Buka kap mesin. Menatap kekacauan logam, plastik, dan karet. Sepertinya perlengkapan penjinak bom yang dirancang oleh seniman yang kacau. Jika Anda membeli mobil dan mendengar istilah seperti “2,5 liter inline-four” atau “start-stop turbocharged”, Anda mungkin tidak tahu apa sebenarnya artinya bagi berkendara sehari-hari Anda.
Keingintahuan membunuh kucing itu. Namun mengetahui mesin Anda membuatnya tetap hidup.
Pada intinya, mesin bensin melakukan satu hal: mengubah energi kimia menjadi gerak mekanis. Ini membakar bahan bakar di dalam ruang tertutup. Itu sebabnya disebut mesin pembakaran internal. Pembakaran terjadi secara internal.
Masih banyak binatang lain di luar sana. Mesin diesel. Turbin gas. Namun semuanya memiliki tujuan dasar yang sama. Anda juga memiliki mesin pembakaran eksternal—mesin uap yang menarik kereta api. Batubara terbakar di luar silinder untuk menghasilkan uap. Uap mendorong piston. Pembakaran internal unggul dalam hal efisiensi dan ukuran. Ini lebih kecil. Ini lebih ketat. Ini bekerja lebih keras.
Mari kita uraikan detak jantung mobil Anda.
Siklus Empat Langkah
Hampir setiap mobil berbahan bakar bensin menggunakan siklus pembakaran empat langkah. Ini juga dikenal sebagai siklus Otto, diambil dari nama Nikolaus Otto, yang menerapkan konsep ini pada tahun 1867.
Prinsipnya brutal dalam kesederhanaannya. Ambil bahan bakar berenergi tinggi. Letakkan di ruang kecil dan tertutup. Nyalakan. Ledakan yang dihasilkan melepaskan energi besar-besaran sebagai gas yang mengembang. Manfaatkan ledakan itu ratusan kali per menit. Anda memiliki gerakan.
Siklus ini memiliki empat langkah berbeda. Asupan. Kompresi. Pembakaran. Knalpot.
- Langkah Masuk: Piston dimulai dari atas. Katup masuk terbuka. Piston bergerak ke bawah. Ini menyedot campuran udara dan sedikit kabut bensin. Anda tidak membutuhkan banyak bahan bakar. Cukup untuk membakar.
- Langkah Kompresi: Piston bergerak kembali ke atas. Ini menghancurkan campuran udara-bahan bakar. Mengompresi campuran membuat ledakan berikutnya jauh lebih dahsyat.
- Langkah Pembakaran: Pada puncak perjalanannya, busi menyala. Busur listrik kecil menyulut campuran terkompresi. Bensinnya meledak. Gas yang mengembang mendorong piston kembali ke bawah dengan kuat.
- Langkah Buang: Piston menyentuh dasar. Katup buang terbuka. Gas yang terbakar didorong keluar silinder dan turun ke pipa knalpot.
Siklusnya diatur ulang. Mesin mengambil muatan udara dan gas lainnya.
Gerakan piston maju-mundur linier ini perlu menjadi gerakan rotasi. Roda Anda tidak berputar ke atas dan ke bawah. Mereka berputar. Crankshaft menangani konversi ini. Terhubung ke piston dengan batang penghubung, poros engkol mengambil gaya garis lurus dan memutarnya menjadi putaran.
Poros engkol adalah jembatan antara kekacauan linier piston dan urutan putaran roda.
Namun, ini bukan hanya piston dan batang saja. Anda memerlukan sebuah blok untuk menyatukan semuanya. Kepala untuk menutup ruang bakar. Katup untuk mengalirkan udara masuk dan keluar. Sebuah sistem untuk mengelola bahan bakar.
Kami sedang melihat bagian-bagian mesin dasar sekarang. Khususnya, silinder yang menampung kekerasan ini.
Keajaiban terjadi antara piston dan dinding silinder. Di situlah energi pembakaran diubah menjadi gerak. Cukup sederhana. Kebanyakan mesin pemotong rumput menggunakan satu silinder. Mobil? Mereka membutuhkan lebih banyak otot. Empat. Enam. Delapan. Bahkan dua belas di beberapa sudut pasar yang eksotis. Namun menyatukan beberapa silinder bukan hanya tentang menumpuknya secara acak. Ini tentang geometri.
Mesin inline: kesederhanaan menang
Ambil inline-empat yang kita bahas sebelumnya. Keempat silinder berada dalam satu garis lurus. Satu demi satu. Itu bersih. Efisien. Murah untuk dibangun karena bloknya merupakan pengecoran tunggal. Manufaktur menyukainya. Bagian distandarisasi. Perawatannya mudah. Jika Anda membuka kap sedan kompak atau hot hatchback, kemungkinan besar Anda sedang melihat mesin inline-four. Mereka cocok dengan mesin yang dipasang melintang di mana ruang sempit di bagian depan mobil.
Tapi itu panjang. Mesin yang tinggi dapat menaikkan pusat gravitasi. Itu tidak ideal untuk penanganannya. Dan pada RPM tinggi, urutan pengaktifan bisa terasa sedikit kikuk dibandingkan pengaturan yang lebih seimbang. Namun, untuk berkendara sehari-hari dan efisiensi bahan bakar, mesin inline-four adalah solusinya. Anda tidak akan salah dengan itu.
Mesin V: mengemas tenaga dalam ruang yang ringkas
Sekarang beralih ke konfigurasi V. Dua tepian silinder saling berjauhan. Biasanya jaraknya 60 atau 90 derajat, meskipun ada sudut lain. Pengaturan ini memperkecil jejak mesin. Lebih pendek dari inline-enam. Profil lebih rendah. Hal ini membuatnya lebih mudah untuk dipasang pada kendaraan besar atau mobil berperforma tinggi yang ruang ruang mesinnya premium.
V-6 ada di mana-mana di SUV dan sedan ukuran menengah. V-8 masih menguasai dunia mobil otot. Mereka menghadirkan suara yang dalam dan serak yang didambakan para penggemar. Dan lebih mulus daripada inline-six pada putaran tinggi berkat piston lawan yang meredam beberapa getaran. Tapi ada kendalanya. Kompleksitas. Lebih banyak bagian. Lebih banyak manifold buang yang harus dibungkus. Biaya produksi lebih tinggi. Dan pendinginan bisa jadi rumit dengan adanya lembah sempit di antara tepian sungai.
Mesin datar atau boxer: rendah dan lebar
Lalu ada flat-empat. Flat-enam. Bertentangan secara horizontal. Piston saling menjauh seperti petinju di dalam ring. Oleh karena itu julukannya. Porsche menggunakannya. Subaru mengandalkan mereka. Mengapa? Karena tata letak datar menurunkan pusat gravitasi secara signifikan. Distribusi berat badan yang lebih baik. Lebih sedikit body roll di tikungan. Mesinnya terletak rendah di sasis. Itu adalah keunggulan penanganan yang sulit ditandingi oleh mesin inline dan V.
Mesin datar juga bergetar lebih sedikit dibandingkan mesin inline-four. Piston yang berlawanan menyeimbangkan satu sama lain secara alami. Tidak perlu counter-shaft yang rumit. Tapi ukurannya lebar. Sangat luas. Hal ini membuat pemasangan pada tata letak melintang hampir tidak mungkin dilakukan. Anda memerlukan pengaturan memanjang. Dibutuhkan lebih banyak ruang. Dan akses pemeliharaan bisa menjadi mimpi buruk. Kebocoran oli pada seal utama belakang merupakan keluhan umum. Meski begitu, bagi pengemudi yang mengutamakan handling dan feedback, mesin ceper sulit dikalahkan.
Tata letak mana yang sesuai dengan kebutuhan Anda?
Itu tergantung pada prioritas. Ingin perbaikan murah dan pengemasan mudah? Masuklah ke dalam barisan. Butuh lebih banyak daya dalam paket yang lebih kecil? Mesin V. Ingin dinamika handling terbaik dan tidak keberatan dengan ruang mesin yang lebih lebar? Datar. Tidak ada jawaban yang sempurna. Hanya
Busi dan Timing Katup
Pembakaran tidak terjadi secara kebetulan. Busi menyediakan sumber penyalaan, menyalakan bunga api yang menyalakan campuran udara/bahan bakar. Waktu adalah segalanya di sini. Jika percikan terjadi terlalu dini atau terlambat, efisiensi akan menurun.
Katup-katup itu sama pentingnya. Katup masuk dan katup buang membuka dan menutup secara berurutan. Mereka membiarkan campuran masuk dan mengeluarkan knalpot. Yang terpenting, kedua katup harus tetap tertutup rapat selama kompresi dan langkah tenaga. Jika ruangan tidak kedap udara, Anda kehilangan tekanan. Anda kehilangan kekuatan.
Dinamika Piston dan Kegagalan Ring
Piston itu sendiri adalah silinder logam sederhana, yang dapat digeser ke atas dan ke bawah di dalam lubang. Namun keajaiban sebenarnya—dan sumber paling umum dari sakit kepala perawatan—terletak pada ring piston.
Cincin ini menciptakan segel geser antara tepi luar piston dan dinding silinder. Mereka mempunyai dua pekerjaan yang tidak dapat dinegosiasikan:
- Tutup ruang bakar agar campuran bahan bakar/udara dan gas buang tidak bocor melewati piston ke dalam wadah.
- Jaga agar oli mesin di dalam wadah tidak berpindah ke ruang bakar.
Jika cincin itu aus, segelnya akan rusak. Inilah sebabnya mengapa mobil tua sering mengalami masalah konsumsi bahan bakar. Jika Anda menambah satu liter setiap 1.000 mil, kemungkinan besar cincin Anda akan tertembak, sehingga minyak terbakar di dalam ruangan. Material modern telah meningkatkan umur panjang ring secara signifikan, itulah sebabnya mesin kontemporer dapat memperpanjang interval penggantian oli dan bertahan lebih lama secara keseluruhan.
Batang Penghubung dan Poros Engkol
Batang penghubung menjembatani celah antara piston dan poros engkol. Itu perlu diputar di kedua ujungnya. Mengapa? Sebab piston bergerak lurus sedangkan poros engkol berputar. Batang mengubah sudut untuk mengakomodasi gerakan tersebut, mengubah energi linier menjadi gaya rotasi.
Gaya tersebut berakhir pada poros engkol. Dibutuhkan gerakan naik-turun piston dan mengubahnya menjadi gerakan melingkar. Anggap saja seperti pegangan engkol pada jack-in-the-box. Anda menekan ke bawah, porosnya berputar. Ini adalah prinsip mekanis yang sederhana, tetapi merupakan inti dari keluaran mesin.
Pengelolaan Bah dan Minyak
Di sekeliling poros engkol terdapat bah, atau wadah oli. Reservoir ini menampung minyak pelumas yang bersirkulasi melalui mesin. Gravitasi menarik oli ke dasar wadah, tempat pompa oli dapat mengambilnya dan mengirimkannya kembali ke bantalan, piston, dan katup.
Tanpa reservoir ini, gesekan akan merusak mesin dalam hitungan menit. Wadah ini menjaga komponen bergerak tetap mengambang di lapisan oli, sehingga mengurangi keausan dan menghilangkan panas.
Masalah Mesin
Anda memutar kuncinya. Starternya menderu-deru. Mesinnya menyala. Tapi itu tidak berhasil.
Ini adalah skenario klasik “crank no-start”. Ini membuat frustrasi, tentu saja. Tapi itu juga logis. Anda sudah mengetahui dasar-dasar pembakaran dalam. Sekarang Anda hanya perlu memfilter kebisingan.
Ada tiga persyaratan mendasar agar mesin dapat menyala. Jika salah satu dari mereka gagal, Anda terjebak dalam upaya.
- Campuran bahan bakar yang benar.
- Kompresi yang tepat.
- Percikan kuat.
Segala sesuatu yang lain bersifat sekunder. Ribuan gangguan kecil dapat menyebabkan tidak dapat dimulainya, namun ketiganya adalah “tiga besar”. Abaikan mereka karena risiko Anda sendiri.
Masalah Campuran Bahan Bakar
Mesin Anda membutuhkan bahan bakar dan udara dalam perbandingan yang tepat. Terlalu kurus, terlalu kaya, atau tidak ada campuran sama sekali, maka pembakaran akan mati.
Pertimbangkan hal yang sudah jelas terlebih dahulu: Anda mungkin kehabisan bensin. Mesin menarik udara, tapi tanpa bahan bakar, tidak ada yang bisa terbakar.
Tapi bagaimana jika Anda punya bensin?
Asupan udara yang tersumbat dapat membuat mesin kekurangan oksigen. Anda mendapatkan bahan bakar, tetapi tidak cukup udara. Campurannya menjadi terlalu kaya. Businya kotor. Mesinnya tersedak.
Sebaliknya, sistem bahan bakar yang rusak mungkin memompa terlalu banyak atau terlalu sedikit bahan bakar. Mesin modern menggunakan sensor untuk menyesuaikannya, tetapi sistem karburator yang lebih tua? Mereka rewel. Jika pelampung macet atau pancarannya tersumbat, campurannya akan mati.
Lalu ada kontaminasi. Air di tangki bensin Anda sangat mematikan. Itu tidak terbakar. Itu terletak di bagian bawah. Jika saluran bahan bakar menyerap lumpur tersebut, mesin akan tergagap dan mati. Kotoran mengganggu reaksi kimia sepenuhnya.
Kompresi: Segel Kehidupan
Kompresi inilah yang membuat ledakan menjadi dahsyat. Jika udara dan bahan bakar tidak bisa diperas dengan kuat, ledakan yang dihasilkan akan lemah. Atau tidak ada.
Kurangnya kompresi biasanya menunjukkan adanya kebocoran. Di mana?
Ring piston aus. Cincin ini menutup celah antara piston dan dinding silinder. Ketika keausannya, campuran udara/bahan bakar keluar melewati piston selama langkah kompresi. Anda kehilangan tekanan. Anda kehilangan kekuatan.
Katup bocor. Katup masuk dan katup buang harus tertutup rapat. Jika jok terbakar atau batangnya bengkok, gas akan keluar ke knalpot atau intake manifold alih-alih tetap berada di dalam silinder.
Paket kepala pecah. Ini adalah kegagalan struktural paling umum yang menyebabkan hilangnya kompresi. Kepala silinder dibaut ke blok mesin. Di antara keduanya terdapat gasket tipis yang dirancang untuk menciptakan segel sempurna.
Jika paking itu rusak, maka akan rusak. Lubang-lubang kecil terbentuk. Segelnya bocor. Kompresi bocor ke sistem pendingin atau saluran oli. Mesin tidak mau hidup karena tekanan tidak pernah meningkat.
Percikan : Pemicu Pengapian
Tanpa percikan, bahan bakar hanyalah cairan. Anda memerlukan busi untuk menyalakannya.
Jika percikan api lemah, bahan bakar mungkin tidak dapat menyala. Hal ini sering terjadi ketika busi itu sendiri sudah aus. Elektroda terkikis seiring waktu. Kesenjangan semakin melebar. Percikan itu kesulitan untuk melompat.
Atau kawatnya terpotong.
Jika kabel pengapian yang menuju ke busi putus atau hilang, arus tidak dapat mencapai busi. Tidak ada percikan.
Tapi ini bukan hanya tentang kehadiran. Ini tentang waktu.
Waktu pengapian menentukan kapan percikan api menyala relatif terhadap posisi piston. Jika percikan terjadi terlalu dini, hal ini akan menghambat pergerakan piston ke atas. Jika terlambat menyala, piston sudah bergerak ke bawah. Bahan bakar menyala, namun ledakannya tidak mendorong piston secara efektif. Dalam kedua kasus tersebut, mesin tidak mau hidup atau bekerja dengan buruk.
Kegagalan Kritis Lainnya
Selain tiga kesalahan besar tersebut, kegagalan sistem lainnya dapat menghentikan mesin secara instan.
Baterai mati. Sederhana. Tidak ada daya berarti tidak ada motor starter. Tanpa starter, tanpa engkol.
Bantalan aus. Poros engkol berputar pada bantalan. Jika sudah aus atau macet, poros engkol tidak dapat berputar. Mesinnya terkunci.
Masalah timing katup. Jika camshaft rusak atau timing belt putus, katup tidak membuka dan menutup secara sinkron dengan piston. Udara tidak bisa masuk. Knalpot tidak bisa keluar. Mesinnya mati lemas.
Kekurangan minyak. Kehabisan minyak, dan Anda kehilangan pelumasan. Lonjakan gesekan. Panas meningkat. Piston menempel pada dinding silinder. Mesin berhenti mati. Secara permanen.
Kesempurnaan Tidak Diperlukan
Mesin yang berjalan tidak harus sempurna. Itu hanya perlu berfungsi dalam toleransi yang dapat diterima.
Anda akan menyadari ketika ada yang tidak beres. Pemalasan yang kasar. Awal yang sulit. Kehilangan kekuasaan. Ini adalah gejalanya.
Namun ketika mesin tidak mau hidup sama sekali, Anda mengalami kegagalan total. Salah satu sistem fundamental telah rusak.
Kami telah membahas mengapa. Langkah selanjutnya adalah melihat bagaimana. Secara khusus, subsistem yang mengelola kegagalan ini.
Kereta Katup Mesin dan Sistem Pengapian
Kebanyakan pembangkit listrik modern mengandalkan arsitektur khusus untuk mengatur aliran udara, dan pilihan teknologi di sini menentukan seberapa besar daya yang Anda peroleh dari setiap tetes bahan bakar. Sistem kamera overhead adalah standar karena suatu alasan.
Tempat Tinggal Kamera Itu Penting
Tugas rangkaian katup sederhana: membuka katup, menutup katup. Mengulang. Mekanisme penggeraknya adalah camshaft, sebuah poros dengan lobus yang mendorong katup ke atas dan ke bawah. Anda dapat melihat aksi mekanis ini di Gambar 5.
Mesin modern hampir secara eksklusif menggunakan kamera atas. Ini menempatkan camshaft tepat di atas katup. Lobus tersebut mengenai katup baik secara langsung atau melalui hubungan batang dorong yang sangat pendek. Pengaturan ini mengurangi inersia dan memungkinkan putaran mesin lebih tinggi tanpa katup mengambang.
Desain lama menempatkan poros bubungan di wadah oli, dekat poros engkol. Untuk itu diperlukan rantai panjang pengangkat dan pushrod untuk membawa sinyal ke atas. Itu berhasil. Itu masih berlaku di beberapa mesin murah atau antik. Namun desain overhead lebih ringan dan efisien.
Menjaga Waktu Tetap Sinkron
Poros engkol berputar dua kali setiap kali poros bubungan berputar. Rasio 2:1 ini tidak bisa dinegosiasikan. Jika piston berada pada titik mati atas dan katup terbuka, mesin akan meledak. Untuk mencegah hal ini, timing belt atau timing chain menghubungkan kedua poros.
Hubungan ini memastikan katup membuka dan menutup tepat pada milidetik saat piston siap.
Mengapa Kamera Overhead Ganda?
Mesin berperforma tinggi tidak hanya menginginkan lebih banyak udara; mereka menginginkan lebih banyak aliran. Katup tunggal per port merupakan hambatan. Mesin modern dengan output tinggi menggunakan empat katup per silinder: dua untuk katup masuk, dua untuk katup buang.
Anda tidak dapat menggerakkan empat katup independen dengan satu poros bubungan secara efisien. Jadi, para insinyur menggunakan dua camshaft per bank silinder. Satu cam mengontrol katup masuk. Yang lain mengontrol knalpot. Dari sinilah istilah kamera overhead ganda (atau DOHC) berasal.
Ini bukan hanya pemasaran. Itu fisika. Lebih banyak katup berarti pernapasan lebih baik. Pernapasan yang lebih baik berarti lebih banyak kekuatan. Dan lebih banyak tenaga memerlukan rangkaian katup yang lebih kompleks. Pengaturan kamera overhead membuat kompleksitas tersebut dapat dikelola.
Bagaimana Sistem Pengapian Menyalakan Silinder Anda
sistem pengapian (Gambar 6) tidak hanya menghidupkan mobil. Ini menghasilkan muatan listrik bertegangan tinggi dan mengirimkannya ke busi. Ia berjalan melalui kabel pengapian untuk sampai ke sana.
Pertama, tagihan tersebut dibebankan ke distributor. Anda akan menemukannya terselip di bawah kap di sebagian besar kendaraan. Itu adalah pusatnya. Satu kawat masuk ke tengah. Empat, enam, atau delapan kabel putus. Jumlahnya bergantung sepenuhnya pada jumlah silinder Anda.
Kabel pengapian ini menyalurkan muatan ke setiap busi. Waktunya sangat ketat. Hanya satu silinder yang mendapat percikan api pada satu waktu. Penembakan yang terhuyung-huyung ini membuat mesin tetap berjalan dengan lancar. Tidak ada sentakan. Hanya ritme.
Kami akan membahas bagaimana mobil Anda menyala, mendingin, dan mensirkulasikan udara selanjutnya.
Pendinginan Engine, Saluran Masuk Udara, dan Sistem Starter
Mekanika Pendinginan dan Pemasukan Udara
Kebanyakan mobil modern mengandalkan sistem pendingin berbasis cairan untuk menjaga mesin agar tidak meleleh. Radiator dan pompa air adalah pengangkat berat di sini. Cairan pendingin bersirkulasi melalui saluran yang dibor di sekitar silinder, menyerap panas, dan kemudian membuangnya ke radiator sebelum disirkulasikan kembali. Ini adalah putaran tertutup.
Namun tidak semua mesin mematuhi aturan ini. Anda akan menemukan pengaturan berpendingin udara pada mesin lama seperti Volkswagen Beetle sebelum tahun 1999, serta sebagian besar sepeda motor dan mesin pemotong rumput. Anda dapat langsung mengenalinya. Lihatlah bagian luar silinder. Jika Anda melihat sirip, itu berarti pendingin udara. Sirip meningkatkan luas permukaan untuk menghilangkan panas ke aliran udara. Pengaturan ini membuat mesin lebih ringan. Itu juga membuatnya lebih panas. Dan semakin panas biasanya berarti masa pakai lebih pendek dan kinerja lebih rendah. Ini adalah trade-off.
Sekarang kita telah membahas bagaimana panas keluar, mari kita bahas tentang apa yang masuk. Sirkulasi udara bukan hanya kebisingan di latar belakang. Ini adalah bahan bakar untuk api.
Kebanyakan mobil jalanan biasanya disedot. Itu adalah cara yang bagus untuk mengatakan bahwa mesin bernafas secara alami. Udara melewati filter dan langsung masuk ke dalam silinder. Sederhana. Efektif. Namun jika Anda menginginkan lebih banyak tenaga, Anda memerlukan lebih banyak udara.
Di sinilah induksi paksa mengubah keadaan. Mesin berperforma tinggi dan berefisiensi modern adalah turbocharged atau supercharged. Alih-alih aliran udara alami, sistem ini memberi tekanan pada udara yang masuk. Lebih banyak tekanan berarti Anda dapat memasukkan lebih banyak udara dan bahan bakar ke setiap silinder selama langkah isap. Tekanan tersebut disebut boost.
Bagaimana Anda menghasilkan peningkatan itu? Dua metode mekanis yang berbeda.
turbocharger menggunakan energi yang terbuang. Itu ada di pipa knalpot Anda. Gas buang yang panas memutar turbin. Turbin tersebut dihubungkan oleh sebuah poros dengan roda kompresor pada saluran intake. Ini efisien. Ini mendaur ulang energi yang seharusnya hilang begitu saja di knalpot. Sebaliknya, supercharger digerakkan secara mekanis. Kompresor dipasang langsung ke mesin, biasanya melalui sabuk atau roda gigi, dan memutar kompresor secara independen dari aliran gas buang.
Karena turbocharger pada dasarnya menyerap panas dan tekanan dari knalpot, turbocharger membuka tenaga dari mesin yang lebih kecil. Pikirkan tentang mesin empat silinder kecil. Tambahkan turbo, dan itu bisa menghasilkan angka tenaga kuda yang biasanya disediakan untuk enam silinder yang lebih besar. Penendangnya? Anda mendapatkan penghematan bahan bakar 10 hingga 30 persen lebih baik. Anda mendapatkan lebih banyak pekerjaan dengan lebih sedikit bahan bakar.
Memulai Penyelaman Lebih Dalam Sistem
Meningkatkan kinerja adalah satu hal. Menggerakan mesin adalah hal lain. Apa yang terjadi jika Anda memutar kunci?
Sistem starter memiliki dua komponen utama: motor starter elektrik dan solenoid starter. Ini adalah operasi kekerasan. Motor starter harus memutar mesin secara fisik dalam beberapa putaran. Mengapa? Karena pembakaran tidak akan dimulai sampai piston bergerak. Mesin membutuhkan momentum untuk menyelesaikan langkah masuk, kompresi, tenaga, dan buang.
Memutar mesin yang dingin adalah kerja keras. Motor starter harus mengatasi hambatan yang signifikan.
- Gesekan Internal : Ring piston yang bergesekan dengan dinding silinder menimbulkan hambatan.
- Tekanan Kompresi : Jika piston berada di dekat titik mati atas, campuran udara-bahan bakar yang terkompresi akan terdorong ke belakang.
- Valve Train Energy : Camshaft harus mendorong katup untuk membuka dan menutup. Itu membutuhkan kekuatan.
- Beban Aksesori : Segala sesuatu yang dibaut ke mesin akan menyeretnya ke bawah. Pompa air, pompa oli, dan alternator semuanya terpasang. Starter juga harus memutarnya.
Resistensi ini memerlukan arus yang sangat besar. Sistem kelistrikan mobil beroperasi pada 12 volt. Untuk menggerakkan roda gila yang berat itu, motor starter menarik ratusan ampere. Anda tidak bisa mendapatkan arus semacam itu melalui saklar pengapian standar tanpa melelehkan kontaknya. Itu sebabnya kita memerlukan solenoid starter.
Bayangkan solenoid sebagai saklar elektronik tugas berat. Saat Anda memutar kunci, Anda mengirimkan sinyal kecil ke solenoid. Ini menutup sirkuit arus tinggi, memungkinkan daya penuh baterai membanjiri motor starter. Klik. Desir. Mesin berputar.
Apa yang Terjadi Selanjutnya
Kami telah membahas bagaimana mesin tetap dingin, cara bernapas, dan cara menghidupkannya. Namun mesin adalah mesin yang menghabiskan sumber daya dan menghasilkan limbah. Ia membutuhkan minyak untuk bertahan hidup. Ia memerlukan bahan bakar untuk membakarnya. Dan diperlukan cara untuk mengeluarkan produk sampingan pembakaran tanpa membuat dirinya tersedak.
Selanjutnya, kita akan menguraikan subsistem yang menangani pelumasan, penyaluran bahan bakar, manajemen pembuangan, dan
Anda mengisi tangki. Anda memeriksa minyaknya. Tapi bagaimana sebenarnya gas itu memutar roda? Dimulai dengan sistem bahan bakar.
Mesin Anda tidak hanya membakar cairan. Itu membakar kabut. Sistem bahan bakar memompa bensin dari tangki dan mencampurnya dengan udara. Tujuannya adalah rasio udara-bahan bakar yang tepat. Campuran ini mengalir ke dalam silinder. Tanpa perpaduan yang tepat, Anda tidak akan mendapatkan kekuatan. Atau yang lebih parah lagi, kerusakan mesin.
Mobil modern menggunakan dua metode utama untuk menyalurkan bahan bakar ini. Injeksi bahan bakar port dan injeksi bahan bakar langsung.
Pada port injeksi bahan bakar, bahan bakar disemprotkan tepat di atas katup masuk. Ini bercampur dengan udara sebelum memasuki silinder. Injeksi langsung lebih agresif. Bahan bakar langsung masuk ke ruang bakar. Tekanan tinggi memungkinkan terjadinya gerimis yang lebih halus. Hal ini mengarah pada efisiensi yang lebih baik.
Mobil tua menggunakan karburator. Mereka mencampur bahan bakar dan udara secara mekanis saat udara mengalir masuk. Sederhana saja. Namun mereka kurang presisi. Injeksi modern dikendalikan oleh komputer. Ini menyesuaikan milidetik demi milidetik.
Pelumasan Membuat Segala Sesuatu Bergerak
Gas menciptakan tenaga. Minyak mencegah gesekan.
Sistem pelumasan adalah sumber kehidupan mesin. Ini melapisi bagian yang bergerak. Tanpanya, logam akan bergesekan dengan logam. Lonjakan panas. Bagian disita.
Ada dua area yang paling membutuhkan perhatian. Piston dan bantalan. Piston meluncur ke atas dan ke bawah dalam silinder. Mereka membutuhkan permukaan yang licin. Bantalan memungkinkan poros engkol dan poros bubungan berputar. Mereka membawa beban berat.
Inilah siklusnya.
- Minyak berada di wadah minyak (bah) di bagian bawah.
- Pompa oli menyedotnya.
- Melewati filter oli. Serpihan pasir dan logam terperangkap.
- Tekanan tinggi memaksa minyak melewati galeri.
- Menyemprot ke bantalan dan dinding silinder.
- Gravitasi menariknya kembali ke dasar bak.
Siklus ini berulang ribuan kali per menit. Jika pompa mati, mesin mati. Jika filter tersumbat, tekanan turun. Periksa oli Anda. Selalu.
Menjinakkan Kebisingan dan Asap
Anda telah memasukkan bahan bakar. Anda telah melumasi bagian-bagian yang bergerak. Sekarang ledakan terjadi.
Ledakan ini menciptakan tekanan. Mereka menciptakan kebisingan. Ribuan ledakan kecil per menit. Tanpa sistem pembuangan, Anda akan mendengar semuanya. Ini akan memekakkan telinga.
Sistem pembuangan menangkap gas-gas ini. Ini menyalurkan mereka ke belakang. Knalpot adalah kuncinya di sini. Ini meredam suara. Itu mengubah suara tembakan menjadi dengungan.
Tapi asap bukan hanya kebisingan. Itu sia-sia.
Masuk ke sistem kendali emisi. Mobil modern adalah laboratorium yang kompleks. Mereka memantau setiap hembusan napas.
Inti dari sistem ini adalah catalytic converter. Ia menggunakan katalis dan oksigen. Ini membakar bahan bakar yang tidak terpakai. Ini memecah bahan kimia berbahaya. Ini mengubah polutan menjadi gas yang tidak terlalu berbahaya.
Sensor oksigen memantau aliran gas buang. Mereka memberi tahu komputer berapa banyak oksigen yang ada. Komputer menyesuaikan campuran bahan bakar secara real-time. Hal ini memastikan katalis bekerja secara efisien. Lebih sedikit limbah. Udara lebih bersih.
Tulang Punggung Listrik
Gas menggerakkan piston. Listrik menggerakkan segalanya.
Mobil Anda memiliki baterai. Ini menyediakan daya DC 12 volt. Ini menghidupkan mesin. Ini menjalankan radio, lampu depan, jendela, dan komputer. Tapi baterainya bukan generator. Ini adalah perangkat penyimpanan.
Itu perlu diisi ulang.
Itulah alternator.
Terhubung ke mesin dengan sabuk, alternator berputar. Ini menghasilkan listrik. Ini mengirimkan daya itu kembali ke baterai. Ini juga memberi daya pada beban listrik saat mesin bekerja.
Jika sabuk putus, alternator akan berhenti. Baterai terkuras habis. Mesin mati. Anda terjebak.
Menghasilkan Tenaga Mesin Lebih Banyak
Anda tahu cara kerja mesin stok. Bahan bakar, udara, oli, knalpot, listrik. Ini adalah ekosistem yang seimbang. Namun peminat jarang puas dengan stoknya.
Mereka menginginkan lebih banyak kekuatan.
Bagaimana cara mendapatkannya? Anda mengganggu keseimbangan. Atau lebih tepatnya, Anda mengoptimalkannya.
Ada tiga cara utama untuk meningkatkan tenaga kuda dan torsi.
- Meningkatkan Aliran Udara : Lebih banyak udara berarti lebih banyak oksigen. Lebih banyak oksigen memungkinkan lebih banyak bahan bakar terbakar. Manifold masuk yang lebih besar. Filter udara aliran tinggi. Lebih sedikit batasan.
- Tambahkan Bahan Bakar : Anda tidak dapat menambahkan udara tanpa menambahkan bahan bakar. Injektor yang lebih besar. Pompa bertekanan lebih tinggi. Menyetel ECU untuk mendukung
Mekanisme Horsepower: Cara Kerja Mesin Sebenarnya
Anda dapat mulai melihat bahwa tidak hanya ada satu cara untuk memeras lebih banyak tenaga dari mesin. Produsen mobil terus-menerus mengubah variabel untuk meningkatkan kinerja atau meningkatkan efisiensi bahan bakar.
Meningkatkan perpindahan. Perpindahan yang lebih besar berarti lebih banyak tenaga karena Anda membakar lebih banyak bahan bakar setiap putaran. Anda dapat mencapainya dengan memperbesar silinder atau menambahkan lebih banyak silinder. Dua belas silinder umumnya dianggap sebagai batas praktis.
Meningkatkan rasio kompresi. Rasio kompresi yang lebih tinggi menghasilkan lebih banyak tenaga, hingga titik tertentu. Semakin banyak Anda mengompres campuran udara/bahan bakar, semakin besar kemungkinannya untuk terbakar secara spontan bahkan sebelum busi menyala. Bensin beroktan lebih tinggi mencegah pembakaran dini ini. Itulah sebabnya mobil berperforma tinggi membutuhkan bahan bakar premium—mesinnya menggunakan rasio kompresi yang lebih tinggi untuk menghasilkan tenaga yang lebih besar.
Masukkan lebih banyak bahan ke dalam setiap silinder. Jika Anda dapat memasukkan lebih banyak udara (dan juga bahan bakar) ke dalam silinder dengan ukuran tertentu, Anda akan mendapatkan lebih banyak tenaga tanpa menambah bahan bakar yang dibutuhkan untuk pembakaran. Turbocharger dan supercharger memberi tekanan pada udara yang masuk untuk secara efektif memaksa lebih banyak udara masuk ke dalam silinder.
Mendinginkan udara yang masuk. Mengompresi udara akan meningkatkan suhunya. Anda menginginkan udara sedingin mungkin di dalam silinder karena udara yang lebih panas lebih sedikit mengembang selama pembakaran. Banyak mobil turbocharged dan supercharged menggunakan intercooler. Ini adalah radiator khusus yang dilalui udara terkompresi untuk mendinginkan sebelum memasuki silinder.
Membiarkan udara masuk dengan lebih mudah. Saat piston bergerak ke bawah pada langkah masuk, hambatan udara merampas tenaga. Anda bisa menguranginya dengan memasang dua katup masuk di setiap silinder. Beberapa mobil baru menggunakan intake manifold yang dipoles untuk menghilangkan hambatan di sana. Filter udara yang lebih besar juga meningkatkan aliran udara.
Membiarkan gas buang keluar dengan lebih mudah. Jika hambatan udara membuat gas buang sulit keluar dari silinder, hal ini akan mengurangi tenaga. Resistensi turun saat Anda menambahkan katup buang kedua. Mobil dengan dua katup masuk dan dua katup buang memiliki empat katup per silinder, yang meningkatkan performa. Jika iklan mobil menyatakan memiliki empat silinder dan 16 katup, itu berarti empat katup per silinder.
Jika pipa knalpot terlalu kecil atau knalpot memiliki resistansi yang tinggi, hal ini menyebabkan tekanan balik yang memiliki efek yang sama. Sistem pembuangan berperforma tinggi menggunakan header, pipa ekor besar, dan muffler yang mengalir bebas untuk menghilangkan tekanan balik. “Knalpot ganda” berarti dua pipa, bukan satu untuk meningkatkan aliran.
Membuat segalanya lebih ringan. Suku cadang yang ringan membantu kinerja mesin lebih baik. Setiap kali piston berubah arah, ia menggunakan energi untuk menghentikan satu gerakan dan memulai gerakan lainnya. Piston yang lebih ringan membutuhkan lebih sedikit energi. Hal ini menghasilkan efisiensi bahan bakar dan kinerja yang lebih baik.
Menyuntikkan bahan bakar. Injeksi bahan bakar memungkinkan pengukuran bahan bakar secara akurat ke setiap silinder. Hal ini meningkatkan kinerja dan penghematan bahan bakar.
Di bagian selanjutnya, kami akan menjawab beberapa pertanyaan umum terkait mesin yang diajukan oleh pembaca.
Pertanyaan dan Jawaban Mesin
Apa perbedaan antara mesin bensin dan mesin diesel?
Pada mesin diesel tidak terdapat busi. Bahan bakar diesel diinjeksikan ke dalam silinder, dan panas serta tekanan langkah kompresi menyebabkan bahan bakar menyala. Bahan bakar diesel memiliki kepadatan energi yang lebih tinggi dibandingkan bensin, sehingga mesin diesel memiliki jarak tempuh yang lebih baik.
Apa perbedaan antara mesin dua tak dan empat tak?
Kebanyakan gergaji rantai dan motor perahu menggunakan mesin dua langkah. Mesin dua langkah tidak memiliki katup yang bergerak, dan busi menyala setiap kali piston mencapai puncak siklusnya. Sebuah lubang di bagian bawah dinding silinder memungkinkan masuknya gas dan udara. Saat piston bergerak ke atas, ia berkompresi, busi menyalakan pembakaran, dan gas buang keluar melalui lubang lain di silinder. Anda harus mencampurkan oli ke dalam gas pada mesin dua langkah karena lubang di dinding silinder menghalangi penggunaan cincin untuk menutup ruang bakar. Umumnya, mesin dua langkah menghasilkan tenaga yang besar untuk ukurannya karena siklus pembakaran yang terjadi dua kali lebih banyak setiap putarannya. Namun, mesin dua langkah menggunakan lebih banyak bensin dan membakar banyak oli, sehingga jauh lebih menimbulkan polusi.
Apakah ada keuntungan dari mesin uap?
Keuntungan utama mesin uap adalah Anda dapat menggunakan apa saja yang terbakar sebagai bahan bakarnya. Misalnya, mesin uap dapat menggunakan batu bara, koran, atau kayu sebagai bahan bakarnya, sedangkan mesin pembakaran internal membutuhkan bahan bakar cair atau gas yang murni dan berkualitas tinggi.
Mengapa mesin memiliki delapan silinder? Mengapa tidak memiliki satu silinder besar dengan kapasitas yang sama?
Ada beberapa alasan mengapa mesin besar 4.0 liter memiliki delapan silinder setengah liter daripada satu silinder besar 4 liter. Alasan utamanya adalah kelancaran. Mesin V-8 jauh lebih halus karena memiliki delapan ledakan dengan jarak yang sama, bukan satu ledakan besar. Alasan lainnya adalah torsi awal. Saat Anda menghidupkan mesin V-8, Anda hanya menggerakkan dua silinder (1 liter) melalui langkah kompresi, namun dengan satu silinder besar Anda harus mengompresi 4 liter.
Sebaris vs. Bentuk V
Jumlah silinder menentukan kepribadian mesin. Setiap silinder menampung piston. Piston tersebut memutar poros engkol. Semakin banyak piston yang dipompa berarti semakin banyak kejadian pembakaran per detik. Tenaga dihasilkan lebih cepat. Itu adalah fisika dasar.
Mesin empat silinder biasanya berada dalam satu garis lurus. sebaris. Sederhana. Enam silinder sering kali disusun dalam huruf “V”. Bentuknya yang ringkas memungkinkan balok yang lebih pendek. Produsen mobil Amerika menyukai mesin V6. Mereka sangat kuat. Mereka diam. Namun pasarnya bergeser. Turbocharging mengubah permainan.
Pergeseran Persepsi Amerika
Sejarah penting di sini. Konsumen dulunya menolak tenaga empat silinder. Mereka mengira mesin ini lambat. Lemah. Tidak seimbang. Kurang akselerasi. Lalu datanglah impor Jepang. Honda dan Toyota mulai memasang mesin empat banger yang efisien pada tahun 1980an dan 90an. Orang Amerika terbangun. Penjualan Toyota Camry melampaui rival Amerika. Mesin kompak mendapat rasa hormat.
Trik Teknik Modern
Saat ini, mesin 4 silinder bisa meniru performa V6. Lihatlah EcoBoost Ford. Mereka menggunakan turbocharging untuk memaksa lebih banyak udara ke perpindahan yang lebih kecil. Mazda menggunakan teknologi SKYACTIV untuk aerodinamis dan efisiensi. Lebih sedikit tekanan pada mesin. Performa lebih baik. Bahan yang lebih ringan juga membantu. Kesenjangan antara kedua tipe mesin semakin menyempit.
Saat Anda Masih Membutuhkan V6
Kesenjangan telah berkurang. Tapi mesin V6 masih memiliki pekerjaan yang harus diselesaikan. Mereka tidak hanya untuk mobil performa. Truk membutuhkannya. Jika Anda menarik trailer atau mengangkut beban berat, Anda memerlukan torsi. Anda membutuhkan kekuatan mentah. Efisiensi menjadi prioritas utama dalam skenario tersebut. Sebuah turbo-empat mungkin kesulitan dengan beban yang berkelanjutan. V6 memberikan.
Cara Kerja Mesin Sebenarnya
Orang sering bertanya tentang dasar-dasarnya. Apa yang ada di dalam kotak logam itu?
Komponen Inti
Jantung dari mesin adalah silinder. Sebuah piston bergerak naik turun di dalamnya. Bagian-bagian penting meliputi:
– Busi
– Katup
– Cincin piston
– Batang penghubung
– Poros engkol
– Tempat penampungan air
Siklus Empat Langkah
Hampir setiap mesin bensin menggunakan siklus pembakaran empat langkah. Ini mengubah bahan bakar menjadi gerak.
1. Pukulan masuk
2. Langkah kompresi
3. Langkah pembakaran
4. Langkah buang
Mengapa Tidak Dimulai?
Jika mobil Anda tidak mau hidup, periksa “tiga besar”.
1. Campuran bahan bakar buruk
2. Kurangnya kompresi
3. Kurangnya percikan
Ribuan masalah kecil dapat menimbulkan masalah. Namun ketiganya adalah hal mendasar.
