perkenalan engine

I.1. Definisi
Definisi: Engine adalah suatu alat yang memiliki kemampuan
untuk merubah energi panas yang dimiliki oleh bahan bakar
menjadi energi gerak.
Berdasarkan fungsinya maka terminologi engine pada Caterpillar® biasa
digunakan sebagai sumber tenaga atau penggerak utama (prime power) pada
machine, genset, kapal (marine vessel) ataupun berbagai macam peralatan industri

Pembakaran
Udara dan bahan bakar yang dipanaskan secara bersamaan
menghasilkan pembakaran, yang kemudian menghasilkan
gaya yang dibutuhkan untuk memutarkan engine.
Oksigen yang terdapat pada udara diperlukan untuk
membakar bahan bakar, yang kemudian menciptakan
gaya. Bila dikabutkan, bahan bakar diesel akan mudah
terbakar secara efisien. Proses pembakaran terjadi pada
saat campuran bahan bakar dan udara sudah cukup panas
untuk disulut. Ia harus terbakar cepat dan terkontrol
untuk menghasilkan energi panas yang paling tinggi.
Intinya : Udara + Bahan bakar + Panas = Pembakaran
Faktor-faktor yang mempengaruhi Pembakaran
Proses pembakaran diatur oleh 3 faktor sebagai berikut :
1. Volume udara yang dimampatkan.
2. Jenis bahan bakar yang digunakan.
3. Jumlah campuran bahan bakar dan udara.

Ruang Pembakaran
Ruang pembakaran dibentuk oleh :
1. Cylinder Liner
2. Piston
3. Intake Valve
4. Exhaust Valve
5. Cylinder Head


Kompresi
Bila udara ditekan, maka suhunya akan naik. Semakin
banyak udara yang ditekan, maka panas yang didapat
akan semakin tinggi. Jika tekanannya cukup maka akan
menghasilkan suhu di atas suhu titik bakar bahan bakar.
Jenis Bahan Bakar
Tiap jenis bahan bakar mempunyai suhu titik bakar yang
berbeda, karena itu akan mempengaruhi pembakaran.
Jumlah Bahan Bakar
Jumlah bahan bakar yang digunakan juga mempunyai
arti penting, karena makin banyak bahan bakar yang
digunakan berarti makin besar pula gaya yang
dihasilkan. Jika disemprotkan ke dalam ruangan tertutup
dengan jumlah udara yang cukup, bahan bakar yang
sedikit saja akan mampu menghasilkan panas dan gaya
yang cukup besar.
Semakin banyak bahan bakar = semakin besar
gaya yang dihasilkan

I.2.Konsep Siklus Engine 4-Langkah

Proses Pembakaran Pada Diesel engine
Dalam Diesel engine, udara ditekan di dalam ruang
pembakaran sampai cukup panas untuk menyulut bahan
bakar. Kemudian, bahan bakar disemprotkan ke dalam
ruangan yang panas tersebut dan terjadilah pembakaran.
Proses Pembakaran Pada Gasoline Engine
Pada Gasoline Engine, udara yang ditekan tidak akan
menghasilkan panas yang cukup untuk pembakaran.
Karenanya dipakai spark plug (busi) untuk memercikkan
api yang menyulut campuran tadi sampai menghasilkan
pembakaran.

Memindahkan Energi Panas
Pada kedua jenis engine, proses pembakaran menghasilkan
energi panas yang menyebabkan gas yang terperangkap
dalam ruang pembakaran akan menekan piston ke
bawah. Gerakan piston inilah yang kemudian menggerakkan
komponen lainnya untuk bekerja.

Gerakan Turun-Naik dan Berputar
Seluruh komponen bekerja sama untuk merubah gerakan
turun-naik menjadi gerak putar. Pembakaran yang terjadi
menyebabkan piston dan connecting rod bergerak turunnaik,
yang disebut gerakan reciprocating. Kemudian
connecting rod memutarkan crankshaft yang akan merubah
gerakan reciprocating menjadi gerakan berputar,
yang disebut sebagai gerakan rotary.
Inilah cara kerja engine merubah panas dari hasil pembakaran
menjadi bentuk energi yang bisa dimanfaatkan.

I.3.Konsep Siklus Engine 4-Langkah

Intake Stroke (Langkah Isap)
Siklus engine dimulai dari intake stroke. Mula-mula,
intake valve terbuka. Bersamaan dengan itu, piston
bergerak menuju Titik Mati Bawah atau TMB yaitu
merupakan titik terbawah yang mampu dicapai piston
dan akan menyedot udara ke dalam ruang pembakaran.
Crankshaft berputar 1800 atau setengah putaran,
sementara exhaust valve tetap tertutup.

Compression Stroke (Langkah Kompressi/Tekan)
Pada langkah kompresi (compression stroke) intake
valve menutup, menyekat ruang pembakaran. Piston
bergerak naik sampai posisi teratas pada cylinder liner.
Posisi ini disebut Titik Mati Atas atau TMA. Udara yang
terperangkap akan tertekan dan menjadi sangat panas.
Perbandingan antara volume udara sebelum dan sesudah
ditekan disebut perbandingan kompresi (compression
ratio).
Umumnya Diesel Engine memiliki perbandingan
kompresi antara 13 : 1 sampai 20 : 1. Saat ini Crankshaft
telah berputar 3600 atau satu putaran penuh.
Volume TMA
Perbandingan Kompressi = Volume TMB

Power Stroke (Langkah Tenaga)
Bahan bakar diesel disemprotkan menjelang akhir
compression stroke. Ini menghasilkan pembakaran dan
dimulainya langkah tenaga (power stroke). Intake dan
exhaust valve tetap tertutup untuk mennyekat ruang
pembakaran. Gaya dari hasil pembakaran mendorong
piston turun dan menyebabkan connecting rod memutar
crankshaft 1800 lagi. Pada saat ini crankshaft telah melakukan
satu setengah putaran sejak siklus pertama
dimulai.

Exhaust Stroke (Langkah Buang)
Exhaust stroke adalah langkah terakhir dari Siklus 4
Langkah. Pada langkah buang (exhaust stroke), exhaust
valve terbuka, piston bergerak naik dan mendorong gas
hasil pembakaran keluar dari cylinder. Pada posisi TMA,
exhaust valve menutup, intake valve membuka, dan
siklus dimulai dari awal lagi. Saat ini connecting rod
telah memutar crankshaft 1800 lagi.
4-Stroke Cycles Siklus 4-Langkah
Exhaust stroke mengakhiri proses Siklus 4-Langkah. Dan
selama proses tersebut, crankshaft telah menyelesaikan 2
x 3600. Secara berurutan adalah sebagai berikut : Intake,
Compression, Power dan Exhaust stroke, dan dinamai
"Siklus 4-Langkah". Engine Caterpillar menggunakan
Siklus 4-Langkah dan berlangsung terus menerus selama
engine hidup. Urutan terjadinya pembakaran pada
masing-masing cylinder disebut urutan pengapian (firing
order).
Empat langkah piston = Dua kali putaran crankshaft

I.4. Membedakan Diesel Engine dengan Gasoline Engine

Bagian ini akan mengajarkan tentang perbedaan antara
diesel engine dengan gasoline engine.
Layaknya diesel engine, gasoline engine juga menggunakan
pembakaran Siklus 4-Langkah untuk menghasilkan
energi gerak. Namun ada sedikit perbedaan dalam
prosesnya. Mari kita lihat apa sajakah perbedaan tersebut.
Pemantik/Busi – Spark
Perbedaan yang paling mencolok antara kedua engine itu
adalah bahwa diesel engine tidak membutuhkan pemantik
(ignition) untuk menyalakan engine.
Seperti diketahui bahwa diesel engine menggunakan
tekanan udara dengan compression ratio yang tinggi
untuk memanaskan udara di dalam ruang pembakaran
sampai cukup panas untuk menyalakan bahan bakar.

Desain Ruang Pembakaran Diesel Engine
Perbedaan antara diesel engine dengan gasoline engine
juga terletak pada desain ruang pembakarannya.
Pada diesel engine, ruangan antara cylinder head dengan
piston pada saat di posisi TMA adalah sangat kecil,
sehingga menghasilkan rasio kompresi yang tinggi.
Kebanyakan piston untuk diesel engine memiliki ruang
pembakaran yang terletak tepat di atas piston.

Desain Ruang Pembakaran Gasoline Engine
Gasoline engine memiliki ruang pembakaran yang terletak
pada cylinder head. Ruangan antara piston dengan
cylinder head lebih luas daripada diesel engine, sehingga
rasio kompresinya lebih rendah.

Tenaga Engine
Perbedaan lain yang mencolok adalah kemampuan
engine untuk dibebani pada rpm rendah. Umumnya,
diesel engine biasa beroperasi antara 800 rpm dan 2200
rpm, menghasilkan torque yang lebih besar dan
menghasilkan tenaga yang lebih besar pula.
4-Stroke Cycles
Kedua engine tersebut mengubah energi panas menjadi
energi gerak melalui siklus 4 langkah.

Bahan Bakar
Diesel engine umumnya lebih efisien dalam penggunaan
bahan bakar daripada gasoline engine. Rata-rata output
horsepower-nya membutuhkan bahan bakar yang relatif
lebih sedikit.

Bobot Engine
Diesel engine lebih berat daripada gasoline engine
karena ia harus mampu menahan tekanan dan suhu tinggi
pada saat proses pembakaran.

Perbandingan Kompressi
Diesel Engine menggunakan rasio kompresi yang lebih
tinggi untuk memanaskan udara ke suhu pembakaran
yang dibutuhkan. Umumnya berkisar antara 13:1 sampa
20:1. Sementara gasoline engine hanya menggunakan
rasio kompresi antara 8:1 sampai 11:1.
Konsep Siklus Engine 4-Langkah

Engine Berbahan Bakar Gas dari Caterpillar
Bagian ini akan mengajarkan cara kerja spark ignited
engine.

Spark Ignited Engine
Engine ini menggunakan bahan bakar gas seperti
propana, metan dan etanol. Bahan bakar tersebut dan
kebutuhannya untuk fuel line bertekanan rendah,
dibutuhkan modifikasi khusus terhadap desain engine.
Engine ini bekerja dengan menggunakan bahan bakar gas
seperti propana dan metana. Berdasarkan desain dari
Caterpillar, beberapa suku cadang yang digunakan sama
saja, namun modifikasi yang khusus dibuat untuk sistem
fuel delivery.
Sistem pemasukan dan pembuangan udara, sistem
pendinginan dan sistem bahan bakar telah dirubah untuk
mengakomodasi pencampuran udara dan bahan bakar
dengan baik, serta ditambahkannya sistem spark ignition
bertegangan tinggi.
Di beberapa engine, bagian piston juga telah didesain
ulang ke bentuk lengkungan yang tajam untuk
mendukung proses pembakaran. Sementara pada engine
lainnya, digunakan piston berujung datar. Sensor-sensor
elektronik dan timing device telah ditambahkan untuk
meningkatkan performa engine beremisi rendah ini.
Engine berbahan bakar gas tersedia dalam tipe 3300,
3400, 3500, dan 3600.
 
I.5.Terminologi
Bagian ini akan mengajarkan tentang terminologi atau
istilah-istilah umum yang digunakan dalam menjelaskan
fungsi-fungsi engine dan bagaimana seharusnya suatu
engine bekerja.
Kategori Ada tiga kategori utama dalam topik ini, yaitu : hukumhukum
mekanika, tenaga output, dan efisiensi engine.
Hukum-hukum Mekanika Gesekan (Friction)
Gesekan atau friction adalah tahanan yang muncul akibat
gerakan antara dua permukaan yang saling bersentuhan.
Sebagai contoh adalah gesekan antara piston dan dinding
cylinder ketika piston bergerak ke atas dan ke bawah.
Gesekan menghasilkan panas yang pada akhirnya akan
membuat aus dan kerusakan pada komponen.
Inersia
Inersia adalah kecenderungan alamiah pada benda diam
untuk tetap diam dan benda bergerak untuk terus
bergerak apabila tidak ada gaya yang mempengaruhinya.
Engine menggunakan gaya (force) untuk mengatasi
inersia.
Gaya (Force)
Gaya adalah suatu dorongan atau tarikan yang memulai,
menghentikan, atau merubah pergerakan suatu benda.
Gaya dihasilkan oleh pembakaran pada langkah tenaga
(power stroke). Makin besar gaya yang timbul, makin
besar pula tenaga yang dihasilkan.
Tekanan
Tekanan adalah gaya yang terjadi per satuan luas area.
Dalam siklus 4 langkah, banyak sekali tekanan yang
bekerja pada bagian atas piston selama langkah kompresi
dan langkah tenaga.
Menciptakan Tekanan
Ada tiga cara untuk menciptakan tekanan, yaitu dengan
cara menaikkan suhu, mengurangi volume, atau
membatasi aliran. Beberapa sistem dan komponenkomponen
pada internal combustion engine dapat
menurunkan atau menaikkan tekanan. Pengetahuan dan
pengukuran tentang tekanan tertentu pada sebuah engine
merupakan hal yang sangat penting untuk mengetahui
kondisi keseluruhan engine itu sendiri.

I.6.Istilah-istilah Dalam Power
Output
Tenaga engine dijelaskan menurut kualitas dan kuantitas
karakteristik tertentu.

Torsi
Torsi adalah gaya putar atau gaya puntir. Sebuah
crankshaft menggunakan gaya ini untuk menggerakkan
flywheel, torque converter atau perangkat mekanis
lainnya.
Torsi Sebagai Satuan Kapasitas Beban
Torsi juga berfungsi sebagai ukuran kapasitas beban
sebuah engine.
Untuk menghitung Torque dalam satuan foot per pound
(lb.ft), rumusnya sbb:
( )
RPM
Torque lb. ft = 5252 x Horsepower
Torque Rise
Torque Rise adalah peningkatan torsi yang terjadi pada
saat engine lugged (penurunan rpm engine) dari rated
rpm. Hal ini berlangsung sampai tingkat rpm tertentu
dicapai, dan setelahnya itu torsi akan turun secara drastis.
Nilai torsi maksimum yang dicapai disebut sebagai peak
torque.
Rumusnya adalah :
[( ) ]
RT
TR PT − RT x 100
=
Keterangan:
TR = Torque Rise
TC = Torque Curve
HC = Horsepower Curve
PT = Peak Torque
RT = Rated Torque
HP + T = Horsepower plus Torque
(Horsepower = horsepower)
Horsepower
Horsepower adalah ukuran pada engine yang
menggambarkan jumlah daya output selang waktu
tertentu atau ukuran output rata-rata.
Brake horsepower adalah daya yang tersedia yang bisa
digunakan pada flywheel. Nilai Brake horsepower lebih
kecil dari nilai horsepower murni karena sebagian energi
yang dihasilkan telah digunakan untuk menggerakkan

Rumus horsepower adalah:
5252
Horsepower = RPM x Torque

Panas
Panas adalah bentuk energi yang dihasilkan oleh
pembakaran bahan bakar. Energi panas diubah menjadi
energi mekanik oleh piston dan komponen engine
lainnya untuk menghasilkan tenaga yang dibutuhkan.
Temperatur atau Suhu
Suhu adalah satuan tingkat panas atau dinginnya sebuah
benda. Umumnya menggunakan skala Fahrenheit atau
Celsius.

British Thermal Unit atau BTU
British Thermal Unit atau BTU digunakan untuk
mengukur jumlah panas bahan bakar secara spesifik, atau
jumlah kadar panas yang ditransfer dari satu benda ke
benda lainnya. Satu BTU adalah jumlah panas yang
dibutuhkan untuk menaikkan satu pound air sebesar satu
derajat Fahrenheit.
BTU pada Bahan Bakar
BTU digunakan untuk menggambarkan tingkat panas
bahan bakar. Bahan bakar dengan tingkat BTU tinggi
akan menghasilkan panas yang lebih besar dan tenaga
yang lebih besar pula. Secara umum, bahan bakar diesel
memiliki tingkat BTU yang lebih tinggi daripada
gasoline.
BTU pada Sistem Pendingin
BTU juga digunakan untuk menggambarkan seberapa
baik sistem pendingin bekerja. Makin besar BTU yang
dibuang oleh coolant, makin efisien pula sistem
pendinginnya.

Efisiensi Engine
Desain engine sangat berpengaruh pada performa dan
efisiensi engine yang bersangkutan.
Bore
Bore adalah diameter dalam dari cylinder, dan diukur
dalam satuan inchi atau milimeter. Bore sebuah cylinder
menentukan volume udara yang tersedia untuk pembaKonsep
Siklus Engine 4-Langkah
Dasar - Dasar Diesel Engine 14
karan. Apabila faktor lainnya dianggap tetap, makin
besar bore akan semakin besar pula tenaga yang bisa
dihasilkan oleh engine.

Stroke
Stroke adalah sebutan untuk jarak yang ditempuh piston
dari posisi Titik Mati Atas (TMA) ke Titik Mati Bawah
(TMB). Panjang stroke ditentukan oleh desain
crankshaft. Stroke yang panjang akan memasukkan udara
lebih banyak ke dalam cylinder dan membakar lebih
banyak bahan bakar serta menghasilkan tenaga lebih
besar.