Assalammualikum WR WB
PRINSIP KERJA, KONSTRUKSI, DAN KOMPONEN-KOMPONEN SISTEM PENYALAAN LISTRIK PADA MOTOR BENSIN
Sistem penyalaan listrik (pengapian) terdapat pada motor bensin guna menghasilkan suhu yang cukup tinggi untuk memulai pembakaran dengan cara menyalakan busi di ruang bakar di dalam silinder. Pada motor diesel tidak dilengkapi sistem penyalaan listrik karena untuk menghasilkan suhu yang cukup tinggi untuk memulai pembakaran ditempuh dengan cara memampatkan (mengompresi) udara yang masuk ke ruang bakar di dalam silinder.
Penyalaan pada Motor Bensin
Pembakaran di ruang bakar di dalam silinder pada motor bensin dapat berlangsung apabila ketiga syarat pembakaran terpenuhi, yaitu: (1) bahan bakar (bensin), (2) udara (oksigen), dan (3) suhu yang cukup tinggi untuk memulai pembakaran.
Suhu yang cukup tinggi untuk memulai pembakaran pada motor bensin diperoleh dari percikan atau loncatan bunga api listrik (spark) pada busi (spark plug). Bunga api listrik dihasilkan oleh sistem penyalaan listrik (ignition system) berupa unit alat penyala listrik (ignition unit), yaitu terdiri atas dua jenis: (1) unit alat penyala batere (battery ignition unit), dan (2) unit alat penyala magnet (magneto ignition unit).
Fungsi Alat Penyala Listrik
Suhu yang cukup tinggi untuk memulai pembakaran pada motor bensin diperoleh dari loncatan (percikan) bunga api listrik antara elektroda busi pada saat torak menjelang mencapai TMA (titik mati atas) pada akhir langkah kompresi. Saat terjadinya percikan tersebut ditentukan oleh unit alat penyala listrik.
Unit alat penyala listrik (ignition unit) berfungsi untuk menghasilkan percikan bunga api listrik pada busi pada sesaat menjelang torak mencapai TMA pada akhir langkah kompresi.
Komponen Unit Alat Penyala Listrik
Unit alat penyala listrik terdiri atas komponen:
(1)sumber arus listrik (battery, atau magneto)
(2)kumparan penyala (ignition coil): kumparan primer dan sekunder
(3)busi (spark plug)
(4)pemutus arus primer atau platina (breaker points)
(5)nok atau kam (cam)
(6)kondensor (condenser)
Beberapa jenis motor bensin tidak lagi menggunakan platina, tetapi sudah menggunakan sistem CDI (Capacitor Discharge Ignition), atau sistem EPI (Electronic Pointless Ignition) untuk menghindari kerusakan mekanis (keausan) di bagian pemutus arus primer (platina).
Motor bensin dengan jumlah silinder lebih dari satu maka perlu dilengkapi dengan distributor (pembagi arus) untuk membagi arus induksi ke tiap-tiap busi sesuai dengan urutan penyalaannya (firing order).
Poros yang memutar rotor distributor sama dengan poros nok pemutus arus primer sehingga pada saat terjadi pemutusan arus primer maka bersamaan itu pula terjadi hubungan antara rotor distributor dengan salah satu kabel busi sesuai dengan urutan penyalaannya.
Prinsip Terbentuknya Bunga Api Listrik
Prinsip kerja terbentuknya bunga api listrik (spark) sederhana digambarkan dalam Gambar 1.
Gambar 1. Prinsip terbentuknya percikan bunga api listrik (spark) sederhana
Prinsip terbentuknya bunga api listrik (spark) sederhana:
(1) Ketika kedua ujung kabel yang dipegang tangan kiri dan kanan dijauhkan, maka akan terjadi medan magnet pada kumparan
(2) Apabila kedua ujung kabel didekatkan dengan jarak tertentu, atau disentuh-sentuhkan, maka arus induksi akan mengalir pada kedua ujung kabel tersebut sehingga terjadi spark
(3) Prinsip terbentuknya spark sederhana inilah yang selanjutnya digunakan sebagai prinsip dasar penyalaan listrik pada unit alat penyala batere dan magnet, baik yang menggunakan platina maupun CDI.
Prinsip Kerja Unit Alat Penyala Batere
Prinsip kerja unit alat penyala batere yang menggunakan pemutus arus primer (platina) digambarkan dalam Gambar 2.
Gambar 2. Prinsip kerja unit alat penyala batere yang menggunakan platina
Prinsip terbentuknya bunga api listrik (spark) alat penyala batere:
(1) Ketika stop contact pada posisi on dan pemutus arus atau platina (breaker points) tertutup, maka arus listrik akan mengalir dari batere menuju ke koil yang di dalamnya terdapat kumparan primer, kumparan sekunder, dan teras besi lunak, sehingga terjadi medan magnet
(2) Ketika arus primer diputus karena bagian platina terbuka oleh gerakan berputar dari nok (cam) maka medan magnet akan hilang dan timbul arus induksi pada kumparan sekunder yang mampu menghasilkan tegangan hingga ± 15000 volt sehingga menimbulkan loncatan bunga api listrik (spark) pada busi
(3) Ketika terjadi spark maka pada setiap gap juga akan terjadi spark, termasuk di platina, untuk itu dipasang kondensor guna menyerap arus induksi, sehingga tidak timbul spark pada platina
Prinsip Kerja Unit Alat Penyala Magnet
Alat penyala magnet terdiri atas dua macam dalam menghasilkan medan magnet, yaitu: (1) kumparan primer yang berputar, dan (2) magnet yang berputar. Prinsip kerja unit alat penyala magnet dengan yang menggunakan pemutus arus primer (platina) digambarkan dalam Gambar 3(a) dan Gambar 3(b).
(a)
(b)
Gambar 3. Prinsip kerja unit alat penyala magnet yang menggunakan platina (a) kumparan primer yang berputar, (b) magnet yang berputar
Prinsip terbentuknya bunga api listrik alat penyala magnet:
(1) Ketika stop contact pada posisi on dan pemutus arus atau platina (breaker points) tertutup, maka pada saat jangkar bersama-sama kumparan primer berputar (Gambar 3.a) atau magnet berputar (Gambar 3.b), akan terjadi medan magnet pada koil
(2) Ketika arus primer diputus karena bagian platina terbuka oleh gerakan berputar dari nok (cam) maka medan magnet akan hilang dan timbul arus induksi pada kumparan sekunder yang mampu menghasilkan tegangan hingga ± 15000 volt sehingga menimbulkan loncatan bunga api listrik (spark) pada busi
(3) Ketika terjadi spark maka pada setiap gap juga akan terjadi spark, termasuk di platina, untuk itu dipasang kondensor guna menyerap arus induksi, sehingga tidak timbul spark pada platina
Konstruksi Unit Alat Penyala Listrik
Unit alat penyala listrik berperan dalam menghasilkan suhu yang cukup tinggi untuk memulai pembakaran, bersama-sama dengan sistem penyaluran bahan bakar untuk proses pembakaran di ruang bakar di dalam silinder, seperti ditunjukkan dalam Gambar 4.
Gambar 4. Contoh sistem persiapan pembakaran dalam motor bensin 1 silinder
Konstruksi Unit Alat Penyala Batere
Konstruksi unit alat penyala batere motor bensin dengan silinder lebih dari satu dapat dilihat dalam Gambar 5, Gambar 6, Gambar 7, dan Gambar 8.
Gambar 5. Contoh unit alat penyala batere motor bensin 2 silinder
(a)
(b)
Gambar 6. Cara kerja unit alat penyala batere motor bensin lebih dari 1 silinder pada saat: (a) platina tertutup, dan (b) platina terbuka
Gambar 7. Contoh cara kerja unit alat penyala batere motor bensin 4 silinder
Gambar 8. Contoh konstruksi unit alat penyala batere motor bensin 4 silinder
Cara kerja alat penyala batere motor bensin lebih dari 1 silinder:
(1) Ketika stop contact pada posisi on dan pemutus arus atau platina (breaker points) tertutup (Gambar 6.a), maka arus listrik akan mengalir dari batere menuju ke koil yang di dalamnya terdapat kumparan primer, kumparan sekunder, dan teras besi lunak, sehingga terjadi medan magnet
(2) Ketika arus primer diputus karena bagian platina terbuka (Gambar 6.b) oleh gerakan berputar dari nok (cam) maka medan magnet akan hilang dan timbul arus induksi pada kumparan sekunder.
(3) Poros yang memutar rotor distributor sama dengan poros nok pemutus arus primer sehingga pada saat terjadi pemutusan arus primer maka bersamaan itu pula terjadi hubungan antara rotor distributor dengan salah satu kabel busi sesuai dengan urutan penyalaannya. Arus induksi yang didistribusikan oleh distributor tersebut mampu menghasilkan tegangan hingga ± 15000 volt sehingga menimbulkan loncatan bunga api listrik (spark) pada busi
(4) Ketika terjadi spark maka pada setiap gap juga akan terjadi spark, termasuk di platina, untuk itu dipasang kondensor guna menyerap arus induksi, sehingga tidak timbul spark pada platina
Konstruksi Unit Alat Penyala Magnet
Konstruksi unit alat penyala magnet motor bensin dengan silinder tunggal dapat dilihat dalam Gambar 9 dan Gambar 10, sedangkan untuk silinder lebih dari satu dapat dilihat dalam Gambar 11.
Gambar 9. Contoh konstruksi alat penyala magnet silinder tunggal dengan platina
Gambar 10. Contoh konstruksi alat penyala magnet silinder tunggal dengan CDI
Cara kerja alat penyala magnet (CDI) motor bensin 1 silinder:
Ketika roda gaya magnet berputar maka arus diinduksikan dalam koil yang stasioner dan kemudian mengisi kapasitor. Bila kapasitor telah diisi maka sebuah isyarat tegangan untuk mengontrol timbulnya penyalaan dalam kumparan sensor dengan menggunakan pintu G dari SCR (Silicon Controlled Rectifier) untuk mengalirkan arus dari A ke K. Listrik yang dikumpulkan dalam kapasitor selanjutnya disalurkan pada suatu saat melalui SCR dalam kumparan primer. Arus ini membangkitkan tegangan yang lebih tinggi dalam kumparan sekunder sehingga menimbulkan loncatan bungan api listrik pada busi.
Gambar 11. Contoh konstruksi alat penyala magnet dua silinder dengan platina
Cara kerja alat penyala magnet motor bensin lebih dari 1 silinder:
(1) Ketika stop contact pada posisi on dan pemutus arus atau platina (breaker points) tertutup, maka pada saat magnet berputar (Gambar 11), akan terjadi medan magnet pada koil yang di dalamnya terdapat kumparan primer, kumparan sekunder, dan teras besi lunak
(2) Ketika arus primer diputus karena bagian platina terbuka oleh gerakan berputar dari nok (cam) maka medan magnet akan hilang dan timbul arus induksi pada kumparan sekunder.
(3) Poros yang memutar rotor distributor sama dengan poros nok pemutus arus primer sehingga pada saat terjadi pemutusan arus primer maka bersamaan itu pula terjadi hubungan antara rotor distributor dengan salah satu kabel busi sesuai dengan urutan penyalaannya (busi I dan busi II). Arus induksi yang didistribusikan oleh distributor mampu menghasilkan tegangan hingga ± 15000 volt sehingga menimbulkan loncatan bunga api listrik pada busi
(4) Ketika terjadi spark maka pada setiap gap juga akan terjadi spark, termasuk di platina, untuk itu dipasang kondensor guna menyerap arus induksi, sehingga tidak timbul spark pada platina
PRINSIP KERJA, KONSTRUKSI, DAN KOMPONEN-KOMPONEN SISTEM PELISTRIKAN PADA MOTOR BAKAR TORAK
Sistem pelistrikan pada motor bakar torak atau mesin terutama digunakan untuk: (1) menghidupkan motor (engine), dan (2) pengisian arus listrik ke batere atau akumulator (accu).
Menghidupkan Motor (Engine)
Motor bakar torak (motor bensin dan motor diesel) dihidupkan dengan cara memutar poros engkolnya. Pemutaran poros engkol dapat dilakukan dengan cara: (1) mengengkol menggunakan tangan (hand starter), (2) menarik tali starter, (3) mengengkol menggunakan kaki (kick starter), dan (4) menggunakan motor starter. Diantara keempat cara tersebut penggunaan motor starter memerlukan sumber daya listrik dari batere atau akumulator (accu) untuk menghidupkan motor starter tersebut.
Motor bakar torak yang dihidupkan dengan menggunakan motor starter memerlukan komponen-komponen sistem pelistrikan: (1) batere (battery) atau accumulator (accu), (2) kunci kontak (key switch) atau saklar starter (starter switch), (3) solenoid atau saklar motor (motor switch), dan (4) motor starter (starting motor), sebagaimana ditunjukkan dalam Gambar 12.
Gambar 12. Rangkaian komponen sistem pelistrikan untuk menghidupkan engine
Pemutaran poros engkol untuk menghidupkan engine menggunakan motor starter ditempuh dengan cara memutar roda gila (flywheel). Flywheel adalah komponen yang selalu berputar selama poros engkol berputar atau selama engine hidup. Untuk itu, untuk menghidupkan engine ditempuh dengan cara memutar flywheel. Dalam Gambar 13 diperlihatkan cara kerja menghidupkan engine menggunakan motor starter.
Gambar 13. Contoh cara kerja motor starter memutar flywheel
Cara kerja motor starter memutar flywheel :
Ketika kunci kontak (key switch) diputar ke posisi on maka akan terjadi aliran arus listrik dari batere ke solenoid, dan ketika kunci kontak diputar ke posisi start maka motor starter hidup dan solenoid mendesak atau mendorong gigi pinion motor starter untuk berhubungan dengan gigi flywheel dan memutar flywheel untuk menghidupkan engine (Gambar 13).
Pengisian Arus Listrik ke Batere atau Accu
Batere atau accumulator (accu) menyimpan dan mengalirkan arus listrik dari sumber pengisi arus listrik ke motor starter dan komponen sistem pelistrikan lainnya, seperti: koil untuk penyalaan, bel atau klakson, dan lampu-lampu. Pengisian (charging) arus listrik dari sumber pengisi arus listrik ke accu berupa arus listrik searah atau DC (direct current). Terdapat 2 jenis sumber pengisi arus listrik ke accu, yaitu: (1) alternator, dan (2) genetaror, sebagaimana ditunjukkan dalam Gambar 14.
Gambar 14. Rangkaian pengisian arus listrik ke batere (accu)
Cara kerja pengisian arus listrik dari sumber pengisi arus ke accu:
Ketika kunci kontak (key switch, atau ignition switch) diputar ke posisi on maka terjadi aliran arus listrik dari alternator atau generator ke batere (accu). Alternator dan generator hidup setelah memperoleh daya putar melalui transmisi sabuk (belt) dari putaran poros engkol engine. Jadi, proses pengisian arus listrik (charging) berlangsung selama engine hidup.
Alternator dan generator memproduksi arus listrik dengan cara yang sama, namun berbeda dalam hal metode untuk mengubahnya menjadi arus searah (DC). Alternator mengubah arus bolak-balik atau alternating current (AC) menjadi DC dengan menggunakan komponen penyearah (diode) yang dipasang secara seri, sedangkan diode generator dipasang dalam rangkaian jembatan Wheatstone (kuprok).
Besar arus listrik untuk pengisian terukur pada alat ukur ammeter. Sekring (fuse) dipasang sebagai pengaman apabila terjadi kelebihan besar arus listrik; dalam hal ini sekring akan putus ketika arus listrik yang mengisi ke batere terlampau besar.
Alternator dapat mensuplei arus listrik yang lebih besar pada kecepatan putar poros engkol engine yang rendah dibanding generator. Untuk alasan inilah, maka alternator lebih banyak digunakan dibanding generator.
Regulator
Rangkaian pengatur (regulator) berfungsi untuk: (1) menutup sirkuit ketika engine hidup, dan membuka sirkuit ketika engine mati, (2) mencegah pengisian arus listrik berlebihan ke batere (overcharging), dan (3) mencegah aliran arus listrik tinggi ke sistem yang dapat merusak komponen lainnya. Regulator terdiri atas komponen: (1) pengatur tegangan listrik (voltage regulator), (2) saklar otomatis berupa pemutus arus listrik (cutout relay), dan (3) pengatur arus listrik (current regulator). Ketiga komponen tersebut dipasang di dalam satu tempat tertutup.
Listrik dari alternator atau generator mengalir ke voltage regulator. Komponen ini dipasangkan ke dalam rangkaian sistem pengisian arus listrik untuk mengontrol besar tegangan listrik yang dihasilkannya.
Pelepasan arus listrik dari batere ke generator ketika generator tidak beroperasi (discharging) dapat dicegah dengan memasang cutout relay di dalam sirkuit. Secara otomatis saklar akan menutup dan sirkuit lengkap ketika generator beroperasi, dan akan membuka sirkuit ketika generator berhenti.
Pengatur arus listrik (current regulator) dipasang di dalam sirkuit beban untuk mengendalikan atau mengontrol aliran arus listrik berlebihan akibat terlalu rendahnya besar tahanan (resistance). Komponen ini mempunyai fungsi yang sama dengan voltage regulator. Kedua komponen ini tidak bekerja pada waktu yang sama, artinya kalau salah satu bekerja maka yang lainnya tidak.
PRINSIP KERJA, KONSTRUKSI, DAN KOMPONEN-KOMPONEN SISTEM PENDINGINAN PADA MOTOR BAKAR TORAK
Pada motor bakar torak, energi kimia yang tersimpan dalam bahan bakar diubah menjadi energi thermal pada saat pembakaran. Energi thermal ini selanjutnya diubah menjadi energi mekanik berupa gerak translasi torak dan gerak rotasi poros engkol. Adanya pendinginan akan menyebabkan pengurangan besar energi thermal sehingga pendinginan akan menurunkan efisiensi panas. Meskipun demikian, pendinginan harus ada karena dengan tidak adanya pendinginan akan menyebabkan silinder dan torak menjadi terlalu panas sehingga dapat mengakibatkan: (1) campuran bahan bakar dan udara yang dihisap oleh torak pada motor bensin dapat terbakar sendiri pada saat langkah kompresi (preignition), dan (2) pelumasan akan terganggu karena minyak pelumas dapat ikut terbakar sehingga torak macet yang dapat menimbulkan kerusakan pada silinder dan torak. Dengan demikian, meskipun sebetulnya pendinginan itu merugikan (mengurangi efisiensi panas) pada motor bakar torak harus ada pendinginan.
Sistem pendinginan (cooling system) motor bakar torak (motor bensin dan motor diesel) didesain terutama untuk: (1) mengatur suhu operasi, dan (2) mencegah panas berlebihan (overheating). Dengan adanya pengaturan suhu operasi dalam sistem pendinginan maka: (1) operasi engine akan terjaga pada tingkat panas terbaik, (2) engine akan terlindungi dari operasi terlampau dingin yang dapat mengakibatkan keausan dan pemborosan konsumsi bahan bakar, dan (3) engine terlindung dari preignition, detonasi (peletusan), ketukan (knock), dan kerusakan pada torak, katup-katup, dan pelumasan.
Bagian yang Didinginkan
Bagian yang didinginkan oleh pendingin terutama pada bagian di sekeliling dinding silinder karena pembakaran berlangsung di ruang bakar di dalam silinder.
Bahan Pendingin
Bahan pendingin yang umum digunakan pada motor bakar torak adalah udara dan air. Pendinginan dengan udara disebut juga pendinginan langsung karena udara langsung mendinginkan bagian yang didinginkan. Pendinginan dengan air disebut pendinginan tidak langsung karena air mendinginkan bagian yang didinginkan, sedangkan air itu sendiri didinginkan oleh udara.
Pendingin Udara
Udara sebagai pendingin mempunyai panas jenis yang sangat kecil sehingga untuk mendinginkan bagian yang didinginkan dibutuhkan udara dalam jumlah banyak. Ada dua cara untuk memperoleh jumlah udara banyak, yaitu: (1) engine dijalankan pada kecepatan yang cukup tinggi, dan (2) dihembus oleh kipas (fan, atau blower).
Sekeliling dinding silinder yang didinginkan oleh udara dilengkapi dengan sirip-sirip pendingin (fins) guna memperluas kontak dinding silinder dengan udara. Sirip-sirip pendingin tersebut menjadi ciri utama konstruksi pendingin udara.
Pendingin Air
Air sebagai pendingin mempunyai keuntungan/kelebihan yang lebih besar dibanding udara, yaitu: (1) panas jenis air yang relatif besar, dan (2) air mempunyai panas penguapan tinggi (536 kalori/gram), sehingga air tidak akan cepat panas atau menguap dan untuk mendinginkan bagian yang didinginkan tidak dibutuhkan banyak air.
Konstruksi dan Cara Pendinginan
Pendinginan motor bakar torak dengan media udara terdiri atas: (1) pendingin udara stasioner, dan (2) pendingin udara dinamis. Proses pendinginan pada pendingin udara stasioner ditempuh dengan cara menghadirkan udara melalui hembusan kipas (fan, atau blower) untuk mendinginkan sirip-sirip pendingin di sekeliling dinding silinder. Ciri konstruksi pendingin udara stasioner yaitu terdiri atas komponen: (1) kipas (blower), (2) penutup dari bahan logam untuk mengarahkan aliran udara pendingin (metal cowling), dan (3) sirip-sirip pendingin (fins, atau finned cylinder), sebagaimana diperlihatkan dalam Gambar 15. Proses pendinginan pada pendingin udara dinamis ditempuh dengan cara menghadirkan udara melalui gerakan dinamis dari engine pada saat dijalankan dengan kecepatan yang cukup tinggi, sehingga pada saat berhenti atau diam di tempat tidak akan terjadi pendinginan. Ciri konstruksi pendingin udara dinamis yaitu sirip-sirip pendingin (fins, atau finned cylinder), seperti ditunjukkan dalam Gambar 16.
Gambar 15. Contoh konstruksi pendingin udara stasioner
Gambar 16. Contoh konstruksi pendingin udara dinamis
Pendinginan motor bakar torak dengan media air ditempuh dengan cara: (1) penguapan, (2) kondensasi, (3) peredaran alami, dan (4) peredaran paksa. Keempat jenis pendingin tersebut berbeda dalam mengubah air “panas” menjadi air “dingin” untuk mendinginkan silinder. Air pendingin mendinginkan silinder melalui selimut atau jaket air pendingin di sekeliling silinder (water jacket).
Pendinginan penguapan (tipe hopper) merupakan cara pendinginan dengan air yang paling sederhana (Gambar 17). Dinding silinder yang akan didinginkan berada di dalam bak (hopper) yang dapat diisi dengan air dan terbuka bagian atasnya. Suhu air pada pendingin dengan cara seperti ini tidak akan naik lebih tinggi dari 100°C. Air di dalam hopper suatu saat akan mendidih dan menguap, sehingga perlu ditambahkan air pendingin yang baru. Tinggi muka air pendingin di dalam hopper dapat diketahui dengan melihat posisi naik-turunnya pelampung. Pendingin tipe hopper ini tidak dapat dipakai untuk engine yang dinamis (mobile).
Gambar 17. Contoh konstruksi pendingin tipe hopper
Saat ini sudah banyak dilakukan modifikasi terhadap pendingin tipe hopper, yaitu dengan cara mengalirkan air pendingin secara kontinyu (terus-menerus) ke dalam hopper dan mengalirkan keluar dari saluran pembuangan air pendingin (outlet), terutama diaplikasikan untuk mengoperasikan motor diesel selama 24 jam atau lebih tanpa dimatikan (nonstop), seperti contohnya pada saat penggilingan padi atau pada saat digunakan untuk generator listrik (genset).
Pendinginan secara kondensasi (tipe kondensor) mendinginkan silinder dengan cara mendinginkan uap air yang bergerak ke atas masuk ke dalam pipa-pipa kondensor. Pendinginan uap air tersebut dilakukan oleh kipas (fan) sehingga terkondensasi menjadi titik-titik embun, kemudian terbentuk tetesan air yang mengalir ke bawah masuk kembali ke dalam selimut air pendingin.
Sebuah pipa kecil jalur uap digunakan untuk menghubungkan kondensor dengan tangki kondensor. Pada beban operasi tinggi akan terbentuk uap air yang mengandung udara, dimana udara tersebut akan keluar melalui lubang-lubang kecil pada pipa jalur uap, sedangkan uap air akan terkondensasi menjadi air dan masuk ke dalam tangki kondensor. Pada beban operasi rendah maka tekanan uap air di dalam kondensor turun dan airnya tersedot mengalir ke bawah masuk ke dalam selimut air pendingin.
Posisi tutup air pendingin berada di bawah kondensor untuk menghindari kenaikan air langsung ke kondensor. Konstruksi pendingin tipe kondensor dapat dilihat dalam Gambar 18.
Gambar 18. Contoh konstruksi pendingin tipe kondensor
Gambar 19. Contoh konstruksi pendingin tipe thermosiphon
Pendinginan dengan peredaran paksa (tipe radiator) mendinginkan silinder dengan cara mendinginkan air “panas” yang mengalir secara paksa oleh pompa air. Sepintas konstruksi pendingin tipe radiator ini hampir sama dengan tipe thermosiphon, perbedaannya terletak pada ada dan tidaknya pompa air, sebagaimana ditunjukkan dalam Gambar 20.
Selama suhu air “panas” belum mencapai (70 – 80)°C maka air “panas” tersebut hanya akan berputar-putar di dalam selimut air pendingin melalui saluran bypass (Gambar 20). Keuntungan/kelebihan yang dimiliki pendingin tipe radiator ini adalah: (1) peredaran air pendingin tetap berlangsung meskipun tinggi muka air pendingin berada di bawah thermostat, dan (2) kapasitas pendinginan besar sehingga banyak diaplikasikan untuk engine-engine tugas berat yang dinamis.
Gambar 20. Contoh konstruksi pendingin tipe radiator
PEMELIHARAAN/PERAWATAN SISTEM PENYALAAN LISTRIK, SISTEM PELISTRIKAN, DAN SISTEM PENDINGINAN PADA MOTOR BAKAR TORAK
Tindakan perawatan (maintenance) merupakan suatu usaha agar motor (engine) yang dioperasikan tidak cepat rusak dengan cara senantiasa melakukan pencegahan sebelum timbul kerusakan, sehingga prestasi motor tetap maksimum dan memperpanjang umur operasinya. Adapun cara perawatan meliputi: (1) perawatan pencegahan (preventive maintenance), dan (2) perbaikan mendadak (emergency maintenance). Tindakan perawatan pencegahan lebih penting dibanding tindakan perbaikan mendadak.
Motor bakar torak, baik motor bensin maupun motor diesel, dapat beroperasi secara aman dan lancar apabila selalu dalam kondisi prima pada saat dioperasikan. Kondisi prima tersebut dapat selalu terjaga apabila terpelihara atau terawat sistem penyalaan listriknya, sistem pelistrikannya, dan sistem pendinginannya.
Perawatan Sistem Penyalaan Listrik
Bagian atau komponen utama sistem penyalaan listrik pada motor bensin yang perlu dirawat adalah: (1) batere (accu), (2) roda gaya magnet, (3) koil, (4) pemutus arus primer (platina), (5) CDI, (6) kondensor, (7) distributor, dan (8) busi. Di antara kedelapan komponen tersebut maka busi adalah komponen yang paling sering ditangani untuk dirawat, kemudian disusul batere, platina, CDI, kondensor, distributor, koil, dan terakhir roda gaya magnet.
Busi tersusun oleh komponen-komponen seperti: elektroda, isolator, dan gasket, sebagaimana secara lengkap dapat dilihat dalam Gambar 21. Busi tidak boleh terlalu panas karena akan memudahkan terbentuknya endapan karbon pada permukaan isolator porselen dan dapat menimbulkan hubungan singkat.
Gambar 21. Contoh penampang sebuah busi
Suhu isolator busi harus mencapai (700 – 800)°C agar karbon dapat terbakar sehingga tidak terbentuk endapan karbon pada permukaan isolator porselen. Apabila suhu terlampau tinggi maka akan dapat merusak isolatornya atau akan menimbulkan preignition, sehingga akan memperpendek umur motor bensin.
Busi dapat diklasifikasikan berdasarkan atas suhu pengoperasiannya, yaitu: (1) busi panas (hot plug / low compression plug), (2) busi sedang (normal plug / intermediate compression plug), dan (3) busi dingin (cold plug / high compression plug). Konstruksi ketiga jenis busi dapat dilihat dalam Gambar 22, sedangkan ciri-ciri yang membedakan ketiga jenis busi tersebut ditunjukkan pada Tabel 1.
Gambar 22. Contoh konstruksi busi panas, busi sedang, dan busi dingin
Tabel 1. Karakteristik busi panas, busi sedang, dan busi dingin
Motor bensin yang cenderung mudah overheat akibat kurang bagusnya sistem pendinginan harus menggunakan busi panas, sedangkan yang cenderung mudah terbentuk endapan karbon harus menggunakan busi dingin. Ketika terjadi overheat maka busi panas akan mati karena tidak tahan terhadap panas (suhu) tinggi. Busi juga dirancang sebagai pengaman atau bagian yang dilemahkan, artinya untuk mencegah terjadinya kerusakan yang lebih parah, maka akan lebih mudah dan ekonomis dengan hanya mengganti busi daripada harus mengganti komponen lainnya yang lebih mahal.
Busi yang masih baik dicirikan sebagai berikut: (1) loncatan bunga api listriknya kuat dan berwarna biru putih, dan (2) isolatornya berwarna kuning, sawo matang, atau coklat. Dalam Gambar 23 diperlihatkan contoh kondisi busi yang masih baik dan yang sudah tidak normal atau rusak setelah dioperasikan dalam kurun waktu tertentu.
Gambar 23. Contoh kondisi busi setelah dioperasikan dalam kurun waktu tertentu
Tindakan perawatan busi cukup mudah, yaitu: (1) buka atau lepaskan busi dari kepala silinder, (2) bersihkan ulir dan bagian gap elektroda menggunakan kawat baja halus, dan (3) ukur jarak kerenggangan gap elektroda busi menggunakan alat ukur ketebalan (filler gauge), seperti ditunjukkan dalam Gambar 24 dan Gambar 25. Jarak renggang gap elektroda busi disesuaikan dengan gap antar ujung kontak platina (busi 0.6 – 0.8 mm; platina ± 0.35 mm).
Gambar 24. Contoh tindakan perawatan busi
Gambar 25. Contoh tindakan penyetelan dan pengukuran gap antar ujung platina
Kinerja busi dan platina dipengaruhi pula oleh kinerja kondensor karena kerusakan pada platina sebagian besar disebabkan oleh tidak berfungsinya kondensor secara maksimal sehingga mengakibatkan pemutusan arus primer tidak bagus dan percikan bunga api listrik pada busi berkualitas buruk. Kondensor yang masih baik ketika diuji dengan menggunakan alat ukur multitester (AVO-meter) menunjukkan simpangan jarum yang reaktif dan gerak kembalinya lambat atau lebih lambat.
Kinerja platina akan maksimal bila posisi antar ujung permukaan kontaknya senantiasa tepat atau tidak bergeser. Selain itu, ujung-ujung permukaan kontak platina harus rata, tidak boleh kasar atau berongga karena terbakar, seperti ditunjukkan dalam Gambar 26. Apabila ujung-ujung permukaan kontak platina tersebut tidak tepat, kasar, atau berongga, harus disetel kembali atau diganti.
Gambar 26. Contoh kondisi dan posisi ujung-ujung permukaan kontak platina
Batere atau accu, yang menggunakan elemen basah, perlu dikontrol atau dicek keberadaan cairan atau air accunya. Pengecekan terutama terhadap tinggi muka air accu dan densitas atau berat jenis air accu menggunakan alat ukur hidrometer untuk setiap 50 jam operasi. Pengisian air accu tidak boleh sampai penuh betul karena akan menghalangi pergerakan gas di atas permukaan air accu. Berat jenis air accu yang baik adalah antara 1.22 – 1.28 g/cc. Apabila berat jenis mencapai lebih dari 1.30 g/cc maka pengisian arus listrik dari alternator atau generator ke accu berlebihan (over charge), sedangkan bila kurang dari 1.21 g/cc dikatakan lemah. Batere harus diganti apabila berat jenis air accu tiap sel kurang dari 0.05 g/cc.
Perawatan Sistem Pelistrikan
Bagian atau komponen utama sistem pelistrikan pada motor bakar torak yang perlu dirawat adalah: (1) batere (accu), (2) kunci kontak, (3) alternator, (4) generator, (5) regulator, (6) ammeter, (7) sekring (fuse), (8) sabuk transmisi (belt), dan (9) solenoid dan motor starter. Tindakan perawatan terhadap sistem pelistrikan meliputi penyetelan dan penggantian. Penyetelan sangat jarang dilakukan, sedangkan penggantian mungkin dilakukan terhadap batere, kunci kontak, sekring, dan belt yang sudah habis umur operasionalnya.
Perawatan Sistem Pendinginan
Pendinginan pada motor bakar torak terdiri atas dua cara, yaitu: (a) pendinginan dengan udara, dan (b) pendinginan dengan air. Tindakan perawatan motor bakar torak berpendingin udara lebih mudah dan sederhana dibanding motor bakar torak berpendingin air, karena konstruksinya yang lebih sederhana dan ringan.
Perawatan komponen motor bakar torak berpendingin udara
Komponen utama pendingin udara yang perlu dirawat adalah: (1) sirip-sirip pendingin (fins), (2) kipas (fan, atau blower), dan (3) penutup (metal cowling). Tindakan perawatan meliputi pembersihan dan penyetelan. Pembersihan kotoran yang menempel dilakukan terhadap sirip-sirip pendingin, kipas, dan penutup, sedangkan penyetelan dilakukan terhadap kipas agar posisi dan gerak berputarnya stabil dan mantap.
Perawatan komponen motor bakar torak berpendingin air
Komponen utama pendingin air yang perlu dirawat adalah: (1) bak (hopper), (2) pelampung (penunjuk tinggi muka air dalam hopper), (3) selimut / jaket air pendingin (water jacket), (4) kondensor, (5) thermostat, (6) radiator, (7) tutp radiator, (8) ventilator, (9) pompa air, (10) kipas, dan (11) tali kipas (fan belt). Tindakan perawatan meliputi pembersihan, penyetelan, dan penggantian komponen.
Pembersihan dilakukan terhadap komponen hopper, water jacket, kondensor, radiator, ventilator, dan kipas. Hopper dan water jacket dibersihkan dengan cara dikuras, kondensor dan radiator dibersihkan dengan cara disemprot dengan air bertekanan tinggi atau menggunakan steam (uap air panas bertekanan tinggi) dan kompresor, sedangkan ventilator dan kipas cukup dibersihkan dengan menggunakan kain lap.
Penyetelan dan penggantian dilakukan terhadap komponen thermostat, tutup radiator, dan tali kipas. Penyetelan dan penggantian thermostat dilakukan apabila suhu air pendingin cepat naik akibat terhambatnya aliran air “panas” melewati thermostat. Dalam Gambar 27 dapat dilihat cara kerja thermostat yang mengalirkan air “panas” ke radiator dan di dalam selimut melalui saluran bypass. Penyetelan dan penggantian tutup radiator dilakukan apabila katup (valve) tidak bekerja secara optimal dalam mengalirkan uap dan/atau air “panas” berlebihan ke tabung penampung limpahan (overflow tube), seperti ditunjukkan dalam Gambar 28. Penyetelan dan penggantian tali kipas dilakukan untuk menyetel kekencangan tali kipas dan menggantinya bila telah mencapai umur operasionalnya.
buka (open)
tutup (closed)
Gambar 27. Cara kerja thermostat pada saat buka (open) dan tutup (closed)
Test Formatif
Sistem Penyalaan Listrik
1. Jelaskan fungsi sistem penyalaan listrik pada suatu motor bakar torak!
2. Sebutkan komponen-komponen unit alat penyala batere dan magneto untuk motor bakar torak dengan silinder lebih dari satu, dan jelaskan prinsip kerja kedua unit alat penyala listrik tersebut!
3. Jelaskan cara kerja unit alat penyala magneto yang dilengkapi komponen CDI untuk motor bakar torak satu silinder!
Sistem Pelistrikan
1. Jelaskan fungsi sistem pelistrikan pada motor bakar torak!
2. Sebutkan komponen-komponen unit sistem pelistrikan untuk menghidupkan motor bakar torak dengan silinder lebih dari satu, gambarkan rangkaian atau sirkuit sistem pelistrikan untuk menghidupkan engine tersebut dan jelaskan prinsip kerjanya!
3. Sebutkan komponen-komponen unit sistem pelistrikan untuk pengisian arus listrik dari alternator dan generator ke batere atau accu, gambarkan rangkaian atau sirkuit sistem pelistrikannya dan jelaskan prinsip kerjanya!
Penyalaan pada Motor Bensin
Pembakaran di ruang bakar di dalam silinder pada motor bensin dapat berlangsung apabila ketiga syarat pembakaran terpenuhi, yaitu: (1) bahan bakar (bensin), (2) udara (oksigen), dan (3) suhu yang cukup tinggi untuk memulai pembakaran.
Suhu yang cukup tinggi untuk memulai pembakaran pada motor bensin diperoleh dari percikan atau loncatan bunga api listrik (spark) pada busi (spark plug). Bunga api listrik dihasilkan oleh sistem penyalaan listrik (ignition system) berupa unit alat penyala listrik (ignition unit), yaitu terdiri atas dua jenis: (1) unit alat penyala batere (battery ignition unit), dan (2) unit alat penyala magnet (magneto ignition unit).
Fungsi Alat Penyala Listrik
Suhu yang cukup tinggi untuk memulai pembakaran pada motor bensin diperoleh dari loncatan (percikan) bunga api listrik antara elektroda busi pada saat torak menjelang mencapai TMA (titik mati atas) pada akhir langkah kompresi. Saat terjadinya percikan tersebut ditentukan oleh unit alat penyala listrik.
Unit alat penyala listrik (ignition unit) berfungsi untuk menghasilkan percikan bunga api listrik pada busi pada sesaat menjelang torak mencapai TMA pada akhir langkah kompresi.
Komponen Unit Alat Penyala Listrik
Unit alat penyala listrik terdiri atas komponen:
(1)sumber arus listrik (battery, atau magneto)
(2)kumparan penyala (ignition coil): kumparan primer dan sekunder
(3)busi (spark plug)
(4)pemutus arus primer atau platina (breaker points)
(5)nok atau kam (cam)
(6)kondensor (condenser)
Beberapa jenis motor bensin tidak lagi menggunakan platina, tetapi sudah menggunakan sistem CDI (Capacitor Discharge Ignition), atau sistem EPI (Electronic Pointless Ignition) untuk menghindari kerusakan mekanis (keausan) di bagian pemutus arus primer (platina).
Motor bensin dengan jumlah silinder lebih dari satu maka perlu dilengkapi dengan distributor (pembagi arus) untuk membagi arus induksi ke tiap-tiap busi sesuai dengan urutan penyalaannya (firing order).
Poros yang memutar rotor distributor sama dengan poros nok pemutus arus primer sehingga pada saat terjadi pemutusan arus primer maka bersamaan itu pula terjadi hubungan antara rotor distributor dengan salah satu kabel busi sesuai dengan urutan penyalaannya.
Prinsip Terbentuknya Bunga Api Listrik
Prinsip kerja terbentuknya bunga api listrik (spark) sederhana digambarkan dalam Gambar 1.
Gambar 1. Prinsip terbentuknya percikan bunga api listrik (spark) sederhana
Prinsip terbentuknya bunga api listrik (spark) sederhana:
(1) Ketika kedua ujung kabel yang dipegang tangan kiri dan kanan dijauhkan, maka akan terjadi medan magnet pada kumparan
(2) Apabila kedua ujung kabel didekatkan dengan jarak tertentu, atau disentuh-sentuhkan, maka arus induksi akan mengalir pada kedua ujung kabel tersebut sehingga terjadi spark
(3) Prinsip terbentuknya spark sederhana inilah yang selanjutnya digunakan sebagai prinsip dasar penyalaan listrik pada unit alat penyala batere dan magnet, baik yang menggunakan platina maupun CDI.
Prinsip Kerja Unit Alat Penyala Batere
Prinsip kerja unit alat penyala batere yang menggunakan pemutus arus primer (platina) digambarkan dalam Gambar 2.
Gambar 2. Prinsip kerja unit alat penyala batere yang menggunakan platina
Prinsip terbentuknya bunga api listrik (spark) alat penyala batere:
(1) Ketika stop contact pada posisi on dan pemutus arus atau platina (breaker points) tertutup, maka arus listrik akan mengalir dari batere menuju ke koil yang di dalamnya terdapat kumparan primer, kumparan sekunder, dan teras besi lunak, sehingga terjadi medan magnet
(2) Ketika arus primer diputus karena bagian platina terbuka oleh gerakan berputar dari nok (cam) maka medan magnet akan hilang dan timbul arus induksi pada kumparan sekunder yang mampu menghasilkan tegangan hingga ± 15000 volt sehingga menimbulkan loncatan bunga api listrik (spark) pada busi
(3) Ketika terjadi spark maka pada setiap gap juga akan terjadi spark, termasuk di platina, untuk itu dipasang kondensor guna menyerap arus induksi, sehingga tidak timbul spark pada platina
Prinsip Kerja Unit Alat Penyala Magnet
Alat penyala magnet terdiri atas dua macam dalam menghasilkan medan magnet, yaitu: (1) kumparan primer yang berputar, dan (2) magnet yang berputar. Prinsip kerja unit alat penyala magnet dengan yang menggunakan pemutus arus primer (platina) digambarkan dalam Gambar 3(a) dan Gambar 3(b).
(a)
(b)Gambar 3. Prinsip kerja unit alat penyala magnet yang menggunakan platina (a) kumparan primer yang berputar, (b) magnet yang berputar
Prinsip terbentuknya bunga api listrik alat penyala magnet:
(1) Ketika stop contact pada posisi on dan pemutus arus atau platina (breaker points) tertutup, maka pada saat jangkar bersama-sama kumparan primer berputar (Gambar 3.a) atau magnet berputar (Gambar 3.b), akan terjadi medan magnet pada koil
(2) Ketika arus primer diputus karena bagian platina terbuka oleh gerakan berputar dari nok (cam) maka medan magnet akan hilang dan timbul arus induksi pada kumparan sekunder yang mampu menghasilkan tegangan hingga ± 15000 volt sehingga menimbulkan loncatan bunga api listrik (spark) pada busi
(3) Ketika terjadi spark maka pada setiap gap juga akan terjadi spark, termasuk di platina, untuk itu dipasang kondensor guna menyerap arus induksi, sehingga tidak timbul spark pada platina
Konstruksi Unit Alat Penyala Listrik
Unit alat penyala listrik berperan dalam menghasilkan suhu yang cukup tinggi untuk memulai pembakaran, bersama-sama dengan sistem penyaluran bahan bakar untuk proses pembakaran di ruang bakar di dalam silinder, seperti ditunjukkan dalam Gambar 4.
Gambar 4. Contoh sistem persiapan pembakaran dalam motor bensin 1 silinder
Konstruksi Unit Alat Penyala Batere
Konstruksi unit alat penyala batere motor bensin dengan silinder lebih dari satu dapat dilihat dalam Gambar 5, Gambar 6, Gambar 7, dan Gambar 8.
Gambar 5. Contoh unit alat penyala batere motor bensin 2 silinder
(a)
(b)
Gambar 6. Cara kerja unit alat penyala batere motor bensin lebih dari 1 silinder pada saat: (a) platina tertutup, dan (b) platina terbuka
Gambar 7. Contoh cara kerja unit alat penyala batere motor bensin 4 silinder
Gambar 8. Contoh konstruksi unit alat penyala batere motor bensin 4 silinder
Cara kerja alat penyala batere motor bensin lebih dari 1 silinder:
(1) Ketika stop contact pada posisi on dan pemutus arus atau platina (breaker points) tertutup (Gambar 6.a), maka arus listrik akan mengalir dari batere menuju ke koil yang di dalamnya terdapat kumparan primer, kumparan sekunder, dan teras besi lunak, sehingga terjadi medan magnet
(2) Ketika arus primer diputus karena bagian platina terbuka (Gambar 6.b) oleh gerakan berputar dari nok (cam) maka medan magnet akan hilang dan timbul arus induksi pada kumparan sekunder.
(3) Poros yang memutar rotor distributor sama dengan poros nok pemutus arus primer sehingga pada saat terjadi pemutusan arus primer maka bersamaan itu pula terjadi hubungan antara rotor distributor dengan salah satu kabel busi sesuai dengan urutan penyalaannya. Arus induksi yang didistribusikan oleh distributor tersebut mampu menghasilkan tegangan hingga ± 15000 volt sehingga menimbulkan loncatan bunga api listrik (spark) pada busi
(4) Ketika terjadi spark maka pada setiap gap juga akan terjadi spark, termasuk di platina, untuk itu dipasang kondensor guna menyerap arus induksi, sehingga tidak timbul spark pada platina
Konstruksi Unit Alat Penyala Magnet
Konstruksi unit alat penyala magnet motor bensin dengan silinder tunggal dapat dilihat dalam Gambar 9 dan Gambar 10, sedangkan untuk silinder lebih dari satu dapat dilihat dalam Gambar 11.
Gambar 9. Contoh konstruksi alat penyala magnet silinder tunggal dengan platina
Gambar 10. Contoh konstruksi alat penyala magnet silinder tunggal dengan CDI
Cara kerja alat penyala magnet (CDI) motor bensin 1 silinder:
Ketika roda gaya magnet berputar maka arus diinduksikan dalam koil yang stasioner dan kemudian mengisi kapasitor. Bila kapasitor telah diisi maka sebuah isyarat tegangan untuk mengontrol timbulnya penyalaan dalam kumparan sensor dengan menggunakan pintu G dari SCR (Silicon Controlled Rectifier) untuk mengalirkan arus dari A ke K. Listrik yang dikumpulkan dalam kapasitor selanjutnya disalurkan pada suatu saat melalui SCR dalam kumparan primer. Arus ini membangkitkan tegangan yang lebih tinggi dalam kumparan sekunder sehingga menimbulkan loncatan bungan api listrik pada busi.
Gambar 11. Contoh konstruksi alat penyala magnet dua silinder dengan platina
Cara kerja alat penyala magnet motor bensin lebih dari 1 silinder:
(1) Ketika stop contact pada posisi on dan pemutus arus atau platina (breaker points) tertutup, maka pada saat magnet berputar (Gambar 11), akan terjadi medan magnet pada koil yang di dalamnya terdapat kumparan primer, kumparan sekunder, dan teras besi lunak
(2) Ketika arus primer diputus karena bagian platina terbuka oleh gerakan berputar dari nok (cam) maka medan magnet akan hilang dan timbul arus induksi pada kumparan sekunder.
(3) Poros yang memutar rotor distributor sama dengan poros nok pemutus arus primer sehingga pada saat terjadi pemutusan arus primer maka bersamaan itu pula terjadi hubungan antara rotor distributor dengan salah satu kabel busi sesuai dengan urutan penyalaannya (busi I dan busi II). Arus induksi yang didistribusikan oleh distributor mampu menghasilkan tegangan hingga ± 15000 volt sehingga menimbulkan loncatan bunga api listrik pada busi
(4) Ketika terjadi spark maka pada setiap gap juga akan terjadi spark, termasuk di platina, untuk itu dipasang kondensor guna menyerap arus induksi, sehingga tidak timbul spark pada platina
PRINSIP KERJA, KONSTRUKSI, DAN KOMPONEN-KOMPONEN SISTEM PELISTRIKAN PADA MOTOR BAKAR TORAK
Sistem pelistrikan pada motor bakar torak atau mesin terutama digunakan untuk: (1) menghidupkan motor (engine), dan (2) pengisian arus listrik ke batere atau akumulator (accu).
Menghidupkan Motor (Engine)
Motor bakar torak (motor bensin dan motor diesel) dihidupkan dengan cara memutar poros engkolnya. Pemutaran poros engkol dapat dilakukan dengan cara: (1) mengengkol menggunakan tangan (hand starter), (2) menarik tali starter, (3) mengengkol menggunakan kaki (kick starter), dan (4) menggunakan motor starter. Diantara keempat cara tersebut penggunaan motor starter memerlukan sumber daya listrik dari batere atau akumulator (accu) untuk menghidupkan motor starter tersebut.
Motor bakar torak yang dihidupkan dengan menggunakan motor starter memerlukan komponen-komponen sistem pelistrikan: (1) batere (battery) atau accumulator (accu), (2) kunci kontak (key switch) atau saklar starter (starter switch), (3) solenoid atau saklar motor (motor switch), dan (4) motor starter (starting motor), sebagaimana ditunjukkan dalam Gambar 12.
Gambar 12. Rangkaian komponen sistem pelistrikan untuk menghidupkan engine
Pemutaran poros engkol untuk menghidupkan engine menggunakan motor starter ditempuh dengan cara memutar roda gila (flywheel). Flywheel adalah komponen yang selalu berputar selama poros engkol berputar atau selama engine hidup. Untuk itu, untuk menghidupkan engine ditempuh dengan cara memutar flywheel. Dalam Gambar 13 diperlihatkan cara kerja menghidupkan engine menggunakan motor starter.
Gambar 13. Contoh cara kerja motor starter memutar flywheel
Cara kerja motor starter memutar flywheel :
Ketika kunci kontak (key switch) diputar ke posisi on maka akan terjadi aliran arus listrik dari batere ke solenoid, dan ketika kunci kontak diputar ke posisi start maka motor starter hidup dan solenoid mendesak atau mendorong gigi pinion motor starter untuk berhubungan dengan gigi flywheel dan memutar flywheel untuk menghidupkan engine (Gambar 13).
Pengisian Arus Listrik ke Batere atau Accu
Batere atau accumulator (accu) menyimpan dan mengalirkan arus listrik dari sumber pengisi arus listrik ke motor starter dan komponen sistem pelistrikan lainnya, seperti: koil untuk penyalaan, bel atau klakson, dan lampu-lampu. Pengisian (charging) arus listrik dari sumber pengisi arus listrik ke accu berupa arus listrik searah atau DC (direct current). Terdapat 2 jenis sumber pengisi arus listrik ke accu, yaitu: (1) alternator, dan (2) genetaror, sebagaimana ditunjukkan dalam Gambar 14.
Gambar 14. Rangkaian pengisian arus listrik ke batere (accu)
Cara kerja pengisian arus listrik dari sumber pengisi arus ke accu:
Ketika kunci kontak (key switch, atau ignition switch) diputar ke posisi on maka terjadi aliran arus listrik dari alternator atau generator ke batere (accu). Alternator dan generator hidup setelah memperoleh daya putar melalui transmisi sabuk (belt) dari putaran poros engkol engine. Jadi, proses pengisian arus listrik (charging) berlangsung selama engine hidup.
Alternator dan generator memproduksi arus listrik dengan cara yang sama, namun berbeda dalam hal metode untuk mengubahnya menjadi arus searah (DC). Alternator mengubah arus bolak-balik atau alternating current (AC) menjadi DC dengan menggunakan komponen penyearah (diode) yang dipasang secara seri, sedangkan diode generator dipasang dalam rangkaian jembatan Wheatstone (kuprok).
Besar arus listrik untuk pengisian terukur pada alat ukur ammeter. Sekring (fuse) dipasang sebagai pengaman apabila terjadi kelebihan besar arus listrik; dalam hal ini sekring akan putus ketika arus listrik yang mengisi ke batere terlampau besar.
Alternator dapat mensuplei arus listrik yang lebih besar pada kecepatan putar poros engkol engine yang rendah dibanding generator. Untuk alasan inilah, maka alternator lebih banyak digunakan dibanding generator.
Regulator
Rangkaian pengatur (regulator) berfungsi untuk: (1) menutup sirkuit ketika engine hidup, dan membuka sirkuit ketika engine mati, (2) mencegah pengisian arus listrik berlebihan ke batere (overcharging), dan (3) mencegah aliran arus listrik tinggi ke sistem yang dapat merusak komponen lainnya. Regulator terdiri atas komponen: (1) pengatur tegangan listrik (voltage regulator), (2) saklar otomatis berupa pemutus arus listrik (cutout relay), dan (3) pengatur arus listrik (current regulator). Ketiga komponen tersebut dipasang di dalam satu tempat tertutup.
Listrik dari alternator atau generator mengalir ke voltage regulator. Komponen ini dipasangkan ke dalam rangkaian sistem pengisian arus listrik untuk mengontrol besar tegangan listrik yang dihasilkannya.
Pelepasan arus listrik dari batere ke generator ketika generator tidak beroperasi (discharging) dapat dicegah dengan memasang cutout relay di dalam sirkuit. Secara otomatis saklar akan menutup dan sirkuit lengkap ketika generator beroperasi, dan akan membuka sirkuit ketika generator berhenti.
Pengatur arus listrik (current regulator) dipasang di dalam sirkuit beban untuk mengendalikan atau mengontrol aliran arus listrik berlebihan akibat terlalu rendahnya besar tahanan (resistance). Komponen ini mempunyai fungsi yang sama dengan voltage regulator. Kedua komponen ini tidak bekerja pada waktu yang sama, artinya kalau salah satu bekerja maka yang lainnya tidak.
PRINSIP KERJA, KONSTRUKSI, DAN KOMPONEN-KOMPONEN SISTEM PENDINGINAN PADA MOTOR BAKAR TORAK
Pada motor bakar torak, energi kimia yang tersimpan dalam bahan bakar diubah menjadi energi thermal pada saat pembakaran. Energi thermal ini selanjutnya diubah menjadi energi mekanik berupa gerak translasi torak dan gerak rotasi poros engkol. Adanya pendinginan akan menyebabkan pengurangan besar energi thermal sehingga pendinginan akan menurunkan efisiensi panas. Meskipun demikian, pendinginan harus ada karena dengan tidak adanya pendinginan akan menyebabkan silinder dan torak menjadi terlalu panas sehingga dapat mengakibatkan: (1) campuran bahan bakar dan udara yang dihisap oleh torak pada motor bensin dapat terbakar sendiri pada saat langkah kompresi (preignition), dan (2) pelumasan akan terganggu karena minyak pelumas dapat ikut terbakar sehingga torak macet yang dapat menimbulkan kerusakan pada silinder dan torak. Dengan demikian, meskipun sebetulnya pendinginan itu merugikan (mengurangi efisiensi panas) pada motor bakar torak harus ada pendinginan.
Sistem pendinginan (cooling system) motor bakar torak (motor bensin dan motor diesel) didesain terutama untuk: (1) mengatur suhu operasi, dan (2) mencegah panas berlebihan (overheating). Dengan adanya pengaturan suhu operasi dalam sistem pendinginan maka: (1) operasi engine akan terjaga pada tingkat panas terbaik, (2) engine akan terlindungi dari operasi terlampau dingin yang dapat mengakibatkan keausan dan pemborosan konsumsi bahan bakar, dan (3) engine terlindung dari preignition, detonasi (peletusan), ketukan (knock), dan kerusakan pada torak, katup-katup, dan pelumasan.
Bagian yang Didinginkan
Bagian yang didinginkan oleh pendingin terutama pada bagian di sekeliling dinding silinder karena pembakaran berlangsung di ruang bakar di dalam silinder.
Bahan Pendingin
Bahan pendingin yang umum digunakan pada motor bakar torak adalah udara dan air. Pendinginan dengan udara disebut juga pendinginan langsung karena udara langsung mendinginkan bagian yang didinginkan. Pendinginan dengan air disebut pendinginan tidak langsung karena air mendinginkan bagian yang didinginkan, sedangkan air itu sendiri didinginkan oleh udara.
Pendingin Udara
Udara sebagai pendingin mempunyai panas jenis yang sangat kecil sehingga untuk mendinginkan bagian yang didinginkan dibutuhkan udara dalam jumlah banyak. Ada dua cara untuk memperoleh jumlah udara banyak, yaitu: (1) engine dijalankan pada kecepatan yang cukup tinggi, dan (2) dihembus oleh kipas (fan, atau blower).
Sekeliling dinding silinder yang didinginkan oleh udara dilengkapi dengan sirip-sirip pendingin (fins) guna memperluas kontak dinding silinder dengan udara. Sirip-sirip pendingin tersebut menjadi ciri utama konstruksi pendingin udara.
Pendingin Air
Air sebagai pendingin mempunyai keuntungan/kelebihan yang lebih besar dibanding udara, yaitu: (1) panas jenis air yang relatif besar, dan (2) air mempunyai panas penguapan tinggi (536 kalori/gram), sehingga air tidak akan cepat panas atau menguap dan untuk mendinginkan bagian yang didinginkan tidak dibutuhkan banyak air.
Konstruksi dan Cara Pendinginan
Pendinginan motor bakar torak dengan media udara terdiri atas: (1) pendingin udara stasioner, dan (2) pendingin udara dinamis. Proses pendinginan pada pendingin udara stasioner ditempuh dengan cara menghadirkan udara melalui hembusan kipas (fan, atau blower) untuk mendinginkan sirip-sirip pendingin di sekeliling dinding silinder. Ciri konstruksi pendingin udara stasioner yaitu terdiri atas komponen: (1) kipas (blower), (2) penutup dari bahan logam untuk mengarahkan aliran udara pendingin (metal cowling), dan (3) sirip-sirip pendingin (fins, atau finned cylinder), sebagaimana diperlihatkan dalam Gambar 15. Proses pendinginan pada pendingin udara dinamis ditempuh dengan cara menghadirkan udara melalui gerakan dinamis dari engine pada saat dijalankan dengan kecepatan yang cukup tinggi, sehingga pada saat berhenti atau diam di tempat tidak akan terjadi pendinginan. Ciri konstruksi pendingin udara dinamis yaitu sirip-sirip pendingin (fins, atau finned cylinder), seperti ditunjukkan dalam Gambar 16.
Gambar 15. Contoh konstruksi pendingin udara stasioner
Gambar 16. Contoh konstruksi pendingin udara dinamis
Pendinginan motor bakar torak dengan media air ditempuh dengan cara: (1) penguapan, (2) kondensasi, (3) peredaran alami, dan (4) peredaran paksa. Keempat jenis pendingin tersebut berbeda dalam mengubah air “panas” menjadi air “dingin” untuk mendinginkan silinder. Air pendingin mendinginkan silinder melalui selimut atau jaket air pendingin di sekeliling silinder (water jacket).
Pendinginan penguapan (tipe hopper) merupakan cara pendinginan dengan air yang paling sederhana (Gambar 17). Dinding silinder yang akan didinginkan berada di dalam bak (hopper) yang dapat diisi dengan air dan terbuka bagian atasnya. Suhu air pada pendingin dengan cara seperti ini tidak akan naik lebih tinggi dari 100°C. Air di dalam hopper suatu saat akan mendidih dan menguap, sehingga perlu ditambahkan air pendingin yang baru. Tinggi muka air pendingin di dalam hopper dapat diketahui dengan melihat posisi naik-turunnya pelampung. Pendingin tipe hopper ini tidak dapat dipakai untuk engine yang dinamis (mobile).
Gambar 17. Contoh konstruksi pendingin tipe hopper
Saat ini sudah banyak dilakukan modifikasi terhadap pendingin tipe hopper, yaitu dengan cara mengalirkan air pendingin secara kontinyu (terus-menerus) ke dalam hopper dan mengalirkan keluar dari saluran pembuangan air pendingin (outlet), terutama diaplikasikan untuk mengoperasikan motor diesel selama 24 jam atau lebih tanpa dimatikan (nonstop), seperti contohnya pada saat penggilingan padi atau pada saat digunakan untuk generator listrik (genset).
Pendinginan secara kondensasi (tipe kondensor) mendinginkan silinder dengan cara mendinginkan uap air yang bergerak ke atas masuk ke dalam pipa-pipa kondensor. Pendinginan uap air tersebut dilakukan oleh kipas (fan) sehingga terkondensasi menjadi titik-titik embun, kemudian terbentuk tetesan air yang mengalir ke bawah masuk kembali ke dalam selimut air pendingin.
Sebuah pipa kecil jalur uap digunakan untuk menghubungkan kondensor dengan tangki kondensor. Pada beban operasi tinggi akan terbentuk uap air yang mengandung udara, dimana udara tersebut akan keluar melalui lubang-lubang kecil pada pipa jalur uap, sedangkan uap air akan terkondensasi menjadi air dan masuk ke dalam tangki kondensor. Pada beban operasi rendah maka tekanan uap air di dalam kondensor turun dan airnya tersedot mengalir ke bawah masuk ke dalam selimut air pendingin.
Posisi tutup air pendingin berada di bawah kondensor untuk menghindari kenaikan air langsung ke kondensor. Konstruksi pendingin tipe kondensor dapat dilihat dalam Gambar 18.
Gambar 18. Contoh konstruksi pendingin tipe kondensor
Gambar 19. Contoh konstruksi pendingin tipe thermosiphon
Pendinginan dengan peredaran paksa (tipe radiator) mendinginkan silinder dengan cara mendinginkan air “panas” yang mengalir secara paksa oleh pompa air. Sepintas konstruksi pendingin tipe radiator ini hampir sama dengan tipe thermosiphon, perbedaannya terletak pada ada dan tidaknya pompa air, sebagaimana ditunjukkan dalam Gambar 20.
Selama suhu air “panas” belum mencapai (70 – 80)°C maka air “panas” tersebut hanya akan berputar-putar di dalam selimut air pendingin melalui saluran bypass (Gambar 20). Keuntungan/kelebihan yang dimiliki pendingin tipe radiator ini adalah: (1) peredaran air pendingin tetap berlangsung meskipun tinggi muka air pendingin berada di bawah thermostat, dan (2) kapasitas pendinginan besar sehingga banyak diaplikasikan untuk engine-engine tugas berat yang dinamis.
Gambar 20. Contoh konstruksi pendingin tipe radiator
PEMELIHARAAN/PERAWATAN SISTEM PENYALAAN LISTRIK, SISTEM PELISTRIKAN, DAN SISTEM PENDINGINAN PADA MOTOR BAKAR TORAK
Tindakan perawatan (maintenance) merupakan suatu usaha agar motor (engine) yang dioperasikan tidak cepat rusak dengan cara senantiasa melakukan pencegahan sebelum timbul kerusakan, sehingga prestasi motor tetap maksimum dan memperpanjang umur operasinya. Adapun cara perawatan meliputi: (1) perawatan pencegahan (preventive maintenance), dan (2) perbaikan mendadak (emergency maintenance). Tindakan perawatan pencegahan lebih penting dibanding tindakan perbaikan mendadak.
Motor bakar torak, baik motor bensin maupun motor diesel, dapat beroperasi secara aman dan lancar apabila selalu dalam kondisi prima pada saat dioperasikan. Kondisi prima tersebut dapat selalu terjaga apabila terpelihara atau terawat sistem penyalaan listriknya, sistem pelistrikannya, dan sistem pendinginannya.
Perawatan Sistem Penyalaan Listrik
Bagian atau komponen utama sistem penyalaan listrik pada motor bensin yang perlu dirawat adalah: (1) batere (accu), (2) roda gaya magnet, (3) koil, (4) pemutus arus primer (platina), (5) CDI, (6) kondensor, (7) distributor, dan (8) busi. Di antara kedelapan komponen tersebut maka busi adalah komponen yang paling sering ditangani untuk dirawat, kemudian disusul batere, platina, CDI, kondensor, distributor, koil, dan terakhir roda gaya magnet.
Busi tersusun oleh komponen-komponen seperti: elektroda, isolator, dan gasket, sebagaimana secara lengkap dapat dilihat dalam Gambar 21. Busi tidak boleh terlalu panas karena akan memudahkan terbentuknya endapan karbon pada permukaan isolator porselen dan dapat menimbulkan hubungan singkat.
Gambar 21. Contoh penampang sebuah busi
Suhu isolator busi harus mencapai (700 – 800)°C agar karbon dapat terbakar sehingga tidak terbentuk endapan karbon pada permukaan isolator porselen. Apabila suhu terlampau tinggi maka akan dapat merusak isolatornya atau akan menimbulkan preignition, sehingga akan memperpendek umur motor bensin.
Busi dapat diklasifikasikan berdasarkan atas suhu pengoperasiannya, yaitu: (1) busi panas (hot plug / low compression plug), (2) busi sedang (normal plug / intermediate compression plug), dan (3) busi dingin (cold plug / high compression plug). Konstruksi ketiga jenis busi dapat dilihat dalam Gambar 22, sedangkan ciri-ciri yang membedakan ketiga jenis busi tersebut ditunjukkan pada Tabel 1.
Gambar 22. Contoh konstruksi busi panas, busi sedang, dan busi dingin
Tabel 1. Karakteristik busi panas, busi sedang, dan busi dingin
Motor bensin yang cenderung mudah overheat akibat kurang bagusnya sistem pendinginan harus menggunakan busi panas, sedangkan yang cenderung mudah terbentuk endapan karbon harus menggunakan busi dingin. Ketika terjadi overheat maka busi panas akan mati karena tidak tahan terhadap panas (suhu) tinggi. Busi juga dirancang sebagai pengaman atau bagian yang dilemahkan, artinya untuk mencegah terjadinya kerusakan yang lebih parah, maka akan lebih mudah dan ekonomis dengan hanya mengganti busi daripada harus mengganti komponen lainnya yang lebih mahal.
Busi yang masih baik dicirikan sebagai berikut: (1) loncatan bunga api listriknya kuat dan berwarna biru putih, dan (2) isolatornya berwarna kuning, sawo matang, atau coklat. Dalam Gambar 23 diperlihatkan contoh kondisi busi yang masih baik dan yang sudah tidak normal atau rusak setelah dioperasikan dalam kurun waktu tertentu.
Gambar 23. Contoh kondisi busi setelah dioperasikan dalam kurun waktu tertentu
Tindakan perawatan busi cukup mudah, yaitu: (1) buka atau lepaskan busi dari kepala silinder, (2) bersihkan ulir dan bagian gap elektroda menggunakan kawat baja halus, dan (3) ukur jarak kerenggangan gap elektroda busi menggunakan alat ukur ketebalan (filler gauge), seperti ditunjukkan dalam Gambar 24 dan Gambar 25. Jarak renggang gap elektroda busi disesuaikan dengan gap antar ujung kontak platina (busi 0.6 – 0.8 mm; platina ± 0.35 mm).
Gambar 24. Contoh tindakan perawatan busi
Gambar 25. Contoh tindakan penyetelan dan pengukuran gap antar ujung platina
Kinerja busi dan platina dipengaruhi pula oleh kinerja kondensor karena kerusakan pada platina sebagian besar disebabkan oleh tidak berfungsinya kondensor secara maksimal sehingga mengakibatkan pemutusan arus primer tidak bagus dan percikan bunga api listrik pada busi berkualitas buruk. Kondensor yang masih baik ketika diuji dengan menggunakan alat ukur multitester (AVO-meter) menunjukkan simpangan jarum yang reaktif dan gerak kembalinya lambat atau lebih lambat.
Kinerja platina akan maksimal bila posisi antar ujung permukaan kontaknya senantiasa tepat atau tidak bergeser. Selain itu, ujung-ujung permukaan kontak platina harus rata, tidak boleh kasar atau berongga karena terbakar, seperti ditunjukkan dalam Gambar 26. Apabila ujung-ujung permukaan kontak platina tersebut tidak tepat, kasar, atau berongga, harus disetel kembali atau diganti.
Gambar 26. Contoh kondisi dan posisi ujung-ujung permukaan kontak platina
Batere atau accu, yang menggunakan elemen basah, perlu dikontrol atau dicek keberadaan cairan atau air accunya. Pengecekan terutama terhadap tinggi muka air accu dan densitas atau berat jenis air accu menggunakan alat ukur hidrometer untuk setiap 50 jam operasi. Pengisian air accu tidak boleh sampai penuh betul karena akan menghalangi pergerakan gas di atas permukaan air accu. Berat jenis air accu yang baik adalah antara 1.22 – 1.28 g/cc. Apabila berat jenis mencapai lebih dari 1.30 g/cc maka pengisian arus listrik dari alternator atau generator ke accu berlebihan (over charge), sedangkan bila kurang dari 1.21 g/cc dikatakan lemah. Batere harus diganti apabila berat jenis air accu tiap sel kurang dari 0.05 g/cc.
Perawatan Sistem Pelistrikan
Bagian atau komponen utama sistem pelistrikan pada motor bakar torak yang perlu dirawat adalah: (1) batere (accu), (2) kunci kontak, (3) alternator, (4) generator, (5) regulator, (6) ammeter, (7) sekring (fuse), (8) sabuk transmisi (belt), dan (9) solenoid dan motor starter. Tindakan perawatan terhadap sistem pelistrikan meliputi penyetelan dan penggantian. Penyetelan sangat jarang dilakukan, sedangkan penggantian mungkin dilakukan terhadap batere, kunci kontak, sekring, dan belt yang sudah habis umur operasionalnya.
Perawatan Sistem Pendinginan
Pendinginan pada motor bakar torak terdiri atas dua cara, yaitu: (a) pendinginan dengan udara, dan (b) pendinginan dengan air. Tindakan perawatan motor bakar torak berpendingin udara lebih mudah dan sederhana dibanding motor bakar torak berpendingin air, karena konstruksinya yang lebih sederhana dan ringan.
Perawatan komponen motor bakar torak berpendingin udara
Komponen utama pendingin udara yang perlu dirawat adalah: (1) sirip-sirip pendingin (fins), (2) kipas (fan, atau blower), dan (3) penutup (metal cowling). Tindakan perawatan meliputi pembersihan dan penyetelan. Pembersihan kotoran yang menempel dilakukan terhadap sirip-sirip pendingin, kipas, dan penutup, sedangkan penyetelan dilakukan terhadap kipas agar posisi dan gerak berputarnya stabil dan mantap.
Perawatan komponen motor bakar torak berpendingin air
Komponen utama pendingin air yang perlu dirawat adalah: (1) bak (hopper), (2) pelampung (penunjuk tinggi muka air dalam hopper), (3) selimut / jaket air pendingin (water jacket), (4) kondensor, (5) thermostat, (6) radiator, (7) tutp radiator, (8) ventilator, (9) pompa air, (10) kipas, dan (11) tali kipas (fan belt). Tindakan perawatan meliputi pembersihan, penyetelan, dan penggantian komponen.
Pembersihan dilakukan terhadap komponen hopper, water jacket, kondensor, radiator, ventilator, dan kipas. Hopper dan water jacket dibersihkan dengan cara dikuras, kondensor dan radiator dibersihkan dengan cara disemprot dengan air bertekanan tinggi atau menggunakan steam (uap air panas bertekanan tinggi) dan kompresor, sedangkan ventilator dan kipas cukup dibersihkan dengan menggunakan kain lap.
Penyetelan dan penggantian dilakukan terhadap komponen thermostat, tutup radiator, dan tali kipas. Penyetelan dan penggantian thermostat dilakukan apabila suhu air pendingin cepat naik akibat terhambatnya aliran air “panas” melewati thermostat. Dalam Gambar 27 dapat dilihat cara kerja thermostat yang mengalirkan air “panas” ke radiator dan di dalam selimut melalui saluran bypass. Penyetelan dan penggantian tutup radiator dilakukan apabila katup (valve) tidak bekerja secara optimal dalam mengalirkan uap dan/atau air “panas” berlebihan ke tabung penampung limpahan (overflow tube), seperti ditunjukkan dalam Gambar 28. Penyetelan dan penggantian tali kipas dilakukan untuk menyetel kekencangan tali kipas dan menggantinya bila telah mencapai umur operasionalnya.
buka (open)
tutup (closed)
Gambar 27. Cara kerja thermostat pada saat buka (open) dan tutup (closed)
Test Formatif
Sistem Penyalaan Listrik
1. Jelaskan fungsi sistem penyalaan listrik pada suatu motor bakar torak!
2. Sebutkan komponen-komponen unit alat penyala batere dan magneto untuk motor bakar torak dengan silinder lebih dari satu, dan jelaskan prinsip kerja kedua unit alat penyala listrik tersebut!
3. Jelaskan cara kerja unit alat penyala magneto yang dilengkapi komponen CDI untuk motor bakar torak satu silinder!
Sistem Pelistrikan
1. Jelaskan fungsi sistem pelistrikan pada motor bakar torak!
2. Sebutkan komponen-komponen unit sistem pelistrikan untuk menghidupkan motor bakar torak dengan silinder lebih dari satu, gambarkan rangkaian atau sirkuit sistem pelistrikan untuk menghidupkan engine tersebut dan jelaskan prinsip kerjanya!
3. Sebutkan komponen-komponen unit sistem pelistrikan untuk pengisian arus listrik dari alternator dan generator ke batere atau accu, gambarkan rangkaian atau sirkuit sistem pelistrikannya dan jelaskan prinsip kerjanya!
Tidak ada komentar:
Posting Komentar