Torak atau piston adalah bagian terpenting pada sistem motor bakar kendaraan. Komponen ini bergerak secara bolak balik naik-turun untuk bisa mengubah energi panas menjadi tenaga mekanik dan menggerakkan kendaraan.
Piston berperan dalam menahan ekspansi gas hasil pembakaran dan mengirimkan kekuatan ledakan ke poros engkol dalam bentuk gerakan putar. Piston juga dilengkapi dengan cincin segel di antara piston dan dinding silinder untuk fungsi tertentu. Dari sudut pandang desain, torak sebetulnya lumayan kompleks untuk dijelaskan.
Memahami apa itu piston, fungsi serta cara kerjanya akan membuat kalian semakin paham bagaimana performa kendaraan itu dipengaruhi oleh komponen ini. Tidak bisa dipungkiri kalau piston memiliki peranan penting yang tanpa nya mustahil mesin bakar bisa merubah bensin jadi sumber tenaga kendaraan. Inilah mengapa kemampuan kendaraan bersumber dari kinerja piston itu sendiri.
Apa Itu Piston?
Berikut pengertian piston atau torak berdasarkan beberapa sumber:
- Ajeet Singh. Piston adalah suatu silinder geser berongga yang tertutup di satu sisi dan berlubang melintang di bagian tengahnya sebagai tempat untuk pin, serta memiliki lekukan di bagian sisi atasnya sebagai tempat cincin piston yang berfungsi mencegah kebocoran gas dari area antara piston dan silinder.
- Paul Breeze. Piston adalah suatu disk berbentuk silinder yang didesain khusus agar cocok dimasukkan dalam silinder untuk menutup bukaan ujungnya, selain itu komponen ini juga didesain untuk bergerak ke depan dan ke belakang dalam sebuah silinder.
- US Department of Army. Piston merupakan komponen silindrikal dalam mesin yang bergerak ke atas dan ke bawah dalam suatu silinder.
- Satishkumar. Pengertian piston engine ialah suatu bagian dari mesin yang mengubah panas dan tekanan yang dilepaskan dari pembakaran bahan bakar menjadi suatu kerja mekanik.
- MAHLE GmbH. Piston artinya suatu elemen dari proses transmisi daya dalam silinder sebuah mesin, di mana energi dari bahan bakar diubah menjadi panas dan tekanan.
Berdasarkan pengertian di atas, bisa dikatakan bahwa piston adalah suatu elemen dalam silinder mesin yang juga berbentuk silinder berongga dengan suatu lubang untuk tempat pin dan berfungsi mengubah panas dan tekanan hasil pembakaran energi menjadi suatu kerja mekanis yang memutar poros engkol (crank shaft).
Apa Fungsi Piston?
Beberapa fungsi piston pada mesin pembakaran dalam kendaraan:
1. Elemen pengubah bentuk energi
Pada ruang pembakaran, busi menghasilkan percikan listrik bertegangan tinggi pada campuran fluida (udara – bahan bakar) sehingga terjadi ledakan. Dari proses ledakan ini, energi pada campuran tersebut dikonversikan menjadi panas dan tekanan yang mendorong torak bergerak ke bawah dan memutar poros engkol melalui perantara batang seher (connecting rod).
Selain fungsi piston yang mengubah panas dan tekanan hasil pembakaran menjadi energi mekanik, piston juga berfungsi dalam menerima gaya dorong dari ledakan pada ruang silinder. Piston harus terbuat dari bahan yang cukup kuat untuk menahan tekanan dan panas hingga 2000 derajat Celcius.
2. Fungsi piston sebagai elemen pengunci
Selama bergerak naik dan turun, piston dilengkapi dengan cincin piston (piston ring) yang berfungsi untuk mencegah perpindahan gas dari ruang pembakaran ke bagian engkol mesin. Selain gas pembakaran, oli dan minyak yang berada di bagian bawah piston juga harus dicegah untuk naik.
3. Menghilangkan panas
Pembakaran yang terjadi menghasilkan panas yang besar sehingga suhu pada permukaan atas piston menjadi tinggi, seperti yang terlihat pada gambar di atas. Tanpa adanya piston, panas ini bisa merambat ke bagian lainnya dan menyebabkan kerusakan.
Bagaimana cara panas ini dihilangkan? Piston memiliki saluran pendingin yang dapat mengalirkan panas ke luar dari sistem mesin bakar. Panas yang berlebih bisa membuat piston meleleh dan jadi berlubang.
4. Memandu gerakan batang piston
Bergeraknya piston secara tidak langsung memberi panduan pada gerakan batang piston (connecting rod). Di samping itu, naik dan turunnya piston yang dikenal sebagai “tak” juga berperan pada proses kompresi campuran bahan bakar-udara. Itulah kegunaan piston lainnya.
5. Menaikkan tekanan dan panas
Penggunaan piston tidak terbatas hanya di dunia indsutri automobil, melainkan sampai pada komponen sistem pendingin. Pada kompresor, piston justru berfungsi untuk menaikkan tekanan dan panas dari fluida yang dikenal sebagai refrigerant agar nantinya bisa menghantar dan mengeluarkan panas.
Baca juga: Bagaimana Cara Kerja Mesin 4 Tak Pada Kendaraan? Penjelasan Mudah!
Karakteristik Ideal Piston
Adapun sifat dan karakteristik ideal dari piston yang menunjang performanya seperti:
- Kekakuan untuk menahan tekanan tinggi
- Ringan, agar gaya inersianya lebih kecil sehingga mesin menjadi lebih cepat
- Tidak bising, baik ketika dipanaskan maupun dioperasikan
- Terbuat dari bahan dengan konduktivitas termal yang baik agar perpindahan panas lebih efisien
- Bahannya juga harus memiliki kualitas ekspansi yang rendah
- Memiliki ketahanan tinggi terhadap korosi akibat pembakaran
- Lebih pendek sehingga ukuran mesin secara keseluruhan lebih kecil
Kebanyakan piston terbuat dari bahan Aluminum alloys yang ringan, punya ketahanan pada beban, dan penghantar panas yang baik (konduktor). Ada juga beberapa aplikasi seperti mesin berat dan kendaraan komersil yang menggunakan steel (besi) sebagai bahan untuk piston, karena besi punya ketahanan yang lebih tinggi pada tekanan dan panas pada ruang pembakaran mesin bakar.
Komponen Piston
Bentuk desain piston tergantung pada jenis mesin bakar yang digunakan. Misalnya, ukuran piston pada mesin petrol cenderung lebih ringan dan kecil dibandingkan piston pada mesin diesel. Piston pada dasarnya punya bentuk yang lumayan rumit, dengan sedemikian rupa komponen. Berikut bagian bagian penting piston pada motor bakar dalam:
- Puncak piston. Permukaan atas piston yang terhubung langsung dengan ruang bakar mesin. Bagain ini memiliki bentuk yang berbeda-beda. Seperti, permukaan yang meninggi digunakan pada mesin yang mempunyai kompresi tinggi, sedangkan permukaan yang cekung digunakan pada mesin berkompresi rendah.
- Top land
- Sabuk cincin (ring belt). Disebut juga alur ring piston adalah bagian bagian dimana tiga ring piston dipasang
- Control struts
- Klip pengunci pen. Berfungsi untuk mengunci pin piston
- Bos piston. Bagian bawah-tengah piston tempat piston pin (pen piston) berada
- Pen piston (pin piston). Adalah pasok penghubung tenaga piston ke batang piston. Dengan adanya pen piston ini maka batang piston dapat melakukan gerakan bolak-balik. Karena itu pen piston bisa dianggap sebagai poros engkol-nya batang piston.
- Badan piston (piston skirt). Bagian piston yang berada di bawah sabuk cincin. Badan piston ini akan selalu bersentuhan dengan dinding silinder sehingga tercipta gesekan saat piston bergerak naik turun.
- Ring piston. Cincin piston yang berfungsi untuk mencegah kebocoran antara ruang pembakaran dengan bagian bawah piston
Bagian piston terhubung ke batang piston (connecting rod) melalui pin piston (7), memungkinkan torak untuk untuk berputar terhadap sumbu pen. Pen tersebut terkunci di dalam torak oleh klip pengunci (5).
Piston pada umumnya mempunyai tiga alur ring (ring grooves), tempat dimana cincin piston dipasang. Ring atas sebagai penahan tekanan kompresi hasil pembakaran dan mencegah kebocoran gaas. Ring kedua atau ring tengah merupakan ring kompresi yang sekaligus untuk menyapu dinding silinder dengan oli sebagai pelumas. Dan ring ketiga (paling bawah) adalah tempat ring oli dipasang. Pada ring ini terdapat lubang kecil yang berfungsi untuk tempat aliran oli ketika melumasi dinding silinder.
Badan piston (8) berfungsi sebagai penyeimbang piston, biasanya dilapisi oleh material yang bergaya gesek rendah (licin) untuk mengurangi gaya gesekan yang terjadi. Bos piston (6) merupakan poros tempat untuk pen piston (7) yang menghubungkan piston dan batang piston.
Baca juga: Cara Kerja Mesin 2 Tak Menggerakkan Kendaraan – Dijamin Paham!
Bagaimana Cara Kerja Piston?
Piston bekerja dengan cara mengatur volume silinder. Ketika piston berada pada posisi turun maka volume silinder menjadi besar. Pada posisi seperti ini udara dihisap ke dalam ruang bakar untuk kemudian dicampur dengan minyak bakar. Ketika piston berada pada posisi naik maka volume udara di dalamnya akan mengecil. Dengan posisi yang seperti ini maka akan dimanfaatkan untuk meningkatkan tekanan dan temperatur campuran fluida.
Mesin kendaraan dapat menghasilkan tenaga yang dibutuhkan kendaraan untuk bergerak. Tenaga ini dihasilkan dari adanya proses pembakaran. Proses ini memerlukan tahapan-tahapan yang saling berhubungan, yaitu memasukkan bahan pembakaran, tahap kompresi, tahap pembakaran dan tahap pembuangan gas sisa pembakaran.
Keempat tahapan kerja ini dapat dilakukan hanya oleh sebuah piston. Berikut prinsip kerja piston:
1. Menghisap Udara Ke Dalam Silinder
Seperti pada gambar “ISAP” di atas, ketika piston bergerak dari TMA (Titik Mati Atas) ke TMB (Titik Mati Bawah) maka secara otomatis volume udara dalam ruang pembakaran akan membesar. Proses penambahan udara ini sama dengan menghisap udara. Penghisapan udara ini akan menyedot bahan bakar dan udara ke dalam ruang pembakaran.
2. Mengkompresi Material Pembakaran
Seperti pada gambar “KOMPRESI” di atas, ketika piston bergerak dari TMB (Titik Mati Atas) ke TMA (Titik Mati Bawah) yang di dalamnya ada bahan bakar dan udara maka bahan bakar dan udara tersebut akan terkompresi atau mengalami tekanan. Hal ini disebabkan karena katup di bagian atas juga tertutup. Ketika bahan bakar dan udara mengalami kompresi maka akan memudahkan proses pembakaran.
3. Mengkonversi Hasil Pembakaran Menjadi Gerakan Mekanis
Seperti pada gambar “TENAGA” di atas, ketika dalam proses pembakaran berjalan, akan terjadi ledakan-ledakan di dalam silinder. Hasil ledakan itu berupa energi, panas dan gas sisa pembakaran. Energi (ekspansi) ini lah yang dirubah oleh piston menjadi energi mekanik. Karena energi ekspansi ini juga lah yang mengakibatkan posisi piston berubah drastis, dari TMB menuju TMA secara cepat atau terhempas ke bawah.
4. Mendorong Sisa Gas Pembakaran Keluar
Seperti pada gambar “BUANG” di atas, ketika piston berbalik arah dari TMB menuju TMA maka dengan sendirinya piston akan mendorong udara ke atas. Pada proses ini udara atau sisa gas hasil pembakaran akan didorong keluar menuju katup yang ada.
Jenis Piston Disertai Gambar
Salah satu cara untuk meningkatkan ketahanan torak terhadap beban dan panas adalah dengan menambah berat piston itu sendiri. Sayangnya, cara ini tidak lah direkomendasikan karena penambahan berat pada piston dapat meningkatkan momen inersi. Karena itu, cara yang sering dilakukan adalah dengan memaksimalkan desain piston. Berikut sekilas desain dari pison mesin petrol dan diesel:
1. Piston mesin petrol/bensin
2. Piston motor bakar diesel
FAQ: Seputar Piston
Inilah beberapa frequently asked questions tentang piston:
1. Berapa lama torak bisa bertahan?
Secara teori, piston/torak seharusnya bisa bertahan seumur hidup (infiinte lifetime). Namun pada praktiknya, piston bisa bertahan setidaknya 300rb – 500rb KM pada kondisi normal.
2. Apa sebab adanya lubang pada piston?
Biasanya, suhu tinggi yang berlebihan dapat melelehkan piston dan menjadi sebab terciptanya lubang. Injektor bahan bakar yang tidak bekerja dengan baik bisa saja men-supply lebih banyak bensin pada ruang pembakaran, sehingga terjadilah ledakan yang lebih besar dari biasanya.
3. Bagaimana cara mengetahui kalau piston sudah rusak?
Gejala piston yang sudah rusak bisa ditandai mulai dari berkurangnya tenaga mesin, asap keluar yang berlebihan dan suara mesin yang sangat bising.
4. Cara memperbaiki torak yang sudah rusak?
No way, tidak ada cara memperbaiki piston yang sudah rusak. Piston rusak musti diganti dengan yang baru. Sayangnya, setelah mengganti dengan piston yang baru pun, masalah baru akan bermunculan, seperti ketidak-cocokan piston baru dengan kondisi pembakaran mesin bakar, misalnya.
5. Bang, boleh tak kita pakai piston rusak?
Tidak direkomendasikan, karena memakai piston yang rusak dapat menyebabkan kerusakan pada engine block, batang piston, poros engkol, katup dan sebagainya. Bahkan bisa sampai membuat torak pecah. Hati hati!
