Memahami Perilaku Piston dan Segala Permasalahannya

oleh -10 views

MOTOGOKIL.COM-Assalamu’alaikum wa rochmatullohi wa barokatuh. Semoga Allah senantiasa menyelamatkan kita semua di manapun kita berada.

Dikalang anak motor, sering banget ngomongin tentang kapasitas mesin, baik standar maupun oprekan. Dan istilah piston pasti akan menjadi topik yang asyik untuk mengoprek/upgrade mesin motor agar lebih bertenaga. Tapi, jangan-jangan ada yang kurang faham bagaimana piston itu bekerja, bahkan ada yang lebih parah ada yang nggak tahu hubungan antara bore dengan piston.

Pernah lihat brosur spesifikasi sepeda motor ? Di brosur tersebut biasanya tertera spesifikasi bore x stroke, power @rpm, torsi @rpm dan perbandingan kompresi (compression ratio/cr) serta fuel consumption (fc), kesemua spesifikasi ini berkaitan dengan kerja piston di ruang bakar. Bore adalah lubang silinder yang hampir sama dengan diameter piston, stroke adalah langkah naik-turunnya piston, putaran (rpm) terkait dengan piston speed yang aman untuk mendapatka kinerja engine dan cr serta fc akan menetukan besarnya gaya yang harus diteruskan piston ke crankshaft. Mengenai hubungan antara cr, bore dan stroke dalam ruang bakar, bisa dilihat di artikel ini [artikel 1]

Setelah pada artikel yang lalu iwf membahas rantai keteng/kamprat, kali ini iwf akan mencoba membahas tentang piston. Piston adalah salah satu perangkat utama dari motor bakar (lihat gambar atas). Tugas utamanya adalah melakukan proses 4-tak (4-stroke), yaitu hisap-tekan-kerja (ekspansi)-buang. Tentu saja untuk melakukan tugas ini piston dibentu beberapa part lain, ada yang sudah iwf terangkan yaitu kepala silinder dan klep, dan ada yang belum yaitu setang piston (connecting rod/conrod) dan bandul (crankshaft).

Sebelum masuk kepada pembahasan yang lebih dalam, ada baiknya berkenalan dengan piston. Ternyata piston didisain sedemikian rupa dengan bentuk yang kompleks, jadi tidak asal bikin. Dan dari disai tersebut mengemban fungsi-fungsi yang penting untuk mendukung optimasi pada proses pembakaran untuk menghasilkan power yang optimal. Coba perhatikan piston ini, mungkin ada beberapa istilah yang baru sekarang kita faham.

Gambar 1. Piston dan bagian-bagian dari disainnya

Kalau sudah kenalan dengan piston baru kita bahas piston yang bergerak naik turun di dalam liner (lubang silinder/cylinder bore), melakukan tugas mesin bakar 4-langkah. Yang kemudian dikonversi oleh conrod dan crankshaft menjadi gerakan memutar. Pada saat bergerak antara piston dan dinding silinder, tidak boleh ada kebocoran gas. Oleh karena itu disisipkanlah ring piston di celah tersebut, sebagai penyekat , yang menghalangi kebocoran gas bertekanan tinggi (hasil pembakaran) menerobos masuk ke crankcase.

Gambar 2. Siklus Engine (mesin bakar) 4 langkah lengkap

Akibatnya rapatnya piston-ring piston -liner, maka akan timbul gesekan yang keras (karena sama-sama logam) antara piston-ring piston dengan dinding silinder. Untuk mengurangi kerusakan akibat gesekan, maka diperkerjakanlah pelumas yang melekat pada dindiing liner. Besarnya energi yang dihasil oleh proses pembakaran akan menentukan cepat-tindaknya gerakan naik-turunnya piston berlangsung. Jadi nanti akan ada 3 penyebab permasalahan pada piston yaitu :

  1. Pembakaran yang menghasilkan suhu tinggi beserta efeknya
  2. Gerakan naik turun beserta segala fenomenanya, dan
  3. Ketidak singkronan antara kecepatan piston dengan beberapa part lainnya terkait dengan material dan lain sebagainya

 

Saat Pembakaran

Proses pembakaran dalam ruang silinder tergambarkan di gambar siklus mesin 4-tak nomer 3 (combustion). Pada saat itu campuan udara+bensin yang sudah termapatkan pada langkah 2, diledakkan oleh api yang dihasilkan oleh (pemntik) busi. Seketika api menjalar ke segala penjuru dalam ruang bakar dan menjadikan volume gas dengan cepat mengembang. Akibatnya piston terdorong kebawah dengan sangat kuat, maka pada saat itulah piston melakukan langkah “kerja”.

Ada kalanya pembakaran berlangsung  dalam kondisi “belum optimal”. Hal ini disebabkan oleh beberapa kejadian, yaitu :

  • Mesin sering bekerja pada kecepatan rendah dan beban rendah. Sehingga terjadi masa-masa yang cukup lama mesin bekerja di “bawah suhu optimalnya”. Sehingga terjadi kegagalan pembakaran pada porsi kecil bensin yang melekat di kepala piston dan ruang bakar. Karena pada daerah tersebut suhunya lebih rendah akibat pendinginan oleh sistem pendingin (baik air fin atau liquid cooled).
    • Fenomena seperti ini juga terjadi saat awal menghidupkan mesin. Saat itu blok mesin (silinder dan kepala silinder/kubah ruang bakar) dan juga crown (mahkota) dari piston masih dalam kondisi dingin. Putaran engine pun rendah, sehingga lebih besar kemungkinan terjadi pembakaran yang tidak sempurna pada campuran udara+bensin yang dekan dengan dinding logam di ruang bakar tersebut.
    • Juga pada proses mematikan mesin, setelah mesin bekerja dan kemudian berhenti, maka ada kemungkinan sebahagian bensin terlanjur masuk ruang bakar, sementara tidak terjadi pengapian dan pembakaran. Bensin seperti dimasak oleh suhu ruang bakar yang tinggi, tidak terbakar tapi hanya berubah menjadi karbon. Mirip dengan prinsip pembuatan arang dari kayu
  • AFR yang cenderung terlalu kaya, sehingga dalam setiap siklus pembakaran, selalu ada sebagian kecil bensin yang tidak terbakar, dan membentuk tumpukan karbon.
  • Oli mesin yang lolos masuk ke ruang bakar, baik lewat sela-sela ring piston maupun hasil blow juga dapat meningkatkan tumpukan karbon. Karena oli mesin memiliki molekul yang besar dan titik didih yang lebih tinggi dari bensin, sehingga banyak porsinya yang tidak terbakar, dan membentuk tumpukan karbon.

Gambar 3. Beberapa penyebab terjadinya pembakaran yang tidak sempurna, yang bisa menyebabkan terjadinya tumpukan karbon

Akibat peristiwa–peristiwa di atas, terjadilah penumpukan berupa kerak karbon dari sisa-sisa pembakaran. Kerak karbon ini mengendap dan melekat kuat di permukaan kepala piston (crown) maupun di bagian klep. Jika mesin dirasa sudah berat tarikannya, ada baiknya diperiksa bagian dalam silinder, bisa jadi kondisinya sudah seperti yang terlihat di gambar ini.

Gambar 4. Tumpukan kerak karbon pada dome di kepala silinder dan pada mahkota (crown) piston.

Adanya tumpukan karbon dalam ruang bakar, menjadi sebab turunya performa engine. Power dan torsi turun, mesin sulit teriak (mencapai rpm tinggi) meskipun gas sudah mentok. Turunnya performa engine ini karena beberapa sebab yaitu :

  1. Tumpukan karbon akan mengurangi volume ruang bakar, sehingga kompresi naik dan terjadi pre-ignition yang akan menimbulkan detonasi dan knocking. Power pasti akan drop
  2. Permukaan yang ditumpuki karbon akan menyerap bensin dan membuangnya pada langkah berikutnya. Artinya ada bagian dari bensin yang tidak terbakar.
  3. Tumpukan karbon juga mengganggu turbulensi pada ruang bakar. Sehingga campuran menjadi kurang homogen dan pembakaran akan berlangsung tidak sempurna
  4. Pada saat tertentu, tumpukan karbon bisa terkelupas dan lepas. Dan jika sampai terjepit diantara seat dan klep, akan terjadi kebocoran kompresi.

Kebocoran kompresi akibat payung klep terganjal tumpukan karbon yang lepas.

Gambar 5. Kebocoran kompresi akibat serpihan kerak karbon terjepit diantara payung klep dan seat-nya.

Kronologi peristiwa detonasi akibat tumpukan karbon dan apa yang dirasakan oleh piston

Gambar 6. Peristiwa pembakaran normal dan abnormal (detonasi) serta apa yang dirasakan oleh piston

Akibat yang terjadi pada piston dan conrod akibat detonation dari yang ringan sampai yang berat.

Gambar 7. Akibat detonasi pada piston dan connecting rod

Pembahasan mengenai segala aspek yang terkait dengan piston ini masih panjang. Silahkan melihat kelanjutannya yang lebih lengkap di artikel ini

Prinsip kerja piston dan segala permasalahannya.”

Dalam artikel tersebut juga ada pembahasan part-part lain yang terkait dengan piston, yaitu ring piston, kamprat, noken as dan lain-lain. Semoga bermanfaat, wassalamu’alaikum wa rochmatullohi wa barokatuh.

Tentang Penulis: Jatimotoblog

Gambar Gravatar
Jatimotoblog adalah sebuah komunitas blogger otomotif Jawa Timur yang terbentuk pada Desember 2011, dimana setiap artikel berisi berita dan opini tentang informasi Roda 2, Roda 4, MotoGP

Tinggalkan Balasan

No More Posts Available.

No more pages to load.