4 Fungsi Piston (Torak) Pada Motor Bakar Serta Cara Kerjanya

Memahami fungsi piston 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?

Piston atau torak adalah komponen dalam sistem motor bakar dalam (ICE) yang berfungsi untuk mengubah tekanan yang dihasilkan dari pembakaran fluida campuran (udara dan bahan bakar) yang termampatkan, menjadi tenaga yang memutar poros engkol (crank shaft).

Fungsi piston pada motor bakar dalam (ICE)

Berikut adalah tiga fungsi utama piston pada mesin pembakaran pada kendaraan:

1. Fungsi piston sebagai elemen pengubah bentuk energi

Pada ruang pembakaran, busi memercikan 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.

fungsi piston sebagai pengubah energi dan pencegah bocor
Fungsi piston untuk mengubah ledakan jadi putaran dan mencegah kebocoran

Singkatnya, piston berperan penting dalam mengubah panas dan tekanan yang besar dari hasil pembakaran menjadi energi mekanik (putaran).

2. Fungsi piston sebagai elemen pengunci

Selama bergerak naik dan turun, cincin piston (ring) harus mampu untuk menyegel dan mencegah adanya gas berpindah dari ruang pembakaran ke bagian bawah engine block. Bukan hanya gas pembakaran yang disegel, tapi juga oli yang berada di bagian bawah piston. Kalian bisa lihat gambar di atas biar lebih faham.

3. Fungsi sebagai penghilang panas

fungsi piston untuk menghilangkan panas
Metode finite element- persebaran suhu pada bagian komponen piston, bagian atas adalah yang terpanas

Pembakaran yang terjadi menghasilkan panas yang besar sehingga suhu pada permukaan atas piston menjadi tinggi, seperti yang bisa kalian lihat 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. Sangat dirokemendasikan untuk membaca FAQ di bawah!

4. Fungsi piston lainnya

Selain tiga peranan penting piston di atas, piston juga berfungsi untuk memandu pergerakan batang piston (connecting rod) dan mengkompres campuran gas dengan menghasilkan variasi volume pada ruang pembakaran.

Baca juga: Bagaimana Cara Kerja Mesin 4 Tak Pada Kendaraan? Penjelasan Mudah!

Apa saja komponen piston?

Bentuk desain torak tergantung pada jenis mesin bakar yang digunakan. Misalnya ukuran piston pada mesin petrol cenderung lebih ringan dan pendek dibandingkan piston pada mesin diesel.  Piston pada dasarnya punya bentuk yang lumayan rumit, dengan sedemikian rupa komponen. Berikut komponen penting pada piston motor bakar dalam:

bagian detail piston torak
Detail gambar piston / torak. Sumber: x-engineer.org

Bagian Piston Dan Fungsinya

No Komponen Deskripsi
1 puncak piston Permukaan atas piston yang terhubung langsung dengan ruang bakar mesin. Permukaan puncak piston ini berbeda-beda bentuknya. Bentuk seperti permukaan yang meninggi digunakan pada mesin yang mempunyai kompresi tinggi, sedangkan permukaan yang cekung digunakan pada mesin berkompresi rendah.
2 top land
3 sabuk cincin (ring belt) disebut juga alur ring piston adalah bagian bagian dimana tiga ring piston dipasang.
4 control struts
5 klip pengunci pen untuk mengunci pin piston
6 bos piston bagian bawah-tengah piston tempat piston pin (pen piston) berada
7 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.
8 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.
9 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.

Fungsi Piston
Gambar ring dan pin piston

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. Ini bisa kita analogikan seperti pompa tabung. Ketika gagang pompa ditarik ke atas maka volume udara dalam tabung akan menjadi lebih banyak sehingga udara yang masuk dalam tabung akan lebih banyak. Sebaliknya, ketika gagang pompa kita tekan maka volume udara dalam tabung akan mengecil yang kemudian udara akan terdorong masuk ke dalam ban.

Fungsi Piston
Analogi sederhana cara kerja piston

Piston pun demikian. 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 gas.

Mesin kendaraan dapat menghasil 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. Jadi fungsi piston dapat dijelaskan sebagai berikut ;

Fungsi Piston
cara kerja naik turun piston – motor bakar 4 tak

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 yang wajib kamu tahu!

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.

Perhatikan gambar bentuk geometri dan seberapa kompleks desain dua jenis piston di bawah ini:

Mesin bensin (Petrol/gasoline engines) Motor bakar diesel (Diesel engines)

mesin bakar bensin
Image: Ecotec 2.0L I-4 VVT DI Turbo (LNF) piston (aluminium, gasoline/petrol engine with direct injection) Credit: GM

mesin diesel
Image: Car diesel engine piston with rings (aluminium, diesel) Credit: Kolbenschmidt

mesin bakar petrol
Image: LS9 6.2L V-8 SC piston (aluminium, gasoline/petrol engine with indirect injection) Credit: GM

mesin bakar diesel
Image: Monosteel piston (steel, diesel) Credit: Tenneco

Bahan pembuatan piston

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.

Gambar piston – teknologi model terbaru

Berikut teknologi piston kalian bisa lihat pada gambar di bawah ini – diproduksi oleh Kolbenschmidt:

piston mesin diesel
Gambar: Piston mesin diesel dilengkapi dengan saluran pendingin. Credit: Kolbenschmidt

Gambar piston mesin diesel
Gambar: Piston artikulasi diesel dengan bagian baja atas yang ditempa dan skirt aluminium. Credit: Kolbenschmidt

gamabr piston mesin bensin
Gambar: Piston mesin bensin dengan optimisasi-berat LiteKS®. Credit: Kolbenschmidt

piston mesin diesel
Gambar: Kolbenschmidt adalah yang memimpin pada pengembangan ini. Credit: Kolbenschmidt

piston mesin bensin
Gambar: Hard-anodised ring grooves mencegah aus dan mikro welding pada torak untuk mesin bensin. Credit: Kolbenschmidt

piston mesin bakar
Gambar: Piston KS Kolbenschmidt mempunya fitur yang spesial yang dapat mengurangi gesekan dalam mesin dan memastikan kelancaran mekanisme mesin. Credit: Kolbenschmidt

piston mesin bakar dalam
Gambar: piston skirt berlapis iron (Ferrocoat®) . Credit: Kolbenschmidt

piston mesin bakar dalam ICE
Gambar: Lubang pin piston yang dibentuk dengan spesial. Credit: Kolbenschmidt

 

Di bawah juga kalian bisa melihat beberapa gambar piston modern yang diproduksi oleh Tenneco Powertrain beserta fiturnya:

piston mesin diese;
Gambar: Aluminium diesel pistons
Fitur:

  • Optimisasi untuk memaksimalkan sistem pendingin sampai 10% pengurangan suhu
  • pembuatan dengan teknik advanced casting secara signifikan meningkatkan stabilitas struktur
  • Strukturisasi ulang combustion bowl dapat meningkatkan 100% fatigue life

Credit: Tenneco Powertrain (Federal Mogul)

piston mesin bensin
Gambar: Elastothermic piston (piston yang terbuat dari aluminium untuk mesin bensin kendaraan ringan)
Fitur:

  • piston dengan gallery pendingin yang meningkatkan kekuatan dan konsumsi bahan bakar
  • elastothemic gallery pendingin menurunkan suhu pada mahkota piston hingga 30 derajat
  • pengurangan temperatur pada cincin pertama sekitar 50 derajat
  • pengurangan resiko dari pembakaran yang tidak terkontrol pada low speed pre-ignition

Credit: Tenneco Powertrain (Federal Mogul)

teknologi piston
gambar: DuraBowl® piston (piston terbuat dari aluminium untuk kendaraan ringan-berat)
Fitur:

  • kehalusan ekstrim dari struktur material aluminium yang dibuat dengan peleburan ulang lokal menggunakan teknologi TIG
  • Peningkatan daya tahan hingga 4 kali lipat pada mesin berdaya spesifik tinggi dibandingkan dengan piston tanpa mangkuk yang dileburkan kembali
  • Proses F-M DuraBowl memperluas batas piston aluminium dalam aplikasi yang paling menantang dengan meningkatkan kekuatan fatigue (siklus) piston

Credit: Tenneco Powertrain (Federal Mogul)

piston mesin diesel
Gambar: Piston mesin diesel (terbuat dari bensin penggunaan mesin berat atau tujuan industri)
Fitur:

  • galeri struktural besar dan tertutup dengan pelek mangkuk dan pendinginan alur cincin yang unggul, mengurangi distorsi alur dan meningkatkan kontrol oli dan penyegelan gas
  • lubang pin tanpa bushing yang diprofilkan
  • skirt panjang penuh untuk dinamika piston yang stabil, mengurangi risiko kavitasi liner dan meningkatkan penyegelan ring
  • Proses memungkinkan fleksibilitas material dengan opsi material mahkota untuk mengurangi korosi atau oksidasi, dan / atau opsi material skirt untuk meningkatkan kemampuan manufaktur.

Credit: Tenneco Powertrain (Federal Mogul)

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 lupang pada piston?

Biasanya, suhu tinggi yang berlebihan dapat melelehkan piston dan menjadi sebab terciptanya lubang. Injekstor 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!

Tinggalkan komentar