusus pada engine dengan performa yang tinggi mempunyai overlap yang tinggi, pada
kecepatan rendah, intake valve akan terbuka lebar sehingga dengan jumlah gas buang yang
banyak akan dimasukan kembali kedalam intake port. Karena itu, pembakaran akan tidak
sempurna atau tidak stabil. Pada mesin dengan 4-valve, jika terjadi valve overlap jang terlalu
besar, kemudian engine akan mengalami ketidak stabilan saat idle dengan mudah. Sehingga,
waktu overlap untuk mesin 4-valve seharusnya lebih pendek atau pada beberapa kejadian
overlap timenya adalah nol, yaitu ketika intake valve membuka ketika exhaust valve menutup.
45
Training Material & Publication
Engine Principles
Selective camshaft-lobe type
Seperti yang sudah kita sebutkan, pengaturan valve adalah berbeda tergantunga pada
kecepatan perputaran engine. Karena itu, intake valve seharusnya membuka lebih lambat pada
putaran rendah dan agak sedikit awal pada perputaran tinggi. sehingga dipasaqng perangkat
tambahan yang dikontrol dengan menggunakan tekanan oli pada intake cam sprocket sehingga
saat engine berputar melabihi RPM tertentu camshaft agak berputar sehingga cam akan
menekan intake valve lebih awal. Ini yang disebut dengan variable valve timing system.
Pada sisytim variable valve timing, tidak terjadi perubahan bentuk pada cam, sehingga valve
seharusnnya tetap menutup dengan cepat saan membuka dengan cepat juga. Dengan
menutup valve lebih cepat, jumlah campuran bahan bakar yang masukpun berkurang. Karena
itu, pengaturan valve timing tidak hanya bergatung pada kecepatan putaran engine tetapi juga
tergantung pada beban pada engine.
Konsekuensinya, pada sistim camnya termasuk didalamnya terdapat dua jenis cam yaitu yang
satu untuk low speed engine dan yang lainnya adalah untuk high speed engine. Untuk low
speed cam, valve akan membuka lebih lebih lambat dan menutup lebih awal, dan
pembukaannya akan lebih kecil dan campuran yang masuk kedalam ruang bakar akan
berkurang sehingga efisiensi bahan bakar akan meningkat. Untuk high speed cam, valve akan
membuka lebih awal dan menutup lebih lama dan pembukaannya lebih besar untuk
memasukan campuran bahan bakar lebih banyak kedalam ruang bakar sehingga output dari
engine akan lebih besar. Sistim ini juga disebut variable valve timing system tetapi pada sistim
ini juga mengontrol valve lift juga. Sehingga disebut sebagai sistem yang lebih maju.
8. Malfunction of the Valve
valve membuka karena adanya cam tetapi menutup kembali karena spring. Sebetulnya, valve
menempel pada dudukan valve karena adanya spring yang akan membuka dengan
menekannya menggukanan cam nose. Pada saat itu, gaya untuk memutar camshaft
seharusnya sekecil mungkin. Sehingga kelenturan spring lebih baik. Bagaimanapun juga untuk
engine yang mempunyai performa tinggi mempunyai ukuran valve atau lift yang besar, spring
juga kebih keras dan keseimbangan pada kekuatan spring menjadi hal yang sangat penting.
Meskipun tidak terjadi pada pengemudian saat normal, kekerasan spring dengan berat dan
ketinggian dan kekauatan valve dapat membuat pengoperasiannya tidak normal, seperti valve
46
Training Material & Publication
Engine Principles
loncat (jump), valve memantul (bounce) atau valve mengayun (surge), saat engine berputar
melebihi rpm limit.
Valve jump adalah gaya inertial valve terlalu besar sehingga cam tidak dapat menekan spring
dan kemudian valve loncat ke arah cam nose saat camshaft berputar dengan kecepatan tinggi.
Valve dapat kembali pada posisi semula tetapi komponen lainnya seperti cam, rocker arm,
valve lifter, dan lain lain akan rusak karena bergesekan satu dengan yang lainnya
Valve bounce adalah valve face letaknya tidak pada valve seat (contacted portion with the
valve) tetapi terpantul dari valve seat saat valve ditutup oleh spring. Komponen yang bekerja
akan rusak karena pantulan ini. Ketika terjadi peningkatan putaran pada engine, pantulan yang
terjadi melebihi rpmlimit. Rpm limit ini disebut sebagai crush speed atau rpm limit engine.
Valve surge adalah getaran yang tidak normal pada spring. Pada natural frequency spring
berhubungan dengan elastic timing cam, spring dapat membuat pergerakan yang tinggi karena
hasil dari getaran itu sendiri. Saat engine berputar dalam tekanan. Jika terus berlanjut hal ini
akan menyebabkan kerusakan.
Pengoperasian yang tidak normal ini dapat dengan mudah mengakibatkan valve menjadi berat
dan pembukaan valvenya besar. Ketika digunanan engine yang memakai 2-valve OHC,
terdapat masalah pada engine. Setelah 4-valve DOHC dipakai, masalah ini sedikit demi sedikit
berkurang. Ketika hadir 2-valve system menjadi 4-valve system, wilayah valve akan menjadi
besar sehingga intake dan exhaust flow akan lebih halus. Karena itu, pembukaannya
pengangkatnya tidak menjadi besar. Selanjutnya, valve menjadi ringan sehingga spring tidak
menguat meskipun jika rpm meningkat.
9. Overrun and Red Zone
pada tachometer engine, terdapat jarak rpm tertentu bewarna merah sebagai red zone.
47
Training Material & Publication
Engine Principles
Sebelumnya red zone terdapat yellow zone.
Rpm pada permulaan red zone adalah merupakan rpm maksimum yang dianjurkan dilihat dari
characteristics dan daya tahan pada dynamic komponen termasuk valve dan valve spring dan
componen system utama termasuk piston and connecting rod ketika engine beroperasi pada
kecepatan maximum dengan maximum output.
Untuk mengoperasikan engine melabihi rpm maximum yang dianjurkan disebut putaran overrun
atau over-revo. Over-revo mungkin akan terjasi ketika shift down ke kecepatan lebih rendah
saat kecepatan tinggi. ketika engine pada kondisi idling, jika rpm terpaksa meningkat, maka
akan disebut engine dalam kondisi overrun.
Ketika terjadi engine overrun, valve tikad bekerja dengan normal seperti pada valve surge, jump
atau bounce. Dalam hal ini, valve dan spring mungkin rusak atau kemungkinan lainnya, piston
rusak karena bertumbukan dengan head piston dan valve. Untuk menghindari tumbukan antara
piston dan valve, maka dibuat cekngan pada piston. Bagaimanapun juga, jika piston loncat
melebihi bagian cekungan tersebut, piston akan bertumbukan dengan valve.
Jika kecepatan rata rata gerakan piston melebihi kecepatan normalnya karena overrun, gap
antara piston ring dan cylinder akan rusak dan oil film pada bearing piston pin dan crankshaft
akan menjadi rusak sehingga temperatur akan meningkat atau beberapa parts akan mengeras
karena panas ini. Saat engine bekerja pada kecepatan tinggi, kecepatan pembakarannya pun
juga cepat dan temperatur disekitar combustion chamber akan meningkat. Sehingga, masalah
ini akan mungkin dengan mudah terjadi, maka dibutuhkan kehati hatian.
Dengan overrun, akan dihasilkan peningkatan inertia force diakibatkan abnormal vibration. Part
akan rusak atau patah.
Rpm maximum yang diperbolehkan adalah antara 300~1300 rpm lebih tinggi dari maximum
output rpm. Pada beberapa engine, pada red zone fuel injection akan terputus, untuk
menghindari rpm meningkat melebihi maximum rpm dan untuk mencegah dari masalah yang
ditimbulkan oleh overrun.
48
Training Material & Publication
Engine Principles
Chapter 4.
Intake System
1. Enhance the Volume Efficiency
Tekanan campuran bahan bakar pada akhir langkah intake adalah lebih rendah dibanding
dengan tekanan diluar karena terdapat air cleaner dan duct yang menahan aliran.
Dan temperatur fuel mixture tinggi karena berhubungan dengan hot valve dan cylinder wall saat
dimasukan. Kepadatan udara menjadi rendah saat tekanan menjadi rendah atau temperatur
menjadi tinggi.
Volumetric efficiency dipakai untuk mengindikasikan kemungkinan masuknya campuran
bahan bakar. Untuk mengindikasikan campuran bahan bakar yang masuk kedalam ruang bakar
berdasarkan pada besarnya cc sebuah engine, efisiensi volumetricnya dihiting dengan cara
membagi besarnya udara yang dimasukan dengan besarnya cc pada temperatur dan tekanan
yang sama. Dengan cara lain untuk mengindikasikan efficiency intake stroke, dapat juga
dipakai charging efficiency. Yaitu efficiency volume saat temperatur dan tekanan pada kondisi
standar (25•, 99kPa).
Dalam rangka untuk memperbesar maximum output pada engine, volume efficiency ini
seharusnya menjadi setinggi mungkin. Mentode untuk meningkatkan volume efficiency adalah
sebagai berikut :
• Udara yang msauk kedalam manifold seharusnya mempunyai temperatur yang serendah
mungkin. Untuk mesin yang memakai turbocharger, harus dilengkapi dengan intercooler
untuk mencegah meningkatnya temperatur udara yang masuk.
49
Training Material & Publication
Engine Principles
• Mengurangi hambatan aliran gas yang masuk dengan menambah jumlah valve, dan
memperbesar ukuran dan bending radius duct dan manifold.
• Memperbesar diameter valve dan tinggi pengungkit dan menyeimbangkan timing dengan
cepat.
• memilih intake manifold yang panjang pada lower speed , dan memilih yang pendek pada
higher speed untuk menggunakan inertia dan pulsation effect dari udara.
50
Training Material & Publication
Engine Principles
• memperbesar tekanan gas intake dengan memasang turbocharger
Hingga saat ini kita mengartikan metode untuk meningkatkan volume efficiency berhubungan
dengan intake stroke. Hal ini sangat penting karena untuk mengeluarkan gas buang dengan
sempurna pada exhaust stroke untuk meningkatkan volume efficiency. Hal ini sangat mungkin
sekali untuk menerapkan metode (2) ~ (4) seperti terlihat diatas untuk intake system sementara
(1) dan (5) untuk exhaust system. Sebagai contoh, “hambatan aliran gas masuk” (2)
menggunakan “hambatan aliran exhausted gas”, dan “inertia energy udara” (3) menggunakan
“exhausting inertia”. Selanjutnya, exhaust interference seharusnya dibuat semininm mungkin.
Dengan penambahan turbocharger seharusnya bisa meningkatkan intake resistance.
Dengan melakukan tune up pada engine, dapat meningkatkan output dengan efektif, walau
sangat susah untuk melakukan tune up engine.
2. Intake Inertia Effect and Pulsation Effect
Untuk memasukan udara dengan kepadatan yang tinggi ke mesin, memanfaatkan inertia dari
aliran udara disebut inertia effect, dan jika menggunakan characteristics dari longitudinal wave
seperti sound wave menurut kepadatan udara disebut pulsation effect. Pada efek inertia,
udara yang berkepadatan tinggi masuk kedalam engine dengan memanfaatkan energi inertia
dari udara itu sendiri. Hal ini disebut inertia supercharging.
Udara yang masuk kedalam engine mempunyai gaya inertia pada alirannya seperti halnya gas
dan ini merupakan media untuk meneruskan tekanan gelombang. Udara yang mengalir pada
intake manifold secara periodik akah dihentikan oleh valve, sehingga tekanan manifold akan
bervariasi tergantung pada perbedaan tekanan antara bagian dengan kepadatan yang tinggi
51
Training Material & Publication
Engine Principles
dan rendah.
Valve open (Inhaled air)
Valve close (High density air at valve)
Valve open (Inhaled high density air)
Karena itu, akan terbentuk intake inertia effect dan pulsation effect. Saat efek dari variasi
tekanan ini terjadi pada putaran langkah intake yang manghasilkan gelombang secara langsung
disebut inertia effect. Jika variasi dari tekanannya tidak mengurangi dan kemudian berpengaruh
pada putaran selanjutnya disebut pulsation effect. Bagaimanapun juga, tidak ada perbedaan
yang berarti diantara keduanya. Disini kita akan mengatakan inertia effect jika inertia dari udara
yang mengalir mempengaruhi dan berfungsi sebagai pulsation effect pada pressure wave.
Sebagai contoh pertama, ketika intake valve closed ketika fuel mixture masuk kedalam cylinder.
Sementara campuran bahan bakar tersebut mempunyai flow inertia, alairan campuran ini di
dalam intake manifold tidak dapat berhenti seketika hanya pada saat penutupan valve saja,
tetapi bertahan untuk tetap mengalir. karena itu udara yang berada tepat sebelum valve akan
tertekan karena tenaga inertia dari intake air. Konsekuensinya, kepadatan udara pada bagian
port akan meningkat. Pada saat itu, jika valve membuka, udara yang berkepadatan tinggi ini
dapat masuk kedalam cylinder. Inilah yang dimaksud dengan inertia effect.
Valve close (High density air at valve)
52
Training Material & Publication
Engine Principles
Density of following air is low & pressure wave are reflected by surge tank
High density air by reflection of pressure wave is inhaled
Jika kepadatan udara didekat port meningkat, kepadatan udara selanjutnya berturut turut akan
rendah. Sehingga, pada bagian pembatas terjadi tekanan yang bervariasi sehingga
menimbulkan noise. Udara dengan kepadatan yang berbeda ini lewat melalui manifold dengan
kecepatan seperti kecepatan suara yang akan terpantul pada ujung manifold, dan kemudian
berbalik ke port. Saat kepadatan udara berbalik ke port, jika portnya terbuka, maka udara
tersebut dapat terinjeksikan kedalam cylinder. Ini yang dimaksud dengan pulsation effect.
Ketika efek tersebut bergabung maka, akan susah sekali untuk dipisahkan satu denga yang
lainnya. Namun untuk meningkatkan pengaruhnya, maka diharuskan untuk membuat pressure
wave pada manifold untuk membuat udara dengan kepadatan tinggi di dekat port ketika valve
membuka. Sehingga diameter dan panjang intake manifold serta bentuk dari intake port harus
dikontrol.
3. Variable Intake System
At low speed
53
Training Material & Publication
Engine Principles
At high speed
Aliran udara pada intake manifold tidak dapat dideteksi tetapi berubah tergantung pada
kecepatan engine. Ketika kepadatan udara yang tinggi mencapai port, maka idealnya
kecepatan intake maksimum terjadi tepat sebelum terjadinya penutupan valve, kemudian efek
inertia dari intake akan maksimum.
Frekuensi getaran udara bergatung pada diameter dan panjang manifold. Jika diameternya
sama, maka frekuensi pada manifold yang panjang akan kecil. Hal ini sama juga terjadi pada
sound akan mempunyai frekuensi yang rendah jika jarak antara hole dan mouth piece pada
perekam besar.
54
Training Material & Publication
Engine Principles
Umumnya, panjang manifold sudah diperhitungkan, sehingga pada saat engine berputar pada
kecepatan tertentu, intake inertia akan tetap effective. Bagaimanapun juga jika kecepatan
perputarannya ini berubah ubah, maka udara yang mempunyai kepadatan rendah akan dapat
mencapai port saat valve juga membuka sehingga charging dari udara mungkin akan jelak.
Konsekuensinya, metode untuk membuat variasi panjangnya manifold tergantung pada rpm
engine. Saat engine berada pada rpm tinggi valve manakah yang membuka dan menutup pada
jarak waktu yang sama, manifold yang pendek dipilih untuk membuat perputaran pendek.
Sebaliknya, ketika rpm rendah, dipilih long manifold untuk membuat perputarannya panjang.
Sehingga, memungkainkan untuk mendapatkan efek intake inertia antara putaran yang berbeda.
Karena menggunakan variable intake system, makan disebut juga variable inertia charging
system atau variable intake control system.
Ada bermacam macam cara untuk mengontrol panjang intak manifold. Utamanya, ada dua cara
yang dipakai. Yang pertama adalah menghubungkan bersama kedua manifold yang terpisah.
Ketika engine dalam kondisi high speed, arahnya ditentukan masing masing, dan ketika engine
pada low speed, dua manifold groups tersambung satu dengan yang lain untuk memanjangkan
panjang manifold.
yang lainnya adalah menambahkan bypass pada manifold system yang mana pada kecepatan
rendah udara akan melewati bypass, dan bagian bypass menutup untuk mengurangi panjang
manifold pada kecepatan tinggi.
Pada sistim yang menggunakan cara menghubungkan dua manifold, mungkin akan terjadi
resonansi antara manifoldnya. Hal ini berasal dari getaran tekanan dengan frekuensi yang
sama pada pemisah manifold. Dalam hal ini, effek pergantian inertia tidak dapat dipakai
meskipun pada kecepatan tinggi. Fenomena ini dihambat dengan memperbesar volume
55
Training Material & Publication
Engine Principles
pengumpulan yang tersambung pada manifold. saat bunyinya ditimbulkan, pada kecepatan
menengah dan rendah, efek dari inertia supercharging menjadi tinggi dan efisiensinya
meningkat. hal ini disebut resonance supercharging effect.
4. Intake System
Sistim intake mengambil udara untuk dicampur dengan gasoline dan memasukan campuran
tersebut kedalam cylinder. umumnya, pada intake sistim terdapat air cleaner untuk menyaring
debu dalam udara yang masuk, carburetor mencampur udara dan gasoline, dan intake
manifold (atau inlet manifold) memasukan campuran tersebut kedalam cylinder, pada bagian
kepala cylinder. Akhir akhir ini banyak digunakan electrical controlled unit untuk menginjeksikan
bahan bakar kedalam the intake manifold secara langsung, sehingga konstruksi intake system
sangat berubah.
Carburetor intake system
MPI intake system
pertama, air inlet port yang terletak didekat cylinder head bergerak kebagian depan grill untuk
memasukan udara luar yang bertemperatur rendah dibanding udara pada ruang engine.
selama temperatur udaranya rendah, udara akan mempunyai kepadatan yang tinggi, karena
itu, jumlah oksigen yang masuk bersama udara jumlahnya lebih banyak. dibanding dengan
volume udara pada cmpuran yang sama, udara yang lebih diharapkan adalah yang
bertemperatur rendah. sebagai contoh, pada musim summer dengan temperatur 30 saat engine
56
Training Material & Publication
Engine Principles
bekerja pada kecepatan rendah seperti pada kondisi jalan sibuk, temperatur mesin seharusnya
lebih dari 80 . dalam hal ini, dengan memperhitungkan jumlah oxygen diudara pada ruang
engine adalah kurang dari 15% dibanding udara sekitar.
udara yang masuk melalui grill depan dimasukan kedalam intak manifold melalui long duct
melewati air cleaner, resonance chamber dan throttle body.
pada sistim carburetor, didalam carburetor terdapat air celaner tipe dish, tetapi akhir akhir ini,
pada pojok ruang engine dipasang air cleaner dengan tipe box. Air cleaner tidak hanya
membersihkan udara yang menuju cylinder tetapi juga mengurangi bising yang ditimbulkan
akibat pengoerasian intake. elemen air cleaner harus dirawat secara berkala.
The resonance chamber adalah kotak kecil cabang dari duct sebagai alat untuk mengurangi
kebisingan pada intake, dan ini disebut juga regenerator chamber atau cabang samping.
berdasarkan pada pembukaan dan penutupan valve intake, getaran udara dalam air cleaner
box atau duct dapat memperbesar intake noise atau menghalangi pengoperasian intake.
menggunakan efek resonansi dengan memasang resonance device, maka getaran ini dapat
dihilangkan.
5. Throttle Valve and Manifold
Butterfly type, slide type throttle valve
untuk meningkatkan rpm engine, kita menekan pedal akselerasil, dan untuk menurunkannya
kita cukup melepaskan pedal tersebut. Pedal akselerasi ini terhubung pada throttle valve
dengan menggunakan wire dan linkage, ketika pedal ditekan throttle valve akan membuka
untuk memasukan udara kedalam cylinder. karena itu pada carburator atau pada sistim
pengontrol fuel injection elektronik secara otomatis akan mengontrol jumlah udara
untuk
57
Training Material & Publication
Engine Principles
menyuplai bahan bakar sehingga sesuai dengan kondisi pengendaraan.
pada sistim carburetor, didalam carburetor itu sendiri dilengkapi dengan throttle valver. pada
sistim pengontrol eIektronik, throttle valve teerpasang di bagian tengah throttle body (throttle
chamber) terpasang secara terpisah pada intake system dan bersama dengan air flow
sensor mendeteksi jumlah aliran udara dan throttle position sensor mengecek status
pembukaan.throttle valve.
Pada throttle valve type, terdapat butterfly valve yaitu potongan plat berbentuk sayap butterfly
terpasang pada poros didalam pipa untuk mengontrol jumlah udara dengan memutar porosnya,
dan pada jenis sliding jumlah udara dikontrol oleh lempengan alumunium tanpa ada halangan
pada pembukaan throttle valve, khususnya untuk racing engine.
Udara yang lewat melalui throttle body dan campuran dengan gasoline yang ada dalam
carburetor didistribusikan ke dalam cylinder menggunakan intake manifold. penginjeksian
bahan bakar dilakukan sebelum pendistribusian udara pada manifold, atau pada masing
masing cylinder sebagai campuran. yang penting adalah intake manifold harus memasukan
campuran kedalam cylinder selembut mungkin, sehingga manifod harus mempunyai bagian
yang sedikit melengkung dan permukaannya halus.
Campuran gas didalam carburetor dimasukan kedalam cylinder dalam bentuk kabut dalam
udara. ketika temperturnya rendah seperti sebelum engie hidup, partikel kabut bahan bakar ini
menempel pada dinding manifold selM proses pemasukan. karena itu, campuran menjadi kurus
sehingga pembakarannya tidak cukup. untuk mengatasi hal ini, dengan memanfaatkan panas
dari exhaust manifold atau dari cooling water dari engine, intake manifold harus dipanasi.
metode untuk memanaskan intake system menggunakan temperatur ekhaus hanya dipakai
untuk jenis engine counter flow type engine yang mana pada kedua intake dan ekhaust
manifold dipasang pada sisi engine yang sama. metode untuk memanaskan intake
system menggunakan cooling water dipakai pada jenis engine cross flow yang mana
manifolds terpasang pada sisi engine secara bersebelahan
58
Training Material & Publication
Engine Principles
Chapter 5.
Exhaust System
1. Exhaust System
Dengan membuka exhaust port pada cylinder head, gas pembakaran keluark melalui exhaust
manifold, exhaust pipe mengambil gas pembakaran ini dari masing masing cylinder, catalyst
converter menyaring gas sisa pembakaran ini dan silencer (muffler) mengurangi suara bising
yang ditimbulkan oleh pembakaran.
Kompone penting dari system exkaust adalah part yang kecil dan halus. gas buang dari masing
masing cylinder are bumped pada exhaust pipe diambil dari masing2 exhaust manifolds.
Sehingga, menjadi suatu yang penting untuk mencegah dari hindering masing masing aliran
atau untuk meningkatkan effisiensi exhaust menggunakan efek inertia dari exhaust seperti
halnya pada efek inertia. bagimanapun juga an sush untuk bisa menyeimbangkan ntara
meningkatnya effisiensi exhaust dan meningkatnya performa engine, karena terdapat banyak
kelemahan dari engine ke muffler.
Exhaust manifold terbuat dari casting iron yang mempunyai daya tahn tinggi terhadap panas,
atau dari aluminum alloy. juga dari temperatur gas yang tinggi. sehingga untuk membuatnya
dibutuhkan material yang mempnyai daya tahan terhadap panas atau untuk mendinginkan
sistim exhaust menggunakan angin.
Catalyst converter dipakai untuk menyaring gas buang. dimana didalamnya dipasang manifold
catalyst dekat manifold dan dibawah catalyst pada bawah lantai. penggunaan manifold catalyst
lebih efektif karena temperatur exhaust lebih tinggi dibanding dengan sistim yang lain.
bagaimanapun juga catalist ini akan mudah rusak karena temperatur yang tinggi sehingga
biasanya dipakai dua buah. catalist bagian bawah tidak akan mudah terdegradasi, dan
mempunyai performa penyaringan yang tinggi.
59
Training Material & Publication
Engine Principles
Muffler berfungsi untuk mengurangi temperature dan tekanan exhausted gas juga suara
pembakaran dan exhausting. Umumnya pada muffler terdapat bagian bagian dinding untuk
membuat ruangan dalam kedalam maze path untuk mengalirkan gas buang, sehingga disebut
maze type. juga ad yang disebut dengan straight muffler pada jenis ini memakai tagung yangb
pada permukaannya terdapat lubang lubang dan didalam tabung terdapat silencer seperti glass
wool. Mufler jenis maze lebih efektif meredam bunyi tetapi mempunyai hambatan aliran gas
buang lebih besar. pada straight mufler output yang dihasilkan meningkat tetapi suara yang
ditibulkan lebih bising.
Pada beberapa kejadian, dipasang 2 buah mufler simultaneously dengan menggunakan dua
pipa yang terpisah sehingga maze type muffler akan hanya dipakai pada kecepatan rendah saja,
dan akan ditambahkan straight type muffler will be additionally yang dipakai pada kecepatan
tinggi dan beban berat.
2. Exhaust Inertia Effect and Pulsation Effect
hat terpenting yang bisa mempengaruhi performa exhaust menifold adalah gas buang yang
dikeluarkan lebih halus. masalah utama yang mempengaruhi halusnya gas buang adalah
exhaust interference . gas pembakaran dari masing masing cylinder, dikeluarkan berdasarkan
pada pengaturan ignition. dalam penggabungannya ke manifold, jika sistim exhaust tidak
diatur dan digabungkan dengan baik, kemudian exhaust gas yang melalui manifold dapat
collided dengam exhaust gas dari cylinder yang lain atau tekanan pada manifold akan
meningkat, sehingga gas buang tidak dapat dikeuarkan dengan baik.
Gangguan pada Exhaust dapat disebabkan karena panjangnya jarak antara exhaust valves
dengan bagian penampungan gas dari cylinder atau sudut dari tempat penampungan ini
terhadap arah aliran gas buang tumpul sehingga alirannya tidak baik. dengan bertambahnya
60
Training Material & Publication
Engine Principles
jumlah
cylinder, akan menyulitkan untuk membuat aliran exhaust lebih baik dengan
menggabungkan tambahan jumlah manifold
Pada turbo engine dengan 6 cylinder, karena pada exhaust valve pertama tidak bisa menutup
sempurna, exhaust valve ke empat membuka, dan dengan tidak menutup sempurnanya
exhaust valve kelima, exhaust valve ketiga membuka. jadi jika keenam exhaust manifold
mengumpul pada satu pipa, maka, akan terjadi tubrukan gas buang pada sambungan manifold.
karena itu, manifold di bagi menjadi dua kelompok ; kelompok pertama termasuk manifold
pertama, kedua dan ketiga dan kelompok yang lain termasuk manifold keempat, lima dan enam.
masing masing group mempunyai turbo charger sendiri untuk menghilangkan gangguan
exhaust dan meningkatan output engine.
Efek inertia dan pulsation dipergunakan untuk mengeluarkan sisa gas buang pada ruang
bakar. hal yang sama terjadi pada sistim intake saat exhaus valve menutup, kepadatan udara
disekitar valve seharusnya berkurang untuk mempercepat pembuangang gas dari ruang bakar
dengan efektif.
Disaat exhaust valve terbuka, gas pembakaran yang bertekanan tinggi keluar melalui exhaust
valve dan gas yang tersisa akan dikeluarkan oleh tekanan kompresi piston selanjutnya pada
langkah exhaust dan kemudian exhaust valve menutup. karena itu aliran gas yang keluar
mengandung high density portion dan low density portion pada manifold.
Seperti pada bagan sebelumnya telah kita jelaskan, bahwa disaat gas yang mengalir berdensity
berbeda maka akan terbentuk pressure wave. karena itu perbedaan ini diteruskan selama
manifold dengan memakai sound velocity. ini disebut exhaust pulsation.
Tepat sebelum exhaust valve menutup, jika memungkinkan kepadatan udara disekitar valve
lebih rendah dari bagian lainnya, kemudian mengakibatkan gas yang ada diruang bakar keluar
dengan cepat dan campuran bahan bakar masuk kedalam intake melalui intake valve.
3. Component of the Exhaust Gas
Exhaust gas yang dibaung ke atmosfer yang berasal dari engine dan fuel system tersusun
oleh gas buang dari exhaust pipe, dihembuskan oleh gas dari crank room, dan penguapan gas
dari fuel tank karena cuaca panas dan temperatur kerja engine. Pada gas ini terdapat material
yang berbahaya terkontaminasi ke atmosphere, sehingga sistim penyaring sangat diperlukan
terpasang pada sistim.
terutama, exhaust gas’
61
Training Material & Publication
Engine Principles
Jika pembakarannya sempurna, maka tidak akan terdapat material yang membahayakan dalam
gas buang. Fuel, gasoline, terdiri dari hydrocarbon, campuran carbon and hydrogen. pada
ruang bakar, bahan bakar berubah menjadi carbon dioxide (CO2) dan air (H2O) dengan
menghasilkan energi panas.
Pada reaksi kimia yang sesungguhnya, hydrocarbon dan oxygen tidak akan berubah seketika
menjadi carbon gas dan Uap air. reaksi kimia ini sangat rumit. sebagai contoh, hydrocarbon
akan diuraikan menjadi material yang tidak stabil karena adanya reaksi panas dengan oksigen,
atau partikel yang akan saling bereaksi dan sebagainya.
diantara beberapa gas yang dihasilkan selama proses ini, carbon monoxide, hydrocarbon gas
dan nitrogen oxide adalah material utama yang berbahaya. Carbon monoxide (CO) adalah
material yang tidak stabil dengan satu carbon dan satu oxygen sehingga dengan mudah dapat
berubah menjadi carbon dioxide, material yang stabil dan berbahaya, jika tambahan oxygen
dan panas diberikan panas. jika menghirup carbon monoxide, kemudian akan menangkap
oksigen yang dikirimkan bersama dengan hemoglobin didalam darah menjadi carbon dioxide,
yang merupakan material yang lebih stabil. Jadi, tubuh kita kekurangan oxygen.
The hydrocarbon gas (Hm Cn : here m, n are integer number) berasal dari bahan bakar yang
tidak terbakar atau material lanjutan selama proses pembakaran kimia. Yang berasal dari blow
by gas atau penguapan bahan bakar dai fuel tank.
Jika gas ini menguap ke atmosphere, kemudian bereaksi dengan oxygen dan hydrogen dan
berubah menjadi aldehyde, yaitu material berbahaya yang mempunyai stimulus kuat.
62
Training Material & Publication
Engine Principles
The nitrogen oxide (NOx) berasal dari reaksi antara nitrogen (78% dari udara) dan oxygen di
udara karena temperatur tinggi 20000 pada ruang bakar. Nitrogen oxide dihasilkan karena
terdapat perbedaan mekanisme dengan carbon monoxide atau hydrocarbon gas, perbedaan ini
akan meningkatkan ketika carbon monoxide dan hydrocarbon berkurang hingga mendekati
pembakaran sempurna. Ketika temperatur pembakaran rendah, nitrogen oxide akan berkurang,
sehingga, efficiensi pembakaran menjadi jelek. Sehingga, nitrogen oxide harus
diperlakukan( treated ) pada exhaust system.
4. Air-Fuel Ratio and Exhaust Composition
material berbahaya pada exhaust gas dihasilkan dari pembakaran, salah satu reaksi kimia,
jumlahnya tergantung pada perbandingan udara dan bahan bakar, misalnya perbandingan
antara jumlah udara dan bahan bakar, temperatur pembakaran dan status gas buang. Jika
perbandingan udara dan bahan bakar lebih rendah dari theoretical value (Stoichiometric),
disebut dengan rich fuel, pembakaran sempurna tidak dapat terjadi, sehingga dihasilkan
hydrocarbon gas dan carbon lebih banyak.
Sebaliknya, jika perbandingan udara dan bahan bakar lebih tinggi dari theoretical value
(Stoichiometric), disebut lean fuel, kemudian bahan bakar akan terbakar dengan sempurna.
Jadi, jumlah carbon monoxide dan hydrocarbon gas akan berkurang, dengan demikian, jumlah
nitrogen oxide akan bertambah dikerenakan temperatur pembakaran tinggi. khususnya, ketika
temperatur melabihi 2000•, nitrogen oxide akan dengan tiba tiba meningkat. Meskipun nitrogen
dan oxygen tidak bereaksi pada suhu ruangan, pada temperatur tinggi, akan berubah menjadi
nitrogen monoxide dan kemudian berubah lagi menjadi nitrogen dioxide setelah keluar dari
exhaust system.
Jumlah nitrogen oxide akan meningkat maksimum kira kira 16 kali perbandingan udara – bahan
bakar theoretical ratio (14.7). dengan perbandingan lebih rendah 16, jumlah nitrogen oxide akan
berkurang karena temperatur pembakaran menurun. Ketika perbandingan udara – bahan
bakar melebihi 18 dengan bahan bakar yang kurang, bahan bakar tidak dapat terbakar drngan
sempurna sehingga hydrocarbon akan meningkat.
Untuk mengurangi material yang berbahaya, adalah dengan memperhatikan perbandingan
udara – bahan bakar. Pada beberapa masalah, rasio udara – bahan bakar dapat dikontrol
dengan cara memasukan gas pembakaran kedalam campuran, disebut exhaust gas
recirculation device (EGR).
63
Training Material & Publication
Engine Principles
Exhaust gas recirculation device disingkat EGR. Yang bertujuan untuk mengembalikan
beberapa exhaust gas back ke cylinder. Sehingga, jumlah actual fuel berkurang dan kecepatan
pembakarannya pelan, dan kemudian temperatur maksimum pada ruang bakar rendah dan
jumlah nitrogen oxide juga akan berkuran. Tetapi, jika jumlah re-circulated exhaust gas terlalu
banyak, maka engine output dan fuel efficiency akan jelek, sehingga penting sekali untuk
mengonrtrol jumlah EGR.
Pada sistim carburetor, jumlah re-circulated exhaust gas dikontrol oleh reverse pressure dari
intake manifold. Pada sistim ECM, jumlahnya akan diperhitungkan pada saat kendaraan dalam
kondisi optimal dengan memperoleh dan menghitung panas campuran bahan bakar dan air
pendingin, kecepatan kendaraan, dan beban.
5. Exhaust Purification System
perangkat untuk mengurangi material yang berbahaya dari exhaust gas adalah exhaust
oxidation yang membakar carbon monoxide dan carbon dan 3way catalysts mengolah exhaust
gas menggunakan reaksi oxidation dan de-oxidation dengan three catalysts untuk carbon
monoxide, hydrocarbon, dan nitrogen oxide.
Carbon monoxide dan hydrocarbon gas berasal dari pembakaran hydrocarbon dan oxygen
yang tidak sempurna, oxidation device mensuplai tambahan udara ke exhaust port membuat
oxidation pada pembakaran gas yang tidak sempurna termasuk exhaust gas. Sehingga disebut
secondary air device. Pada beberapa sitim, pada bagian tengah exhaust pipe, dipasang
oxidation catalyst coveter, vessel termasuk oxidation catalyst yang dipasang untuk
mengkonvert carbon monoxide dan hydrocarbon menjadi carbon dioxide dan water, dengan
tepat.
64
Training Material & Publication
Engine Principles
Umumnya pada mesin yang dikontrol secara elektronik menggunakan 3way catalysts device.
Pada nitrogen oxidation, terdapat nitrogen monoxide yang terdiri dari one nitrogen dan one
oxygen, dan nitrogen dioxide terdiri dari one more oxygen. Jika oxygen dibuang dari nitrogen
oxidation, misalnya reaksi de-oxidation, kemudian menjadi gas nitrogen. Jika oxygen yang
didapat dari reaksi de-oxidation dari oksidasi nitrogendisuplai ke carbon monoxide dan
hydrocarbon untuk mengoksidasinya, kemudian tiga gas yang berbahaya dapat di jernihkan.
Dari ide ini, aksi kimia manghasilkan reaksi de-oxidation pada nitrogen oxide dan reaksi
oxidation pada carbon monoxide dan hydrocarbon dengan mengontrol perbandingan udara –
bahan bakar untuk mengeliminasi oxygen dalam combusted gas dengan sempurna. Catalyst
adalah material yang mempercepat reaksi kimia tertentu. Catalyst yang dipakai pada
penjernihan ini disebut 3way catalysts. There are the pellet type covering a film of platinum
and rhodium on the particle alumina and the honey comb type.
Theoretical perbandingan udara – bahan bakar adalah untuk mencapai pembakaran sempurna
adalah 14.7. karena 3way catalyst tidak akan bekerja dengan baik jika terdapat sisa oxygen
sehingga sangat penting untuk menjaga perbandingan udara – bahan bakar dengan teori
perbandingan yang berlaku. Untuk melakukannya, dipakai oxygen sensor untuk mendeteksi
oxygen. Jika oxygen terdeteksi pada exhaust gas, kemudian komputer akan menghitung jimlah
udara yang masuk dan EGR gas untuk menjaga perbandingan bahan bakar terhadap nilai teori
yang berlaku.
6. Blow-by Gas Recirculation Device
Adalah kebocoran gas menuju crankcase melalui end gap piston ring pada langkah combustion
stroke. Termasuk juga penguapan oli mesin. Pada tipe mesin lama atau racing membuang gas
ini ke atmosphere. Ketika kita berdiri dekat racing car, kita dapat mecium bau seperti oli yang
terbakar yang dihasilkan dari blow-by gas.
65
Training Material & Publication
Engine Principles
komponen dari gas ini adalah terdiri dari gas yang mudah terbakar sebanyak 75 •80% dan gas
yang terbakar 20 •25%. Gas ini yang merupakan penyebab utama terjadinya polusi udara,
maka seharusnya diterapkan sistim pembakaran yang sempurna dengan mensirkulasi gas ini.
Alat ini disebut dengan blow-by gas recirculation device atau positive crankcase
ventilation,disingkat PCV.
Pada 1• blow-by gas, terdapat 0.04 •0.05g termasuk didalamnya terdapat strong acid
moistures, sehingga pada mesin bagian dalam dapat dengan mudah terjadi corrosi dan engine
oil dapat dengan mudah teroksidasi. Karena itu, sangat penting untuk menjaga blow-by gas
untuk memelihara engine.
Jumlah blow-by gas akan meningkat ketika pada cylinder dan crankcase terdapat perbedaan
tekanan yang besar. Tekanan didalam crankcase tidak akan berubah banyak meskipun
enggine running dengan kecepatan tinggi. Sehingga, ketika engine speed dan load meningkat,
blow-by gas juga akan meningkat. Untuk menjaga blow-by gas dilakukan dengan melalui 2
langkah tergantung pada beban engine.
66
Training Material & Publication
Engine Principles
Blow-by gas recirculation device termasuk hoses, yang pertama terhubung diantara rocker
cover dan surge tank, yang lainnya terhubung antara rocker cover dan intake duct sebelum
throttle body untuk udara bersih. Juga terdapat air passage diantara crankcase dan rocker
cover.
Ketika engine bekerja, tekanan pada intake manifold selalu bertekanan negative sehingga
blow-by gas akan mengalir dari crankcase ke manifold.
Blow-by gas ipada intake manifold masuk kedalam cylinder. Dengan menggunakan metode
inilah blow-by gas akan diperlakukan.
67
Training Material & Publication
Engine Principles
Chapter 6.
Charger
1. Kinds of charger
dasar untuk meningkatkan engine power dan torque adalah bagaimana cara memasukan
oxygen lebih banyak kedalam engine.sebagai contoh, if the density and amount of inlet air is
high, then the power and torque shall be high
.
kemudian dengan mengatur sistim intake dan ruang bakar, sangat memungkinkan sekali untuk
menambah pemasukan udara. Salah satu metode yang mungkin untuk dilakukan adalah
dengan menambahkan suatu alat untuk mengkompresikan udara dan memasukannya, yang
disebut charger.
Terdapat beberapa jenis dari charger. Umumnya, adalah jenis Turbocharger yang mana
charger dikendalikan dengan menggunakan exhaust turbine, dan jenis Supercharger yang
mana pengendaliannya secara mekanik menggunakan driving force beberapa parts (seperti
putaran crankshaft).
68
Training Material & Publication
Engine Principles
Turbocharger
Supercharger
Turbocharger berfungsi sebagai “Turbine driving charger”, yaitu sistim pengompresian udara
dengan perputaran compressor yang memutar turbine menggunakan aliran exhaust gas. Dalam
hal ini memungkinkan sekali untuk mendapatkan tenaga yang kuat dengan menggunakan alat
yang kecil. Akan tetapi, disaat engine berputar pada kecepatan rendah turbin tidak dapat
berputar dengan kecepatan tinggi sehingga pengompresian tenaga tidak cukup dan akan terjadi
keterlambatan akselerasi.
Karena itu, meskipun pedal gas ditekan tidak akan merespon putaran mesin, ini yang disebut
dengan Turbo Lag. Lag disini diartikan waktu keterlambatannya.
Pada sistem yang menggunakan pengendalian mekanisme interlocking dengan crankshaft,
Supercharger, mechanical supercharger, mempunyai respons yang lebih baik. Walaupun pada
kecepatan rendah, efisiensi mesin akan jelek karena akan terjadi peningkatan kebocoran udara
melalui celah antara rotor dan housing. Pada saat kecepatan tinggi, akan terjadi peningkatan
hilangnya driven force. Untuk menghindarinya, structure sistim supercharger harus dirubah atau
Turbocharger dan Supercharger digabungkan dalam sistim yang baru. Mesin yang tidak
menggunakan supercharger disebut naturally aspirate engine atau NA engine.
2. Turbocharger
69
Training Material & Publication
Engine Principles
Turbocharger berasal dari kata turbo (turbine) dan charger, terdiri dari turbine dan compressor
yang berhubungan secara langsung, sehingga turbine wheel diputar oleh energy dari exhaust
gas dan udara yang masuk akan terkompresi oleh putaran turbine wheel.
Komponen yang ada pada turbocharger meliputi turbine wheel, compressor wheel dan axis,
dan terpasang di dekat exhaust manifolds.
udara yang panas karena kompresi akan didinginkan oleh intercooler dan disuplai ke dalam
engine melalui throttle valve. Exhaust gas mengalir melalui turbo charger untuk memutar turbine
wheel. Untuk menghindari terjadinya over boosting pada kecepatan tinggi, ketika tekanan boost
melabihi tekanan yang ditentukan, waste gate valve (exhaust bypass valve) dari WGT (waste
gate turbocharger) akan membuka.
70
Training Material & Publication
Engine Principles
Turbine wheel berputar dengan kecepatan 100,000 rpm ~ 160,000 rpm dengan suhu exhaust
gas sebesar 900• pada kecepatan tinggi, turbine wheel terbuat dari bahan yang ringan dengan
daya tahan terhadap panas yang tinggi seperti ceramics.
Semakin kecil dan ringan turbocharger semakin baik untuk mendapatkan respon yang baik dari
engine seperti respon terhadap acceleration dan deceleration tetapi powernya akan jelek pada
kecepatan tinggi. sebaliknya, semakin besar tubo charger akan diperoleh tenaga yang besar
pada kecepatan tinggi tetapi responnya lambat. Sehingga, penting sekali untuk memilih ukuran
turbo wheel yang sesuai dengan CC engine. Umumnya, compressor wheel terbuat dari
aluminum untuk membuat turbocharger menjadi ringan.
Untuk mendukung high speed rotor shaft, banyak dibutuhkan suplai engine oil is ke shaft untuk
pelumasan dan pendinginan. Jika engine berhenti dari kecepatan tinggi dengan tiba tiba,
turbocharger berputar tanpa oil karena adanya inertia force dari turbocharger itu sendiri
hingga berhenti dengan sendirinya. Sehingga rotor shaft akan lengket. Untuk alasan ini maka
turbo engine harus berhenti setelah idling.
3. Boost Pressure and Compression Ratio
Tekanan udara karena tekanan dari turbocharger disebut Boost pressure. Jika boost pressure
meningkat, jumlah udara yang masuk kedalam cylinder juga meningkat dan power output akan
meningkat. Akan tetapi, boost pressure tidak dapat meningkat tanpa limit. Apabila boost
pressure meningkat, compression ratio aktual juga akan meningkat sehingga knocking akan
terjadi pada tekanan compression tinggi. Actual perbandingan compression memperlihatkan
bagaimana sesungguhnya udara yang terkompresi masuk kedalam cylinder. Sehingga, boost
pressure diatur oleh waste gate valve.
Knocking adalah gejala self ignition ketika nyala api merambat setelah ignition pada spark plug,
campuran yang belum terbakar akan mudah terbakar dengan sendiri pada kodisi tekanan tinggi
karena kompresi yang tinggi. Sehingga, knocking terjadi setinggi actual compression ratio.
71
Training Material & Publication
Engine Principles
berdasarkan pada alasan ini, perbandingan kompressi pada turbo engine secara spesifik lebih
kecil jika dibandingkan dengan NA engine. sebagai contoh, jika pada engine engine
mempunyai standar perbandingan kompresi 10 diberikan supercharged 1 atm, kemudian jumlah
udara akan menjadi dua kali dan actual perbandingan compressionnya akan menjadi 20 dan
knocking akan terjadi dengan tiba tiba. umumnya, perbandingan compresi commercial turbo
engine diatur lebih rendah dibanding dengan NA engine seimbang dengan power, torque dan
fuel efficiency.
Knocking dapat dicegah dengan mengontrol ignition timing pada NA engine tetapi pada turbo
engine pengontrolan knocking dengan ignition timing akan sulit karena knocking disebabkan
oleh boost pressure.
Maximum power dan fuel efficiency terjadi tepat sebelum terjadi knocking karena combustion
speed lebih cepat pada kondisi ini. dengan mendeteksi noise knocking, ignition timing dapat
diatur fully advanced oleh ECM (electronic control modul) hingga knocking terjadi. Sensor
untuk mendeteksi shock noise disebut knock sensor
Knock sensor merubah getaran kira kira 7 kHz menjadi electrical signal. dipasang pada
cylinder block, signal diolah oleh komputer bersama dengan engine rpm, crank angle, dan
jumlah udara yang masuk untuk mengontrol ignition timing untuk menghindari terjadinya
knocking
72
Training Material & Publication
Engine Principles
4. Turbo Lag
Turbo charger adalah compressor udara untuk menyuplai berapa banyaknya udara. dengan
menggunakan negative pressure yang diperoleh ketika piston bergerak turun dn mengalirkan
inertia untuk memasukan udara, NA engine dapat memperoleh eficiensi charging hingga
65 95%. pada turbo charger, jumlah charging adalah 1.2 1.5 lebih tinggi dibanding dengan
NA engine pada cc yang sama. karena itu, sangat mungkin untuk membuat engine yang lebih
kecil dibanding NA engine dengan power dan torque yang sama.
.
akan tetapi tetap tedapat kekurangan dan kekurangan ini yang disebug dengan turbo lag. Turbo
lag adalah penundaan waktu dari mulai melakukan akselerasi engine hingga mencapai rpm yang
sebenarnya. Khususnya, hal ini terjadi ketika kendaraan started, melakukan akselerasi dengan
tiba tiba, atau meningkatkan kecepatan dari kecepatan rendah
.
Prosesnya adalah; pertama, throttle valve membuka, kemudian jumlah udara meningkat,
kemudian pembakaran gas meningkat, dan temperatur gas buang meningkat. setelah itu rpm
turbine meningkat karena exhaust gas meningkat, sehingga jumlah udara yang disuplai oleh
compressor meningkat. melalui proses ini, jumlah udara yang masuk bertabah lagi. berdasarkan
proses ini, akselerasi engine akan mengalami penundaan dari mulai melakukan aksel:erasi
hingga mencapai rpm yang sesungguhnya
Untuk meminimalkan lag, telah banyak dilakukan penelitian dan pengaturan. sebagai contoh,
sebagai metode yang paling simpel, yaitu dengan meningkatkan exhaust speed mendorong
turbine wheel. dengan mengurangi diameter nozzle exhaust pipe, untuk meningkatkan exhaust
speed dengan cc yang sama, turbo lag dapat diminimalkan. akan tetapi dalam hal ini maximum
power nya limit.
untuk memasang dua buah turbo kecil sebagai pengganti satu turbo besar, akan memungkinan
untuk mengurangi turbo lag. Sebagai contoh, pada mesin dengan 6-cylinder, sebuah turbo
dipasang pada masing masing ketiga cylinder. Dengan demikian, memungkinkaan untuk
mencegah terjadinya gangguan exhaust juga meningkatkan power. Metode ini disebut tipe twin
turbo. Pada tipe yang lainnya yaitu two way twin turbo type juga menggunakan dua buah
tubo ,hanya saja satu buah turbo akan dipakai pada low speed untuk menghasilkan respon lebih
baik dan turbo yang kedua akan dipakai pada high speed untuk meningkatkan torque.
73
Training Material & Publication
Engine Principles
Hybrid turbo
Contoh yang lain, hybrid turbo type yang mana supercharger dipakai untuk low speed, dan
high speed.
Pada electronic control engine, VGT (Variable Geometry Turbocharger) dipakai untuk
mengurangi turbolag dan untuk menaikan torque engine.
Pada VGT dipakai adjustable vanes set, atau nozzles, untuk mengalirkan secara langsung ke
turbocharger turbine. pada saat vanes menutup, aliran langsung ke turbine wheel. hal ini
memberikan nergi maksimum ke turbine, menyebabkan turbocharger berputar faster. sebaliknya,
ketika vanes membuka, aliran ke dalam turbin arahnya lebih radial.
VGT (Variable Geometry Turbocharger)
mengurangi angular momentum aliran kearah wheel, menghasilkan less turbine work dan
akhirnya meperlambat turbocharger
5. Supercharging System and Heat
Turbine shaft dari turbocharger menyuplai banyak engine oil untuk mendinginkan dan melumasi.
karena itu, engine oil didalam turbo engine lebih cepat rusak daripada NA engine.
dengan menambah campuran pada pembakaran di ruang bakar, akan meningkatkan temperatur
charging system.
74
Training Material & Publication
Engine Principles
Turbocharger melakukan boosting menggunaka energi exhaust gas, efisiensi boosting akan lebih
baik pada temperatur exhaust tinggi. sebagai contoh, dengan mengadopsi material daya tahan
panas untuk parts nya seperti exhaust valve dengan natrium dan stainless exhaust manifold, dan
membuat supercharger tahan terhadap panas yang tinggi, performanya akan meningkat.
udara yang masuk sedapat mungkin bertempertur rendah.karena kepadatan udara akan rendah
apabila temperaturnya tinggi, perbadingan kempresi akan menurun ketika temperatur naik,
volume dan jumlah oxygen juga akan berkurang. jika udara yang masuk bertemperatur panas,
pengompresian campuran pada langkah kompresi bertemperatur tinggi sehingga akan mudah
terjadi knocking.
sama halnya pada proses charging. Sehingga, efek boosting berkurang karena jumlahnya
menaikan temperatur. karena itu, udara yang pnas harus didinginkan menggunakan radiator
sebelum mencapai throttle valve. pendingin ini disebut intercooler.
Intercooler sendiri terdapat dua jenis, yaitu sistim pendingin udara dan air
Air cooling type
Water cooling type
Air type Intercooler mendinginkan udara yang masuk menggunakan angin yang berasal dari
kerja kendaraan. intercooler dipasang didepan radiator. bentu intercooler menyerupai radiator,
tapi yang mengalir bukan air tetapi udara yang dikompresikan oleh charger.
Water type intercooler mendinginkan udara panas yang terkompresi menggunakan tambahan
75
Training Material & Publication
Engine Principles
pendingin air yang terpisah dari engine cooling water. air memiliki kapasitas panas yang lebih
tinggi dibandingkan dengan udara, sehingga tipe ini akan lebih efektif jika dibandingkan dengan
tipe udara, akan tetapi dibutuhkan biaya yang lebin besar untuk pemeliharaan dan parts nya.
6. Supercharger
Supercharger mengendalikan blower dan compressor untuk boost mengunakan engine power.
hal ini dapat menghasilkan torque yang besar dan tidak menyebabkan terjadi penundaan respon
seperti turbo lag. tetapi supercharge itu sendiri dikendalikan oleh perputaran crankshaft, sehingga
akan memanfaatkan tenaga engine. sehingga tenaga maksimum yang dihasilkan lebih rendah
dari turbocharger.
Ada bermacam jenis supercharger, pada dasarnya, Roots Blower dan Lysholm Compressor.
Roots Blower telah dipakai pada mesin kendaraan. pada boost control, pengontrolannya
dilakukan oleh computer. akan bekerja saat dibutuhkan output yang tinggi seperti pada saat
accelerasi dan berkendara pada kecepatan tinggi
76
Training Material & Publication
Engine Principles
Roots blower
Komponen roots blower adalah untuk mengirimkan udara dari satu sisi ke sisi yang lain dengan
cara memutar 2 buah rotor alumunium berbentuk elips dilapisi coated dengan special resin,
pada housing berbentuk oval. jika pada boost pressure terjadi over charged, valve membuka
untuk mengembalikan beberapa volume charged air
Lysholm compressor
Lysholm compressor sudah dipakai pada industri pertanian tidak pada mesin kendaraan.
bentuknya adalah dua buah rotor termasuk didalamnya tiga dan lima screw blades yang
dikombinasikan dengan sempurna pada housing yang berbentuk ellips. dikendalikan oleh V belt
yang menghubungkan ke engine. Rotor terbuat dari aluminum alloy dilapisi resin berupa teflon.
saat berputar, udara disuplai dari Satu sisi di akumulasikan dan di transmit ke sisi yang lainnya
sehingga udara tersebut akan terkompresi. konsekwensinya, udara yang masuk terkompresi 2
kali.
pada supercharger, roots blower tidak berupa compressor melainkan fan sebagaimana namanya.
pada NA engine, yang melakukan air charged adalah adanya negative pressure yang dihasilkan
oleh piston yang bergerak turun, tetapi supercharger dilengkapi dengan tambahan alat untuk
meningkatkan effisiensi charging dengan mengirimkan udara secara positively. Lysholm
compressor adalah compressor sehingga dapat mengirimkan udara yang terkompresi sepeti
turbocharger.
77
Training Material & Publication
Engine Principles
Chapter 7.
Lubrication System
1. The Role of Engine Oil
Fungsi utama dari engine oil adalah untuk menggerakan dynamic system yang bergerak seperti piston
pada cylinder dan crankshaft dengan halus. karena itu oil seharusnya membentuk oil film pada
permukaan metal untuk mengurangi gesekan antara permukaan metal, Pada waktu yang bersamaan,
engine oil dapat melindungi combusted gas tidak bocor dan masuk ke crankcase, mendinginkan piston
dan valve, dan mengurangi getaran dari piston ke crankshaft juga membersihkan engine bagian dalam
sebagai pelumas seperti yang sudah di jelaskan pada bagian
Journal Bearing , disini kita akan menjelaskan
fungsi lain dari oil. Yang pertama adalah sebagai perekat antara piston ring dan cylinder untuk mencegah
terjadinya kebocoran udara yang terkompresi atau combustion air
78
Training Material & Publication
Engine Principles
Oil jet
Cylinder head dan kepala piston berhubungan langsung dengan panas akibat pembakaran gas. Cylinder
head didinginkan tidak hanya dengan cooling water tetapi juga dengan oil pada dynamic system. panas
pada kepala piston diteruskan ke cylinder wall melalui piston ring. juga karena didinginkan oleh semburan
dari engine oil..
Fungsi penting lainnya adalah mengurangi shock. Karena gaya yang ditimbulkan oleh pembakaran akan
sangat kuat menghasilkan gaya beberapa ton. gaya ini diteruskan dari piston ke piston pin, ke
Connecting rod, crank pin dan crankshaft. pada proses tersebut, oil meredam getaran pada piston pin
dan crank pin
disamping itu, engine oil dapat menyapu material asing seperti partikel carbon yang dihasilkan dari oli
yang terbakar dan partikel baja dari permukaan baja yang aus.
79
Training Material & Publication
Engine Principles
oil juga mencegah engine bagian dalam berkarat diakibatan oleh zat kimia dari akibat pembakaran.
2. Lubrication Method
Pada engine lama, metode pelumasan disebut dengan Splash type yang mana pada big end connecting
rod akan masuk dan menyemprotkan oil yang tersimpan pada oil pan dibawah connecting rod. Sekarang,
minyak pelumas dikirimkan ke bagian bagian yang penting oleh oil pump dan mengumpulkannya ke oil
pan. Berdasarkan metode sirkulasinya, terdapat tipe dry-sump dan tipe wet-sump. Sistim pelumas terdiri
dari oil pan sebagai penampung oil,oil filter menyaring oil, oil pump mengirim oil ke masing masing
bagian.
Tipe wet-sump dipakai pada hampir semua kendaraan. Oil pada oil pan disaring dari material asing yang
kasar menggunakan oil strainer yang terbuat dari steel meshes dan dikirimkan ke oil filter oleh oil pump
untuk menyaring kotoran yang lebih kecil. Didalam Engine blok terdapat oil gallery, sebagai jalur untuk
menyalurkan oil ke komponen yang bergerak seperti crankshaft, cylinder head, connecting rod dan
cylinder wall.
Wet-sump type
80
Training Material & Publication
Engine Principles
Dry-sump type
Oil kembali ke oil pan dari piston, connecting rod, crankshaft dan cylinder head. Ketika kendaraan
berbelok atau akselerasi atau berhenti dengan tiba tiba, oil yang terdapat pada oil pan akan terkumpul
pada satu sisi sehingga tidak terpompa dengan sempurna. Pada beberapa engine terpasang separator,
sebagai pemisah pada oil pan untuk mencegah hal tersebut. Untuk kendaran khusus racing,
Scavenging pump mengambil oil dan udara bersamaan, dan dipisahkan oleh separator dan kemudian
oil ditampung pada oil tank secara terpisah. Ini disebut dengan dry-sump type.
Pada dry-sump pada oil pan tidak terdapat oil, sehingga oil pan lebih tipis. Maka bagian engine yang
bawah akan lebih kecil, dan engine di desain mempunyai titik tengah dibawah. Karena itu bentuknya
lebih komplek. Hal ini hanya diterapkan pada special case untuk melengkapi opposed engine. Pada
beberapa engine yang dilengkapi dengan semi-dry-sump type mempunyai oil pump untuk mengumplkan
oil pada oil pan
3. Parts of Lubricant System
Tiga bagian utama lubricant system adalah oil pump, oil filter dan oil cooler untuk mendinginkan heated
oil.
Ada beberapa cara oil pump untuk mengambil oil dari oil pan. Pada passenger car menggunakan gear
pump digabungkan bersama dengan toothed wheel dan tersambung pada crankshaft langsung.
Gear pump termasuk driven gear pada pump body dan drive gear terhubung dengan tooth dari driven
gear. Ketika drive gear berputar, driven gear juga akan berputar.bagaimanapun juga, titik tengah dari
81
Training Material & Publication
Engine Principles
masing masing gear saling menggerakan sehingga oil yang terdapat diantaranya terpompa dari inlet port
ke outlet port. Berdasarkan bentuk tooth nya, dibedakan menjadi Involute type, Trochoidal type, dan
lainnya.
Gear type oil pump
Jumlah oil yang terpompa oleh oil pump adalah sesuai dengan engine rpm. Pada putaran tinggi, oil
pressure akan tinggi. Pada temperatur rendah, kadar kekentalannya akan meningkat sehingga
tekanannya akan tinggi. Untuk menjaga oil pressure harus dipasang alat tersendiri untuk melakukannya.
Ini yang disebut dengan pressure regulator atau relief valve.
Oil filter menyaring oil dari carbon atau partikel metal. Didalam cleaner case dipasang folded filter paper.
Ada dua tipe untuk penggantiannya yaitu element type dan catridge type. Pada cartridge type dalam
melepas filternya dilakukan bersamaan dengan case nya, pada element type yang dilepas hanya filter
element ketika akan dikalukan penggantian.
o
Temperatur kerja yang baik untuk oil adalah kira kira 80 . Jika temperaturnya terlalu rendah, akan terjadi
gesekan yang tinggi karena adanya high viscosity. Jika temperaturnya terlalu tinggi, tekanan oil akan
rendah sehingga kemungkinan untuk melumasi akan menurun dan juga oil pada high performance
engine akan lebih mudah memburuk. Sehingga pada engine dengan high performa dipasang oil cooler.
Oil cooler dibedakan menjadi water type dan air type. water type oil cooler menjaga temperatur oil
82
Training Material & Publication
Engine Principles
menggunakan engine cooling water, dan air type oil cooler menggunakan angin yang bergerak.
Pada air type komponen yang dibutuhkan lebih simpel tetapi efficiensi pendinginannya lebih rendah
dibandingkan dengan water type. Pada water type lebih complicated, tetapi eficiensi pendinginannya
lebih meyakinkan.
4. Engine Oil
Seperti kita ketahui bersama bahwa engine oil bekerja untuk mengurangi wear, mendinginkan piston dan
cylinder head, merapatkan gap antara piston dan cylinder, menghilangkan shock, membersihkan engine
bagian dalam, mencegah terjadinya knocking dan lain lain.
Karekter engine oil yang dibutuhkan adalah sebagai berikut :
- Mempunyai viscosity pada working condition yang tepat
- Mempunyai performa pelumasan yang baik
- Mempunyai daya tahan tinggi terhadap panas dan corrosion
- Tidak bergelembung
karakter yang paling penting adalah kekentalan. Karena itu engine oil diklasifikasikan menjadi dua aspek
yaitu viscosity atau quality.
commercial engine oil dijual dalam paket 1RU3DGDEXQJNXVQ\DWHUGDSDWQDPDGDULSHPEXDWQ\D
brand name dan oil name dengan tingkat kekentalan dan qualitas
pengklasifikasian berdasar pada kekentalannya, menurut standarisasi dari SAE(Society Automotive
Engineers), senakin rendah kekentalannya nilainya akan lebih rendah begitu juga sebaliknya. Auntuk air
pendingin ditambahkan hufur “W”. Sebagai contoh untuk pengklasifikasian tersebut nomor 30 dipakai
untuk general purpose, dan nomor 20 adalah untuk dipakai pada kondisi winter, pada single grade
hanya menggunakan satu nomer saja. Penggolongan yang lainnya seperti 5W – 30 atau 10W – 30
adalah disebut dengan multi grade. Dalam hal ini, dengan membandingkan 5W-30 dengan 10W-30,
5W-30 mempunyai kekentalan lebih rendah daripada 10W-30 pada temperatur rendah, tetapi pada
temperatu tinggi kekentalannya lebih tinggi.
Umumnya, ketika temperatur meningkat, kekentalan oil akan menurun. Untuk mengindikasikan
perubahan kekentalan ini digunakan viscosity index. Jika kekentalannya tidak mudah berubah maka
indek kekentalannya tinggi. Kekentalan yang tinggi akan lebih mudah untuk dipakai.
83
Training Material & Publication
Engine Principles
Pada penggolongan berdasarkan quality, dipakai standarisasi API(American Petroleum Institute). Untuk
gasoline engine, ditandai dengan huruf “S” diikuti oleh huruf yang lain. Untuk diesel engine, ditandai
dengan huruf lain yang mengikuti huruf “C”. Sebagai contoh, huruf SD sampai SG sebagai tanda untuk
gasoline engine.
Jenis dari engine oil dan waktu penggantiannya ditentukan oleh type of engine, driving condition dan
ambient temperature, silahkan ikuti petunjuk pada buku manual dengan cermat untuk menentukan
engine oil yang tepat. Waktu penggantiannya sekitar 10,000km untuk SD, dan 15,000km untuk SE, dan
SF adalah 15,000km untuk gasoline engine berat. Untuk turbo engine, engine oil seharusnya digati setiap
5,000km karena kondisi pemakaiannya sering. Waktu pemeliharaan masing masing engine bervariasi,
sesuai dengan buku manual masing masing.
Chapter 8.
Cooling System
1. Cooling system
Total energi panas pada gasolin engine yang dihasilkan oleh adanya pembakaran campuran bahan bakar,
30% energi panas tersebut akan dirubah menjadi energi kinetik untuk menekan piston, 30% terbuang
bersamaan dengan exhaust gas, 30% didinginkan melalui piston dan yang 10% lagi hilang bersama
gesekan.
Diantara panas tersebut, jika panas yang dialirkan ke dinding combustion chamber tidak dihilangkan
secepat mungkin, piston atau cylinder akan mengalami deformasi karena panas ini atau film dari lubricant
oil akan rusak.
Jika panas ini didinginkan secara berlebihan, banyak energi panas yang diteruskan ke pendingin
sehingga heat efficiency akan menurun. Karena itu, cooling system harus dikontrol untuk menjaga
temperatur yang tepat sesuai dengan driving situation.
84
Training Material & Publication
Engine Principles
Cooling system untuk vehicle engine diklasifikasikan kedalam water-cooling system dan air-cooling
system. Pada air-cooling system kendalanya adalah sulit untuk mendinginkan dengan baik dan bising,
sehingga saat ini sistim ini hampir tidak dipakai lagi.
Berdasarkan aliran water cooling system, terdapat U-turn flow type mengalir dari satu sisi engine ke sisi
yang lainnya, dan cross flow type mengalir dari satu sisi ke sisi yang berlawanan. Berdasarkan arah
alirannya dapat diklasifikasikan menjadi longitudinal flowing type mengalir searah dengan arah engine
dan lateral flowing type mengalir berlawanan dengan arah engine.
Pada water-cooling system, cooling water disirkulasikan oleh water pump dari bagian paling bawah pada
water jacket ke radiator. Selama perjalanan, angin yang kencang dapat mendinginkan radiator, tetapi
ketika kendaraan berhenti atau pelan, dibutuhkan fan untuk mengalirkan udara. Air yang didinginkan
harus dikembalikan ke water jacket oleh pump. Dengan memasang thermostat antara water jacket dan
radiator untuk mendeteksi temperatur cooling water, jika cooling water mempunyai temperature terlalu
rendah, thermostat memblokir air yang melewatinya. Thermostat yang banyak digunakan adalah wax
type yang mana wax terlindungi diantara capsules, dan wax membuka dan menutup valve mengembang
o
dan mengerut karena panas. Suhu kerja thermostat adalah sekitar 85 .
2. Radiator
85
Training Material & Publication
Engine Principles
Dalam hal ini yang dimaksud Radiator adalah body radiating heat, yaitu komponen yang memancarkan
panas ke udara. disebut juga radiator, yaitu komponen yang berfungsi untuk pendingin, pada kendaraan
juga disebut radiator; disebut heat core.
Untuk meningkatkan efficiency radiator, harus dibuat penampang seluas mungkin. Umumnya,radiator
terdiri dari radiator core yang dibuat dengan menempelkan bahan metal berbentuk fins disekitar tabung
tempat cooling water mengalir dengan cara di las dan dua buah tangki berisi cooling water pada masing
masing core.
Tangki yang terpasang diatas dan bagian bawah heat core mengalirkan hot water ke tangki atas dan cold
water ke tangki bawah menggunakan prinsip convection.
Down flow type
Cross flow type
86
Training Material & Publication
Engine Principles
U-turn flow type
Tipe inilah yang paling banyak digunakan dan disebut down flow type. Ada juga cross flow type yang
mana tangkinya terletak pada samping kiri dan kanan sehingga bentuk alirannya horizontal. pada cross
flow type, ketinggian radiator dapat lebih rendah dan bentuk grill nya dapat diganti dengan bebas. akan
tetapi mempunyai flow resistan yang besar. sebagai contoh lainnya, U-turn flow type dimana radiator
core tengahnya dibagi menjadi dua bagian diatas dan bawah, dan cooling water mengalir kedalam
bagian atas dan kembali melalui core bagian bawah.
bahan pembuat tabung tersebut dan juga sirip untuk mendinginkan dengan menggunakan udara adalah
dari aluminium. untuk membuat menjadi lebih ringan lebih banyak digunakan fiber glass.
High temperature
Low temperature
Radiator dilengkapi dengan radiator cap untkuk mendukung pendinginan air. secara konvensional cap
ini hanya sebagai tutup saja sehingga cooling water dapat berhubungan langsung dengan udara luar.
sekarang, cap melindungi bagian dalam radiator yang disebut dengan pressurized radiator cap. pada
tekanan atmosphere air mendidih pada suhu 100o dan tidak akan naik. Dengan menekan cooling water,
tekananya akan naik dan titik didih air akan tinggi sehingga terjadi perbedaan temperatur luar yang besar.
sehingga dapat meningkatkan efek pendinginan
Pada pressurized radiator cap, dipasang pressure valve dan vacuum valve, ketika cooling water
berkisar antara 110- GDQ WHNDQDQ GLGDODP WLQJL PDND SUHVVXUH YDOYH DNan membuka untuk
mengeluarkan cooling water, ketika temperature rendah dan juga tekanannya, vacuum valve akan
membuka untuk mengalirkan cooling water ke radiator. sehingga tekanan cooling water akan tetap
terjaga.
87
Training Material & Publication
Engine Principles
3. Cooling of the Cylinder Head
Bagian dari engine yang paling panas adalah combustion chamber. panas pada cylinder dan cylinder
head didinginkan oleh cooling water, piston didinginkan oleh engine oil.
Panas ini akan mempengaruhi terhadap temperatur fuel mixture, combustion condition, dan temperature
exhaust gas, yang berlanjut pada performa engine. yang paling penting adalah bagaimanakah cara untuk
mendinginkan cylinder head.
Kebanyakan bagian dari kepala cylinder terbuat dari aluminum alloys karena mempunyai daya hantar
panas yang tinggi dan ringan. Temperatur pada intake port hampir sama dengan temperatur udara luar
lain halnya dengan gas yang dikeluarkan oleh exhaust port, karena pemasangannya berdekatan, maka
perbedaan temperatur ini akan mengakibatkan deformasi sehingga dibutuhkan alat untuk
menyeimbangkan suhu menjadi dingin.
Cooling water masuk kedalam cylinder head melalui water jacket yang terdapat pada cylinder block, dan
mengalir disekitar exhaust port dipanaskan oleh exhaust gas, dan kemudian dikeluarkan melalui intake
port. sehingga, perbedaan tekanan disekitar cylinder head, exhaust port dan intake port dapat
diminimalkan. hal ini memungkinkan tidak terjadinya perubahan bentuk atau kerusakan pada komponen
engine.
Temperatur pada masing masing cylinder head dalam satu cylinder sehusnya tidak berbeda jauh.
Sehingga temperature masing2 cylinder harus sesama mungkin.
Sebagai contoh, jika semua cylinder didinginkan merata dari ujung ke ujung, pada langkah selanjutnya
cylinder tidak dapat di dinginkan secara efectiv karena cooling water sudah panas. pada beberapa kasus,
cooling water didistribusikan ke masing2 cylinder pada permulaan pendinginan untuk mendinginkan
dengan rata.
Oil dapat dipakai untuk mendinginkan cylinder head. akan tetapi efek yang bisa dihasilkan hanya 20%,
selebihnya dilakukan olehcooling water.
4. Overheat
Temperatur air pada engine di tentukan oleh keseimbangan antara panas yang dihasilkan oleh engine
dan kapasitas penguapan panas dari radiator. jika pendinginnya tidak mencukupi, akan menyebabkan
air pendingin mendidih. konsekuensinya, uap air dapat keluar melalui radiator cap. hal ini disebut
dengan overheat. Jika kendaraan melaju pada saat overheat, akan mengakibatkan terjadi penurunan
performa, kemudian engine akan berhenti ( macet ).
Jika engine pada kondisi normal akan tetapi suhunya bervariasi hal ini menendakan akan terjadi overheat.
penyebabnya adalah ; jumlah udara yang melewati radiator terlalu kecil, temperatur udara yang melalui
radiator terlalu tinggi, jumlah air pendinginnya tidak mencukupi, dan yang terakhir adalah kerja engine
terlalu berat secara terus menerus.
88
Training Material & Publication
Engine Principles
Apabila bentuk kendaraan aero atau mempunyai fog lamp yang besar maka angin yang melewatinya
akan terhalangi atau saat kendaraan berjalan pada jalan yang beraspal sehingga cover radiator akan
menghindar When a car has aero parts or large fog lamp so the wind maka cooling water dapat dengan
mudah overheated. pada kejadian lain ketika fan belt tidak kencang atau rusak maka cooling water juga
akan mudah over heat karena jumlah udara yang dikirimkan ke radiator berkurang.
untuk melakukan tune up turbo engine, jika intercooler yang besar terpasang dimuka radiator, maka
akan terjadi overheted juga.
Jika pipa air sudah tua sehingga terjadi kebocoran atau belt yang memutar water pump kendor, maka
cooling water akan mudah mengalami overheated karena cooling waternya berkurang
89
Training Material & Publication
Engine Principles
Chapter 9.
Fuel System
1. Carburetor
Pada gasoline engine, carburetor atau ECM dipakai untuk mencampur udara dan bahan bakar.
kebanyakan dari engine dengan 4-cylinder menggunkan sistim ECM, hanya beberapa mesin kecil yang
menggunakan carburetor.
Carburator fuel system
Electronic fuel system
Sistim yang dipakai pada carburetor adalah spraying principle untuk mencampur gasoline dan udara.
karena itu pada venturi dibuat lubang untuk menyemprotkan fuel dan aliran udara pada venturi tinggi.
Sehingga tekanan pada lubang penyemprotan ful meningkat. Sehingga bahan bakar akan mengikuti
aliran udara dalam bentuk kabut dan mencampurnya dengan udara.
Peristiwa ini disebut dengan Venturi effect sesuai dengan nama penemunya. Untuk meningkatkan efek
ini, venturi dibuat dengan bentuk menyerong mungkin. diameter dalam ini disebut main bore size yang
mengindikasikan ukuran carburetor. dengan mendefinisikan diameter venturi yang merupakan ukuran
bore utama, jumlah bahan bakar dapat dikontrol berdasarkan pada udara yang mengalir, sehingga
perbandingan bahan bakar dan udara dapat dijaga.
Pipa untuk mensuplai bahan bakar disebut main jet (fuel spraying hole). dengan memilih jet yang tepat
sesuai dengan kondisi pengendaraan, hal ini sangat memungkinkan untuk dapat digunakan dengan rpm
90
Training Material & Publication
Engine Principles
yang bervariasi. Ketika engine berputar pada kecepatan rendah seperti saat idle, tekanan pada venturi
rendah sehingga tidak disemprotkan bahan bakar tertentu. jika engine secara tiba tiba diakselerasi,
jumlah gasolin harus lebih besar dibanding saat normal. jadi untuk mengontrol variasi ini akan tidak
mudah. untuk mengatasi masalah ini dirancang beberapa jenis carburetors. khususnya pada motor
sports, volume displacement sangat menentukan, carburetor adalah komponen yang penting untuk
meningkatkan engine performance.
Cara kerja carburetor adalah; pertama, bahan bakar dari fuel tank dimasukan kedalam floating
chamber; ketika jumlah gasoline pada float chamber berkurang kemudian pelampung turun dan bahan
bakar dari fuel tank ditambahkan. ketika pengendara menekan pedal gas, throttle valve membuka dan
aliran udara melewati bagian venturi, sehingga gsoline akan ikut keluar dari main jet.
Carburetor mempunyai struktur yang simpel sehingga biayanya lebih murah dan it has fewer defects.
Untuk engine modern yang membutuhkan adanya peningkatan emisi, efisiensi bahan bakar dan power
output, pemakaian carburetor mempunyai banyak masalah.
2. Mechanical Fuel Injecting Device
dasarnya, untuk menginjeksikan sejumlah udara dipengaruhi oleh negative pressure, pada carburetor
bahan bakar disuplai dengan cara mekanis, sehingga tidak dapat menjaga perbandingan udara dan
bahan bakar secara tetap. dibutuhkan pengontrol untuk menginjeksikan jumlah bahan bakar secara tepat
dengan menggunakan predetermined perbandingan air-fuel ratio untuk mencegah dari terbuangnya
bahan bakar dengan sia sia atau untuk meningkatkan respon engine.
dibuatlah sebuah sistim baru yang mana jumlah udara yang masuk dapat dideteksi secara langsung,
dan baha bakar disemprotkan ke intake manifold dengan mengoptimalkan air-fuel ratio menggunakan
sistim mechanical. yang disebut dengan K-jetronic diproduksi oleh Bosch.
Dibandingkan dengan carburetor, fuel injecting device menginjeksikan bahan bakar lansung ke manifold.
sehingga mempunya respon yang baik pada saat start dan pada saat acceleration dan deceleration.
Pada sistim ini kemungkinan untuk teradi vapor lock sangat susah dimana alirn bahan bakar akan
mengalami gangguan karena adanya penguapan bahan dakar ditengah fuel pipe. tidak membuat icing
yang pada carburetor disebut frozen.
keunggulan pada K-jetronic adalah dipasangnya circular plate yang disebut sensor plate didepan throttle
valve, bahan bakar dikontrol dengan langkah perubahan pembukaan dari plate ini oleh jumlah udara.
Ketika throttle valve terbuka, udara menekan sensor plate yang terpasang pada air flow meter. Pada
plate ini terpasang tuas yang terhubung suatu alat untuk mengontrol jumlah bahan bakar yang
diinjeksikan, dan bahan bakar diinjeksikan ke fuel injecting device dengan memberikan respon ke plate
pengoperasian.
Sebagai alat untuk menggantikan carburetor, K-jetronic mempunyai reliance yang lebih baik. walaupun
pada waktu tertentu menginjeksikan bahan bakar sama seperti carburetor dan mengontrol bahan bakar
dengan cara mekanis. sehingga susah untuk bisa mengontrol campuran dengan tepat.
Pada beberapa kasus, dengan menerima ECM sebagai bagian dari sistim KE-jetronic dibuat untuk
menutupi kelemahannya. akan tetapi selangkah demi selangkah sistim ECM penuh akan menggantikan
sistim mekanis, untuk mengatur exhaust gas dan meningkatkan fuel efficiency.
3. Electrical Fuel Injection System
Bagian utama pada sistim electrical fuel injecting adalah komponen yang menginjeksikan bahanbakar
dengan jumlah yang sesuai untuk menghasikan campuran yang tepat dengan mengukur jumlah udara
yang masuk. sistim ini terusun oleh komponen untuk mengukur jumlah udara, komponen yang
menginjeksikan bahan bakar, dan komponen untuk mengontrol pengoperasian sistim ini.
91
Training Material & Publication
Engine Principles
komponen penginjeksian bahan bakar yang tepat, K-jetronic, penggunaan sensor plate sebagai alat
untuk mendeteksi jumlah udara, dan penerus pergerakan sensor ke valve untuk mengontrol suplay
bahan bakar. Contrarirly pada electrical fuel injecting system jumlah udara yang diukur oleh air flow
sensor dikirimkan ke computer berbentuk electric signal untuk menetukan jumlah bahan bakar yang
dihasilkan oleh sensor untuk mengetahui kondisi engine. dengan menggunakan perangkat ini, sangat
dimungkinkan sekali bisa mengotrol perbandingan udara dan bahan bakar dengan tepat.
bentuk fuel injector berbeda beda tergantung pada pembuatnya dan jenis engine yang memakainya.
kecuali air flow sensor, hampir semuanya sama. disini kita akan menjelaskan mengenai mass air flow
type menggunakan air flow meter sebagai air flow sensor.
Udara yang tersaring oleh air cleaner jumlahnya akan diukur pada air flow meter, dan dimasukan
kedalam surge tank (intake collector) melalui throttle body termasuk throttle valve yang terhubung pada
pedal gas. kemudian udara ini didistribusikan ke intake manifold untuk masing masing cylinder,
dimasukan ke dalam cylinder dan dengan bahan bakar yang diinjeksikan oleh fuel injecting valve
(injector) ke manifold atau intake port.
Pada saat ini, pengontrolnya akan menentukan jumlah bahan bakar untuk mengoptimalkan driving status
dan running condition. pengontrol ini disebut ECM, Electronic Control Module. Driving status adalah
electrical signal dari water temperature sensor, intake air temperature sensor, dan throttle position
sensor, dan running condition adalah signal dari speed sensor dan signal yang mengindikasikan kondisi
udara saat kerja. signals tersebut dikirim ke ECM.
dengan menyimpan data berdasar pada kombinasi singnal tersebut dan metode pengontrolan yang
mengindikasikan berapa jumlah bahan bakar yang harus di injeksikan sesuai dengan kombinasi tersebut
ke Komputer dalam ECM, computer dapat memasukan jumlah bahan bakar berdasarkan pada
pengoperasin pedal gas, dari injektor.
4. Fuel Supplying System
Gasoline, fuel, tertampung pada fuel tank dan dikirimkan ke injector setelah terbebas dari debu dan air
yang dilakukan oleh filter.
Fuel tank terbuat dari baja galvanized sehingga terhindar dari karat juga digunakan plastic tank. untuk
menghindari terkumpulnya bahan b akar pada satu sisi dipasang pembatas, disebut separator, dan
dipasang level gauge.
Fuel pump jenisnya bervariasi, Carburetor menggunakan pompa mekanis, ECM system menggunakan
electrical pump dengan motor listrik.
92
Training Material & Publication
Engine Principles
Regulator, pengontrol tekanan, terpasang untuk mengirimkan bahan bakar setelah dikontrol tekanannya
sesuai dengan tekanan tertentu.
93
Training Material & Publication
Engine Principles
Untuk menginjeksikan bahan bakar digunakan injector. Injector mempunyai needle valve menutup
nozzle sehingg katup terbuka oleh arus listrik yang mengalir ke solenoid untuk menginjeksikan bensin.
Dalam metode penginjeksian, ada metode single point injection (SPI)menginjeksikan bensin ke titik
pertemuan manifold, dan Multi Point Injection (MPI) menginjeksikan bensin ke masing masing manifold
pada tiap tiap cylinder. pada sistim SPI injektornya bertempat sama seperti yang dimiliki carburetor,
akan tetapi campuran yang dihasilkan lebih efective jika dibandingkan dengan carburetor.
Berdasakan pada waktu penginjeksian MPI dapat diklasifikasikan menjadi point injection, group injection
dan bank injection. pada masinb masing manifold terdapat injector. Point injection melakukan
penginjeksikan pada langkah intake masing masing cylinder tergantung pada putaran engine. Group
injection melakukana penginjeksian ke beberapa cylinder yang mempunyai langkah intake sequential
Pada point injection tentunya dapat menginjeksikan bahan bakar lebih dengan waktu dan jumlah yang
lebih optimal. akan tetapi wiring yang dipakai untuk pengoperasiannya lebih rumit. Sehingga pada
beberapa kendaraan komersial lebih banyak menggunakan group injection.
sederhananya group injection adalah bank injection. pada angkah intake dan combution saat piston
bergerak turun, bahan bakar yang ibutuhkan diinjeksikan setelah dibagi menjadi dua kali balik dan
dimasukan kedalam cylinder setelah diambil dari langkah intake. berdasarkan pada susunannya yang
sederhana tersebut membuat efisiensi bahan bakar lebih terjamin. sehingga metode ini lebih banyak
dipakai pada kendaraan bensin.
94
Training Material & Publication
Engine Principles
Chapter 10.
Ignition System
1. Point type Ignition
Ignition system adalah sistim untuk membakar campuran bahan bakar yang terkompresi pada ruang
bakar memercikan bunga api dengan spark plug.
ketika kutup positif dan negatif battery di shortkan akan terjadi percikan. akan tetapi bunga api yang
dihasilkan lemah untuk bisa membakar campurn bahan baka dan udara. karena itu voltasinya harus
dinaikan hingga lebih dari 10,000- 9,JQLWLRQV\VWHPWHUGLULGDULNRPSRQHQ\DQJEHUIXQJVLXQWXN
menaikan tegangan, alat untuk mendistribusikan waktu pengapian dan beberaapa spark plug.
Untuk meningkatkan tegangan, dipakai ignition coil, electric inducer. Ignition coil tersusun oleh inti besi
(iron core) berbentuk rod, kumparan sekunder terbuat dari kawat tembaga tipis yang digulung 20.000 30.000 yang berdiameter 0.5 -1mm sebanyak . . . lilitan melalui secondary coil. ketika arus mengalir
melalui primary coil, inti besi akan menghasilkan elektromagnet. dan ketika arus pada primari coil
diputuskan terjadi induksi untuk menaikan tegangan pada secondary coil.
Pada distributor terdapat komponen untuk mengontrol aliran arus pada primari coil dan dibagian cam
nya terdapat bagian yang menonjol sesuai dengan jumlah cylinder ketika cam ini menekan arm dengan
cara berputar, titik yang terpasang didepan arm akan membuka untuk memutus arus pada primary coil
(contact breaker). Dan pada distributor juga terdapat komponen untuk mendistribusikan tegangan yang
dinaikan pada secondary coil ke masing masing plugs.
Pada cam contact breaker, ditambahkan komponen untuk mengontrol ignition timing pada berbagai
variasi kecepatan engine untuk mengirimkan tagangan tinggi ke spark plug tepat pada waktunya. Yang
terpasang pada ujung cam yang berkecepatan putaran sama, dimana cam berputar ½ putaran rpm
engine untuk mencocokan ignition timing dari plug. Tambahan komponen ini akan dijelaskan kemudian
pada Ignition Timing secara detail.
Setelah itu, high voltage dihasilkan oleh ignition coil dan dikirimkan ke masing masing spark plug melalui
Hihg-Tension Cord.
Sistim ini disebut dengan contacting atau point type. Jika pengendalian contact breaker menggunakan
transistor, disebut full transistor type. Untuk masa yang akan datang dikembangkan sistem
penggendalian distributor menggunakan computer pada pengapian distributor-less.
2. Full Transistor type Ignition
Pada sistim pengapian point type, untuk memutuskan arusnya digunakan cam, dan tegangan tinggi
diinduksikan pada secondary coil ketika arus pada primary coil terputus. Kesamaannya, ketika switch off,
percikan kecil yang tidak diinginkan akan terjadi pada kontak point. Sama seperti mechanical inertia, arus
listrik mempunyai inertia. Percikan ini dapat dihindari dengan cara memasukan condenser diantara
ignition circuit.
Selanjutnya, kontak point akan terbakar atau tidak bekerja dengan baik pada kecepatan tinggi. Oleh
karena itu, untuk menstabilkan arus pada primary coil, dibuat mekanikal point menggunakan transistor.
Dikarenakan transistornya bervariasi, maka metode penerapannyapun berbeda beda. Ketika digunakan
sebagai switch, digunakan transistor tipe NPN. Terdiri dari base dengan tipe P semiconductor dan dua
tipe N semiconductors pada masing masing sisi, satu sebagai collector, dan yang lainnya emitter.
Pada kondisi normal transistor tipe NPN arus dari emitter tidak di teruskan ke collector. Tetapi jika ada
arus kecil (base current) di berikan diantara emitter dan base, kemudian terjadi amplified current sebagai
imbas dari emitter ke collector. Dengan karakteristik yang demikian itu dapat digunakan sebagai switch.
Untuk mendeteksi ignition timing pada cam dan kontact point dalam distributor dipasang signal
95
Training Material & Publication
Engine Principles
generator, electrical signal dikirimkan ke igniter termasuk transistor. Kemudian base current dibuat
berdasarkan signal generator diberikan ke emitter dan base, dan kemudian amplified current dihasilkan
dari emitter ke collector. Menggunakan current amplifying ini, intermittent current diberikan ke primary coil,
sehingga tegangan tinggi dapat dihasilkan di secondary coil.
Signal generator terdiri dari dengan beberapa bagian yang menonjol sejumlah cylinder, permanent
magnet, dan pick-up coil mendeteksi perubahan magnetic flux. Sebagai signal rotor berputar dengan
kecepatan 1/2 kecepatan engine speed, bagian yang menonjol melewati gap antara pick-up coil dan
permanent magnet berdasarkan pada ignition timing. Magnetic flux yang dihasilkan oleh permanent
magnet akan berubah, sehingga aliran induksi arus akan mengalir di coil. Arus ini digunakan sebagai
base current dari transistor. Sehingga masalah dari contact breaker dapat diatasi.
3. Distributor-less Ignition
Pada ignition system dengan full transistor, arus pada primary coil berubah karena adanya signal
generator dan transistor, ketika arus sekunder dinaikan dan didistribusikan oleh beberapa komponen
yang dipakai pada point ignition system. Pada distributor-less ignition system ignition timing dimajukan
oleh computer menggunakan electrical signal dari sensor untuk ignition timing, dan ignition dilakukan
dengan menggunakan secondary current yang dihasilkan oleh ignition coil yang terpasang didekat
ignition coil.
Keutamaan dari ignition device ini adalah high-tension cable yang menghubungkan ignition coil – the
distributor – the spark plug. Kabel yang dibutuhkan hanya berukuran pendek karena hanya untuk
menghubungkan spark plug dan coil yang letaknya berdekatan atau kabel ini tidak dibutuhkan untuk
kegunaan yang lainnya, masalah gelombang electromagnetic, pengaruh dari tegangan tinggi high-tension
cable atau kesalahan ignition dari electrical resistance cable dapat dihindarkan. Kesimpulannya electrical
advance device lebih compact dibandingkan mechanical.
Inductive type crankshaft position sensor
96
Training Material & Publication
Engine Principles
Optical type crankshaft position sensor
Sensor untuk menentukan ignition timing, crankshaft position sensor atau camshaft position
sensor, tipe pertama terdiri dari timing rotor yang dikendalikan oleh camshaft dan mendeteksi
posisi rotor electric. Tipe yang lainnya terdiri dari LED yang terpasang pada rotor blade
dikendalikan oleh camshaft dan photo diode untuk menentukan ignition timing.
Pada ignition method, terdapat individual ignition method dan bank ignition method.
Individual ignition system
97
Training Material & Publication
Engine Principles
Bank ignition system
Individual ignition methode, ignition coil terpasang pada masing masing cylinder untuk
membakar secara berantai tergantung pada order yang ditentukan oleh ECM. Pada bank
ignition method, terjadi percikan pada dua cylinder pada waktu yang bersamaan dengan satu
ignition coil. Ketika itu, satu cylinder berada dalam langkah compression dan cylinder yang lain
pada langkah exhaust. Percikan bunga api pada langkah compressi lebih efektiv dipakai, akan
tetapi pada langkh buang tidak berarti. Pada metode ini, jumlah transistor dan coil adalah
setengahnya jumlah yang ada pada individual ignition method, sehingga biayanya lebih murah.
4. Spark Plug
Spark plug memercikan bunga api untuk membakar campuran bahan bakar yang sudah
terkompresi sesuai dengan spark arc karena tegangan tinggi yang dihasilkan dari ignition coil.
pertama kali ketika spark plug bersentuhan dengan bahan bakar temperaturnya sama dengan
temperatur diuar pada intake stroke, Setelah itu, bersentuhan dengan ekhaust gas lebih dari
2000 dan menghasilkan tegangn tinggi sebesar 20,000V. maka dari itu komponen ini hampir
bisa beroperasi disemua kondisi.
Spark plug dipakai untuk segala jenis model mesin, dan dibuat dengan standar internasional.
jenis nya dibedakan berdasarkan pada ukuran, bentuk, performa dan characteristic (khususnya,
karakter panasnya). untuk membedakannya digunakan alpha numerical indicator. untuk
mengindikasikan dari pembuat yang berbeda, sehingga dibutuhkan kehati hatian dalam
penggantiannya. pada dasarnya, spark plug ukurannya diklasifikasikan kedalam 14mm, 12mm,
dan 10mm tergantung pada ukuran baut yang menempel padanya. untuk membuat
pembakaran menjadi kompak, lebih baik menggunakan ukuran plug yang keci. akan tetapi,
98
Training Material & Publication
Engine Principles
semakin kecil ukurannya semakin mudah terpengaruh panas. sehingga untuk menetukan spark
plug yang akan digunakan perlu diketahui terlebih dahulu temperatur engine nya.
Selama pengoperasiannya spark plug dipengaruhi oleh temperatur yang bervariasi. yang paing
banyak adalah oleh jumlah bahan bakar yang terbaka pada proses pembakaran setiap saat.
ketika kecepatan engine tinggi maka temperatur plug juga akan tinggi. walaupun dalam kondisi
yang sama, temperaturnya akan ber beda tergantung pada heat range dari plug.
Heat range adalah kemampuan meradiasikan panas oleh busi yang berasal dari chamber. Busi
yang akan mudah teradiasi panas, mempuyai heat range yang tinggi. pada racing engine,
dipakai busi type dingin karena lebih banyak meradiasikan panas untuk mencegah naiknya
temperatur dengan mudah. sebaliknya pada engine yang biasa dipakai unutuk kecepatan
rendah dipakai busi type panas dimana busi ini akan sedikit meradiasikan panas, sehingga
akan menahan panas untuk mencegah pendinginan dengan mudah.
Nilai panas suatu busi ditandai dengan tulisan pada busi itu sendiri. tergantung pada
perusahaan pembuatnya. dalam pemakaiannya harus dipilih sesuai dengan standarnya. jika
busi yang dipakai tidak sesuai dengan jenis engine nya sebagai contoh jika dipakai untuk
temperatur rendah maka akan terjadi kerak karbon pada bagian ujung plug, shingga tidak bisa
bekerja. jika untuk temperatur yang sangat tinggi maka campuran bahan bakar akan meledak
sebelum ignition, dengan demikiana akan terjadi pre-ignition.
99
Training Material & Publication
Engine Principles
Chapter 11.
Combustion and Combustion Chamber
1. Combustion Process
Untuk memperoleh output yang tinggi dan meningkatkan efisiensi bahan bakar, maka hal yang
terpenting adalah membakar campuran bahan bakar dan udara tepat dan secepat mungkin
sementara proses pembakaran. untuk itu, untuk meningkatan performa engine sama dengan
mempelajari hubungan antara combustion dan mempelajari bagaimana untuk meninkatkan
efisiensi bahan bakar.
pencampuran fuel dan udara dilakukan oleh carburetor dan injector pertama, dimasukan
kedalam cilynder melalui intake valve dengan aliran memutar. kemudian dikompresikan oleh
piston yang bergerak naik dari BDC (botton dead center). pada saat ini bahan bakar yang
berbentuk kabut akan diubah menjadi uap oleh panas dari dinding ruang bakar dan tambahan
kopresi, dan aliran yang kuat dari campuran bahan bakar. beberapa bagian berubah menjadi
gas yang terbakar.
Ketika api diberikan ke gas dengan temperatur tinggi, kemudian diantara lectroda dan busi
terbentuk titik api. titik api ini membakar gas yang bertemperatur tinggi karena reaksi gas bahan
bakar dan oxygen di udara
.
gas yang terbakar ini dengan singkat memanaskan campuran disekitarnya. campuran lainnya
disekitar reaksi inti dengan oxygen akan beruhan menjadi gas terbakar yang besar karena
panas tersebut. dalam waktu yang singkat, proses ini akan menyebar ke semua campuran
sehingga berubah menjadi gas yang terbakar. inilah proses pembakaran campuran bahan
100
Training Material & Publication
Engine Principles
bakar.
waktu yang di butuhkan untuk melakukan pengapian hanya 2/1000 detik (2 milli seconds: ms),
jika temperatur disekitar inti pembakaran rendah atau inti apinya tertiup oleh aliran dari
campuran bahan bakar maka campuran tersebut tidak dapat terbakar. peristiwa ini disebut
dengan misfire.
pada proses pembakaran, perbatasan antara gas yang terbakar dengan gas yang terbakar
disebut flame surface. kecepatan meluasnya flame surface disebut flame velocity. Flame
velocity sama dengan kecepatan mencampur bahan bakar yang mana kecepatan
pembakarannya diengaruhi oleh statistic fuel gas, kecepatan expansion adalah merupaka
kecepatan meluasnya gas karena panas pembakaran, dan kecepatan aliran gas.
Kecepatan pembakaran berubah ubah tergantung pada perbandingan bahan bakar dan udara
berapa banyakkah nilai bahan bakar dan udara paca campuran tersebut. Tetapi perubahan ini
sangatlah lambat yaitu hanya beberapa cm per detik, ketika penambahan gas expansion
velocity dan flow velocity pada combustion velocity, flame velocity-nya kira kira 15 P SHU
detik, meskipun bisa mencapai 30m per detik. Karena itu aliran campuran bahan bakar dinilai
sangat penting.
2. Air-fuel ratio and Flame Velocity
Untuk meningkatkan perform engine, flame velocity-nya harus cepat dan jumlah enerbgi panas
yang akan dirubah menjadi energi kinetik haruus sebesar mungkin.
Flame velocity ditentuksn oleh tiga faktor utama termasuk dsidalamnya combustion velocity, gas
expansion velocity, dan mixture flow velocity. untuk membakar campuran bahan bakar dengan
cepat harus diusahakan pada kondisi terbaik.
Selain berdasarkan pada combustion velocity dan gas expansion velocity, flame velocity juga
dipengaruhi oleh mixture ratio antara fuel dan udara dan temperature dan tekanan mixture.
Temperature dan tekanan dipengaruhi oleh temperature ruang bakar dan compression ratio.
untuk mengetahui temperature dan tekanan sangatlah rumit maka dalam hal ini kita
mengasumsikan kondisinya konstan. kita fokuskan pada komponen bahan bakar dan
perbandingaan campurannya.
Gasoline adalah cairan yang terdiri dari atom karbon sebanyak 4
101
GDODPPDWDUDQWDLGDQ
Training Material & Publication
Engine Principles
berbagai macam molecules termasuk atom hydrogen. Jika perbandingan komponennya
berubah atau ditambahkan material untuk meningkatkan pembakaran, maka combustion
velocity dan gas expansion velocity seharusnya lebih cepat.
Yang dimaksud dengan mixing ratio adalah besarnya jumlah campuran fuel dan udara. yang
bisa mempengaruhi combustion velocity. sehingga hal ini dipengaruhi oleh tiga komponen yaitu
air-fuel ratio (or A/F ratio), excess air ratio, dan equivalency ratio.
Air-fuel ratio adalah nilai dari perhitungan berat udara yang masuk kedalam campuran di bagi
dengan berat bahan bakar yang dimasukan kedalam campuran atau disingkat A/F ratio.
Ketika udara dan bahan bakar dicampurkan, A/F ratio untuk melakukan pembakaran dengan
sempurna secara teori disebut theoretic A/F ratio, untuk bahan bakar secara regular nilainya
adalah sekitar 14.7.
A/F ratio secara aktual adalah kurang dari theoretic A/F ratio, jumlah gasoline lebih besar
dibanding dengan theoretic A/F ratio sehingga diindikasikan (campuran Gemuk) kebalikan dari
itu disebut (campuran Kurus
Untuk membakar campuran dengan sempurna dan untuk memperoleh flame velocity yang
cepat, A/F ratio harus sedikit lebih kecil dari theoretic A/F ratio, yaitu sekitar 13.514. Ini berarti
bahwa jika fuel-nya sedikit lebih banyak dari udara, pembakarannya akan sempurna.
Combustion velocity mempunyai nilai maximum pada A/F ratio 12.13, dengan jumlah gasoline
lebih banyak.
Karena itu, pada A/F Ratio 12.13, engine power output akan maximum. Sebaliknya, output akan
berkurang. Dari segi konsumsi bahan bakarnya, konsumsi bahan bakarnya akan mencapai
minimum kira kira pada A/F ratio 16, pada saat itu, campurannya sedikit kurus sehingga fuel
efisiensinya paling baik. Setelah pembakaran, jika oksigen tidak tersisakan maka, gasoline tidak
terbakar dengan sempurna.
3. Ignition Timing
Ignition timing adalah ketika campuran terbakar, pada saat itu tepat saat spark plung
mengeluarkan percikan api. Umumnya, saat yang paling tepat terjadi saat campuran bahan
bakar terkompresi dengan penuh, piston mecapai TDC (top dead center). Tetapi, hal ini terlalu
lambat. Alasannya adalah combustion velocity dari campuran bahan bakar diubah menjadi gas
flow velocity. Saat kecepatan engine meningkat, aliran gas akan lebih cepat dan cepat. Karena
itu, flame velocity akan lebih cepat. Sehingga untuk melakukan pengapian saat piston berada
pada titik tertinggi menjadi lambat. Saat yang paling tepat adalah saat piston hampir mendekati
titik tertinggi, ketika luas flame surface hampir setengah ruang bakar.
Ignition timing ditunjukan oleh sudut perputaran crankshaft pada saat piston mencapai TDC.
Jika ignition timing diset pada 40 - 30° before TDC, maka combustion chamber mempunyai
tekanan maksimum pada 15 - 20° after TDC.
Jika ignition timing terlalu awal, maka pembakaran terjasi sebelum piston mencapai titik paling
tinggi. Dalam hal ini gaya yang ditimbulkan oleh pembakaran akan menekan piston yang
bergerak keatas, sehingga gaya tersebut akan berkurang. Jika ignition timing terlalu lambat,
102
Training Material & Publication
Engine Principles
maka gaya dari pembakaran ini akan menekan piston yang bergerak turun. Sehingga gaya dari
pembakaran ini tidak bekerja dengan effectiv.
Kecepatan flame velocity sama dengan kecepatan engine, maka ignition timing harus
disesuaikan dengan engine speed untuk memaksimalkan tekanan ruang bakar pada piston
pada posisi TDC. Pengoperasian ini tujuannya untuk memajukan ignition dengan
mempertimbangakan sudut perputaran crankshaft, sehingga hal ini disebut advance angle.
Sistim yang dipakai untuk memajukan sudut ini adalah secara mechanical dan electrical. Pada
mechanical komponen untuk memajukan ignition dipasang diantara distributors untuk
meneruskan arus ke spark plug. Dengan mendeteksi kecepatan engine secara mekanik, waktu
untuk memberikan pengapian dikontrol berdasarkan pada engine speed untuk memajukan
ignition timing pada spark plug. Sebagai contoh, pada vacuum advance angle, untuk
memajukan pengapian dilakukan dengan menyeimbangkan tekanan negatif dari komponen ini
ke carburetor dengan sebuah pipa memanfaatkan tekanan negatif pada intake port yang akan
meningkat sesuai dengan kecepatan engine.
Pada Electrical advance angle device engine speed dan negative pressure dideteksi oleh
sensor, dan waktu pengapian yang tepat ditentukan oleh computer.
4. Swirl Effect
Apabila flame velocity cepat, maka akan banyak energi panas dapat dirubah menjadi energi
kinetik. Idealnya, campuran bahan bakar dapat meledak ketika piston baru saja melewati titik
paling tinggi untuk meneruskan expansion force dari gas yang terbakar ke piston lebih efektif.
Untuk melakukan pembakaran penuh, crankshaft berputar 40-60° putaran. Sehingga keadaan
sesungguhnya berbeda dengan keadaan idealnya.
Untuk memastikan pembakaran berlangsung cepat, gasoline harus dicampur dengan udara
dengan tepat sehingga memungkinkan terjadi reaksi antara hydrogen carbon dan oxygen.
Untuk itu, partikel gasoline dari injector harus sekecil mungkin dan mudah menguap. Dan
lubang injektor harus menghadap intake valve sehingga partikel gasoline tidak menempel pada
dinding intake port. Untuk beberapa engine racing, pada masing masing cylinder dipasang dua
injektor.
Selain itu, untuk membuat flame velocity cepat, flow velocity dari gas harus cepat. Ketika
engine berputar pada kecepatan rendah, flow velocity dari campuran bahan bakar dan udara
adalah elemen yang terpenting. Ketika engine berputar pada kecdepatan tinggi, aliran
campuran terlalu tinggi, sehingga campurannya baik dan flame velocity cukup cepat. Tetapi,
ketika kecepatan engine mulai dikurangi, kecepatan piston turun dengan pelan sehingga flow
velocity dari campuran bahan bakar dan udara rendah dan kabut gasoline dalam campuran
tidak dapat menguap dengan mudah
103
Training Material & Publication
Engine Principles
.
Karena itu dilakukan beberapa penelitian dan pengembangan arah intake port, untuk
mengurangi ukuran intake port dan untuk menggunakan dua intake port yang mana salah satu
intake port akan tertutup ketika engine bekerja pada kecepatan rendah, untuk memperoleh
campuran fuel dan udara yang cukup. Putaran aliran dibedakan menjadi berputar secara
horizontal dan bergulung-gulung secara vertikal.
Hal terpenting pada aliran yang bergulung adalah aliran tersebut harus tetap ada pada intake
stroke juga harus lebih kuat pada langkah ignition-combustion.
Swirl
Tumble
Sehingga, dibuat gap yang kecil antara bagian terjauh dari plug dan titik mahkota piston yang
disebut squish area, untuk menghembuskan campuran ketika piston berada mendekati titik
tertinggi.
5. Knocking
104
Training Material & Publication
Engine Principles
Meskipun ini jarang terjadi akhir akhir ini, yaitu ketika engine menimbulkan noise pada saat
akselerasi pada beban yang tinggi.
Knocking yang khas ini terjadi karena pembakaran yang terjadi tidak berasal dari inti pengapian
spark plug dan dari expansion flame surface, tetapi dari pembakaran awal campuran bahan
bakar pada ujung bagian yang akhirnya akan terbakar.
Karena flame surface adalah sebuah pembatas, yang didalamnya terisi dengan gas yang
terbakar dan diluarnya terisi dengan gas yang belum terbakar. Karena itu pembakaran berawal
dari flame surface. Sebelum mencapai flame surface, gas yang belum terbakar akan terbakar
sendiri karena tekanan dari gas expansion. Gas ini bersama dengan tekanan tinggi dan
temperatur tinggi mengetuk cylinder head dan piston, sehingga engine mengalami kerusakan
yang berbahaya. Knocking terjadi sekali saja kemudian piston dan cylinder bertemperatur tinggi
yang tidak normal, sehingga knocking yang berkelanjutan dapat dengan mudah terjadi kembali.
Karena itu knocking terjadi pada ujung combusting chamber, bore akan membesar karena
SHORT STROKE dan hal ini mudah terjadi pada engine yang mempunyai jarak penyebaran api
yang jauh. Karena itu pada mesin moderen dilengkapi dengan spark plug khususnya center
plug, pada tengah ruang bakar atau dengan squish area untuk meningkatkan aliran bahan
bakar dengan membuat ujungnya miring
.
Akhir akhir ini pada kebanyakan kendaraan tidak terjadi knocking selama pengendaraan lagi.
Engine dibuat terhindar dari knocking.
Dengan kata lain, terjadi penelitian untuk meningkatkan performa engine dengan menggunakan
knocking. Knocking, pada pertama kali ditemukan, terjadi pada kecepatan engine rendah
dimana pembakaran yang terjadi ketinggalan dari pembakaran abnormal. Umumnya, terjadi
105
Training Material & Publication
Engine Principles
pada saat ignition timing maju ketika perbandingan kompresi meningkat atau flame velocity
tinggi. Karena itu, dengan mendeteksi knocking, jika engine bekerja dengan waktu pengapian
maju maksimum akan didapatkan pembakaran yang paling sempurna.
6. Abnormal Combustion
Semua pembakaran yang berbeda dengan pembakaran normal dimana pembakaran dimulai
dari spark plug dan merambat ke seluruh ruang bakar disebut abnormal combustions. Knocking
adalah sebagai contoh yang jelas. Selain itu juga masih terdapat beberapa tipe abnormal
combustions..
• PRE-IGNITION & POST-IGNITION
Arti kata PRE adalah sebelum dan POST adalah sesudah, ignition berarti bahwa pembakaran
bisa terjadi karena api yang lain sebelum atau sesudah normal ignition terjadi. PRE-IGNITION
terjadi pada langkah compression karena beberapa alasan seperti terdapatnya kerak carbon
yang menempel pada plug, dinding ruang bakar, piston atau valves. POST-IGNITION adalah
bahan bakar tidak terbakar pada saat normal flame karena misfire, gas yang tidak terbakar ini
akan terbakar pada langkah combustion. Kedua duanya sangat mirip dengan knocking,
sehingga dapat mempengaruhi komponen disekitarnya.
• RUN ON
Disebut juga dieseling, peristiwa ini terjadi ketika engine tetap bekerja walaupun ignition
switch sudah mati. Sangat mirip dengan PRE-IGNITION, kerak karbon bekerja sebagai inti
pengapian. Hal ini umumnya terjadi ketika keadaan kunci off dan overheat pada carburetor
engine. Nama ini diambil dari mesin diesel yang melakukan pembakaran tanpa ignition.
• AFTER FIRE
Juga disebut dengan AFTER BURN. Terjadi karena gas yang tidak terbakar dengan
sempurna meledak pada sistim exhaust dengan menimbulkan suara yang keras. Ketika
accelerator diputar membuka atau menutup secapa tiba tiba, sisa bahanbakar dikeluarkan ke
ruang bakar dan kemudian campuran bahan bakar yang tidak sempurna terbakar meledak
pada catalyst converter atau pada muffler. Hal ini dapat mengakibatkan kerusakan pada
exhaust system.
106
Training Material & Publication
Engine Principles
• BACK FIRE
Pada saat gas yang terbakar dikeluarkan pada langkah buang, ada beberapa jumlag gas
yang kembali. Gas dengan temperatur yang tinggi membakar campuran udara/bahan
bakarpada langkah awal intake. Pada beberapa kasus, api dapat mencapai ke air cleaner.
Hal ini biasanya terjadi pada sistim carburetor.
Beberapa abnormal combustion ini jarang terjadi pada pengendaraan normal, akan tetapi,
berhati hatilah dalam memelihara engine.
7. Shape of Combustion Chamber
Berdasarkan pada metode pembakarannya, performa dari mesin akan berbeda. Kemudian,
bentuk dari ruang bakar yang manakah yang paling cocok untuk memperoleh performa engine
terbaik.
Mungkin hal ini benar bahwa faster flame velocity adalah hal terbaik untuk meningkatkan
engine output. Dengan gasoline dan A/F ratio yang sama, kita dapat mempertimbangkan lima
hal yang mempengaruhi engine power.
•Jumlah bahan bakar yang masuk kedalam campuran harus banyak. (semakin banyak bahan
bakar semakin panas)
107
Training Material & Publication
Engine Principles
• aliran bahan bakar dilakukan sebelum pengapian terjasi.
(Lebih cepat lebih baik, akan tetapi kalau terlalu cepat menyebabkan misfire)
• Ignition plug harus dipasang ditengah ruang bkar (untuk memastikan pembakaran bisa
berlangsung cepat)
•Tekanan kompresi yang dihasilkan harus setinggi mungkin ( dengan komprresi yang tinggi
akan dihasilkan efficiency yang baik )
•Ruang bakar harus berukuran tepat untuk menghindari kehilangan panas.
(Untuk memastikan perubahan energi panas menjadi energi kinetik)
108
Training Material & Publication
Engine Principles
Pertama kali, perhatikan jumlah campuran bahan bakar yang masuk piont 1, hal ini dirtentukan
oleh sudut pemasangan, jumlah, ukuran, bentuk dan ketinggian pengangkatan intake valve. Hal
ini akan dijelaskan dalam bagian intake-exhaust secara detail.
Pada aliran campuran bahan bakar point 2, disini, point yang terpenting adalah bagaimana
campuran bahan bakar dimasukan kedalam cylinder. Meskipun alirannya baik, jika bentuk dari
valve bagian dalam dan ujung piston rumit, maka gas tidak akan menyebar dengan halus,
sehingga bentuknya harus sesimpel mungkin.
Posisi plug pada point 3, adalah ditentukan oleh jumlahnya dan posisi dari intake-exhaust
valves. Pada akhir akhir ini banyak digunakan di 4-valve engine, plug idealnya harus dipasang
pada tengah combustion chamber.
Untuk tekanan kompresi pada point 4, adalah tekanan yang tinggi, pembakaran akan
berlangsung cepat karena temperature dan tekanan ruang bakar tinggi tepat sebelum ignition.
Akan tetapi jika pembakarannya terlalu cepat, maka pembakarannya tidak normal. Sehingga
ruang bakar dapat mengalami kerusakan karena pembakaran yang tidak normal ini sebagai
contoh nya knocking.
Untuk menjaga panas tidak hilang dengan mudah seperti pada point 5, dengan
mempertimbangakan ruang bakar yang besar, panas akan hilang ketika ledakan gas menekan
piston dengan tekanan yang tinggi, maka energi panas yang dirubah menjadi energi dorong
akan hilang. Dengan volume ruang bakar yang sama, permukaan dalam ruang bakar lebih kecil,
panas yang berubah akan lebih tinggi.
Karena itu, perbandingan antara permukaan dan volume ruang bakar disebut S/V ratio, maka
perbandingan ini menggambarkan effisiensi pembakaran. S/V ratio yang kecil akan lebih baik
untuk mendapatkan combustion efficiency.
8. Intake-Exhaust Valve & Combustion Chamber
untuk memperoleh volume efficiency yang lebih baik, dibutuhkan jumlah udara yang lebih
109
Training Material & Publication
Engine Principles
banyak, dan aliran yang masuk atau keluar dibuat sehalus mungkin. Bentuk dan ukuran intake
port juga penting sebagaimana sudut pemasangannya, diameter dan jumlah valves harus tepat
untuk meningkatkan volume efficiency.
Diameter valve yang besar lebih baik. Jika valve terlalu besar, akan berat sehingga akan
menimbulkan gaya inertia yang besar saat membuka dan menutup. Karena itu akan
menghambat engine berputar dengan kecepatan tinggi. Ukuran valve harus dioptimalkan. Pada
4-valve engine banyak menggunakan dua set intake-exhaust valve daripada 2-valve engine
dengan satu set intake-exhaust valve.
Three-valve engine dengan dua intake valves dan satu exhaust valve sudah diperkenalkan.
Tetapi plug tidak terpasang pada tengah chamber, dan exhaust valve nya terlalu besar
sehingga sistim dengan dua intake valve lebih jelak dibanding dengan sistim yang
menggunakan 4 valve.
Tipe ruang bakar dari 4-valve engine adalah PENT ROOF type dengan cylinder head
berbentuk roof dan Poly-spherical type dengan lingkaran yang bertumpuk. Pada masing
masing tipe, sepasang intake-exhaust valve saling berhadapan, dan spark plug terletak
ditengah. Hal ini memenuhi persyaratan untuk mendapatkan volume efficiency yang baik.
Big valve angle
Small valve angle
Valve inclined angle adalah sudut dari intake-exhaust valve terhadap garis tengah cylinder.
Valve angle adalah sudut antara garis tengah dengan masing masing valve. Sudut ini akan
mempengaruhi terhadap bentuk ruang bakar, S/V ratio, compression ratio, dan bentuk
intake-exhaust ports. Jika valve angle terlalu besar. Maka diameter valve dapat dibuat lebih
lebar, dan intake-exhaust gas akan mengalir lebih halus. Tetapi ruang bakar juga harus dibuat
besar juga, sehingga kesalahan tekanan kompreai akan berkurang, dan S/V ratio menjadi besar.
Pada tipe engine yang baru memiliki ruang bakar yang lebih kompak dengan valve angle lebih
kecil dari sebelumnya.
Pada five-valve engine terdapat tiga intake valves dan dua exhaust valves untuk performa
tinggi dengan memperbesar cross area dari valve dan valve yang lebih ringan. Akan tetapi
mempunyai ruang bakar yang rumit sehingga mempunyai S/V ratio yang lebih besar dan
mekanisme disekitar valve juga akan lebih rumit.
9. Piston & Combustion Chamber
Piston head bersama dengan intake- exhaust valve yang terletak berhadapan pada cylinder
head membentuk ruang bakar. Untuk membakar campuran bahan bakar dengan cepat,
permukaan didalam rung bakar harus halus sehingga campuran yang dialirkan akan mengalir
dengan halus, dan S/V ratio harus sekecil mungkin. Untuk itu kepala piston dibuat datar.
110
Training Material & Publication
Engine Principles
Pada kenyataannya, dengan mempertimbangkan beberapa hal seperti valve angle, cylinder
head harus mempunyai bagian yang berbentuk cekung. Karena itu, untuk meningkatkan
tekanan kommpresi piston head dibuat menonjol. Selanjutnya jika tekanan kompresinya tinggi
maka gap antara cylinder head dan piston head harus dibuat miring sehinggga perlu dibuat
cekungan valve lebih besar untuk menghindari valve beroperasi secara tidak normal. Dengan
keadaan mekanis yang terbatas ini, banyak dilakukan penelitian untuk mendapatkan
pembakaran yang lebih baik.
Piston sendiri mempunyai aturan tersendiri untuk memindahkan gaya dorong dari hasil
pembakaran ke conecting rod dengan efektif, sehingga pada bagian lain selain piston head
dibuat sepresisi mungkin.
Gas yang terbakar dibatasi oleh piston ring. Untuk meyakinkan tidak terjadi kebocoran maka
gap antara piston dan cylinder dibuat sekecil mungkin. Piston akan didinginkan oleh minyak
pelumas dan panas akan dihantarkan melalui piston ring. Koefisien perambatan panas pada
aluminium, bahan utama pembuat piston, adalah relatif lebih besar 23 kalinya baja yang
mempunyai koefisien perambatan panas kira kira 12~15, yang merupakan bahan utama
cylinder. Karena itu sulit untuk mencocokan ukuran piston dengan ukuran cylinder. Sebagai
contoh, pada bagian belakang piston head ditambahkan penguat, yang sedikit lebih kecil
dibanding dengan skirt part dan diameter piston sejajar sumbu piston pin lebih kecil dari pada
diameter piston yang berpotongan dengan sumbu piston pin.
Connecting rod memutar crankshaft, piston akan menekan connecting rod dengan arah
condong. Karena itu piston mungkin bergetar kebelakang sehingga skirt dari piton akan
menghantam dinding cylinder. Peristiwa ini disebut dengan piston slap atau sides knock. Hal
ini menyebabkan noise atau kehilangan power karena gesekan.
Untuk meminimalkan hal ini titik tengah dari piston pin dibuat offset kira kira 1-2.5mm sepanjang
arah putaran connecting rod. Sehingga, tekanan yang menekan piston ke belakang akan
berkurang. Hal ini yang dinamakan dengan offset piston.
111
Training Material & Publication
Engine Principles
Chapter 12.
Performance, Fuel consumption, Noise, Vibration
1. Required Performances
Bermacam macam performa dibutuhkan oleh engine. Masing masing performa berhubungan
secara komplek satu sama lainnya, hal inilah yang akan berpengaruh terhadap kendaraan.
Sejalan dengan perjalanan waktu, performa yang lebih penting telah berubah. Bagaimanapun
juga output power adalah merupakan salah satu komponen yang terpenting karena tujuan
dibuatnya engine adalah untuk mendapatkan power pada kendaraan. Secara konvensional
untuk mengoperasikan sebuah engine dibutuhkan bahan bakar. Akhir akhir ini dengan
meningkatkan effisiensi engine akan didapatkan juga effisiensi bahan bakar dan output yang
dihasilkan lebih baik.
untuk mengembangkan effisiensi pembakaran pada engine adalah difokuskan pada
penyaringan exhaust gas. carbon monoxide dan hydrogen carbon adalah bagian dari tiga unsur
yang berbahaya yang terkandung dalam exhaust gas mungkin akan hilang jika pembakarannya
ideal dan sempurna. Satu unsur selanjutnya yaitu nitrogen oxide adalah juga merupakan
masalah yang penting.
112
Training Material & Publication
Engine Principles
dengan mempertimbangkan berat engine adalah 10•15% dari berat keseluruhan kendaraan,
dilakukan metode lain untuk dapat mendapatkan output yang lebih baik yaitu dengan membuat
engine compact dan ringan. Dengan output yang sama kendaraan yang memiliki engine lebih
ringan akan memperoleh pewer yang lebih tinggi. Engine yang ringan dan compact
meningkatkan fuel consumption. Juga, untuk memperoleh pengemudian yang baik, kendaraan
harus lebih ringan dan mempunyai keseimbangan bearat 50:50 pada bagian depan dan
belakang atau sama.
Engine juga harus memenuhi kebutuhan pengendaranya. Sebagai contoh, ketika pengendara
menekan pedal gas, jika output yang dihasilkan terlalu tinggi, maka tidak baik untuk
keamanannya. Respon untuk bereaksi terhadap tekanan pedal gas berpengaruh besar
terhadap drive condition.
karena engine memperoleh tenaga dengan membakar fuel, maka noise dan vibration tidak
dapat dihindarkan. Sehingga yang terpenting adalah bagaimana cara untuk mencegah
113
Training Material & Publication
Engine Principles
terjadinya noise dan vibration ini diteruskan ke passenger.
selain itu, bagaimana cara memelihara engine juga merupakan satu hal yang penting karena
engine adalah merupakan komponen mekanis dari kendaraan
2. What is Output?
Engine adalah alat yang merubah energi panas menjadi energi gerak. Yang dipengaruhi oleh
tiga faktor utama yaitu fuel consumption mengindikasikan berapa banyak bahan bakar yang
terbakar, torque mengindikasikan berapa banyak tenaga yang dihasilkan dan power yang
mengindikasikan berapa banyak kerja yang dihasilkan tiap waktu.
Diantara semua itu, fuel consumption adalah salah satu yang mudah untuk diketahui karena
sangat mudah untuk diukur pemakaiannya. kemudian, apakah faktor yang lainnya, apakah
power ataukah torque ?
Seperti yang sudah kita jelaskan berkali kali, prinsip kerja dari gasoline engine adalah gaya
ledakan dari pembakaran gasoline dirubah menjadi energi dorong yang mendorong piston
untuk memutar crankshaft.
Ketika sedang menanjak melelui jalan yang naik, kita menekan pedal gas untuk mendapatkan
tenaga yang tinggi. Saat berjalan konstan pada jalan yang datar kita hanya menekan sedikit
pedal gas. Karena terhubung dengan throttle valve sebagai pengontrol jumlah udara yang
114
Training Material & Publication
Engine Principles
masuk, penekanan pedal gas yang dalam secara langsung akan berpengaruh terhadap
besarnya ppembukaan throttle valve.
Jumlah fuel injection ditentukan oleh jumlah udara yang masuk. ketika udara yang masuk
sedikit karena hanya menekan pedal gas sedikit, maka gasoline yang diinjeksikan juga
sedikit.begitu juga sebaliknya.
maka dari itu, perbandingan antara jumlah udara dan bahan bakar sudah ditentukan, sehingga
pedal gas hanya mengontrol jumlah udara yang masuk. sehinga dengan sedikit menekan pedal
gas campuran dan tenaga yang dihasilkan juga kecil, ketika pedal gas tambah ditekan, tenaga
mesin akan meningkat karena jumlah campuran bahan bakar juga meningkat.
pada dasarnya, performa engine ditentukan oleh tenaga engine. dengan satuannya adalah kg.
pada kendaraan, ultimate force adalah tenaga untuk memutarkan roda, dengan satuan nilainya
torque, i.e. kg· m, didapat dari perkalian antara tenaga putaran dengan jarak dari titik putaran
ke titik dimana putaran tersebut diberikan.
Aspek penting lainnya yang mempengaruhi engine performance, berapa banyak kerja yang
dihasilkan dalam waktu tertentu . Besarnya kerja yang dihasilkan ini disebut power yang
diasumsikan sebagai horse power.
3. Representing Method for Power
Pada dasarnya, bagian terpenting dari performa engine adalah output (power). ketika sebuah
mesin baru dipasang pada kendaraan maka akan muncul pertanyaan berapakah hose
powernya ? hose power ini adalah work efficiency, maka dari itu, besarnya menggambarkan
kerja sebuah mesin dalam waktu tertentu, sehingga disebut juga dynamic output (power).
Konsep ini ditemukan oleh James Watts seorang yang merancang steam engine di England.
untuk membandingkan dynamic performances dari beberapa steam engines, horse power
dipakai untuk memompa air pada pertambangan coal mine, satu horse power adalah 550 ft· lbf/s.
dirubah kedalam sistim metrik akan menjadi 75 kg· m/s. ini adalah tenaga untuk mengangkat
beban seberat 75kg setinggi 1 m dalam 1 detik.
satuan dari Horsepower, ditunjukan dengan HP in abbreviation, atau PS Pferdestarke dari
Germany. satuan PS lebih banyak digunkan. dalam satuan sisteim SI, digunakan satuan W
(watt), 1 PS kira kira 735.4W. sehingga, 100PS adalah 73.5kW, 100kW adalah 136PS.
pada katalog kendaraan, kita menemukan tambahan kata seperti (Net) atau (Gross) didepan
satuan PS/rpm. Pada dasarnya ukuran engine output sudah ditentukan ketika engine tersebut
dibuat ketika mengukur komponennya, pengukuran output akan berubah tergantung pada saat
pengukuran komponennya, dan terjadi penyebaran pengukuran (dispersion). Karena itu, untuk
115
Training Material & Publication
Engine Principles
mengindikasikan output, dipakai ukuran Net dan Gross. Nilai Gross value pengukurannya
hanya dilakukan pada engine saja, dan nilai Net value pengukurannya dengan menyetel engine
terhadap kendaraan. Untuk gasoline engine, nilai ukuran Net value adalah 15% kurang dari
Gross value. Jika tidak dibinformasikan maka nilai yang besar adalah nilai Gross.
Power adalah fungsi dari waktu. Engine power akan meningkat secara proporsional terhadap
rpm karena jumlah kerja dalam tiap waktu meningkat ketika rpm nya tinggi. Bagaimanapun juga
ketika engine rpm meningkat, komponen dynamic tidak dapat berjalan melewati nilai tertentu,
atau engine tidak dapat memasukan atau mengeluarkan lebih cepat dari nilai limit, atau engine
power yang dipakai untuk mengendalikan mesin itu sendiri terbuang dengan percuma jika rpm
nya melabihi standarnya. Karena itu engine power mempunyai nilai limit. Yaitu maximum power
output. Dalam katalog hal ini diindikasikan dengan rpm thereat.
4. What is Torque?
Torque atau gaya putar yang di aplikasikan pada sesuatu yang berputar seperti bolt, axis rod
dan roda. Hal ini tidak hanya tergantung pada gaya yqang diberikan tetapi juga panjang dari
lever arm dimana gaya itu diberikan. Dengan definisi, torque adalah sebanding dengan gaya
dikalikan leverage; panjang dari titik tengah rotor ke titik dimana gaya diberikan.
Pada engine, torque adalah sama dengan gaya yang ditimbulkan oleh gaya piston turun
dikalikan jarak dari tengah crank pin ke titik tengah crankshaft.
Jadi, besarnya torque untuk engine tertentu di tentukan oleh gaya piston menekan Connecting
rod, itulah yang disebut combustion force. Grafik performa dari torque adalah diwakili dengan
bagaimana piston menekan crankshaft dengan berapa banyak gaya ketika engine berputar
pada rpm tertentu. Dan akhirnya gaya ini akan diteruskan ke roda, gaya impulsive dari sebuah
kendaraan akan kecil jika engine torque kecil, gaya impulsive dari kendaraan akan tinggi jika
engine torque tinggi.
Besarnya gaya ledakan ditentukan oleh berbagai elemen, khususnya, ditentukan oleh jumlah
udara yang masuk kedalam cylinder. Dengan jumlah udara yang banyak akan sangat
memungkinkan sekali mendapatkan tenaga yang tinggi. Dengan mempertimbangkan hubungan
antara jumlah udara yang masuk dan rpm engine, ketika engine berputaran rendah, pergerakan
piston juga akan pelan dan jumlah udara yang masuk juga sedikit. Ketika berputar dengan
kecepatan tinggi, pergerakan piston akan cepat dan jumlah udara yang masuk akan banyak.
Akan tetapi, jika engine berkecepatan terlalu tinggi, maka kemungkinan intake valve menutup
sebelum udara belum maduk sepenuhnya kedalam cylinder. Dalam hal ini, jumlah udara yang
masuk dalam setiap langkah (volumetric efficiency) akan menurun. Karena itu kurva dari engine
116
Training Material & Publication
Engine Principles
torque memuncak.
Sebagai contoh, perbandingkan antara engine torque pada rpm 2500 dan rpm 5000 maka akan
didapatkan performa yang terbaik pada rpm 2500 akan tetapi tidak baik pada rpm 5000.
Sebaliknya, engine pada rpm 5000 akan mempunyai performa yang baik pada kecepatan tinggi
tetapi pada kecepatan rendah performanya jelek. Sehingga karakter dari engine adalah
berbeda jika dilihat dari contoh diatas meskipun mempunyai maksimum torque yang sama.
5. To enhance Power
Engine power adalah jumlah kerja dalam waktu tertentu. Engine power dapat dinaikan setinggi
volume cylinder, combustion force tinggi dan rpm tinggi.
Ukuran engine size dapat diketahui dari displacement volume ( CC ). cylinder displacement
volume ( cc ) adalah jumlah gas yang dikeluarkan dari cylinder tertentu selama piston bergerak
dari BDC to TDC. Total displacement volume ( cc ) adalah jumlah dari volume semua cylinder.
Cylinder displacement volume dihitung dengan mengalikan cross sectional area by the stroke of
the cylinder. Dengan nilai satuannya adalah cc atau 


Ketika jumlah total cc nya lebih besar maka tenaga yang dihasilkan jujga besar. Untuk
membandingkan performa engine, dipakai PS/ 36 EHUDUWL EDQ\DNQ\D KRVH SRZHU
yangdihasilkan dalam 1 GDUL FF XQWXN NHQGDUDDQ SHQXPSDQJ SDGD GDVDUQ\D PHPSXQ\DL
cylinder yang mempunyai PS/ OHELKEHVDUNDUHQDGHQJDQF\OLQGHU\DQJEDQ\DNDNDQGLKDVLONDQ
volumetric efficiency lebih tinggi. Akan tetapi dtrukturnya akan lebih komplek dan biayanya
mahal.


Gaya tekan pada piston di hitung dengan membagi jumlah kerja per putaran dengan besarnya
cc. dengan perhitungan ini, tekanan pada piston adalah tekanan. Akan tetapi tekanan pada
piston selalu berubah tergantung pada posisi piston dan langkah. Sehingga untuk
perhitungannya dipakai pressure per cycle. Disebut juga effective pressure, tekanan rata rata
pada cylinder.
Untuk meningkatkan engine power, tiga elemen utama termasuk didalamnya tota cc, effective
pressure, dan rpm harus ditingkatkan. Kerja mesin dalamwaktu tertentu harus ditingkatkan
dengan meningkatkan rpm. Dengan menentukan total displacement volume dari engine ( cc ),
yang berarti juga meningkatkan effective pressure dan mengatasi rpm rendah adalah point
utama untuk mengembangkan engine untuk meningkatkan powernya.
117
Training Material & Publication
Engine Principles
Methods for increasing of maximum power
Method
Item
Increasing compression ratio
Increasing combustion pressure
High combustion speed
Increasing mean piston
effectivepressure
Good shape of combustion chamber
High heat efficiency
Small Surface/Volumn ratio of combustion chamber
Proper ignition timing
Proper location of spark plug
Place the duct for taking cold air
Low intake air
temperature
Heatproof air duct and manifold
Duct layout for heat proof
Utilize intercooler
Increasing intake
pressure
Utilize turbocharger or supercharger
Multi valve
Increasing
charging
efficiency
Increase inner diameter for intake and exhaust
Reduce resistance for
intake and exhaust
Increase radius of curvature
Smooth inner surface
Proper capacity of surge tank
Reduce back pressure
Wide cam nose
Valve system
Increase valve overlap
Proper valve timing
Using inertia energy &
pulsation
Variable intake system
Proper length of manifold
Multi valve
Multi cylinder
Reduce intake air
speed
Short stroke
Increase valve diameter
Wide cam nose
Increasing rpm
limit
Increase valve lift
Reduce inertia mass
of moving parts
Reduce piston mean
speed
Light weight of valve system
Light weight of main moving parts
Double over head camshaft, twine cam
Short stroke
118
Training Material & Publication
Engine Principles
6. S/B Ratio & Output
Besarnya displacement volume dari cylinder dihitung dengan mengalikan penampang cylinder
dan langkah cylinder. Penampang cylinder dihitung berdasarkan diameter cylinder (Bore).
Sehingga yang menjadi faktor utama displacement adalah Bore dan Stroke. Bore dan stroke
kemungkinan berbeda pada tiap tiap engine meskipun jumlah cylindernya dan mempunyai
cylinder displacement sama. Karena itu pada beberapa engine mempunyai cylinder yang thin
dan long, pada engine lain mempunyai cylinder yang fat dan short. Perbandingan antara
panjang langkah dan diameter bore disebut perbandingan Stroke/Bore.
Untuk kendaraan penumpang, Stroke/Bore (S/B) ratio adalah sekitar 0.7-1.3. S/B ratio kurang
dari 1, stroke lebih kecil dari bore, disebut Short Stroke. S/B ratio lebih dari 1, dimana stroke
nya lebih besar dibanding bore disebut Long Stroke. Jika S/B ratio hanya 1, dimana stroke
sama dengan diameter bore, disebut Square.
Dengan displacement volumeyang sama, engine dengan Short Stroke mempunyai potensi yang
besar untuk mencapai power yang tinggi karena dengan bore engine yang besar dapat
membuat diameter valve yang besar san dapat membuat rpmengine yang tinggi tanpa
meningkatkan kecepatan piston.
Yang utama mengenai bore. Jumlah gas akan banyak jika diameter dan jarakpembukaan valve
119
Training Material & Publication
Engine Principles
juga besar. Dengan jumlah gas yang besar, hal ini akan memungkinkan sekali untuk
mendapatkan tenaga yang besar karena gasoline yang terbakar makin banyak. Selain itu, jika
diameter valvenya besar, untuk jumlah gas yang sama, maka jarak pembukaaan valve nya
dapat dibuat lebih kecil. Sehingga pergerakan valve akan kecil pada kecepatan tinggi.
Bagaimanapun juga, diameter valve yang besar dibutuhkan diameter intake port yang besar
pula, intake port engine yang besar tidak dapat mengalirkan gas masuk dengan cepat, pada
pembakaran denga kecepatan rendah mungkin akan menurun.
Selanjutnya, dengan mempertimbangkan kecepatan piston. Dengan rpm engine yang sama,
piston pada tipe long stroke harus mempunyau kecepatan yang sama dengan piston dengan
tipe short stroke. Kecepatan piston juga terbatas. Ketika pistonbergerakdenga kecepatan tinggi,
lubricant oil mungkintidak dapat bekerjadengan baik, atau inertia force daripiston akan tinggi.
Rpm untuk short stroke engine dapat lebih ditingkatkan daripada long stroke engine, jika
kecepatan piston pada beberapa engine terbatas. Akhir akhir ini, batas kecepatan rata rata dari
piston adalah sekitar 15-22m per detik.
Pada umumnya, untuk engine yang berkecepatan dan output yang tinggi seperti pada
kendaraan sport memakai tipe Short Stroke atau tipe S/B ratio Square, mesin untuk kendaraan
komersial memakai tipe Long Stroke untuk meningkatkan torque juga speed.
7. Compression Ratio & Output
Pada penjelasan sebelumnya, power dapat ditingkatkan dengan meningkatkan udara yang
masuk dan rpm. Juga terdapat satu metode lagi yaitu compression ratio.
120
Training Material & Publication
Engine Principles
Ketika piston berada pada TDC, ruang antara piston dan cylinder head termasuk intake-exhaust
vlaves adalah merupakan ruang bakar. Compression ratio adalah volume cylinder dibagi
dengan volume compression chamber. Cylinder volume adalah total volume dari compression
chamber volume dan displacement cylinder.
Compression ratio menggambarkan banyaknya campuran yang masuk dan dikompresikan.
Compression ratio pada data kendaraan adalah nilai yang diperhitungkan secara teori.
Biasanya, antara 9 - 10 untuk gasoline engine normal dan sekitar 12 - 13 untuk racing engine.
Pada compression ratio yang tinggi, campuran bahan bakar akan terkompresi dengan kuat.
Sehingga temperaturnya akan tinggi san pembakaran akan terjadi dengan waktu yang singkat.
Kemudian tekanan dari pembakaran akan tinggi, torque dan power juga akan tinggi. Kemudian,
pada langkah combustion, expansion ratio juga tinggi, sehingga exhaust gas tidak
bertemperatur terlalu tinggi. Akibatnya fuel efficiency akan baik.
Bagaimanapun juga, jika compression ratio terlalu tinggi, pada engine dapat dengan mudah
terjadi pembakaran yang tidak normal yang mengakibatkan knocking. Sehingga dibatasi.
Knocking berhubungan dengan temperatur campuran, aliran bahan bakar, temperatur dinding
ruang bakar juga compression ratio. Sehingga untuk meningkatkan compression ratio harus
diikuti dengan cooling system pada masing masing cylinder head yang baik. Selanjutnya,
engine harus mempunyai kekuatan dan daya tahan terhadap compression ratio yang tinggi.
Engine dengan high performance harus dirancang dengan hati hati.
Terdapat compression ratio berdasarkan teori juga aktual. Compression ratio aktual
mengindikasikan banyaknya udara masuk yang terkompresi secara aktual. Sebagai contoh,
didalam langkah intake, jika udara yang msuk tidak cukup, maka actual compression ratio
kurang dari theoretical ratio. Pada turbo engine, jika pada boost tekanannya 1atm, maka
actual compression ratio akan lebih besar dua kalinya. Sehingga actual compression ratio
adalah merupakan faktor yang penting untuk meningkatkan power. Knocking dipengaruhi oleh
actual compression ratio.
8. Increasing power by High rpm (rpm limit)
Untuk membuat tenaga yang kuat pada engine, jumlah bahan bakar untuk pembakaran
diperbanyak. Meskipun jumlah bahan bakar meningkat, jika jumlah udaranya tidak meningkat
maka hal itu tidak akan berarti. Karena itu untuk meningkatkan tenaga yang tinggi pada engine
jumlah udaranya harus ditambahkan.
Kecepatan aliran udara pada intake port ditentukan oleh jumlah udara yang masuk melalui
cross sectional area. Jumlah udara yang masuk akan meningkat dengan meningkatkan rpm
engine, sehingga tenaga yang dihasilkan oleh engine sesuai dengan rpm nya.
Hambatan pada aliran udara akan meningkat saat alirannya cepat. Dengan memperbesar duct
atau volume air cleaner, hambatan aliran udara dapat dikurangi. Tetapi hambatan disekitar
valve tidak dapat terkontrol. Sehingga dengan rpm tertentu, tenaga tidak dapat ditingkatkan lagi.
Karenaitu untuk mendapatkan high output pada high speed, kecepatan udara yang masuk
harus berkurang saat high speed. Untuk mencapai hal itu maka dipakai beberapa metode.
1 Menambah jumlah cylinder ; dengan total displacement volume yang sama, jika jumlah
cylinder bertambah, maka diameter cylinder akan berkurang dan kemudian diameter valve
juga berkurang. Sehingga flow velocity akan berkurang.
2 Menambah jumlah intake valve: dengan alasan yang sama seperti penjelasan diatas, flow
velocity dari udara akan berkurang disekitar intake valve.
121
Training Material & Publication
Engine Principles
3 Memperbesar tinggi pembukaan intake valve dan memperpanjang waktu pembukaannya :
waktu pembukaan intake valve kurang lebih 240° selama sudut putaran crankshaft. Pada
racing engine, kira kira 280-320°.
4 Mendesain SHORT STROKE: dengan displacement volume yang sama, SHORT STROKE
membuat valve lebih besar. Sehingga, lokasi yang terbuka juga lebar dan kemudian
kecepatan aliran udara akan menjadi pelan.
Jika kecepatan udara yang masuk cukup pelan, engine rpm dapat lebih meningkat untuk
membuat powernya lebih meningkat.
Jika engine rpm meningkat, engine harus dapat menahan rpm tinggi. Karena itu engine harus
lebih kuat untuk mendapatkan rpm yang tinggi. Umumnya, engine harus lebih ringan untuk
mengurangi inertia force, dan meningkatkan kekuatan pada body dan parts pada engine.
9. Transient Characteristic & Response
Engine yang bukan merupakan high performance engine akan manghasilkan torque yang besar
akan tetapi responnya pelan. Performa acceleration atau respon dari engine dapat dipengaruhi
oleh berat kendaraan atau gear ratio.
Ketika driving condition berubah, kondisi ditengah tengah sebelum dan sesudah disebut
transient atau partial state. Keadaan engine pada saat partial state disebut transient
characteristic engine. Transient characteristic adalah dasarnya berhubungan dengan
perubahan rpm dan inertia force. Hal penting yang berpengaruh terhadap respon adalah
beratnya bagian bagian engine yang berputar dan kemapuan perubahan air/fuel ketila
cceleration.
122
Training Material & Publication
Engine Principles
Untuk mengurangi inertia force dari komponen yang berputar pada engine, komponen tersebut
harus dibuat seringan mungkin.
Pada engine jenis fuel injection, intake collector (surge tank) bervolume sama dengan total
displacement volume. Ketika pedal accelerasi ditekan untuk membuka throttle valve, kemudian
udara tidak bisa masuk kedalam manifold segera karena adanya inertia force udara.
Karena itu, gerakan pertama dari engine torque akan ditunda. Untuk mengatasi masalah ini, jika
volume dari collector (surge tank) meningkat, maka engine output harus meningkat.
Pada beberapa fuel system, gasoline mungkin tidak mengalir dengan halus karena gasoline di
semprotkan dari injector. Dalam hal ini, ketika throttle valve membuka dengan cepat,
campurannya akan kurus dan kemudian torque engine akan terlambat. Untuk mengatasinya,
dipakai metode yang mana pada injector tertentu jumlahnya meningkat dengan tepat pada saat
itu.
10. Cylinder Array & Performance
ada tiga metode dalam penyusunan cylinder, in-line type, V-type, dan opposed type. Apakah
hubungan antara susunan cylinder tersebut dengan engine performance?
Pada in-line type engine cylinder nya disusun secara sejajar. Dari mulai 2-cylinder type hingga
6-cylinder type. Pada in-line type, susunan cylinder block nya sangan sederhana dan cylinder
123
Training Material & Publication
Engine Principles
headnya hanya satu komponen sehingga engine seharusnya lebih ringan dan compact. Type ini
banyak dipakai pada commercial car hingga racing car.

Pada in-line type engine, umumnya, jumlah cylindernya adalah 4 buah jika displacement
volumenya kurang atau sama dengan 2 -XPODK F\OLQGHU DWDX OHELK MLND GLVSODFHPHQW
volumenya lebih dari 2 NXUDQJGDUL SDGDHQJLQHGHQJDQMXPODKF\OLQGHUGLVSODFHPHQW
volumenya dari 1 KLQJJa 1.5 GLSDNDL SDGD NHQGDUDDQ FRPPHUFLDO GDQ MLND PHPSXQ\DL
displacement volumenya lebih hingga 2 GLSDNDLXQWXNKLJKSHUIRUPDQFHSXUSRVHGFDU(QJLQH
dengan displacement volume 2 SDGD XPXPQ\D GLEXDW -cylinder atau 6-cylinder. Pada
6-cylinder engine ruang bakarnya akan lebih kecil dan mudah dibuat SHORT STROKE.
Sehingga akan didapatkan output maksimum yang besar.






Pada in-line 6-cylinder jenis engine nya lebih lebar sehingga dibutuhkan biaya yang tinggi.
Akan tetapi ukurannya sesuai dengan performanya, dan dapat ditambahkan turbocharger
dengan mudah. Sehingga dapat dipakai pada high performance engine. Selain itu, inertia force
dari piston-crank sangat seimbang sehingga kelihatan baik dan anti-vibration. Akan tetapi,
dalam pemasangannya pada ruang engine tipe FF akan lebih susah maka dari itu biasanya
dipasang pada kendaraan tipe FR dengan arah memanjang. Jumlah cylinder 3 atau 5 sudah
jarang dipakai pada tipe in-line.
Dengan membagi 6-cylinder menjadi dua set yang masing masing terdiri dari 3-cylinder dan
menyusunnya secara paralel dan berseberangan, panjangnya akan berkurang hampir setengah
dari in-line dengan 6-cylinder disebut V-Type 6-cylinder engine. Karena diameter dari bore nya
diperbesar maka akan didapatkan efisiensi intake – exhaust yang tinggi, mudah untuk
mendapatkan power yang tinggi.
Jika susut pengaturannya 60°, akan kelihatan seperti serial 6-cylinder engine. Dapat dipasang
pada kendaraan tipe FF. Sehingga sangat memungkinkan untuk kendaraan dengan tipe FF
untuk dirancang menjadi kendaraan dengan performa yang tinggi.
V-type engine pada umumnya terdiri dari 6-cylinder. Dengan mengkombinasikan engine
dengan 4-cylinder dan 6-cylinder, V8 dan V12 engines dapat dibuat dengan tepat. Pada
umumnya terpasang pada kendaraan besar atau sport. Pada V6 engine penggunaannya tidak
mudah karena lebih lebar dan berat.
Opposed engine adalah sama seperti V-type engine dengan sudut kemiringannya 180°.
Bagian pusat dari engine lebih rendah dibanding dengan bagian lain.
11. Fuel Consumption Ratio
Fuel efficiency pada engine ditunjukan dengan fuel consumption rate. Jumlah fuel consumption
selama pengendaraan akan berubah tergantung pada keadaannya. Dalam kondisi dengan
performa dinamis, dapat diukur dengan memakai dynamometer untuk membandingkan dengan
engine yang lain, maka jumlah konsumsi bahan bakarnya akan dapat diketahui.
Maka dari itu, fuel consumption rate diketahui dari jumlah fuel consumption per work, dan
satuannya adalah g/PS· h. Asumsinya ketika engine berputar dengan kecepatan 3000rpm pada
dynamometer, engine outputs 55PS, dan dalam waktu 1 jam dipakai gasoline sebanyak 11kg
124
Training Material & Publication
Engine Principles
maka fuel consumption ratenya adalah sekitar 220g/PS· h.
Jika ditunjukan menggunakan grafik fuel fuel consumption rate pada kurva engine performance,
maka besarnya fuel consumption rate lebih minimum dibandingkan dengan jumlah bahan bakar
pada rpm tertentu. Fuel consumption sesungguhnya harus diukur pada pengendaraan yang
sesungguhnya pada kendaraan.
Pada umunya diindikasikan dalam owners manual fuel consumptionnya rata rata antara 10-15
dan dalam kecepatan rata rata 60km/h. Disini, nilainya tergantung pada kondisi mesin itu
sendiri.
Untuk mengurangi fuel consumption rate, bahan bakar yang digunakan sedikit mungkindan
panas yang diperoleh karena pembakaran dapat dirubah menjadi energi gerak. Sehingga,
berhubungan dengan efisiensi panas. Sebagai contoh, campuran bahan bakar harus dibakar
dengan temperatur dan tekanan yang tinggi, dengan sempurna dan secepat mungkin. Dan
kehilangan panas pada exhaust gas dan dinding cylinder harus dapat dikurangi. Demikian juga
dengan mechanical friction harus dikurangi.
Untuk menghitung banyaknya panas yang digunakan oleh engine dari gasoline dimana
penggolongannya berdasarkan pada element nya disebut heat balance
Untuk mengindikasikan keseimbangan panas ini digunakan heat balance graph. Pada
umumnya dipakai untuk mengukur heat balance pada gasoline engine. Panas untuk output,
kehilangan panas pada exhaust gas dan kehilangan panas pada cylinder wall adalah 30%
secara terpisah, dan 10% untuk yang lainnya. Hingga kini, hampir efisiensi panas pada engine
sekitar 35%, karena itu, dalam kondisi fuel consumption rate, kira kira 170g/PS· h.
12. Output & Fuel Efficiency
sebagaimana jumlah udara meningkat untuk meningkatkan output engine, jumlah bahan bakar
akan meningkat, sehingga efisiensi bahan bakar menurun. Akan tetapi jika campuran bahan
bakar dan udara dapat terbakar dengan sempurna untuk meningkatkan heat efficiency maka
high fuel efficiency dan juga output yang tinggi akan didapatkan. Ditambah lagi exhaust gas
yang dikeluarkan kandungan elemen yang berbahaya juga akan berkurang.
Engine heat efficiency adalah perbandingan heat capacity yang dipakai selama engine bekerja.
Untuk meningkatkan heat efficiency, expansion gas nya harus sebesar mungkin, pada saat
yang bersamaan; energi yang hilang harus sekecil mungkin. Energi yang hilang pada sebuah
engine adalah karena cooling loss oleh sistim pendinginan, exhaust loss karena dikeluarkan
melalui exhaust gas yang panas, dan intake-exhaust loss (pumping loss) dipakai untuk
pengoperasian intake-exhaust.
125
Training Material & Publication
Engine Principles
Untuk meningkatkan heat efficiency dengan cara meningkatkan increasing expansion force dari
pembakaran gas adalah berhubungan dengan meningkatkan jumlah campuran mixture dan
untuk meningkatkan compression ratio.
Untuk mengurangi cooling loss, temperature combustion chamber harus ditingkatkan. Dengan
mengubah bentuk combustion chamber untuk meningkatkan compression ratio, temperatur
ruang bakar akan meningkat pada langkah kompresi demikian juga knocking akan terhindar.
Dengan kata lain, metode dengan menggunakan cooling water yang tinggi juga diperhatikan.
Untuk mengurangi intake-exhaust loss (pumping loss), tabung intake-exhaust harus lebih
pendek dan mempunyai bagian yang bengkok sedikit mungkin.
Untuk meningkatkan aliran udara pada valve, diameter dari valve mungkin harus diperbesar
atau jumlahnya ditambah. Akan tetapi, dalam hal ini, jika campuran bahan bakar mengalir
terlalu pelan, atau jika struktur chamber terlalu rumit, maka heat efficiencinya akan menurun.
Karena itu, dalam pembuatannya diperlukan kehati hatian.
Sekali lagi, untuk meningkatkan heat efficiency, harus diperhatikan bahwa friction loss akan
terjadi ketika piston bergerak. Mechanical energy loss pada saat menggunakan tambahan alat
harus dikurangi
13. Fuel Efficiency of Vehicle
Meskipun fuel consumption rate mengindikasikan engine fuel efficiency, nilainya tidak mutlak
merupakan fuel efficiency sebuah kendaraan. Dengan engine yang sama, fuel efficienci
126
Training Material & Publication
Engine Principles
mungkin berbeda tergantung pada pemasangan mesin itu sendiri apakah dipakai pada
kendaraan berat dan besar atau dipasang pada kendaraan ringan dan kecil.
Dengan membandingkan satu kasus pada kendaraan dengan small engine mempunyai good
fuel efficiency dan pada kasus lain sebuah kendaraan dengan large engine mempunyai bad fuel
efficiency tetapi high power, fuel efisiensi yang sesungguhnya akan berubah tergantung driving
condition. Sebagai contoh, jika kendaraan biasa dipakai pada kecepatan rendah, maka akan
lebih efektif jika displacement volumenya kecil. Jika kendaraan biasa dipakai untuk kecepatan
tinggi atau tenaga yang besar maka akan lebih efektif jika enginnya mempunyai displacement
volume yang besar.
Untuk membandingkan fuel efficiency diantara beberapa engine, dibutuhkan cara yang lebih
spesifik. Cara yang lebih spesifik artinya metode dan kondisi pengetesannya lebih spesifik. Ada
bermacam cara pengetesan yang dilakukan, antara lain 10-15 mode running fuel consumption,
60km/h steady fuel consumption, FTP 75 mode dan lainnya.

Intuk mengetahui fuel consumption rate, untuk engine saja, dipakai satuan g/PS-h, sedangkan
satuan km/ DGDODK XQWXN PHQJLQGLNDVLNDQ EHUDSD MDXK NHQGDUDDQ GDSDW PHQHPSXK MDUDN
dengan bahan bakar 1 
10-15 mode fuel efficiency adalah diambil dengan membagi jarak yang ditempuh dengan
jumlah bahan bakar yang digunakan, kendaraan di test dengan menggunakan dynamometer
berdasarkan kondisi perputaran idle PXODLGLDNVHOHUDVL EHUMDODQGHQJDQNHFHSDWDQ
konstan GHFHOHUDWLRQ'DKXOXNHFHSDWDQ\DQJGLSDNDLDGDODKNPKWHWDSLXQWXNNHDGDDQ
dengan kemacetan seperti sekarang ini sudah tidak cocok lagi. Sekarang kecepatan
maksimumnya di set 70km/h, dan ditambahkan 15 mode.
:
:
:
60km/h steady fuel efficiency diambil dengan cara menghitung numlah bahan bakar yang
dipakai jika kendaraan berjalan dengan kecepatan tetap 60km/h, dengan penumpang dan
bagasi penuh pada kondisi jalan mendatar bebatuan tanpa angin. Pada umumnya, nilai ini
diukur pada keadaan yang ideal sesuai dengan pembuatnya sebagai sarak untuk pemerintah.
Nilai aktualnya kurang dari nilai yang diperoleh.
14. Vibration of Engine
127
Training Material & Publication
Engine Principles
ada berbagai sumber yang bisa menyebabkan getaran pada engine. Tiga faktor utama adalah
pertama, dari pembakaran pada engine, yang lain dari inertia force komponen yang berputar
dan gerak pada sistim dinamis seperti piston, connecting rod, crankshaft, dan lainnya.
Getaran dari engine besarnya sama dengan tekanan dari pembakaran itu sendiri. dan, engine
dengan compression ratio dan performance yang tinggi akan menghasilkan lebih banyak noise.
Vibration oleh turbo engine 20~50% lebih noise dibandingkan dengan NA engine. Dalam hal ini,
dipakai beberapa komponen utnuk meredam noise, dan dipasang perangkat tambahan pada
beberapa bagian untuk mengurangi pengaruh vibration.
Selain dari itu, dengan mengubah posisi engine mounting atau mengadopsi vibration absorber
dengan menggunakan mounting, vibration tidak dapat diteruskan ke body secara langsung.
Inertia force adalah salah satu penyabab terjadinya vibration. Ketika piston bergerak dari titik
atas menuju titik bawah dengan kecepatan yang berbeda. Crankshaft membuat gelombang
vibration dan inertia force dari putaran crank pin. Connecting rod membuat inertia force dari
gerakan kombinasi naik turun dan berputar. Pada multi cylinder engine, pistons tersambung ke
crankshaft, sehingga masing masing inertia akan saling menunda. Hal ini sangatlah rumit
dengan jumlah cylinders, susunannya dan waktu pembakaran pada masing masing cylinder.
Karena itu, dengan menggunakan counter weight, inertia force dapat diseimbangkan dengan
total beratnya. Akan tetapi sangat sulit untuk bisa menyeimbangkan inertia force dengan
sempurna.
Inertia force akan berkurang ketika komponen dinamis seperti piston dan Connecting rod lebih
ringan. Dengan displacement volume yang sama, engine dengan jumlah cylinder lebih banyak
akan mempunyai sedikit inertia force karena komponennya lebih kecil dan ringan. Ketika inertia
force kecil, kemungkinan terjadinya vibration akan sedikit dan dapat berputar pada kecepatan
tinggi dengan kekuatan yang sama.
Dengan komponen yang lebih ringan, inertia force pada masing masing komponen akan kecil.
Dengan rpm yang sama, kekuatan dari komponen tersebut tidak akan dapat tahan lama.
128
Training Material & Publication
Engine Principles
Umumnya, komponen yang kurang kuat lebih ringan dibanding dengan komponen yang lebih
kuat. Untuk menciptakan komponen lebih ringan adalah merupakan suatu yang penting untuk
meningkatkan performa juga mencegah dari vibration.
15. Noise of Engine
Noises berasal dari noise karena pembakaran dan suara mekanis. Suara yang berasal dari
mekanis karena adanya gesekan antar komponen. Ketika engine berputar dengan cepat, noise
yang ditimbulkan semakin keras. Ketika pengendara memindahkan kecepatan naik atau turun,
pada dasarnya pengendara memilih gear yang tepat dengan engine noise. Sehingga, suara
dari engine membantu pengendara dalam pengendaraan. Karena itu suara dari engine harus
ada tetapi tidak menimbulkan noise.
Mechanical noise terjadi kerena vibration pada cylinder dan cylinder head karena combustion
force. Ketika jumlah campuran bahan bakar meningkat atau tekanan pembakaran menjadi
tinggi, maka noise akan semakin keras. Seseorang mungkin merasakan pada turbo engine
noise yang ditimbulkan lebih kecil dibanding dengan NA engine. Alasannya adalah turbine
merendam energy exhaust dan variasi tekanan pembakaran kecil.
Mechanical sounds berasal dari gesekan dan tumbukan dynamic parts seperti gear, chain, dan
valves. Sebagai contoh, cam menumbuk valve lifter, rocker arm dan camshaft menumbuk valve,
valve bertumbukan dengan valve seat dan seterusnya.
Resonansi noise dari vibration lebih besar dibanding dengan mechanical noise langsung.
Sehingga, penyebab dari noise karena engine tidak dapat ditemukan dengan pasti.
Bagaimanapun, jika terjadi noise maka hal tersebut tidak baik karena beberapa part dari engine
bertabrakan satu dengan yang lainnya dan hal ini tidak baik untuk ketahanan komponen. Jika
terdeteksi noise yang tidak normal, silakhan check sistimnya secepat mungkin.
129
Training Material & Publication
Engine Principles
Jika dibandingkan noise yang ditimbulkan oleh combustion dengan mechanical, pada
kecepatan rendah, noise yang ditimbulkan oleh combution lebih keras. Jika rpm nya melebihi
3000rpm, inertial force nya akan lebih besar dan mechanical noise akan besar.
Noise dari engine room akan diredam dengan memasang absorbing materials dibawah hood
dan didepan dashboard, mengelilingi engine room dan cabin. Bahan yang bisa dipakai untuk
meredam noise adalah glass wool, felt dan lainnya.
130
Training Material & Publication