Mesin Turbofan

Mesin Turbofan adalah mesin yang umum dari turunan mesin-mesin turbin gas untuk menggerakkan pesawat terbang baik komersial maupun pesawat tempur. Mesin ini sebenarnya adalah sebuah mesin by-pass dimana sebagian dari udara dipadatkan dan disalurkan ke ruang pembakaran, sementara sisanya dengan kepadatan rendah disalurkan sekeliling bagian luar ruang pembakaran. Sekaligus udara tersebut berfungsi untuk mendinginkan suhu ruang pembakaran.
Udara yang di by-pass ini ada yang dicampur dengan udara panas pembakaran pada turbin bagian belakang seperti pada mesin Rolls-Royce Spey yang digunakan pada pesawat Fokker F-28. Ada pula yang disalurkan dengan pipa-pipa halus ke atmosfer. Mesin yang menggunakan type ini contohnya adalah mesin RB211 yang digunakan pada pesawat Boeing B 747 dan GE CF6-80C2 yang digunakan pada pesawat DC-10 serta P &W JT 9D.
Beberapa mesin yang menggunakan jenis mesin turbofan adalah Rolls-Royce Tay pada pesawat Fokker F-100 (yang dijuluki mesin fanjet), mesin Adour Mk871 yang digunakan pada pesawat tempur type Hawk Mk 100 dan Hawk Mk 200, pesawat tempur Jaguar dan Mitsubishi F-1 yang digunakan AU Jepang.
Kemudian mesin high by-pass turbofan yang diterapkan pada mesin CFM56-5C2 yang dipakai oleh pesawat Airbus A340 dan mesin CFM56-3 yang dipakai pada Boeing B-737 serie 300, 400 dan 500 yang merupakan produk bersama antara GE dengan SNECMA dari Perancis.
Pada pesawat militer, mesin turbofan yang diterapkan antara lain adalah mesin TF39-1C yang dipakai pada pesawat angkut raksasa C-5 Galaxy, kemudian GE F110 yang dipakai pada F-16, GE F118 yang bertype non-augmented turbofan yang diterapkan pada pesawat pembom stealth Northrop-Grumman B-2 dan pembom B-1 dengan mesin non augmented turbofan GE F101.

Mesin Turboprop

Mesin Turboprop adalah mesin turbojet dengan turbin tambahan yang dirancang sedemikian rupa untuk menyerap semburan sisa bahan bakar yang sebelumnya menggerakkan kompresor. Pada prakteknya selalu ada sisa semburan gas dan sisa inilah yang dipakai untuk mengerakkan turbin yang dihubungkan ke reduction gear, biasanya terletak di bagian mesin, memutar baling-baling.
Jenis mesin ini irit bahan bakar untuk pesawat berkecepatan rendah/sedang dan terbang rendah (400 mil per jam/30.000 kaki). Melalui teknologi maju, selain irit juga menghasilkan tingkat kebisingan yang rendah dan mampu meluncurkan pesawat degnan kecepatan 400 mil per jam.
Contoh mesin turboprop yang populer adalah mesin Rolls-Royce Dart yang dipakai pada pesawat Britih Aerospace atau BAe (dulu Hawker Siddeley) HS-748 dan Fokker F-27. Kemudian mesin Rolls-Royce Tyne yang digunakan pada pesawat jenis Transall C-160 dan BAe Vanguard.
Mesin jenis ini tenaganya diukur dengan total equivalent horsepower (tehp) atau kilowatt(kW)-shaft horsepower (shp) plus sisa daya dorong. Sebagai contoh, mesin Tyne dengan take-off power 4.985 tehp (3.720 kW) sampai 6.100 tehp (4.550 kW) merupakan mesin turpboprop yang paling kuat dan irit bahan bakar.

Mesin Turboshaft

Mesin Turboshaft sebenarnya adalah mesin turboprop tanpa baling-baling. Power turbin-nya dihubungkan langsung dengan reduction gearbox atau ke sebuah shaft (sumbu) sehingga tenaganya diukur dalam shaft horsepower (shp) atau kilowatt (kW).
Jenis mesin ini umumnya digunakan untuk menggerakkan helikopter, yakni menggerakan rotor utama maupun rotor ekor (tail rotor) selain itu juga digunakan dalam sektor industri dan maritim termask untuk pembangkit listrik, stasiun pompa gas dan minyak, hovercraft, dan kapal.
Contoh mesin ini adalah GEM/RR 1004 bertenaga 900 shp yang diterapkan pada helikopter type Lynx dan mesin Gnome 1.660 shp (1.238 kW) pada helikopter Sea King. Sedangkan versi Industri lain adalah mesin pembangkit listrik 25-30 MW Rolls-Royce RB211 dengan 35.000-40.000 shp.
Contoh lain adalah mesin GE T64 yang dipakai pada helikopter Sikorsy CH-53, pesawat amfibi Shin Meiwa PS-1, G-222 Aeritalia-pesaing CN-235 dan helikopter Lockheed AH-56A.

Mesin jet

Sebuah mesin turbofan Pratt and Whitney untuk pesawat F-15 Eagle sedang dites di Pangkalan Udara Robins, Georgia, AS. Terowongan di belakang mesin meredam suara dan membuang buangan. Kerangkeng di depan mesin (kiri foto) mencegah barang kecil- atau manusia- terhisap ke dalam mesin disebabkan oleh jumlah volume udara yang besar yang masuk ke dalam inlet.

Mesin jet adalah sebuah jenis mesin pembakaran dalam menghirup udara yang sering digunakan dalam pesawat. Prinsip seluruh mesin jet pada dasarnya sama; mereka mempercepat massa (udara dan hasil pembakaran) ke satu arah dan dari hukum gerak Newton ketiga mesin akan mengalami dorongan ke arah yang berlawanan. Yang termasuk mesin jet antara lain turbojet, turbofan, rocket, ramjet, dan pump-jet.
Mesin ini menghirup udara dari depan dan mengkompresinya. Udara digabungkan dengan bahan bakar, dan dibakar. Pembakaran menambah banyak peningkatan energi dari gas yang kemudian dibuang ke belakang mesin. Proses ini mirip dengan siklus empat-gerak, dengan induksi, kompresi, penyalaan, dan pembuangan terjadi secara berkelanjutan. Mesin menghasilkan dorongan karena percepatan udara yang melaluinya; gaya yang sama dan berlawanan yang dihasilkan adalah dorongan bagi mesin.
Mesin jet mengambil massa udara yang relatif sedikit dan mempercepatnya dengan jumlah yang besar, di mana sebuah pendorong mengambil massa udara secara besar dan mempercepatnya dalam jumlah kecil. Pembuangan kecepatan tinggi dari mesin jet membuatnya efisien pada kecepatan tinggi (terutama kecepatan supersonik) dan ketinggian tinggi. Pada pesawat pelan dan yang membutuhkan jarak terbang pendek, pendorong yang menggunakan turbin gas, yang umumnya dikenal sebagai turboprop, lebih umum dan lebih efisien. Pesawat sangat kecil biasanya menggunakan mesin piston untuk menjalankan pendorong tetap turboprop kecil semakin lama semakin kecil dengan berkembangnya teknologi teknik.
Efisiensi pembakaran sebuah mesin jet, seperti mesin pembakaran dalam lainnya, dipengaruhi besar oleh rasio volume udara yang dikompresi dengan volume pembuangan. Dalam mesin turbin kompresi udara dan bentuk "duct" yang melewati ruang pembakaran mencegah aliran balik dari situ dan membuat pembakaran berkelanjutan dimungkinkan dan proses pendorongan.
Mesin turbojet modern modular dalam konsep dan rancangan. Inti penghasilan-tenaga utama, sama dalam seluruh mesin jet, disebut sebagai generator gas. Dan juga modul tambahan lainnya seperti gearset pengurang dorongan (turboprop/turboshaft), kipas lewat, dan "afterburner". Jenis alat tambahan dipasang berdasarkan penggunaan pesawat.

Sejarah pengembangan mesin jet

Mesin jet sebenarnya diawali ketika seorang insinyur Perancis, Rene Lorin pertama kali mengajukan paten bagi mesin propulsi jetnya pada tahun 1913. Mesin yang dipatenkan adalah mesin athodyd (aero-thermodynamic-duct) yang tidak memiliki bagian berputar atau lebih populer dengan sebutan mesin pulse jet. Mesin tipe inilah yang kemudian dikembang dan dijadikan mesin tenaga utama pendorong bom terbang Jerman, V-1 yang dipakai untuk mengebom Inggris.
Sayangnya konsep mesin Lorin kurang cocok bagi pesawat berpropulsi jet karena tidak efisien dalam kecepatan rendah. Sementara pada zaman Lorin, belum memungkinkan membuat mesin semacam itu. Lagipula, belum diperkenalkan bahan tahan panas yang dibuat dan dikembangkan. Mesin type Lorin ini memiliki konsep yang serupa dengan mesin ramjet yang kemudian diperkenalkan.
Selanjutnya, seorang perwira Angkatan Udara Kerajaan Inggris (Royal Air Force/RAF), Frank Whittle kemudian seorang mahasiswa aerodinamika Universitas Gottingen, Hans von Ohain (Jerman) serta insinyur Italia, Secondo Campini mengembangkan mesin jet yang kemudian prinsip dan konsepnya dikenal pada masa-masa sekarang yakni menggunakan komponen-komponen berputar seperti kompresor dan turbin.
Sejarah mencatat bahwa Frank Whittle mengajukan paten pada tahun 1930 namun awalnya kurang mendapat perhatian dari Kementerian Udara Inggris. Akibatnya, penemuan Whittle tidak menjadi rahasia militer dan detaik konsep mesin jetnya bocor serta dimuat di berbagai jurnal ilmiah dan teknologi 1,5 tahun kemudian. Namun atas jasa mantan rekannya di RAFserta pembiayaan untuk pengembangan dari O.T. Falk & Partners Ltd. maka Whittle membentuk perusahaan Power Jets yang akhirnya berhasil mengembangkan mesin jet dan mendapat kontrak di Angkatan Udara Inggris. Mesinnya berupa type W-1X yang kemudian ditahun 1942 diminta lisensinya oleh Amerika Serikat.
Mesin type W-1X inilah diujicoba pertama kali pada bulan Desember 1940 kemudian dimodifikasi dan dinyatakan layak untuk digunakan sebagai tenaga dalam pesawat udara. Pesawat bermesin jet Inggris pertama kali diterbangkan oleh pilot uji Gerry Sayer pada tanggal 15 Mei 1941 dengan pesawat Gloster E.28/39.
Secondo Campini dari Italia membuat mesin jet pada tahun 1933 dan bergabung dengan perancang pesawat Giavasi Caproni membuat pesawat CC-2 bermesin jet yang terbang perdana pada tanggal 27 Agustus 1940. Media massa Italia mencatatnya sebagai pesawat terbang jet pertama di dunia.
Hans von Ohain mendaftarkan paten rancangan mesin jetnya pada tahun 1935. Meski kemudian mesinnya dianggap serupa dengan konsep Whittle, namun terdapat banyak detil perbedaan dalam mesin rancangannya. Kemudian salah seorang profesornya yang kenal Ernst Heinkel, pemilik perusahaan industri pesawat Heinkel meminta agar Hans von Ohain dilibatkan dalam proyek membuat mesin pesawat. Pada bulan Maret 1937, sebuah mesin berdaya dorong 550 pon berhasil dibuatnya, kemudian mesin berdaya dorong 1.980 pon yang kemudian dianggap kurang berhasil serta mesin berdaya dorong 1.100 pon yang penuh modifikasi yang kemudian dibuat untuk pesawat Heinkel He. 178 yakni mesin turbojet HeS-3b. Pada tanggal 27 Agustus 1939, pesawat Heinkel He-178 kemudian sukses melakukan terbang perdananya di landasan Marienehe dengan pilot uji Luftwaffe (AU Jerman), Eric Warsitz. Pengembangan mesin dan pesawat jet yang pertama di dunia ini dirahasiakan oleh Nazi guna kepentingan militernya. Lima hari kemudian pada tanggal 1 September 1939, tentara Hitler menyerang Polandia yang menjadi awal Perang Dunia II. Kerahasiaan inilah yang membuat pandangan umum di dunia bahwa Italia dan Inggris sebagai perintis dalam teknologi mesin jet.
Di Asia, Jepang mulai melirik mesin jet untuk kepentingan penerbangan terutama militernya pada tahun 1937 saat Jepang membeli mesin Brown-Boveri yang dilengkapi turbocharger dari Swiss. Dari dasar inilah, tidak mengeherankan setelah mendapatkan dari sekutunya, Jerman berupa rancangan pesawat tempur Messerschmicht Me-262, Jepang mengembangkan mesin jet Ne-20 untuk mentenagai pesawat jet tempur pertamanya Kikka, yang mirip dengan jet tempur Jerman tersebut.
Sementara Rusia/Uni Soviet disebut-sebut mendapatkan teknologi mesin jet setelah pesawat tempur jet Jerman jatuh ketangannya, serta bantuan dari Inggris berupa mesin jet Rolls-Royce Nene. Mesin inilah yang dikembangkan Uni Soviet yang kemudian digunakan dalam pesawat tempur jet MiG-15 Fagot yang dipakai dalam Perang Korea yang berkemampuan cukup mematikan.
Amerika Serikat mendapatkan paten/lisensi mesin jet dari Inggris rancangan Frank Whittle, W-1X. Hal ini tidak terlepas dari peran Mayor Jenderal H.H. Arnold, Deputy Chief-of-Staff for Air yang dikemudian memegang pimpinan US Army Air Forces dalam Perang Dunia II, juga dikenal sebagai Bapak dari United States Air Force (USAF) yang saat itu diundang oleh Kementrian Udara Inggris dalam penerbangan perdana pesawat mesin jet-nya. Jendral Arnold kemudian mendesak pemerintah segera mempercepat Amerika Serikat untuk memasuka abad jet, tanpa ragu kemudian ia menunjuk pabrik General Elecric (GE) untuk melakukan riset teknologinya, mengingat GE dalam riset teknologi turbin dan pengalaman pada 1917-1941 dengan turbo-supercharger. Sementara pabrik mesin lainnya, Pratt & Whitney] dan Wright tatakala itu sudah terlalu padat dengan kontrak militer sehingga tidak dilibatkan. Program ini sangat rahasia dan bahkan rancangan dokumen tersebut diserahkan Arnold kepada Wakil Presiden GE, R.C. Muir dalam suatu rapat rahasia.
Berdasarkan rancangan mesin type W-1X inilah, AS mengembangkan mesin Type I-A yang disebut dengan sebutan kamuflase Type I (eye) supercharger components. Semua orang di GE hanya mengetahui pabriknya sedang membuat turbosupercharger raksasa yang lebih kuat. Mesin jet pertama Amerika ini diujicoba pertama kali pada 18 Maret 1942 namun mengecewakan. GE kemudian mengadakan perbaikan dan modifikasi sehingga sebulan kemudian, 1 April 1942, mesin ini diujicoba dengan memuaskan.
Kerahasiaan proyek Type I-A menyentuh Frank Whittle yang kemudian tiba di Amerika Serikat pada Juni 1942 guna memberi nasehat dan saran sebelum mesin dipasang pada pesawat jet pertama AS, Bell XP-49A. Pesawat ini kemudian diujiterbangkan pertama kali pada tanggal 2 Oktober 1942 diatas Muroc Dry Lake, California yang kemudian dikenal sebagai Edwards Air Force Base. Namun karena proyek ini adalah proyek rahasia, pesawat Bell XP-59A ini kemudian diberi propeler atau baling-baling tipuan (dummy) pada hidung pesawat sehingga banyak yang menyangka pesawat ini adalah pesawat bermesin tunggal konvensional.

Mesin Turbojet Nuklir

Enam tahun setelah pemboman nuklir pertama di Hiroshima dan Nagasaki, sebuah proyek rahasia diluncurkan dari badan nuklir AS (Atomic Energy Commission/AEC) dan Angkatan Udara Amerika Serikat yang pelaksanaannya ditugaskan kepada GE yang kemudian bersekutu dengan pabrik pesawat Convair untuk mempelajari dalam kurun waktu lima tahun apakah pesawat udara bertenaga mesin jet nuklir dapat dibuat.
GE kemudian membentuk Departemen Propulsi Nuklir (Aircraft Nuclear Propulsion Department/ANPD) yang menangani proyek ambisius Amerika Serikat dalam kompleks Evendale yang dijaga secara ketat untuk menjamin kerahasiaannya. Pesaingnya Pratt & Whitney (P & W) berkongsi dengan pabrik pesawat Lockheed (kini Lockheed Martin) tidak ketinggalan menyelenggarakan proyek yang sama meski tidak ditunjuk pemerintah AS.
Proyeknya diberi sandi X211 dibawah kendali Bruno Bruckmann, seorang veteran mesin jet Jerman dalam Perang Dunia II, juga orang kedua dalam pabrik Bavarian Motor Works (BMW) yang membuat berbagai mesin pesawat terbang termasuk mesin jet untuk Angkatan Udara Jerman dalam perang. Teknisi lain yang dilibatkan adalah Hans von Ohain, ahli roket Jerman Werner von Braun dan Peter Kappus (yang kemudian menjadi ahli mesin jet GE dan yang mengkonsep sistem lepas landas dan mendarat secara vertikal/Vertical Take-off Landing atau VTOL). Teknisi-teknisi Jerman tersebut dibawa ke Amerika dalam operasi rahasia yang terkenal dengan Operation Paper Clip guna memperkuat posisi Amerika Serikat dalam bidang teknologi dalam menghadapi Perang Dingin dengan Uni Soviet.
Mesin X211, yang kemudian merupakan mesin raksasa ini, memiliki konsep yang sederhana, yakni mesin turbin gas yang terdiri dari dua mesin dipadukan dalam satu sumber reaktor nuklir yang dilengkapi dengan variable stator compressor. Kemudian pada dasarnya adalah mesin turbojet dengan afterburner. Panjang mesin ini adalah 41 kaki (sekitar 12 meter) dengan afterburner yang dapat menghimpun tenaga dorong sebesar 34.600 pound.
Baik pabrik GE/Convair dan P & W/Lockheed butuh waktu untuk mengembangkan mesin jet nuklir ini, terutama sekali segi keamanan radiasi nuklir yang mungkin ditimbulkannya. Sehingga menjelang tutup tahun 1956 pun belum bisa menyodorkan data apakah memungkinkan atau tidak mesin tersebut dapat mentenagai pembom WS-125.
Angkatan Udara jadi kurang sabar dan mengambil kesimpulan bahwa pesawat pembom WS-125 kurang efektif sebagai pesawat pembom strategis sehingga programnya dibekukan. Namun demikian GE tetap melanjutkan proyek X211 meski tidak ada target penggunaannya. Program X211 akhirnya dihentikan pada tahun 1959. Sementara antara tahun 1956-1959 ada perdebatan dalam Departemen Pertahanan dan Keamanan Amerika Serikat mengenai dana pengembangan pesawat pembom konvensional versus pembom strategis bermesin turbojet nuklir.
Secara resmi proyek mesin jet nuklir ini akhirnya dinyatakan pengembangannya pada tahun 1961, tatkala dana untuk pengembangannya dicoret dari anggaran Angkatan Bersenjata Amerika Serikat. Mesin X-211 pun hanya menjadi bagian sejarah. Proyek ini sebenarnya mencerminkan keseriusan Amerika Serikat yang pada awalnya tertinggal dalam penemuan dan pengembangan mesin jet.

Perkembangan teknologi mesin jet

Mesin jet atau yang juga dikenal sebagai mesin turbin gas juga dikembangkan tidak hanya untuk pesawat terbang tetapi juga untuk kapal dan di darat untuk kendaraan terutama kendaraan berat seperti tank dan mesin-mesin pembangkit listrik dan mesin untuk industri. Ada empat jenis mesin turbojet antara lain mesin turbojet dan turbofan yakni mesin yang tenaganya diperoleh dari reaksi yang didapat dari daya dorong semburan jet-nya. Jenis yang lain adalah turboprop dan turboshaft yang bekerja dengan prinsip lain yakni energi dari gas panasnya digunakan untuk memutar/menggerakkan turbin yang dihubungkan dengan baling-baling atau dikenal juga dengan sebutan power output shaft.
Mesin rekasi jet sederhana kemudian dikembangkan menjadi twin-spool low by pass ratio turbojet. Kini dari turbojet low by-pass ratio, berkembang menjadi triple-spool front fan high by-pass ratio turbojet atau lebih dikenal sebagai high bypass turbofan dan fanjet. Masih berupa konsep adalah mesin prop-fan dan UDF (unducted fan) dan contra rotating-fan.
Mesin turbojet adalah mesin jet yang paling sederhana, biasanya dipakai untuk pesawat-pesawat berkecepatan tinggi. Contoh dari mesin ini adalah mesin Rolls-Royce Olypus 593 yang digunakan untuk pesawat Concorde. Versi lain adalah mesin Marine Olympus yang memiliki kekuatan 28.000 hp (daya kuda atau setara dengan 21 MW) yang digunakan untuk menggerakkan kapal perang modern dengan bobot mati 20.000 ton dengan operasi berkecepatan tinggi.

Piston adalah sumbat geser yang terpasang di dalam sebuah silinder mesin pembakaran dalam silinder hidrolik, pneumatik, dan silinder pompa.
Tujuan piston dalam silinder adalah:

• Mengubah volume dari isi silinder, perubahan volume bisa diakibatkan karena piston mendapat tekanan dari isi silinder atau sebaliknya piston menekan isi silinder. Piston yang menerima tekanan dari fluida dan akan mengubah tekanan tersebut menjadi gaya (linear).
• Membuka-tutup jalur aliran.
• Kombinasi dari hal di atas.

Dengan fungsi tersebut, maka piston harus terpasang dengan rapat dalam silinder. Satu atau beberapa ring (cincin) dipasang pada piston agar sangat rapat dengan silinder. Pada silinder dengan temperatur kerja menengah ke atas, bahan ring terbuat dari logam, disebut dengan ring piston (piston ring). Sedangkan pada silinder dengan temperatur kerja rendah, umumnya bahan ring terbuat dari karet, disebut dengan ring sil (seal ring).

Piston mesin

Piston dengan 2 ring kompresi dan 1 ring oli, waktu dikeluarkan dari silinder mesin

Piston pada mesin juga dikenal dengan istilah torak adalah bagian (parts) dari mesin pembakaran dalam yang berfungsi sebagai penekan udara masuk dan penerima tekanan hasil pembakaran pada ruang bakar. Piston terhubung ke poros engkol (crankshaft,) melalui setang piston (connecting rod). Material piston umumnya terbuat dari bahan yang ringan dan tahan tekanan, misal aluminium yang sudah dicampur bahan tertentu (aluminium alloy).

Ring piston
Ring piston memiliki dua tipe, ring kompresi dan ring oli. Ring kompresi berfungsi untuk pemampatan volume dalam silinder serta menghapus oli pada dinding silinder. Kemampuan kompresi ring piston yang sudah menurun mengakibatkan performa mesin menurun. Ring oli berfungsi untuk menampung dan membawa oli serta melumasi parts dalam ruang silinder. Ring oli hanya ada pada mesin empat tak karena pelumasan mesin dua tak menggunakan oli samping.

Mesin pembakaran dalam

Siklus dalam mesin pembakaran dalam (internal combustion engine)

Mesin pembakaran dalam adalah sebuah mesin yang sumber tenaganya berasal dari pengembangan gas-gas panas bertekanan tinggi hasil pembakaran campuran bahan bakar dan udara, yang berlangsung didalam ruang tertutup dalam mesin, yang disebut ruang bakar (combustion chamber).
Sebuah mesin piston bekerja dengan membakar bahan bakar hidrokarbon atau hidrogen untuk menekan sebuah piston, sedangkan sebuah mesin jet bekerja dengan panas pembakaran yang mendorong bagian dalam nozzle dan ruang pembakaran, sehingga mendorong mesin ke depan.
Secara kontras, sebuah mesin pembakaran luar seperti mesin uap, bekerja ketika proses pembakaran memanaskan fluida yang bekerja terpisah, seperti air atau uap, yang kemudian melakukan kerja.
Mesin jet, kebanyakan roket dan banyak turbin gas termasuk dalam mesin pembakaran dalam, tetapi istilah "mesin pembakaran dalam" seringkali menuju ke "mesin piston", yang merupakan tipe paling umum mesin pembakaran dalam.
Mesin pembakaran dalam ditemukan di Cina, dengan penemuan kembang api pada Dinasti Song. Mesin pembakaran dalam resiprokat (mesin piston) ditemukan oleh Samuel Morey yang menerima paten pada 1 April.

Sistem pendinginan

Sistem pendinginan dalam mesin kendaraan adalah suatu sistem yang berfungsi untuk menjaga supaya temperatur mesin dalam kondisi yang ideal. Mesin pembakaran dalam (maupun luar) melakukan proses pembakaran untuk menghasilkan energi dan dengan mekanisme mesin dirubah menjadi tenaga gerak. Mesin bukan instrumen dengan efisiensi sempurna, panas hasil pembakaran tidak semuanya terkonversi menjadi energi, sebagian terbuang melalui saluran pembuangan dan sebagian terserap oleh material disekitar ruang bakar. Mesin dengan efisiensi tinggi memiliki kemampuan untuk konversi panas hasil pembakaran menjadi energi yang dirubah menjadi gerakan mekanis, dengan hanya sebagian kecil panas yang terbuang. Mesin selalu dikembangkan untuk mencapai efisiensi tertinggi, tetapi juga mempertimbangkan faktor ekonomis, daya tahan, keselamatan serta ramah lingkungan.
Proses pembakaran yang berlangsung terus menerus dalam mesin mengakibatkan mesin dalam kondisi temperatur yang sangat tinggi. Temperatur sangat tinggi akan mengakibatkan desain mesin menjadi tidak ekonomis, sebagian besar mesin juga berada di lingkungan yang tidak terlalu jauh dengan manusia sehingga menurunkan faktor keamanan. Temperatur yang sangat rendah juga tidak terlalu menguntungkan dalam proses kerja mesin. Sistem pendinginan digunakan agar temperatur mesin terjaga pada batas temperatur kerja yang ideal.
Prinsip pendinginan adalah melepaskan panas mesin ke udara, tipe langsung dilepaskan ke udara disebut pendinginan udara (air cooling), tipe menggunakan fluida sebagai perantara disebut pendinginan air.

Pendinginan udara

Silinder mesin dengan sirip pendingin

Dalam sistem ini, panas mesin langsung dilepaskan ke udara. Mesin dengan sistem pendinginan udara mempunyai desain pada silinder mesin terdapat sirip pendingin. Sirip pendingin ini untuk memperluas bidang singgung antara mesin dengan udara sehingga pelepasan panas bisa berlangsung lebih cepat. Sebagian dilengkapi dengan kipas (kipas eletkris atau mekanis) untuk mengalirkan udara melalui sirip pendingin, sebagian yang lain tanpa menggunakan kipas.

Kelebihan

Tipe ini memiliki kelebihan :

• Desain mesin lebih ringkas.
• Berat mesin secara keseluruhan lebih ringan dibandingkan tipe pendinginan air.
• Mudah perawatannya.

Tipe ini memiliki kekurangan, harus ada penyesuaian untuk digunakan di daerah dingin atau panas terutama mesin berkapasitas besar.
Tipe ini banyak diaplikasikan pada mesin pesawat, sebagian besar sepeda motor, mobil tipe lama dan sebagian kecil mobil tipe terbaru. Hampir semua mesin dengan kapasitas kecil menggunakan tipe ini, seperti mesin pemotong rumput, mesin genset dibawah 10 Kva, mesin pemotong kayu (chain saw) dan sebagainya.

Pendinginan air

Sistem ini menggunakan media air sebagai perantara untuk melepaskan panas ke udara.

Komponen utama

Komponen utama dalam sistem ini adalah :

1. Radiator, berfungsi untuk melepaskan panas.
2. Saluran berupa pipa (tube) atau selang karet (hose).
3. Pompa, berfungsi untuk sirkulasi air dalam sistem.
4. Thermostat, berfungsi untuk menutup atau membuka jalur sirkulasi.
5. Kipas, berfungsi untuk membantu pelepasan panas pada radiator.

Sistem ini angat umum dipakai pada mobil, sedangkan sepeda motor jarang menggunakan tipe ini.

Pendingin lain

Oli mesin dalam bak poros engkol, selain berfungsi untuk pelumas bagian dalam mesin juga turut serta dalam proses pendinginan mesin.

Mesin diesel

Untuk kegunaan lain dari Diesel, lihat Diesel (disambiguasi).

Mesin diesel adalah sejenis mesin pembakaran dalam; lebih spesifik lagi, sebuah mesin pemicu kompresi, dimana bahan bakar dinyalakan oleh suhu tinggi gas yang dikompresi, dan bukan oleh alat berenergi lain (seperti busi).
Mesin ini ditemukan pada tahun 1892 oleh Rudolf Diesel, yang menerima paten pada 23 Februari 1893. Diesel menginginkan sebuah mesin untuk dapat digunakan dengan berbagai macam bahan bakar termasuk debu batu bara. Dia mempertunjukkannya pada Exposition Universelle (Pameran Dunia) tahun 1900 dengan menggunakan minyak kacang (lihat biodiesel). Kemudian diperbaiki dan disempurnakan oleh Charles F. Kettering.

Bagaimana mesin diesel bekerja

Mesin diesel yang berada di museum

Ketika udara dikompresi suhunya akan meningkat (seperti dinyatakan oleh Hukum Charles), mesin diesel menggunakan sifat ini untuk proses pembakaran. Udara disedot ke dalam ruang bakar mesin diesel dan dikompresi oleh piston yang merapat, jauh lebih tinggi dari rasio kompresi dari mesin bensin. Beberapa saat sebelum piston pada posisi Titik Mati Atas (TMA) atau BTDC (Before Top Dead Center), bahan bakar diesel disuntikkan ke ruang bakar dalam tekanan tinggi melalui nozzle supaya bercampur dengan udara panas yang bertekanan tinggi. Hasil pencampuran ini menyala dan membakar dengan cepat. Penyemprotan bahan bakar ke ruang bakar mulai dilakukan saat piston mendekati (sangat dekat) TMA untuk menghindari detonasi. Penyemprotan bahan bakar yang langsung ke ruang bakar di atas piston dinamakan injeksi langsung (direct injection) sedangkan penyemprotan bahan bakar kedalam ruang khusus yang berhubungan langsung dengan ruang bakar utama dimana piston berada dinamakan injeksi tidak langsung (indirect injection).
Ledakan tertutup ini menyebabkan gas dalam ruang pembakaran mengembang dengan cepat, mendorong piston ke bawah dan menghasilkan tenaga linear. Batang penghubung (connecting rod) menyalurkan gerakan ini ke crankshaft dan oleh crankshaft tenaga linear tadi diubah menjadi tenaga putar. Tenaga putar pada ujung poros crankshaft dimanfaatkan untuk berbagai keperluan.
Untuk meningkatkan kemampuan mesin diesel, umumnya ditambahkan komponen :

• Turbocharger atau supercharger untuk memperbanyak volume udara yang masuk ruang bakar karena udara yang masuk ruang bakar didorong oleh turbin pada turbo/supercharger.
• Intercooler untuk mendinginkan udara yang akan masuk ruang bakar. Udara yang panas volumenya akan mengembang begitu juga sebaliknya, maka dengan didinginkan bertujuan supaya udara yang menempati ruang bakar bisa lebih banyak.

Mesin diesel sulit untuk hidup pada saat mesin dalam kondisi dingin. Beberapa mesin menggunakan pemanas elektronik kecil yang disebut busi menyala (spark/glow plug) di dalam silinder untuk memanaskan ruang bakar sebelum penyalaan mesin. Lainnya menggunakan pemanas "resistive grid" dalam "intake manifold" untuk menghangatkan udara masuk sampai mesin mencapai suhu operasi. Setelah mesin beroperasi pembakaran bahan bakar dalam silinder dengan efektif memanaskan mesin.
Dalam cuaca yang sangat dingin, bahan bakar diesel mengental dan meningkatkan viscositas dan membentuk kristal lilin atau gel. Ini dapat mempengaruhi sistem bahan bakar dari tanki sampai nozzle, membuat penyalaan mesin dalam cuaca dingin menjadi sulit. Cara umum yang dipakai adalah untuk memanaskan penyaring bahan bakar dan jalur bahan bakar secara elektronik.
Untuk aplikasi generator listrik, komponen penting dari mesin diesel adalah governor, yang mengontrol suplai bahan bakar agar putaran mesin selalu para putaran yang diinginkan. Apabila putaran mesin turun terlalu banyak kualitas listrik yang dikeluarkan akan menurun sehingga peralatan listrik tidak dapat berkerja sebagaimana mestinya, sedangkan apabila putaran mesin terlalu tinggi maka bisa mengakibatkan over voltage yang bisa merusak peralatan listrik. Mesin diesel modern menggunakan pengontrolan elektronik canggih mencapai tujuan ini melalui elektronik kontrol modul (ECM) atau elektronik kontrol unit (ECU) - yang merupakan "komputer" dalam mesin. ECM/ECU menerima sinyal kecepatan mesin melalui sensor dan menggunakan algoritma dan mencari tabel kalibrasi yang disimpan dalam ECM/ECU, dia mengontrol jumlah bahan bakar dan waktu melalui aktuator elektronik atau hidrolik untuk mengatur kecepatan mesin.

Tipe mesin diesel

Ada dua kelas mesin diesel: dua-stroke dan empat-stroke. banyak mesin diesel besar bertipe mesin dua tak. Mesin yang lebih kecil biasanya menggunakan tipe mesin empat tak.
Biasanya jumlah silinder dalam kelipatan dua, meskipun berapapun jumlah silinder dapat digunakan selama poros engkol dapat diseimbangkan untuk mencegah getaran yang berlebihan. Inline-6 paling banyak diproduksi dalam mesin tugas-medium ke tugas-berat, meskipun V8 dan straight-4 juga banyak diproduksi.

Keunggulan dan kelemahan dibanding dengan mesin busi-nyala

Untuk keluaran tenaga yang sama, ukuran mesin diesel lebih besar daripada mesin bensin karena konstruksi besar diperlukan supaya dapat bertahan dalam tekanan tinggi untuk pembakaran atau penyalaan. Dengan konstruksi yang besar tersebut penggemar modifikasi relatif mudah dan murah untuk meningkatkan tenaga dengan penambahan turbocharger tanpa terlalu memikirkan ketahanan komponen terhadap takanan yang tinggi. Mesin bensin perlu perhitungan yang lebih cermat untuk modifikasi peningkatan tenaga karena pada umumnya komponen di dalamnya tidak mampu menahan tekanan tinggi, dan menjadikan mesin diesel kandidat untuk modifikasi mesin dengan biaya murah.
Penambahan turbocharger atau supercharger ke mesin bertujuan meningkatkan jumlah udara yang masuk dalam ruang bakar dengan demikian pada saat kompresi akan menghasilkan tekanan yang tinggi dan pada saat penyalaan atau pembakaran akan menghasilkan tenaga yang besar. Penambahan turbocharger atau supercharger pada mesin diesel tidak berpengaruh besar terhadap pemakaian bahan bakar karena bahan bakar disuntikan secara langsung ke ruang bakar pada saat ruang bakar dalam keadaan kompresi tertinggi untuk memicu penyalaan agar terjadi proses pembakaran. Sedangkan penambahan turbocharger atau supercharger pada mesin bensin sangat mempengaruhi pemakaian bahan bakar karena udara dan bahan bakar dicampur dengan komposisi yang tepat sebelum masuk ruang bakar, baik untuk mesin bensin dengan sistem karburator maupun sistem injeksi.

Pranala luar

• The Diesel Stop - Information on the Power Stroke Diesel
• North Texas Power Stroke Association - Ford/International Power Stroke Diesel Enthusiasts
• Rolls-Royce corporate website - diesel engines
• TDIClub.com - TDI Enthusiasts
• Turbodiesel Register - Dodge/Cummins Turbodiesel Enthusiasts
• Volvo Penta - manufacturer of marine and industrial diesel engines
• Centurion Engines - aeronautical applications
• Wärtsilä - manufacturer of diesel power plants
• Caterpillar - manufacturer of diesel engines
• Cummins - manufacturer of diesel engines
• Detroit Diesel - manufacturer of diesel engines

Mesin bensin

Mesin bensin atau mesin Otto dari Nikolaus Otto adalah sebuah tipe mesin pembakaran dalam yang menggunakan nyala busi untuk proses pembakaran, dirancang untuk menggunakan bahan bakar bensin atau yang sejenis.
Mesin bensin berbeda dengan mesin diesel dalam metode pencampuran bahan bakar dengan udara, dan mesin bensin selalu menggunakan penyalaan busi untuk proses pembakaran.
Pada mesin diesel, hanya udara yang dikompresikan dalam ruang bakar dan dengan sendirinya udara tersebut terpanaskan, bahan bakar disuntikan ke dalam ruang bakar di akhir langkah kompresi untuk bercampur dengan udara yang sangat panas, pada saat kombinasi antara jumlah udara, jumlah bahan bakar, dan temperatur dalam kondisi tepat maka campuran udara dan bakar tersebut akan terbakar dengan sendirinya.
Pada mesin bensin, pada umumnya udara dan bahan bakar dicampur sebelum masuk ke ruang bakar, sebagian kecil mesin bensin modern mengaplikasikan injeksi bahan bakar langsung ke silinder ruang bakar termasuk mesin bensin 2 tak untuk mendapatkan emisi gas buang yang ramah lingkungan. Pencampuran udara dan bahan bakar dilakukan oleh karburator atau sistem injeksi, keduanya mengalami perkembangan dari sistem manual sampai dengan penambahan sensor-sensor elektronik.

Aplikasi

Mesin bensin sering digunakan dalam :

• Sepeda motor.
• Mobil.
• Pesawat.
• Mesin untuk pemotong rumput
• Mesin untuk speedboat dan sebagainya.

Desain

Tipe-tipe mesin bensin berdasarkan siklus proses pembakaran adalah :

• Mesin satu tak, setiap langkah piston terjadi proses pembakaran.
• Mesin dua tak, memerlukan dua langkah piston dalam satu siklus proses pembakaran.
• Mesin empat tak, memerlukan empat langkah piston dalam satu siklus proses pembakaran.
• Mesin enam tak, memerlukan enam langkah piston dalam satu siklus proses pembakaran.
• Mesin wankel (rotary engine/wankel engine). memerlukan satu putaran penuh rotor dalam satu siklus pembakaran.

Tiga syarat utama supaya mesin bensin dapat berkerja :

1. Kompresi ruang bakar yang cukup.
2. Komposisi campuran udara dan bahan bakar yang sesuai.
3. Pengapian yang tepat (besar percikan busi dan waktu penyalaan/timing ignition).

Sistem

Sistem-sistem dalam mesin bensin mencakup :

• Sistem bahan bakar (fuel system).
• Sistem pengapian (ignition system).
• Sistem pemasukan udara dalam ruang bakar (intake system).
• Sistem pembuangan udara hasil pembakaran (exhaust system).
• Sistem katup (valve mechanism)
• Sistem pelumasan (lubricating system)
• Sistem pendinginan (cooling system).
• Sistem penyalaan (starting system).

Mesin dua tak

Mesin dua tak adalah mesin pembakaran dalam yang dalam satu siklus pembakaran terjadi dua langkah piston, berbeda dengan putaran empat-tak yang mempunyai empat langkah piston dalam satu siklus pembakaran, meskipun keempat proses (intake, kompresi, tenaga, pembuangan) juga terjadi.
Mesin dua tak juga telah digunakan dalam mesin diesel, terutama rancangan piston berlawanan, kendaraan kecepatan rendah seperti mesin kapal besar, dan mesin V8 untuk truk dan kendaraan berat lainnya.

Prinsip kerja

Untuk memahami prinsip kerja, perlu dimengerti istilah baku yang berlaku dalam teknik otomotif :

• TMA (titik mati atas) atau TDC (top dead centre), posisi piston berada pada titik paling atas dalam silinder mesin atau piston berada pada titik paling jauh dari poros engkol (crankshaft).
• TMB (titik mati bawah) atau BDC (bottom dead centre), posisi piston berada pada titik paling bawah dalam silinder mesin atau piston berada pada titik paling dekat dengan poros engkol (crankshaft).
• Ruang bilas yaitu ruangan dibawah piston dimana terdapat poros engkol (crankshaft), sering disebut dengan bak engkol (crankcase) berfungsi gas hasil campuran udara, bahan bakar dan pelumas bisa tercampur lebih merata.
• Pembilasan (scavenging) yaitu proses pengeluaran gas hasil pembakaran dan proses pemasukan gas untuk pembakaran dalam ruang bakar.

Langkah kesatu

Piston bergerak dari TMA ke TMB.

1. Pada saat piston bergerak dari TMA ke TMB, maka akan menekan ruang bilas yang berada di bawah piston. Semakin jauh piston meninggalkan TMA menuju TMB, tekanan di ruang bilas semakin meningkat.
2. Pada titik tertentu, piston (ring piston) akan melewati lubang pembuangan gas dan lubang pemasukan gas. Posisi masing-masing lubang tergantung dari desain perancang. Umumnya ring piston akan melewati lubang pembuangan terlebih dahulu.
3. Pada saat ring piston melewati lubang pembuangan, gas di dalam ruang bakar keluar melalui lubang pembuangan.
4. Pada saat ring piston melewati lubang pemasukan, gas yang tertekan dalam ruang bilas akan terpompa masuk dalam ruang bakar sekaligus mendorong gas yang ada dalam ruang bakar keluar melalui lubang pembuangan.
5. Piston terus menekan ruang bilas sampai titik TMB, sekaligus memompa gas dalam ruang bilas masuk ke dalam ruang bakar.

Langkah kedua

Piston bergerak dari TMB ke TMA.

1. Pada saat piston bergerak TMB ke TMA, maka akan menghisap gas hasil percampuran udara, bahan bakar dan pelumas masuk ke dalam ruang bilas. Percampuran ini dilakukan oleh karburator atau sistem injeksi. (Lihat pula:Sistem bahan bakar)
2. Saat melewati lubang pemasukan dan lubang pembuangan, piston akan mengkompresi gas yang terjebak dalam ruang bakar.
3. Piston akan terus mengkompresi gas dalam ruang bakar sampai TMA.
4. Beberapa saat sebelum piston sampai di TMA, busi menyala untuk membakar gas dalam ruang bakar. Waktu nyala busi sebelum piston sampai TMA dengan tujuan agar puncak tekanan dalam ruang bakar akibat pembakaran terjadi saat piston mulai bergerak dari TMA ke TMB karena proses pembakaran sendiri memerlukan waktu dari mulai nyala busi sampai gas terbakar dengan sempurna.

Perbedaan desain dengan mesin empat tak

• Pada mesin dua tak, dalam satu kali putaran poros engkol (crankshaft) terjadi satu kali proses pembakaran sedangkan pada mesin empat tak, sekali proses pembakaran terjadi dalam dua kali putaran poros engkol.
• Pada mesin empat tak, memerlukan mekanisme katup (valve mechanism) dalam bekerja dengan fungsi membuka dan menutup lubang pemasukan dan lubang pembuangan, sedangkan pada mesin dua tak, piston dan ring piston berfungsi untuk menbuka dan menutup lubang pemasukan dan lubang pembuangan. Pada awalnya mesin dua tak tidak dilengkapi dengan katup, dalam perkembangannya katup satu arah (one way valve) dipasang antara ruang bilas dengan karburator dengan tujuan :
  1. Agar gas yang sudah masuk dalam ruang bilas tidak kembali ke karburator.
  2. Menjaga tekanan dalam ruang bilas saat piston mengkompresi ruang bilas.
• Lubang pemasukan dan lubang pembuangan pada mesin dua tak terdapat pada dinding silinder, sedangkan pada mesin empat tak terdapat pada kepala silinder (cylinder head). Ini adalah alasan paling utama mesin dua tak menggunakan oli samping.

Lihat pula: Sistem pelumasan

Kelebihan dan kekurangan

Kelebihan mesin dua tak

Dibandingkan mesin empat tak, kelebihan mesin dua tak adalah :

1. Mesin dua tak lebih bertenaga dibandingkan mesin empat tak.
2. Mesin dua tak lebih kecil dan ringan dibandingkan mesin empat tak.
   • Kombinasi kedua kelebihan di atas menjadikan rasio berat terhadap tenaga (power to weight ratio) mesin dua lebih baik dibandingkan mesin empat tak.
3. Mesin dua tak lebih murah biaya produksinya karena konstruksinya yang sederhana.

Meskipun memiliki kelebihan tersebut di atas, jarang digunakan dalam aplikasi kendaraan terutama mobil karena memiliki kekurangan.

Kekurangan mesin dua tak

Kekurangan mesin dua tak dibandingkan mesin empat tak

1. Efisiensi mesin dua tak lebih rendah dibandingkan mesin empat tak.
2. Mesin dua tak memerlukan oli yang dicampur dengan bahan bakar (oli samping/two stroke oil) untuk pelumasan silinder mesin.
   • Kedua hal di atas mengakibatkan biaya operasional mesin dua tak lebih tinggi dibandingkan mesin empat tak.
3. Mesin dua tak menghasilkan polusi udara lebih banyak, polusi terjadi dari pembakaran oli samping dan gas dari ruang bilas yang terlolos masuk langsung ke lubang pembuangan.
4. Pelumasan mesin dua tak tidak sebaik mesin empat tak, mengakibatkan usia suku cadang dalam komponen ruang bakar relatif lebih rendah.

Aplikasi

Mesin dua tak diaplikasikan untuk mesin bensin maupun mesin diesel. Mesin bensin dua tak digunakan paling banyak di mesin kecil, seperti :

• Mesin sepeda motor.
• Mesin pada gergaji (chainsaw).
• Mesin potong rumput.
• Mobil salju.
• Mesin untuk pesawat model, dan sebagainya.

Mesin dua tak yang besar biasanya bertipe mesin diesel, sedangkan mesin dua tak ukuran sedang sangat jarang digunakan.
Karena emisi gas buang sulit untuk memenuhi standar UNECE Euro II, penggunaan mesin dua-tak untuk sepeda motor sudah semakin jarang.

Pengembangan

Penggunaan teknologi injeksi langsung dengan tujuan menurunkan emisi gas buang. (Lihat pula:Sistem pelumasan)

Mesin empat tak

Siklus empat langkah pada mesin bensin. Gas masuk berwarna biru dan gas buang berwarna coklat. Dinding silinder berupa tabung pelapis tipis yang dikelilingi air pendingin.

Mesin empat tak adalah mesin pembakaran dalam yang dalam satu siklus pembakaran terjadi empat langkah piston. Sekarang ini, mesin pembakaran dalam pada mobil, sepeda motor, truk, pesawat terbang, kapal, alat berat dan sebagainya, umumnya menggunakan siklus empat langkah. Empat langkah tersebut meliputi, langkah hisap (pemasukan), kompresi, tenaga dan langkah buang yang secara keseluruhan memerlukan dua putaran poros engkol (crankshaft) per satu siklus pada mesin bensin atau mesin diesel.

Sejarah

Mesin empat tak, pertama kali dipatenkan oleh Eugenio Barsanti dan Felice Matteucci pada tahun 1854, diikuti dengan prototip pertama pada tahun 1860. Mesin tersebut juga dikonsepkan oleh teknisi Perancis, Alphonse Beau de Rochas pada tahun 1862. Namun teknisi Jerman, Nicolaus Otto yang pertama mengembangkan penggunaan mesin empat tak, oleh sebab itu prinsip emapt langkah pada mesin dikenal dengan siklus Otto dan mesin empat tak dengan busi disebut juga dengan mesin Otto. Siklus Otto terdiri dari kompresi menghasilkan panas, penambahan panas pada volume tetap, ekspansi volume akibat panas dan pembuangan panas pada volume tetap.

Prinsip kerja

Untuk memahami prinsip kerja, perlu dimengerti istilah baku yang berlaku dalam teknik otomotif :

• TMA (titik mati atas) atau TDC (top dead centre), posisi piston berada pada titik paling atas dalam silinder mesin atau piston berada pada titik paling jauh dari poros engkol (crankshaft).
• TMB (titik mati bawah) atau BDC (bottom dead centre), posisi piston berada pada titik paling bawah dalam silinder mesin atau piston berada pada titik paling dekat dengan poros engkol (crankshaft).

Langkah kesatu

Piston bergerak dari TMA ke TMB, posisi katup masuk terbuka dan katup keluar tertutup, mengakibatkan udara (mesin diesel) atau gas (sebagian besar mesin bensin) terhisap masuk ke dalam ruang bakar. Proses udara atau gas sebelum masuk ke ruang bakar, dapat dilihat pada sistem pemasukan.

Langkah kedua

Piston bergerak dari TMB ke TMA, posisi katup masuk dan keluar tertutup, mengakibatkan udara atau gas dalam ruang bakar terkompresi. Beberapa saat sebelum piston sampai pada posisi TMA, waktu penyalaan (timing ignition) terjadi, pada mesin bensin berupa nyala busi sedangkan pada mesin diesel berupa semprotan (suntikan) bahan bakar.

Langkah ketiga

Gas yang terbakar dalam ruang bakar akan meningkatkan tekanan dalam ruang bakar, mengakibatkan piston terdorong dari TMA ke TMB. Langkah ini adalah proses langkah yang menghasilkan tenaga.

Langkah keempat

Piston bergerak dari TMB ke TMA, posisi katup masuk tertutup dan katup keluar terbuka, mengakibatkan gas hasil pembakaran terdorong keluar menuju saluran pembuangan. Proses selanjutnya di saluran pembuangan dapat dilihat pada sistem pembuangan.

Desain

Rasio kompresi

Rasio kompresi adalah perbandingan antara volume langkah piston dibandingkan dengan volume ruang bakar saat piston pada posisi TMA.

SOHC vs DOHC

Single over head camshaft, mesin dengan noken as tunggal di atas silinder. Double over head camshaft, mesin dengan noken as ganda di atas silinder.

Long vs Short stroke

Mesin disebut berkarakter long stroke apabila langkah piston lebih panjang dari diameter piston. Mesin disebut berkarakter short stroke apabila langkah piston lebih pendek dari diameter piston.

Ruang bakar awal

Sistem transmisi

Tuas pemindah kecepatan (5 kecepatan) pada Mazda Protege.

Sistem transmisi, dalam otomotif, adalah sistem yang berfungsi untuk konversi torsi dan kecepatan (putaran) dari mesin menjadi torsi dan kecepatan yang berbeda-beda untuk diteruskan ke penggerak akhir. Konversi ini mengubah kecepatan putar yang tinggi menjadi lebih rendah tetapi lebih bertenaga, atau sebaliknya.

Contoh transmisi 5-kecepatan pada rpm mesin 4.400
Gir nomor	Rasio gir	RPM pada poros keluar transmisi
1	3.769	1.167
2	2.049	2.147
3	1.457	3.020
4	1.000	4.400
5	0.838	5.251

Torsi tertinggi suatu mesin umumnya terjadi pada sekitar pertengahan dari batas putaran mesin yang diijinkan, sedangkan kendaraan memerlukan torsi tertinggi pada saat mulai bergerak. Selain itu, kendaraan yang berjalan pada jalan yang mendaki memerlukan torsi yang lebih tinggi dibandingkan mobil yang berjalan pada jalan yang mendatar. Kendaraan yang berjalan dengan kecepatan rendah memerlukan torsi yang lebih tinggi dibandingkan kecepatan tinggi. Dengan kondisi operasi yang berbeda-beda tersebut maka diperlukan sistem transmisi agar kebutuhan tenaga dapat dipenuhi oleh mesin.

Tipe

1. Transmisi manual.
2. Transmisi otomatis.
3. Transmisi semi-otomatis

Sistem pembuangan

Pipa pembuangan mobil

Sistem pembuangan adalah saluran untuk membuang sisa hasil pembakaran pada mesin pembakaran dalam. Sistem pembuangan terdiri dari beberapa komponen, minimal terdiri dari satu pipa pembuangan yang di Indonesia dikenal juga sebagai knalpot yang diadopsi dari bahasa Belanda atau saringan suara.

Desain

Desain saluran pembuangan dirancang untuk menyalurkan gas hasil pembakaran mesin ketempat yang aman bagi pengguna mesin. Gas hasil pembakaran umumnya panas, untuk itu saluran pembuangan harus tahan panas dan cepat melepaskan panas. Saluran pembuangan tidak boleh melewati atau berdekatan dengan material yang mudah terbakar atau mudah rusak karena panas. Meskipun tampak sederhana, desain sistem pembuangan cukup berpengaruh terhadap performa mesin.^[1]

Komponen utama

Skema sistem pembuangan : 8 Ruang bakar. 9 Katup buang. 10 Saluran buang. 11 Exhaust manifold. 12 Catalytic converter. 13 Muffler.

Umumnya komponen dalam sistem pembuangan terdiri dari :

• Kepala silinder, dimana pipa pembuangan dimulai, kecuali pada mesin dua langkah dimana saluran pembuangan ditempatkan dibagian bawah dinding silender.
• Exhaust manifold atau exhaust header, dimana pipa dari beberapa ruang bakar/silinder bergabung.
• Catalytic converter untuk menurunkan kadar gas beracun, CO, HC dan NO_x
• Knalpot, pipa untuk mengalirkan gas hasil pembakaran.
• Peredam suara atau disebut juga muffler, yang berfungsi untuk meredam suara. Pada sepeda motor, peredam bunyi ada di dalam knalpot sedangkan pada mobil umumnya terlihat dengan jelas berupa tabung sebelum ujung pipa pembuangan.

Selain itu ada opsional komponen berupa Turbocharger, yang menggunakan tenaga/energi yang masih tersisa untuk memutar turbin agar udara yang akan dimasukkan ke ruang bakar bertekanan sehingga mesin akan menghasilkan tenaga yang lebih besar.

Teknik otomotif

Teknik otomotif adalah salah satu cabang ilmu teknik mesin yang mempelajari tentang bagaimana merancang, membuat dan mengembangkan alat-alat transportasi darat yang menggunakan mesin, terutama sepeda motor, mobil, bis dan truk. Teknik otomotif menggabungkan elemen-elemen pengetahuan mekanika, listrik, elektronik, keselamatan dan lingkungan serta matematika, fisika, kimia, biologi dan manajemen.
Cabang-cabang dari teknik otomotif meliputi :

• Perencanaan (product atau design)
• Pengembangan (development)
• Produksi (manufacturing)
• Perawatan (maintenance)

Di Indonesia saat ini cabang yang sangat berkembang adalah perawatan dan umumnya mengenai perawatan mobil dan sepeda motor.

Sistem dalam otomotif

Dalam teknik otomotif, menguasai sistem-sistem yang ada alat-alat transportasi darat merupakan suatu keharusan. Sistem tersebut terdiri beberapa sistem utama dan puluhan subsistem. Sistem tersebut dapat dikelompokkan :

1. Mesin (engine)
   • Mesin pembakaran dalam (internal combustion engine).
   • Sistem bahan bakar (fuel system).
     • Tangki bahan bakar.
     • Pompa bahan bakar.
     • Karburator atau Sistem injeksi bahan bakar.
   • Sistem pengapian (ignition system).
   • Sistem pemasukan udara dalam ruang bakar (intake system).
   • Sistem pembuangan udara hasil pembakaran (exhaust system).
   • Sistem pendinginan (cooling system).
   • Sistem pelumasan (lubricating system).
2. Pemindah daya (power train).
   • Sistem transmisi (transmission system).
   • Rangkaian penggerak (drive train).
     • Transfer case (untuk penggerak 4 roda)
     • Penggerak akhir (final drive)
     • Roda (wheel)
3. Sistem kemudi (steering system).
4. Sistem suspensi (suspension system).
5. Sistem rem (brake system).
6. Bodi.
7. Sistem listrik (electrical system).

ragam sistem penggerak roda

(30/04/2001) - Serbuan model baru membuat konsumen harus menghadapi banyak pilihan mobil, termasuk teknologi penggerak roda yang digunakan. Bila dulu hanya ada penggerak dua roda (two-wheel drive/2WD), kini ada penggerak empat roda (four-wheel drive/4WD), All-wheel drive dan traksi kontrol. Apa bedanya?

Four-Wheel Drive (4WD) menyalurkan tenaga ke seluruh roda bila diperlukan. Dalam kondisi normal, kendaraan bergerak hanya dengan dua roda (2WD). Hal ini bisa dilakukan berkat perangkat transfer case. Perangkat ini mengunci/memadukan gardan depan maupun belakang. 4WD dilengkapi dengan low-range gear guna menerjang medan off-road seperti kubangan lumpur, bukit terjal atau jurang curam. Pengemudi harus menghentikan kendaraan atau memperlambat sebelum menggeser tuas untuk mengaktifkan/melepaskan low-range gear. Saat ini, ada banyak jenis penggerak model ini.

Tipe 4WD
Produsen-produsen mobil biasanya menggunakan nama masing-masing untuk system penggerak rodanya. Tapi pada dasarnya hanya ada empat tipe:

Part-time 4WD, tipe ini menuntut pengemudi secara manual memindahkan system dari 2WD ke 4WD dengan menggunakan tuas atau tombol. Sekarang ini, kebanyakan proses perpindahan itu dilakukan dalam kondisi berjalan (shift on the fly). Daya mesin dibagi rata 50:50 untuk roda depan dan belakang.

Dalam kondisi normal, system ini bergerak dengan 2WD. Mobil dengan part-time 4WD tidak didisain untuk menggunakan 4WD di jalan kering atau jalan raya, karena akan menyebabkan roda dan system gear cepat aus.

Yang membedakan dengan system lain adalah perangkat low-range gear yang berguna untuk menembus medan off-road terberat. Bila perangkat ini diaktifkan, mobil akan merambat pelan tapi pasti mampu menembus semua rintangan.

Kelebihan system ini: efektif menembus semua rintangan, terutama berkat low-range gear. Kekurangannya: tidak praktis, karena pengemudi harus menukar mode 4WD atau 2WD sesuai kondisi medan. Selain itu, tidak cocok digunakan di jalan aspal.

Sistem ini banyak dipakai pada pickup dan SUV seperti Chevrolet, Mazda, Nissan, Chevrolet Blazer; Jeep Cherokee, Jeep Wrangler; Mitsubishi Montero Sport; Nissan Pathfinder; Toyota 4Runner.

Selectable 4WD, sistem ini memberikan keleluasaan lebih banyak pada pengemudi untuk memilih jenis penggerak rodanya, termasuk 2WD, full-time 4WD, bahkan part-time 4WD guna memberikan traksi maksimal.

Ada yang menyarankan untuk menggunakan full-time 4WD setiap saat. Keuntungannya, pengendalian lebih stabil, sementara bahan bakar tidak terlalu boros. Central differential akan mengatur roda depan dan belakang berputar independen ketika belok. Bila menghadapi medan yang berat, center differential dapat otomatis mengunci, untuk memberikan traksi sehebat part-time 4WD.

Keuntungan system ini: efektif menembus medan lumpur, berkat center differential, juga dapat digunakan pada jalan aspal. Center differential dapat dikunci untuk menambah traksi di medan berat. Sistem ini dilengkapi pula dengan low-range gear.
Kekurangannya: center differential harus diaktifkan atau di non-aktif secara manual. Seringkali mobil masih dalam mode 2WD, justru ketika seharusnya sudah 4WD.
Sistem ini dipakai oleh: Jeep Cherokee, Grand Cherokee; Mitsubishi Montero; Acura SLX; Ford Expedition; Infiniti QX4; Isuzu Trooper.

Permanent 4WD, system ini full-time 4WDcenter differential otomatis mengunci. Jadi pengemudi tidak perlu lagi mengunci secara manual. Sistem ini berfungsi baik di jalan aspal maupun di medan lumpur.

Kelebihan system ini: kemampuan off-roadnya setara dengan part-time 4WD, namun bisa digunakan disemua medan termasuk di jalan aspal. Center differential dapat mengunci secara otomatis untuk meningkatkan traksi. Sistem ini juga memiliki low-range gear. Sayangnya, harganya lebih mahal dari system yang lain.

Mobil-mobil yang menggunakan system ini: Ford Explorer V6; Jeep Grand Cherokee; Range Rover; Lexus LX470; Mercedes-Benz ML320; Mercury Mountaineer V6; Toyota Land Cruiser.

Automatic 4WD. Sistem ini bergerak dengan 2WD, hingga system mendeteksi perlunya menggunakan 4WD. Secara otomatis daya dibagi ke roda depan dan belakang dengan perbandingan sesuai kondisi medan. Pada umumnya system otomatis bekerja bila salah satu ban slip. Yang lebih modern, menggunakan software yang dapat mengubah ke 4WD sebelum roda slip, dengan menganalisa kondisi jalanan.

All-Wheel Drive (AWD) atau full-time 4WD ; mirip 4WD tapi tidak dilengkapi low-range gear dan selalu 4WD, tidak bisa dipindah ke 2WD. Meskipun tidak setangguh 4WD, AWD cukup mampu untuk melibas jalanan pedesaan, off-road ringan dan bukit landai. Pada kenyataannya, ground clearance (jarak terendah antara mobil dan tanah) yang sering menghentikan mobil, daripada ketidakmampuan AWD.

Keuntungan AWD: mudah digunakan, dan seketika mampu menyalurkan power ke roda dengan cengkraman terbaik. Tidak merusak ban atau gear ketika digunakan di jalan aspal. Center differential bisa secara otomatis mengunci atau membuka. Sayangnya, karena tidak memiliki low-range kemampuan off roadnya tidak sehebat 4WD.

Mobil-mobil yang menggunakan system AWD: Audi Quattro; Mitsubishi Eclipse, 3000GT; Mercedes-Benz E320; Subaru; Volvo V70 ; Chrysler Town & Country; Dodge Grand Caravan; Mazda MPV; Honda CR-V; Lexus RX300.

Traksi Kontrol, lebih murah, lebih ringan dan jadi alternatif 4WD ataupun AWD. Kebanyakan dipakai mobil-mobil 2WD untuk memberikan traksi maksimal ke roda. Bila system mendeteksi salah satu roda mengalami slip, maka system otomatis memberikan daya pengereman ke roda itu. Bahkan dalam kondisi tertentu memutus samasekali aliran daya ke roda tersebut. Ini menghentikan roda yang slip dan mengirimkan daya ke roda yang masih memiliki traksi. Tapi bila seluruh roda kehilangan traksi, perangkat ini tak berguna.

Ada beberapa tipe traksi kontrol:

Limited-slip Differential, system ini menyalurkan torsi ke roda yang memiliki traksi terbaik, sekaligus mengurangi pasokan daya ke roda yang tergelincir. Sistem ini bekerja baik pada jalan lurus. Sistem yang lebih modern dapat mengirim tambahan torsi ke roda yang lebih baik traksinya, sebelum roda yang lain tergelincir. Namun bila kedua roda tergelincir, habislah sudah.

Brake System Traction Control . Sistem ini digunakan bersama ABS dan menggunakan perangkat yang sama, namun prinsip kerjanya bertolak belakang. Pada kondisi jalan licin, system akan mengerem roda yang slip. System ini bekerja baik pada saat melaju lurus ataupun di tikungan. Sistem ini tidak mahal dan cukup efektif terutama pada kecepatan rendah. Karena pada kecepatan tinggi, komponen pengerem akan bekerja keras dan cepat aus akibat gesekan dan panas tinggi. Perangkat ini terpasang pada Toyota Camry, Volvo S70 dan Volvo V70.

Untuk kecepatan tinggi, ada All system traction control yang menggunakan ABS dan komputer pengontrol mesin. Prinsip kerjanya, pada saat system pengerem bekerja, komputer mengurangi daya yang dihasilkan mesin atau memindahkan ke gigi transmisi yang lebih tinggi untuk mengurangi wheel spin. Perangkat ini terpasang pada mobil mewah seperti Mercedes-Benz S-Class dan E-Class, BMW Seri 7, Lexus LS400 dan Cadillac DeVille.

Masing-masing system punya kelebihan dan kekurangan. Sistem mana yang anda pilih, tergantung kondisi dimana mobil akan beroperasi dan berapa banyak uang di kantong. Untuk wilayah yang lebih jinak, seperti jalan pedesaan, traksi kontrol ataupun AWD bisa dipilih, meskipun AWD memberikan derajat keselamatan lebih tinggi. Untuk menembus lorong-lorong hutan, padang pasir, jalan berkerikil, AWD cukup efisien. Untuk medan yang lebih ganas, giliran 4WD beraksi.