step 1 engne engine principles · pdf filestruktur mesin 9. diesel engine 10. internal...

134
Engine Principles 1 Training Material & Publication Prinsip Dasar Engine

Upload: lythu

Post on 05-Feb-2018

248 views

Category:

Documents


5 download

TRANSCRIPT

Page 1: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

1 Training Material & Publication

Prinsip Dasar

Engine

Page 2: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

2 Training Material & Publication

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

Page 3: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

3 Training Material & Publication

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

Page 4: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

4 Training Material & Publication

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

Page 5: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

1 Training Material & Publication

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.

Page 6: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

2 Training Material & Publication

Fuel

Combustion

Heat Generation

Air Expansion

Pressure Generation

Piston M ovement

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.

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.

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

Page 7: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

3 Training Material & Publication

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

Page 8: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

4 Training Material & Publication

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

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.

Engine Layout & Vehicle Features

Page 9: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

5 Training Material & Publication

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

Page 10: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

6 Training Material & Publication

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.

Page 11: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

7 Training Material & Publication

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.

Page 12: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

8 Training Material & Publication

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.

Page 13: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

9 Training Material & Publication

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

Page 14: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

10 Training Material & Publication

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.

Page 15: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

11 Training Material & Publication

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.

Page 16: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

12 Training Material & Publication

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

Page 17: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

13 Training Material & Publication

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

Page 18: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

14 Training Material & Publication

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.

Page 19: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

15 Training Material & Publication

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.

Page 20: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

16 Training Material & Publication

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.

Page 21: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

17 Training Material & Publication

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

Page 22: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

18 Training Material & Publication

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.

Page 23: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

19 Training Material & Publication

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.

Page 24: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

20 Training Material & Publication

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.

Page 25: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

21 Training Material & Publication

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.

Page 26: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

22 Training Material & Publication

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.

Page 27: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

23 Training Material & Publication

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.

Page 28: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

24 Training Material & Publication

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

Page 29: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

25 Training Material & Publication

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

Page 30: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

26 Training Material & Publication

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.

Page 31: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

27 Training Material & Publication

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

Page 32: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

28 Training Material & Publication

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.

Page 33: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

29 Training Material & Publication

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.

Page 34: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

30 Training Material & Publication

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.

Page 35: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

31 Training Material & Publication

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.

Page 36: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

32 Training Material & Publication

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

Page 37: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

33 Training Material & Publication

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

Page 38: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

34 Training Material & Publication

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.

Page 39: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

35 Training Material & Publication

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,

Page 40: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

36 Training Material & Publication

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.

Page 41: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

37 Training Material & Publication

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,

Page 42: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

38 Training Material & Publication

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

Page 43: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

39 Training Material & Publication

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.

Page 44: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

40 Training Material & Publication

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.

Page 45: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

41 Training Material & Publication

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

Page 46: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

42 Training Material & Publication

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 irec t 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

Page 47: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

43 Training Material & Publication

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.

Page 48: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

44 Training Material & Publication

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.

Page 49: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

45 Training Material & Publication

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.

Page 50: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

46 Training Material & Publication

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

Page 51: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

47 Training Material & Publication

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.

Page 52: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

48 Training Material & Publication

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.

Page 53: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

49 Training Material & Publication

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.

Page 54: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

50 Training Material & Publication

• 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.

Page 55: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

51 Training Material & Publication

• 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

Page 56: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

52 Training Material & Publication

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)

Page 57: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

53 Training Material & Publication

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

Page 58: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

54 Training Material & Publication

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.

Page 59: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

55 Training Material & Publication

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

Page 60: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

56 Training Material & Publication

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

Page 61: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

57 Training Material & Publication

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

Page 62: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

58 Training Material & Publication

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

Page 63: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

59 Training Material & Publication

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.

Page 64: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

60 Training Material & Publication

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

Page 65: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

61 Training Material & Publication

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’

Page 66: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

62 Training Material & Publication

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.

Page 67: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

63 Training Material & Publication

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).

Page 68: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

64 Training Material & Publication

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.

Page 69: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

65 Training Material & Publication

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.

Page 70: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

66 Training Material & Publication

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.

Page 71: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

67 Training Material & Publication

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.

Page 72: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

68 Training Material & Publication

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).

Page 73: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

69 Training Material & Publication

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

Page 74: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

70 Training Material & Publication

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.

Page 75: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

71 Training Material & Publication

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.

Page 76: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

72 Training Material & Publication

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

Page 77: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

73 Training Material & Publication

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.

Page 78: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

74 Training Material & Publication

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.

Page 79: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

75 Training Material & Publication

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

Page 80: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

76 Training Material & Publication

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

Page 81: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

77 Training Material & Publication

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.

Page 82: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

78 Training Material & Publication

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

Page 83: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

79 Training Material & Publication

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.

Page 84: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

80 Training Material & Publication

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

Page 85: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

81 Training Material & Publication

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

Page 86: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

82 Training Material & Publication

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.

Temperatur kerja yang baik untuk oil adalah kira kira 80o. 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

Page 87: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

83 Training Material & Publication

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������3DGD�EXQJNXVQ\D�WHUGDSDW�QDPD�GDUL�SHPEXDWQ\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.

Page 88: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

84 Training Material & Publication

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.

Page 89: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

85 Training Material & Publication

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

dan mengerut karena panas. Suhu kerja thermostat adalah sekitar 85o.

2. Radiator

Page 90: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

86 Training Material & Publication

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

Page 91: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

87 Training Material & Publication

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.

Page 92: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

88 Training Material & Publication

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.

Page 93: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

89 Training Material & Publication

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

Page 94: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

90 Training Material & Publication

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

Page 95: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

91 Training Material & Publication

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.

Page 96: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

92 Training Material & Publication

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.

Page 97: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

93 Training Material & Publication

Regulator, pengontrol tekanan, terpasang untuk mengirimkan bahan bakar setelah dikontrol tekanannya

sesuai dengan tekanan tertentu.

Page 98: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

94 Training Material & Publication

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.

Page 99: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

95 Training Material & Publication

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��,JQLWLRQ�V\VWHP�WHUGLUL�GDUL�NRPSRQHQ�\DQJ�EHUIXQJVL�XQWXN�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

Page 100: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

96 Training Material & Publication

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

Page 101: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

97 Training Material & Publication

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

Page 102: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

98 Training Material & Publication

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,

Page 103: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

99 Training Material & Publication

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.

Page 104: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

100 Training Material & Publication

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

Page 105: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

101 Training Material & Publication

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����GDODP�PDWD� UDQWDL� GDQ�

Page 106: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

102 Training Material & Publication

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,

Page 107: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

103 Training Material & Publication

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

Page 108: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

104 Training Material & Publication

.

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

Page 109: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

105 Training Material & Publication

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

Page 110: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

106 Training Material & Publication

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.

Page 111: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

107 Training Material & Publication

• 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)

Page 112: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

108 Training Material & Publication

• 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)

Page 113: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

109 Training Material & Publication

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

Page 114: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

110 Training Material & Publication

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.

Page 115: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

111 Training Material & Publication

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.

Page 116: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

112 Training Material & Publication

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.

Page 117: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

113 Training Material & Publication

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

Page 118: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

114 Training Material & Publication

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

Page 119: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

115 Training Material & Publication

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

Page 120: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

116 Training Material & Publication

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

Page 121: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

117 Training Material & Publication

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/��OHELK�EHVDU�NDUHQD�GHQJDQ�F\OLQGHU�\DQJ�EDQ\DN�DNDQ�GLKDVLONDQ�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.

Page 122: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

118 Training Material & Publication

Methods for increasing of maximum power

Item

Increasing compression ratio

Increasing combustion pressure

High combustion speed

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

Heatproof air duct and manifold

Duct layout for heat proof

Utilize intercooler

Increasing intake

pressureUtilize turbocharger or supercharger

Multi valve

Increase inner diameter for intake and exhaust

Increase radius of curvature

Smooth inner surface

Proper capacity of surge tank

Reduce back pressure

Wide cam nose

Increase valve overlap

Proper valve timing

Variable intake system

Proper length of manifold

Multi valve

Multi cylinder

Short stroke

Increase valve diameter

Wide cam nose

Increase valve lift

Light weight of valve system

Light weight of main moving parts

Double over head camshaft, twine cam

Reduce piston mean

speedShort stroke

Increasing rpm

limit

Increasing

charging

efficiency

Valve system

Using inertia energy &

pulsation

Reduce intake air

speed

Reduce inertia mass

of moving parts

Method

Increasing mean piston

effectivepressure

Low intake air

temperature

Reduce resistance for

intake and exhaust

Page 123: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

119 Training Material & Publication

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

Page 124: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

120 Training Material & Publication

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.

Page 125: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

121 Training Material & Publication

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.

Page 126: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

122 Training Material & Publication

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.

Page 127: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

123 Training Material & Publication

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

Page 128: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

124 Training Material & Publication

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��NXUDQJ�GDUL�������SDGD�HQJLQH�GHQJDQ� MXPODK�F\OLQGHU���GLVSODFHPHQW�volumenya dari 1�KLQJJa 1.5�� GLSDNDL� SDGD� NHQGDUDDQ� FRPPHUFLDO�� GDQ� MLND� PHPSXQ\DL�displacement volumenya lebih hingga 2��GLSDNDL�XQWXN�KLJK�SHUIRUPDQFH�SXUSRVHG�FDU��(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

Page 129: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

125 Training Material & Publication

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.

Page 130: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

126 Training Material & Publication

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

Page 131: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

127 Training Material & Publication

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 :�PXODL�GLDNVHOHUDVL�:�EHUMDODQ�GHQJDQ�NHFHSDWDQ�konstan:�GHFHOHUDWLRQ��'DKXOX�NHFHSDWDQ�\DQJ�GLSDNDL�DGDODK���NP�K��WHWDSL��XQWXN�NHDGDDQ�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

Page 132: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

128 Training Material & Publication

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.

Page 133: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

129 Training Material & Publication

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.

Page 134: Step 1 Engne Engine Principles · PDF fileStruktur Mesin 9. Diesel Engine 10. Internal Combustion & Motor ... Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak) Cara kerjanya sama seperti yang

Engine Principles

130 Training Material & Publication

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.