KOMPONEN PELENGKAP PADA MOTOR BAKAR
-
Governor
-
Peredam Suara (muffler)
-
Saringan Udara
-
Super Charger
Governor
Governor adalah komponen pada motor bakar yang berfungsi untuk mengontrol kecepatan enjin dengan cara mengendalikan jumlah bahan bakar yang diberikan sehingga kecepatan enjin dapat dipertahankan tetap stabil tanpa tergantung kondisi pembebanan.
Contoh klasik dari mekanisme governor adalah governor sentrifugal atau dikenal sebagai Watt governor atau Fly-ball governor, ditunjukkan pada Gambar 7.1. Governor jenis ini menggunakan badul yang yang dipasang pada lengan yang berpegas. Pada saat putaran tinggi (over speed) maka gaya sentrifugal (
Gambar 7.1. Governor sentrifugal
//en.wikipedia.org/wiki/Centrifugal_governor
Sistem pengendalian dengan governor digunakan baik pada mesin stasioner maupun mesin otomotif seperti pada mobil dan traktor. Pada enjin modern seperti saat ini mekanisme governor umumnya menggunakan mekanisme mekanik-hidrolik (Woodward Governor), walaupun terdapat juga versi governor elektrik. Gambar 7.2 menunjukkan cara kerja governor yang menggunakan mekanisme mekanik-hidrolis dalam pengendalian kecepatan enjin yang berlebihan pada motor diesel. Dalam hal ini, governor mengendalikan posisi tuas pengontrol bahan bakar yang dikombinasikan dengan aksi dari piston hidrolik dan gerakan bandul berputar. Posisi dari bandul ditentukan oleh kecepatan putaran dari enjin, jika kecepatan enjin naik atau turun maka bandul berputar mekar atau menguncup. Gerakan dari bandul ini, karena perubahan kecepatan enjin, akan menggerakkan piston kecil (pilot valve) pada sistem hidroliknya. Gerakan ini mengatur aliran cairan hidrolis ke piston hidrolis (piston motor servo). Piston motor servo dihubungkan dengan tuas pengatur bahan bakar (fuel rack) dan gerakannya akan menyebabkan penambahan atau pengurangan jatah bahan bakar yang disuply.
Ada empat tipe pengontrolan enjin menggunakan governor. Pertama jika hanya satu kecepatan yang dikontrol maka digunakan tipe governor kecepatan tetap atau constant-speed type governor. Kedua, jika kecepatan enjin dapat di kendalikan beberapa tingkat secara manual pada melalui pengaturan menggunakan alat bantu, maka disebut tipe governor kecepatan variabel atau variable-speed type governor. Tipe ketiga ini adalah pengontrolan agar kecepatan enjin dapat dipertahankan diatas batas minimum atau di bawah batas maksimum, dan disebut governor pembatas kecepatan atau speed limiting type governor. Tipe pengontrolan keempat adalah tipe governor yang digunakan untuk membatasi beban enjin, dan disebut tipe governor pembatas beban atau load-limiting type governor. Harap diingat bahwa beberapa sistem governor, sekaligus mempunyai 4 fungsi pengendalian ini.
Gambar 7.2. Skema Kerja Governor Mekanis-Hidraulis
//www.tpub.com/content/doe/h1018v1/css/h1018v1_56.htm
Secara detil operasi mekanis-hidrolis dapat dijelaskan sebagai berikut. Pada saat enjin beroperasi, oli dari sistem pelumasan disuply ke pompa gearseperti pada Gambar 7.3. Pompa gear menyebabkan tekanan oli meningkat sampai pada nilai yang ditentukan oleh pegas pada klep pelepasan(spring relief valve). Tekanan oli dipertahankan pada ruangan berbentuk cincin (annular space) pada bkatup pilot bagian plunjer (pilot valve plunger) dan lubang dalam bushing katup pilot. Pada suatu seting kecepatan yang ditentukan, pegas melepaskan gaya yang melawan gaya sentrifugal dari putaran bandul. Pada saat kedua gaya ini setimbang maka punjer katup pilot menutup lubang (port) bagian bawah dapa bushing katup pilot. Jika beban enjin meningkat, putaran enjin menurun. Penurunan putaran enjin ini akan menyebabkan posisi dari bandul menguncup. Oli yang tertekan akan diterima piston sevo motor dan menyebabkannya muncul. Gerakan keatas dari piston servo motor ini akam ditransimiskan melalui lengan ke tuas pengatur bahan bakar, sehingga menaikkan jumlah bahan bakar yang diinjeksikan ke enjin. Oli yang menekan piston servo motor keatas juga akan memaksa piston buffer bergerak keatas karena tekanan oli pada kedua sisi tidak sama. Gerakan keatas dari piston ini akan menekan pegas buffer bagian atas dan melepaskan tekanan pada pegas buffer bagian bawah. Gerakan ini menyebabkan tekanan setimbang sehingga piston servo motor berhenti bergerak keatas dan mengentikan koreksi supply bahan bakar sebelum kecepatan enjin naik terlalu tinggi melewati setting enjin semula. Demikian mekanisme ini berulang terus sehingga kecepatan enjin yang stabil dapat dipertahankan walaupun beban yang bervariasi.
Sistem governor seperti ini tidak saja diaplikasikan untuk pengontrolan enjin saja, namun juga digunakan untuk mengontrol kecepatan lain seperti mengontrol kecepatan putaran suatu rotor pada turbin, kincir angin atau pada baling-baling pesawat terbang. Fungsi utama pengaturan putaran ini adalah untuk menjaga kestabilan sistem secara keseluruhan terhadap adanya variasi beban atau gangguan pada sistem.
Gambar 7.3. Sistem Pengendalian Governor Tipe Mekanis Hidrolis (Woodward Governor)
//www.tpub.com/content/doe/h1018v1/css/h1018v1_56.htm
Video : Governor mekanis-hidrolis
Peredam suara (muffler)
Knalpot atau alat peredam suara adalah salah satu komponen dari enjin yang berfungsi sebagai saluran pengeluaran gas buang hasil pembakaran dan untuk peredaman suara enjin. Knalpot mempunyai 3 fungsi utama yaitu :
- Membuang jauh-jauh gas panas dan berbahaya hasil pembakaran dari enjin
- Mengurangi emisi gas buang
- Menurunkan kebisingan suara dari enjin
The main emissions of a car engine are:
- Nitrogen gas (N2) - Air is 78-percent nitrogen gas, and most of this passes right through the car engine.
- Carbon dioxide (CO2) - This is one product of combustion. The carbon in the fuel bonds with the oxygen in the air.
- Water vapor (H2O) - This is another product of combustion. The hydrogen in the fuel bonds with the oxygen in the air.
- Carbon monoxide (CO) is a poisonous gas that is colorless and odorless.
- Hydrocarbons or volatile organic compounds (VOCs) are a major component of smog produced mostly from evaporated, unburned .fuel.
- Nitrogen oxides (NO and NO2, together called NOx) are a contributor to smog and acid rain, which also causes irritation to human mucus membranes.
Ada dua cara menurunkan kebisingan suara enjin, yaitu dengan cara absorbsi dan refleksi. Masing-masing cara mempunyai keunggulan dan kelemahan.
Peredaman suara dengan aborpsi
Peredam suara tipe ini terdiri atas tabung yang dilapisi dengan bahan penyerap suara. Tabung diberi lubang-lubang sehingga gelombang suara menuju bahan penyerap (absorbing material) dipaksa melewati lubang ini. Bahan penyerap biasanya dari serat kaca (fibreglass) atau baja wool (stell wool). Peredam suara ini diselubungi oleh tabung metal. Keuntungan dari sistem ini adalah desainnya yang sederhana dan tekanan balik yang kecil. Kelemahan dari desain ini adalah tingkat peredaman suara tidak terlalu besar terutama pada frekuensi rendah. Umumnya kendaraan balap menggunakan knalpot jenis ini, karena tekanan baliknya yang rendah sehingga performa enjin tidak terganggu. Peningkatan kemampuan peredaman suara pada knalpot jenis ini dilakukan dengan menderetkan beberapa secara paralel.
Peredaman sistem absorbsi (//en.wikibooks.org/wiki/Acoustics/Car_Mufflers#The_absorber_muffler)
Peredaman suara secara refleksi
Knalpot jenis ini mempunyai tabung penyaluran dan ruang resonator yang dirancang agar menimbulkan gelombang balik (hasil refleksi) sehingga menimbulkan interferensi yang saling meniadakan. Ruang resonator in mempunyai desain volume tertentu dan panjang tertentu yang dihitung agar gelombang yang dikeluarkan dapat meniadakan suara pda gelomang tertentu.
Prinsip kerja resonator adalah sebagai berikut. Pada saat gelombang menabrak luang, maka sebagian akan diteruskan kedalam ruangan dan sebagian akan dipantulkan. Gelombang berjalan dalam ruangan dan kemudian menabrak dinding bagian belakang dari resonator dipantulkan menembus lubang. Panjang dari ruang resonator ini harus dihitung sehingga gelombang pantulan meninggalkan ruang resonator harus tepat pada saat gelombang suara berikutnya datang ke ruang resonator. Idealnya, bagian tekanan tinggi dari gelombang yang datang ke ruang resonator beriringan beiringan dengan bagian tekanan rendah dari gelombang yang meninggalkan ruang resonator, sehingga kedua gelombang suara tersebut dapat saling meniadakan.
Pada kenyataannya suara yang keluar dari enjin merupakan campuran dari beberapa panjang gelombang suara, karena beberapa tergantung dari kecepatan enjin, maka proses saling meniadakan tersebut tidak sepenuhnya berjalan. Resonator didesain bekerja terbaik pada selang frekuensi yang paling banyak dikeluarkan oleh enjin dan membuat suara bising.
Peredam suara aktif
Ada beberapa percobaan peredaman suara secara aktif (active noise canceling muffler ) khususnya pada generator listrik untuk industri. Sistem peredaman aktif seperti ini memerlukan seperangkat mikrofon dan speaker. Speaker diposisikan dalam pipa, membungkus pipa pengeluaran sehingga suara dari lubang pembuangan (exhaust) datang searah dengan suara dari speaker. Computer memonitor suara dari microfon yang ditempatkan sebelum dan sesudah speaker. Microfon sebelum speaker dipergunakan untuk mendeteksi karakteristik sinyal sumber kebisingan. Berdasarkan data tersebut kemudian komputer membangkitkan suara untuk menginterferensi suara sumber kebisingan tersebut, sedangkan microfon yang lainnya dipergunakan untuk mendeteksi seberapa efektif hasil yang telah dicapai.
Saringan udara
Udara bersih sangat penting karena mempengaruhi kinerja dan umur dari enjin. Untuk itu suatu enjin memerlukan penyaring udara. Penyaring udara harus mampu menghilangkan bahan-bahan halus, sepeti pasir, debu and serpihan-sepihan halus dari udara sebelum masuk ke dalam sistem pamasukan (intake system). Suatu penyaring udara biasanya mempunyai reservoar yang cukup besar untuk menampung bahan-bahan tersaring yang dari udara, sehingga pada perioda tertentu perlu di bersihkan. Penyaring udara yang bekerja ditempat dimana udaranya sangat kotor, misal pada operasi pengolahan tanah, panen, dsb, saringan udara bahkan harus dibersihkan lebih sering.
Catatan : debu dan kotoran yang masuk ke penyaring udara dapat menyumbat aliran udara dan menyebabkan kualitas pembakaran sangat buruk.
Suatu sistem penyaringan udara bertingkat seringkali harus digunakan jika mesin bekerja pada sutau kondisi udara dengan debu yang ekstrim, atau ketika hanya ada beberapa penyaring udara kecil sebagai pengganti penyaring udara tunggal yang besar.
Tipe penyaring udara yang umum adalah : pre-cleaner, dry air cleaner, dry element air cleaner, dan oil bath air cleaner.
Pre-cleaner
Pre-cleaner adalah suatu alat yang berfungsi untuk menghilangkan partikel kotoran kasar atau bahan asing yang terkandung dalam udara sebelum udara tersebut dimasukkan ke penyaring utama. Beban paling besar dari penyaringan udara ini justru terletak di pre-cleaner ini. Pre-cleaner ini biasanya diletakkan diujung pipa pemasukan udara dan diarahkan keatas ke udara yang relatif bersih, bentuknya seperti pada gambar.
Gambar 7. Pre-cleaner
Catatan : Membersihkan wadah pengumpul (collector bowl) merupakan bagian rutin pemeliharaan pre-cleaner yang harus dilakukan oleh operator, yang harus dikerjakan sebelum menghidupkan enjin dan sesudah menyelesaikan pekerjaan
Dry air cleaner
Seperti pada Gambar dibawah, dry air cleaner langsung dipasang pada saluran pemasukan (intake system) dan digunakan pada enjin silinder kecil. Dry air cleaner membersihkan udara secar mekanis dengan cara melewatkan udara pada suatu lapisan kain atau kertas lakan sehingga partikel kotoran dapat tersaring secara efektif.
Dry air cleaner
Dry element air cleaner
Dua tipe dry element air cleaner adalah unloading valve dan dust cup seperti telihat pada Gambar. Penyaring udara ini menyaring udara dalam dua tingkatan, yaitu : pre-cleaning dan filtering. Penyaring udar dengan dust unloading valve (Gambar sebelah kiri) mengarahkan udara ke pre-cleaner sehingga udara tersebut menabrak saru sisi dari pelindung metal (metal shield). Ini menyebabkan terjadinya sedotan sentrifugal yang berlanjut sampai mencapai ujung jauh dari rumah penyaring udara. Pemudian debu-debu yang terjatuh dikumpulkan di dasar. Klep pembuang kotoran mempunyai klep yang dapat menutup saat ada hisapan dari enjin. Jika enjin dimatikan, berat dari kotoran yang mengumpul menyebabkan klep terbuka dan kotoran jatuh kebawah.
Penyaring udara tipe elemen kering
Penyaring udara tipe elemen kering yang menggunakan dust air cup ditunjukkan pada gambar sebelah kanan. Udara yang masuk melewati sirip-sirip miring sehingga terjadi aksi sedotan sentrifugal. Saat udara mencapai ujung rumah penyaring udara, kotoran-kotoran masuk ke wadah pengumpul (dust cup). Kedua tipe penyaring ini dapat menyaring 80% partikel kotor dari udara, dan sangat meringankan kerja dari filter. Karena sedotan dari enjin, setelah udara melewati tahap penyaringa awal (pre-cleaner), makan udar memasuki selubung metal berlubang yang membungkus filter. Filter terbuat dari bahan d kertas khusus sehingga udara yang melewatinya hampir tidak mengandung parktikel kotoran lagi. Pengecekan dan pembersihan wadah pengumpul kotoran merupakan pekerjaan rutin yang harus dilakukan oleh operator sebelum menghidupkan enjin dan sesudah operasi selesai. Pada penyaring yang menggunakan dust unloading valve, maka klep harus diperiksa apakah terjadi keretakan, atau tersumbat atau rusak.
Catatan : Jangan menggetokkan penyaring udara pada permukaan yang keras karena dapat merusakkan elemen.
Jika menggetokkan tidak dapat meruntuhkan debu, maka lebih baik ditiup dengan gunakan kompressor udara. Namun demikian, jangan menggunakan tekanan udara melebihi 30 psi karena akan merusakkan elemen filter. Untuk membersihkan elemen yang kotor oleh minyak, gunakan detergen dan air hangat. Sabaiknya tidak merendam elemen didalam bensin. Jika membersihkan dengan menggunakan air, maka sebaiknya elemen filter dikeringkan dahulu sebelum dipasang kembali.
Gambar Membersihkan penyaring udara tipe elemen kering
Oil bath air cleaner
Penyaring udara tipe oil bath, menarik udara kebawah melewati suatu tabung yang kemudian melewatkannya pada usatu permukaan oli dalam reservoar, seperti telihat pada Gambar. Pada saat udara kotor melewati oli, maka partikel-partikel kotoran beasar akan terjebak didalam oli. Pada saat udar keluar dari cairan oli naik keatas dan melewati elemen filter, partikel kecil yang lolos dari cairan oli akan tersaring. Udara yuang melewati elemen akan menyebabkan elemen tetap basah oli karena adanya semprotan saat udara keluar dari cairan oli. Udara yang telah bersih ini kemudian dimasukkan ke saluran pemasukan (intake) dari enjin.
Catatan : Oli di wadah harus dijaga ketinggiannya, dan mengganti oli pada perioda tertentu. Sebab oli yang semakin kotor mengurangi efektivitas penyaringan udara.
Penyaring udara tipe oil bath
Super Charger
Performa pembakaran bahan bakar di ruang bakar dapat ditingkatkan menggunakan turbocharger atau menggunakan supercharger. Baik turbocharger maupun supercharger keduanya adalah alat untuk pemampatan udara secara paksa atau disebut forced induction system. Kedua alat ini memampatkan aliran udara yang masuk ke enjin. Dengan masuknya udara bertekanan kedalam ruang silinder berarti jumlah oksigen yang tersedia di ruang bakar juga meningkat, pembakaran bahan bakar makin sempurna sehingga daya yang dihasilkan oleh ledakan dalam ruang bakar yang lebih kuat. Enjin yang menggunakan turbocharger atau supercharger menghasilkan tenaga yang lebih besar dibandingkan enjin yang sama tanpa turbocharger. Tambahan tekanan yang dihasilkan oleh turbocharger atau supercharger berkisar antara 6 – 8 psi atau 0.408 – 0.544 atm. Ini artinya ada tambahan jumlah udara kurang lebih 50% dari keadaan normal (tanpa turbocharger). Dengan demikian, secara teori dapat terjadi peningkatan daya sebesar 30-40%.
Perbedaan mendasar antar turbocharger dan supercharger terletak pada sumber tenaga penggerak kompressornya. Supercharger, menggunakan tenaga putar dari enjin melalui koneksi pully dan belt, seperti penggerak pompa air atau alternator. Sedangkan turbocharger memanfaatkan kecepatan dorongan gas buang menggunakan bentuk turbin. Poros turbin yang berputar kencang karena dorongan gas buang ini menggerakkan kompressor. Masing-masing sistem ini punya kelebihan dan kekurangannya. Turbocharger lebih efisien karena memanfaatkan energi sisa pembakaran. Namun demikian, karena dipasang pada gas buang, turbocharger menyebabkan tekanan balik pada sistem pembuangan gas (exhaust system) sehingga pada rpm rendah justru kurang menguntungkan. Disamping itu, karena terekspos pada suhu tinggi, bahan turbocharger juga harus lebih tahan panas. Supercharger dilain pihak dapat mengatasi kekurangan turbocharger, mudah pemasangannya namun biasanya lebih mahal harganya. Disamping itu, supercharger juga mengambil lagi sebagian dari tenaga mesin. Supercharger mengkonsumsi daya enjin sampai 20 persen, namun dapat meningkatkan daya enjin sampai 46%. Karena membebani enjin, maka komponen enjin yang menggunakan supercharger juga harus mempunyai konstruksi yang lebih kuat (heavy duty component), karena itu enjin supercharger lebih mahal. Tidak seperti turbocharger, supercharger tidak mangalami keterlambatan akselerasi karena putarannya bersumber daya enjin. Sedangkan pada turbocharger, fungsi impelernya baru efektif setelah kecepatan gas buang cukup tinggi.
www.grc.nasa.gov/WWW/Oilfree/displays.htm
Super Charger