VIENIDMY Masuk Mulai latihan

Beranda › Materi › Perawatan Otomotif

Struktur dan Fungsi Mesin (Bensin dan Diesel)

Perawatan Otomotif · 自動車整備分野 · Disusun oleh Tokutei Pass berdasarkan materi resmi; tidak disalin kata per kata.

Langkah Dasar Mesin 4 Langkah serta Perbedaan Mesin Bensin dan Diesel

Mesin 4 langkah (4-siklus) yang umum digunakan pada mobil menyelesaikan 1 siklus kerja dalam 4 langkah: Hisap (Intake), Kompresi (Compression), Pembakaran/Usaha (Combustion/Expansion), dan Buang (Exhaust). Selama piston bergerak bolak-balik 2 kali (4 langkah) antara Titik Mati Atas (TMA/TDC) dan Titik Mati Bawah (TMB/BDC), poros engkol (crankshaft) berputar 2 kali (720°) dan poros bubungan (camshaft) berputar 1 kali (360°).

Pada langkah hisap, katup hisap (intake valve) terbuka dan piston bergerak turun. Pada langkah kompresi, kedua katup tertutup dan piston bergerak naik; pada langkah pembakaran (usaha), gas pembakaran bertekanan tinggi mendorong piston turun untuk menghasilkan tenaga. Pada langkah buang, katup buang (exhaust valve) terbuka dan piston naik mendorong gas buang keluar.

Sebaliknya, mesin 2 langkah menyelesaikan 1 siklus setiap 1 kali gerak bolak-balik piston (2 langkah) dan 1 putaran poros engkol (360°). Volume ruang yang ditempuh piston dari TMA ke TMB disebut volume langkah (displacement), sedangkan ruang yang tersisa di atas piston saat berada di TMA disebut volume ruang bakar.

Mesin bensin menghisap campuran udara dan bensin (atau menyemprotkan bensin langsung ke silinder), mengompresinya, lalu membakarnya dengan percikan bunga api listrik dari busi (spark plug). Sebaliknya, mesin diesel hanya menghisap udara murni lalu mengompresinya hingga bertekanan dan bersuhu tinggi, kemudian menyemprotkan bahan bakar solar bertekanan tinggi agar menyala sendiri (self-ignition).

Oleh karena itu, mesin diesel tidak memiliki busi dan memiliki perbandingan kompresi (sekitar 15 hingga 22) yang jauh lebih tinggi daripada mesin bensin (sekitar 9 hingga 11). Selain itu, mesin bensin mengatur tenaga dengan katup gas (throttle valve) yang mengatur jumlah udara masuk, sedangkan mesin diesel mengatur tenaga terutama melalui jumlah bahan bakar yang disemprotkan.

Langkah Dasar Mesin 4 Langkah serta Perbedaan Mesin Bensin dan Diesel

Poin penting


  • Mesin 4 langkah menyelesaikan 1 siklus dalam 4 langkah (Hisap → Kompresi → Pembakaran → Buang), di mana 2 putaran crankshaft (720°) setara dengan 1 putaran camshaft (360°)

  • Mesin bensin membakar campuran udara-bahan bakar dengan bunga api busi, sedangkan mesin diesel hanya menghisap udara, mengompresinya tinggi, lalu menyemprotkan solar untuk pembakaran sendiri

  • Perbandingan kompresi = (Volume ruang bakar + Volume langkah 1 silinder) ÷ Volume ruang bakar; Total volume silinder = Volume langkah 1 silinder × Jumlah silinder

  • Contoh: Pada mesin 4 langkah, ketika crankshaft berputar 10 kali (atau 2.000 rpm), camshaft berputar setengahnya yaitu 5 kali (1.000 rpm) dan terjadi 5 kali pembakaran per silinder

  • Contoh: Mesin 4 silinder dengan volume langkah 1 silinder 450 cm³ dan volume ruang bakar 50 cm³ memiliki total volume silinder = 450 × 4 = 1.800 cm³ (1,8 L) dan perbandingan kompresi = (50 + 450) ÷ 50 = 10
KosakataArti
Titik Mati Atas (TMA) dan Titik Mati Bawah (TMB)
Poros engkol (crankshaft)
Poros bubungan / noken as (camshaft)
Penyalaan sendiri (self-ignition)
Perbandingan kompresi (compression ratio)

Komponen Utama Unit Mesin (Silinder, Piston, dan Mekanisme Engkol)

Unit utama mesin terdiri atas kepala silinder (cylinder head) di bagian atas, blok silinder (cylinder block) di bagian tengah, dan bak oli (oil pan / karter) di bagian bawah.

Di antara permukaan sambungan kepala silinder dan blok silinder dipasang paking kepala silinder (cylinder head gasket) untuk mencegah kebocoran gas pembakaran, air pendingin, dan oli mesin.

Piston adalah komponen yang menerima langsung tekanan gas pembakaran dan bergerak bolak-balik di dalam silinder; untuk mengantisipasi pemuaian panas, diameter bagian bawah (skirt) dibuat sedikit lebih besar daripada bagian kepala, serta dibentuk agak lonjong (oval) dengan diameter arah pena piston lebih pendek. Piston dihubungkan ke batang torak melalui pena piston (piston pin).

Pada alur keliling luar piston dipasang ring piston (piston ring). Ring kompresi (compression ring) di bagian atas berfungsi menjaga kerapatan gas ruang bakar dan menyalurkan panas piston ke dinding silinder, sedangkan ring oli (oil ring) di bagian bawah mengikis kelebihan oli pada dinding silinder guna membentuk lapisan film oli yang tepat.

Batang torak (connecting rod / setang piston) dan poros engkol (crankshaft) mengubah gerak bolak-balik piston menjadi gerak putar. Roda gila (flywheel) yang dipasang di ujung belakang poros engkol memanfaatkan gaya inersia putar untuk meredam fluktuasi putaran mesin agar putaran tetap halus.

Komponen Utama Unit Mesin (Silinder, Piston, dan Mekanisme Engkol)

Poin penting


  • Connecting rod dan crankshaft mengubah gerak bolak-balik (translasi) piston menjadi gerak putar

  • Ring kompresi menjaga kerapatan gas pembakaran dan melepas panas piston, sedangkan ring oli mengikis sisa oli berlebih pada dinding silinder

  • Flywheel (roda gila) menggunakan inersia putar untuk meredam fluktuasi putaran poros engkol, dan ring gear di sekeliling luarnya berkaitan dengan pinion motor starter
KosakataArti
Kepala silinder (cylinder head)
Ring piston (piston ring)
Batang torak / setang piston (connecting rod)
Roda gila (flywheel)

Mekanisme Katup dan Celah Katup (Valve Clearance)

Mekanisme katup meneruskan putaran poros engkol ke poros bubungan (camshaft) melalui rantai keteng (timing chain) atau sabuk keteng (timing belt) untuk membuka dan menutup katup hisap serta katup buang pada waktu yang tepat. Jumlah gigi sproket/puli camshaft adalah 2 kali lipat crankshaft sehingga camshaft berputar pada kecepatan 1/2 putaran crankshaft.

Sistem penempatan camshaft di atas kepala silinder disebut OHC (Over Head Camshaft), sedangkan sistem dengan 2 camshaft terpisah untuk katup hisap dan katup buang disebut DOHC (Double Over Head Camshaft). Katup ditekan terbuka oleh nok (cam) dan ditutup kembali oleh gaya pegas katup (valve spring).

Di sekitar Titik Mati Atas antara akhir langkah buang dan awal langkah hisap, terdapat periode ketika katup hisap dan katup buang terbuka secara bersamaan yang disebut tumpang tindih katup (valve overlap). Hal ini memanfaatkan inersia gas buang untuk meningkatkan efisiensi pemasukan udara bersih.

Selain itu, karena katup memuai bertambah panjang saat mesin panas, disediakan celah katup (valve clearance) di antara ujung batang katup dan pelatuk (rocker arm atau lifter) agar katup tetap menutup rapat saat mesin dingin maupun panas. Jika celah terlalu besar akan timbul suara ketukan (tappet noise), dan jika terlalu kecil katup tidak menutup rapat saat panas sehingga terjadi kebocoran kompresi.

Poin penting


  • Katup ditekan terbuka oleh nok pada camshaft dan ditutup kembali oleh gaya pegas katup (valve spring)

  • Valve overlap adalah periode di sekitar TMA pada akhir langkah buang hingga awal langkah hisap di mana katup hisap dan katup buang terbuka bersamaan

  • Celah katup (valve clearance) mencegah katup terganjal akibat pemuaian panas; umumnya celah sisi katup buang yang lebih panas diatur lebih lebar daripada katup hisap
KosakataArti
Mekanisme katup (valve mechanism)
Pegas katup (valve spring)
Tumpang tindih katup (valve overlap)
Celah katup (valve clearance)

Pembakaran Tidak Normal (Knocking, Pre-ignition, dan Diesel Knock)

Pada pembakaran normal mesin bensin, nyala api dari busi merambat secara bertahap ke seluruh ruang bakar. Namun jika waktu pengapian terlalu maju atau tekanan dan suhu kompresi terlalu tinggi, sisa campuran bahan bakar di ujung ruang bakar akan menyala sendiri sebelum rambatan api tiba, menimbulkan getaran tekanan hebat dan suara ketukan logam yang disebut knocking (detonasi).

Selain itu, apabila kerak karbon di ruang bakar atau elektroda busi yang terlalu panas menjadi sumber panas yang membakar campuran udara-bensin sebelum busi memercikkan api, fenomena tersebut dinamakan pre-ignition (penyalaan dini).

Angka yang menunjukkan ketahanan bensin terhadap knocking disebut nilai oktan (octane number); semakin tinggi nilai oktan, semakin tahan terhadap knocking.

Sebaliknya pada mesin diesel, solar yang disemprotkan tidak langsung terbakar melainkan membutuhkan waktu singkat untuk menguap dan bercampur dengan udara panas sebelum menyala, yang disebut periode tunda nyala (ignition delay). Jika tunda nyala terlalu lama, bahan bakar yang terkumpul banyak akan terbakar meledak sekaligus dan menimbulkan suara ketukan keras yang disebut diesel knock.

Berbeda dengan knocking mesin bensin, diesel knock justru mudah terjadi saat mesin dingin (baru hidup atau beban ringan) atau saat tekanan kompresi rendah. Kemudahan solar untuk menyala sendiri ditunjukkan oleh angka setana (cetane number); semakin tinggi angka setana, semakin pendek tunda nyala dan semakin jarang terjadi diesel knock.

Poin penting


  • Knocking (detonasi) pada mesin bensin adalah penyalaan sendiri gas sisa di ujung ruang bakar; bensin bernilai oktan lebih tinggi lebih tahan terhadap knocking

  • Pre-ignition (penyalaan dini) adalah terbakarnya campuran oleh sumber panas seperti elektroda busi yang membara atau kerak karbon sebelum percikan api busi

  • Diesel knock terjadi karena bahan bakar yang terkumpul selama tunda nyala terbakar sekaligus; mudah terjadi saat mesin dingin dan berkurang jika angka setana solar tinggi
KosakataArti
Knocking (detonasi)
Penyalaan dini (pre-ignition)
Nilai oktan (octane number)
Ketukan diesel (diesel knock)
Angka setana (cetane number)

Struktur dan Fungsi Sistem Pelumasan serta Sistem Pendinginan

Sistem pelumasan menghisap oli mesin dari bak oli (oil pan) melalui saringan kasar (oil strainer), memompanya dengan pompa oli (tipe trochoid atau roda gigi) melewati filter oli (oil filter), lalu menyalurkannya ke setiap bagian yang bergerak.

Pompa oli dilengkapi katup pengatur tekanan (pressure relief valve) untuk mencegah tekanan oli terlalu tinggi, sedangkan filter oli dilengkapi katup pintas (bypass valve) yang akan membuka saat elemen filter tersumbat agar oli tetap mengalir langsung ke mesin untuk mencegah macet (seizure).

Sistem pendinginan mengalirkan air pendingin (LLC) di dalam mantel air (water jacket) di sekeliling silinder menggunakan pompa air (water pump) dan melepaskan panasnya melalui radiator.

Di antara mesin dan radiator dipasang thermostat (tipe wax pellet): saat mesin dingin katupnya menutup agar air tidak mengalir ke radiator sehingga pemanasan mesin lebih cepat, dan saat suhu air naik katupnya membuka untuk mengalirkan air ke radiator.

Tutup radiator (radiator cap) memiliki 2 katup. Katup tekan (pressure valve) memberi tekanan di atas tekanan atmosfer pada sistem pendinginan sehingga menaikkan titik didih air pendingin hingga di atas 100°C (sekitar 110 hingga 120°C) agar tidak mudah mendidih.

Katup vakum (vacuum valve) akan membuka ketika suhu air pendingin turun setelah mesin mati dan menimbulkan tekanan negatif di dalam radiator, sehingga menghisap kembali air pendingin dari tangki cadangan (reservoir tank) untuk mencegah selang dan radiator kempis.

Struktur dan Fungsi Sistem Pelumasan serta Sistem Pendinginan

Poin penting


  • Bypass valve pada filter oli akan membuka saat elemen saringan tersumbat, mengalirkan oli tanpa disaring langsung ke mesin guna mencegah mesin macet

  • Thermostat menutup saat mesin dingin untuk mempercepat pemanasan mesin dan membuka saat panas untuk mengalirkan air ke radiator (macet menutup menyebabkan overheat, macet membuka menyebabkan overcool)

  • Pressure valve pada tutup radiator menaikkan tekanan agar titik didih di atas 100°C, sedangkan vacuum valve mencegah selang kempis akibat kevakuman saat dingin
KosakataArti
Filter oli (oil filter)
Katup pelepas tekanan (pressure relief valve)
Termostat (thermostat)
Tutup radiator (radiator cap)

Sistem Bahan Bakar (Bensin & Diesel) serta Sistem Hisap, Buang, dan Turbocharger

Pada sistem injeksi bensin kontrol elektronik (EFI), bensin yang dipompa dari tangki disaring oleh filter bahan bakar dan dijaga tekanannya tetap konstan oleh pressure regulator. Kemudian ECU mengatur jumlah semprotan bensin dengan mengubah durasi pembukaan injektor elektromagnetik (injector).

Pada sistem injeksi common rail mesin diesel, supply pump menekan solar hingga tekanan sangat tinggi dan menyimpannya di dalam common rail (tabung akumulator), lalu injektor elektronik menyemprotkannya dalam bentuk kabut halus.

Selain itu, filter bahan bakar diesel dilengkapi pemisah air (sedimenter), dan ruang bakar dilengkapi busi pijar (glow plug) untuk memanaskan ruang bakar guna membantu start dingin.

Pada sistem hisap dan buang, saringan udara (air cleaner) menyaring debu dari udara masuk, sedangkan knalpot peredam (muffler) menurunkan tekanan dan suhu gas buang secara bertahap untuk meredam suara buang.

Turbocharger memanfaatkan energi gas buang untuk memutar roda turbin berkecepatan tinggi yang memutar roda kompresor satu poros guna memampatkan udara masuk ke silinder. Udara bertekanan yang menjadi panas kemudian didinginkan oleh intercooler untuk meningkatkan kerapatan udara dan efisiensi pengisian.

Poin penting


  • Injektor EFI bensin mengatur jumlah bahan bakar yang disemprotkan dengan mengubah lamanya waktu pembukaan katup jarum pada tekanan bahan bakar yang tetap

  • Busi pijar (glow plug) pada mesin diesel berfungsi memanaskan ruang bakar saat start dingin untuk membantu penyalaan sendiri bahan bakar solar

  • Turbocharger menggunakan energi gas buang untuk memutar turbin dan memampatkan udara hisap, sedangkan intercooler mendinginkan udara hisap yang memanas akibat kompresi
KosakataArti
Injektor (injector)
Common rail
Busi pijar (glow plug)
Turbocharger
Intercooler

Sistem Pengendali Emisi Gas Buang (Katalis 3-Arah, EGR, PCV, DPF)

Komponen berbahaya utama dalam gas buang mobil adalah karbon monoksida (CO), hidrokarbon (HC), nitrogen oksida (NOx), serta partikulat (PM/jelaga) pada mobil diesel. Katalis tiga arah (three-way catalyst) pada mobil bensin mengoksidasi CO dan HC menjadi CO2 dan H2O sekaligus mereduksi NOx menjadi N2.

Katalis tiga arah dapat memurnikan ketiga zat berbahaya tersebut secara bersamaan dengan efisiensi tertinggi hanya ketika perbandingan berat udara dan bensin berada di sekitar perbandingan udara-bahan bakar teoritis (stoikiometri sekitar 14,7 : 1). Karena itu, sensor O2 atau sensor rasio udara-bahan bakar di pipa buang mendeteksi konsentrasi oksigen untuk kontrol umpan balik injeksi bahan bakar.

Sistem EGR (Exhaust Gas Recirculation) mengalirkan kembali sebagian gas buang ke saluran hisap untuk menurunkan suhu pembakaran maksimum, sehingga menekan pembentukan NOx yang mudah timbul pada suhu tinggi. Pada mobil diesel, DPF (Diesel Particulate Filter) menangkap partikel jelaga (PM) dan membakarnya pada suhu tinggi (regenerasi).

Selanjutnya, gas blow-by (mengandung banyak HC) yang bocor melewati celah piston ke ruang engkol dikembalikan ke saluran hisap melalui katup PCV untuk dibakar ulang. Uap bensin dari tangki bahan bakar diserap oleh karbon aktif di dalam charcoal canister lalu dialirkan ke saluran hisap saat mobil berjalan.

Poin penting


  • Katalis tiga arah membersihkan CO, HC (oksidasi) dan NOx (reduksi) secara serentak paling efisien di sekitar rasio udara-bahan bakar teoritis (sekitar 14,7 : 1)

  • EGR (resirkulasi gas buang) mengembalikan sebagian gas buang ke sisi hisap untuk menurunkan suhu pembakaran dan mengurangi emisi NOx

  • Sistem PCV mengembalikan gas blow-by dari ruang engkol ke saluran hisap, sedangkan charcoal canister menyerap uap bensin dari tangki dengan karbon aktif untuk dibakar di mesin
KosakataArti
Katalis tiga arah (three-way catalyst)
Rasio udara-bahan bakar teoritis (14,7 : 1)
Gas blow-by (blow-by gas)
Charcoal canister

Poin yang Sering Keluar dalam Ujian dan Cara Mengingat

Dalam soal Benar/Salah ujian teori, rasio putaran antara crankshaft dan camshaft sering dibalik. Hafalkan satu paket: 1 siklus 4 langkah = 2 putaran crankshaft (720°) = 1 putaran camshaft (360°), sehingga Anda bisa langsung menilai Salah pernyataan jebakan yang menyebut 1 putaran crankshaft sama dengan 2 putaran camshaft.

Perbandingan bensin dan diesel yang sering keluar: Bensin = hisap campuran udara-bensin, pengapian busi, nilai oktan, rasio kompresi rendah (9 hingga 11); sedangkan Diesel = hanya hisap udara, injeksi solar tekanan tinggi menyala sendiri, angka setana, rasio kompresi tinggi (15 hingga 22), mudah mengalami diesel knock saat dingin.

Pada sistem pendingin dan pelumas, bedakan fungsi setiap katup: Thermostat = menutup saat dingin (mempercepat pemanasan), membuka saat panas. Tutup radiator = pressure valve menaikkan titik didih di atas 100°C, vacuum valve mencegah selang kempis akibat tekanan negatif saat dingin.

Untuk pengendali emisi, jangan tertukar 4 pasangan ini: Katalis 3-arah = rasio teoritis 14,7 untuk CO, HC, NOx; EGR = menurunkan suhu bakar untuk menekan NOx; PCV = gas blow-by ruang engkol; Charcoal canister = uap bahan bakar dari tangki.

Poin penting


  • Siklus 4 langkah: 2 putaran crankshaft (720°) menghasilkan 1 putaran camshaft (360°); waspadai soal jebakan yang membalik angkanya

  • Bensin = bunga api busi, nilai oktan, rasio kompresi 9-11 / Diesel = hisap udara saja, menyala sendiri, angka setana, rasio kompresi 15-22, knock saat dingin

  • Thermostat menutup saat dingin agar cepat hangat / Pressure valve tutup radiator menaikkan titik didih di atas 100°C

  • Bypass valve filter oli membuka saat elemen tersumbat untuk mengalirkan oli langsung dan mencegah mesin macet

  • Katalis 3-arah = rasio 14,7 / EGR = turunkan suhu bakar kurangi NOx / PCV = gas blow-by / Canister = uap bensin tangki
KosakataArti
Pemanasan mesin (warm-up)
Titik didih (boiling point)
Katup pintas (bypass valve)

Mesin Bensin & Diesel: Struktur & Fungsi

Latihan soal bab ini di aplikasi

Referensi resmi

💬

Zalo