SEJARAH ELEKTRIK STARTER

Meski saat ini hampir semua kendaraan, khususnya mobil menggunakan electric starter, namun tahukah Anda, bahwa teknologi ini sebenarnya sudah ditemukan seabad yang lalu? Ya, Electric starter pertama kali dikenalkan pada mobil Cadillac Touring Edition tahun 1912 dan sebagai penghargaan terhadap para penemunya, kini General Motor (GM) melakukan selebrasi memperingati hal tersebut.

Kisah tentang penemuan electric starter ini berawal ketika penemunya Clyde J. Coleman dari Rockaway Automobile Company di tahun 1903 melihat begitu susah payahnya para pengendara ketika menyalakan mobil, dimana mereka harus menggunakan ‘engkol tangan’ yang sangat menyita waktu dan energi serta sangat membahayakan karena bisa membuat cedera. Clyde J. Coleman menciptakan starter elektrik pertama kali pada 24 November 1903, Dirinya telah membantu kita yang notabene generasi berikutnya sehingga tidak harus dengan susah payah apalagi sampai berkeringat ketika hendak menyalakan mobil.

Gambar Orang Menstarter dengan Engkol

Kala itu, Cadillac pun melakukan sedikit inovasi dalam periklanan yang mana setelah adanya electric starter, mereka membuat iklan yang menampilkan perempuan dalam iklan, menunjukkan mereka sebagai pengemudi, bukan penumpang atau pengamat. Jadi untuk mengemudi tidak semata-mata urusan kaum adam, namun dengan adanya electric starter kaum hawapun bisa melakukan itu. Hal ini tentu ada penyebabnya, mengingat pada masa “engkol tangan” para wanita merasa risih dan tidak nyaman, karena takut tangan mereka kotor ataupun lecet ketika hendak menyalakan mobil. Memasuki awal tahun 1900, kendaraan yang mempunyai electric start semakin populer dan mendapat permintaan yang sangat signifikan pada pasaran otomotif global berkat teknologi tersebut.

Ketika General Motor pertama kali memasang electric starter pada Cadillac Touring Edition, mereka mendapat sambutan yang sangat signifikan, hal tersebut menurut beberapa sumber dari Internet mengatakan bahwa berkat adanya electric starter para pengguna mobil di Amerika kembali ke mobil bensin setelah sebelumnya banyak menggunakan mobil listrik. Namun sedikit yang mengejutkan, meskipun penemu electric starter adalah Clyde J. Coleman tapi siapa sangka jika hak patennya sendiri dipegang oleh Charles F. Kettering dari Dayton Engineering Laboratories yang kemudian dikenal dengan nama Delco. Konon electric starter yang dipatenkan oleh Charles lebih simple dan banyak digunakan dari tahun 1911 dan mengalami banyak perubahan dan penyempurnaan hingga saat ini.

Gambar Foto Charles F. Kettering

Dengan quotenya yang terkenal yaitu ”Seorang penemu mangalami kegagalan 999 kali, jika berhasil sekali saja ia sudah menjadi seorang penemu. Mereka manganggap kegagalan itu hanya sebagai latihan”, Charles F. Kettering telah melakukan sebuah perubahan besar dalam dunia industri otomotif.

MOTOR STARTER DAN BAGIANNYA

Motor starter adalah suatu komponen dalam sistem starter mobil yang berfungsi untuk mengubah energi listrik dari baterai (aki) menjadi energi gerak (mekanik) putar yang akan digunakan untuk memutar fly wheel pertama kali, yang dibutuhkan mesin tersebut untuk hidup atau melakukan siklus kerjanya. Berikut ini komponen komponen dari motor starter :

1. Solenoid/Sakelar Magnet (Magnetic Switch)

Sakelar magnet (magnetic switch) atau disebut juga dengan solenoid ini digunakan untuk menghubungkan dan melepaskan pinion gear ke/dari ring gear flywheel, sekaligus mengalirkan arus listrik yang besar pada sirkuit motor starter melalui teminal utama (terminal 30 dan C). Di dalam saklar magnet terdapat dua kumparan, yaitu:
a. Pull In Coil merupakan suatu kumparan yang apabila dialiri arus listrik menimbulkan medan magnet yang berfungsi untuk mendorong plunyer sehingga gear pinion berhubungan dengan fly wheel.

b. Hold In Coil merupakan suatu kumparan yang bila dialiri arus listrik menimbulkan medan magnet yang berfungsi untuk menahan plunyer sehingga mempertahankan gear pinion dengan fly wheel tetap berkaitan.

Bagian-Bagian Solenoid
(Sumber: m-edukasi.kemdikbud.go.id)

2. Armature (Rotor) dan Shaft (Poros)

Armature terdiri dari sebatang besi yang berbentuk silindris dan diberi slot-slot, poros, komutator serta kumparan armature. Armatur berfungsi untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik (gerak), dalam bentuk gerak putar. Armatur terkadang juga disebut dengan angker.

Armatur
(Sumber: m-edukasi.kemdikbud.go.id)

3. Yoke dan Pole Core

Yoke dibuat dari logam yang berbentuk silinder dan berfungsi sebagai tempat pole core yang diikat dengan sekrup. Pole core berfungsi sebagai penopang field coil dan memperkuat medan magnet yang ditimbulkan oleh field coil.

Yoke dan Pole Core
(Sumber: m-edukasi.kemdikbud.go.id)

4. Field Coil (Kumparan Medan)

Kumparan medan atau yang biasa disebut dengan field coil dibuat dari lempengan tembaga, dengan maksud dapat memungkinkan mengalirnya arus listrik yang cukup kuat/besar. Field coil ini berfungsi untuk membangkit medan magnet.

Field Coid
(Sumber: m-edukasi.kemdikbud.go.id)

5. Brush (Sikat) dan Brush Holder (Pemegang Sikat)

Brush atau sikat terbuat dari tembaga lunak, dan berfungsi untuk meneruskan atau menyalurkan arus listrik dari field coil ke armature coil langsung ke massa melalui komutator. Umumnya sarter memiliki empat buah brush, yang dikelompokkan menjadi dua:

a. Dua buah brush disebut dengan brush positif yang digunakan untuk menghubungkan arus dari field coil ke armatur dan brush.

b. Dua buah brush lainnya disebut dengan brush negatif yang digunakan untuk menghubungkan arus dari armatur ke massa.

Brush dan Brush Holder
(Sumber: m-edukasi.kemdikbud.go.id)

6. Armature Brake

Armature brake berfungsi sebagai pengereman putaran armature setelah lepas dari perkaitan dengan ring gear pada roda gila (fly wheel).

7. Drive Lever/Shift Fork (Tuas Penggerak)

Drive lever meneruskan gerakan dari plunyer solenoid untuk menggerakkan roda gigi pinion. Drive lever berfungsi untuk mendorong/menghubungkan pinion gear ke arah posisi berkaitan dengan ring gear pada fly wheel, serta melepas perkaitan pinion gear dengan ring gear pada fly wheel.

Drive Lever
(Sumber: m-edukasi.kemdikbud.go.id)

8. Kopling Starter/Starter Clutch (Overrunning Clutch)

Kopling starter berfungsi untuk meneruskan momen putar armatur shaft kepada fly wheel melalui roda gigi pinion, sehingga fly wheel dapat ikut berputar. Kopling starter juga berfungsi sebagai pengaman dari armature coil (mengecah kerusakan starter) bilamana putaran mesin yang tinggi cenderung memutarkan balik pinion gear. Kopling starter akan melepaskan dengan sendirinya bila putaran fly wheel (putaran mesin) lebih besar daripada putaran gear pinion (putaran starter).

Kopling Starter

9. Gigi Pinion dan Helical Spline

Gigi pinion dan ring gear meneruskan daya putar starter ke mesin. helical spline mengubah daya putar dai motor ke tuas pinion dan menyebabkan perkaiatan dan pelepasan gigi pinion dengan ring gear lebih lembut.

Gigi Pinion Gear dan Helical Spline

10. Reduction Gear (*Tipe Reduksi)

Reduction gear berfungsi meneruskan daya putar motor ke gigi pinion dan meningkatkan torsi/momen putar dengan mengurangi putaran motor. Daya yang dihasilkan berasio 1/3 sampai 1/4. Reduction gear biasanya dilengkapi dengan built-in overrunning clutch (kopling starter yang menjadi kesatuan unit). Reduction gear terdiri dari tiga gigi, yaitu drive gear, idle gear, dan clutch gear.

Reduction Gear

11. Planetari Gear (*Tipe Planetari)

Unit planetari gear pada motor starter tipe planetari berfungsi sebagai gigi pengreduksi, di mana meneruskan daya putaran dari armatur ke ring gear untuk memutarkan engkol mesin. Planetari gear juga berfungsi mereduksi putaran starter untuk meningkatkan momen putar/torsi.

RING PISTON

Dalam rangkaian unit piston pasti terdapat komponen yang disebut dengan ring piston/cincin torak. Ring piston adalah split ring (cincin yang terpisah/memiliki ujung) yang cocok dengan alur pada diameter luar piston di mesin resiprokal seperti mesin pembakaran internal atau mesin uap.

Gambar Macam-Macam Ring Piston

Split ring piston diciptakan oleh John Ramsbottom yang melaporkan manfaatnya kepada Lembaga Teknisi Mekanik di tahun 1854. Setelah itu segera menggantikan kemasan rami yang sampai sekarang digunakan dalam mesin uap. Penggunaan cincin piston secara signifikan mampu mengurangi hambatan gesek, kebocoran uap (blow by gas), dan massa piston, yang selanjutnya mengarah ke peningkatan secara signifikan dalam hal daya dan efisiensi serta jangka waktu perawatan yang lebih lama.

Ring piston di mesin resiprokal mempunyai 3 peranan penting:

1. Mencegah blow by gas yaitu kebocoran campuran udara dan bensin serta gas pembakaran yang melalui celah antara torak dengan dinding silinder ke dalam bak engkol selama langkah kompresi dan langkah usaha.
2. Mengatur konsumsi oli mesin pada dinding silinder dan mencegah oli yang melumasi torak dan silinder masuk ke ruang bakar.
3. Memindahkan panas dari torak ke dinding silinder untuk membantu mendinginkan torak.

Gambar Susunan Pemasangan Ring Piston

Ring piston dipasangkan dalam alur ring (ring groove) pada bagian luar torak. Diameter luar ring piston sedikit lebih besar dibanding dengan piston itu sendiri. Ketika ring piston terpasang pada piston, karena ring piston bersifat elastis maka menyebabkannya mengembang, dan menutup dengan rapat pada dinding silinder. 

Gambar Penampang Ring Piston

Gambar Penampang dan Tipe-Tipe Gap Ring Piston

Ring piston terbuat dari bahan yang dapat bertahan lama, tahan panas, tahan aus, dan kuat. Umumnya terbuat dari baja tuang spesial, yang tidak akan merusak dinding silinder. Jumlah ring piston bermacam-macam tergantung jenis mesin dan umumnya 3 sampai 4 untuk setiap pistonnya.

Ring piston memiliki dua tipe, yaitu ring kompresi dan ring oli. Ring kompresi berfungsi untuk pemampatan volume dalam silinder (ketika piston naik/kompresi dan ketika langkah usaha) agar tidak terjadi kebocoran udara, bensin, maupun gas serta menghapus/menyapu oli pada dinding silinder (ketika piston turun). Kemampuan kompresi ring piston yang sudah menurun mengakibatkan performa mesin menurun pula. Sedangkan ring oli berfungsi untuk menampung dan membawa oli serta melumasi komponen dalam ruang silinder. Ring oli hanya ada pada mesin empat langkah karena pelumasan pada mesin dua langkah menggunakan oli samping.

Ring Kompresi

Gambar Ring Kompresi

Pada umumnya 2 ring kompresi terpasang pada masing-masing piston. Ring kompresi ini disebut “top compression ring” dan “second compression ring”. Tapi bagian atas ring kompresi agak runcing dan bersentuhan dengan dinding silinder. Ini dirancang untuk menjamin agar dapat menutup hubungan antara ring dan silinder. Ring kompresi berfungsi untuk menjaga kebocoran campuran udara – bahan bakar dan gas pembakaran selama langka kompresi dan langka usaha. Selain itu juga untuk mengikis oli mesin dari dinding silinder secara efektif. Ring kompresi ini dibuat dari besi tuang kelabu dengan lapisan logam putih pada permukaan yang bersinggungan dengan dinding silinder.

Ring Oli

Ring oli (cincin oli) juga disebut ring pengontrol oli (oil control ring) diperlukan untuk membentuk lapisan oli (oil film) antara piston dan dinding silinder. Selain itu juga untuk meratakan minyak pelumas, dan mengikis kelebihan oli untuk mencegah masuknya oli ke dalam ruang bakar. Ring oli ini terkadang  juga disebut ring ketiga (third ring) karena letaknya yang di bagian paling bawah pada alur ring piston. Ada dua tipe ring pengontrol oli, yaitu tipe integral dan tipe three piece yang sering digunakan.

1. Tipe Integral

Gambar Ring Oli Tipe Integral

Tipe ini ring olinya dilengkapi dengan beberapa lubang untuk pengembalian oli (oil return). Lubang – lubang oli ini menembus lubang pada alur ring piston. Kelebihan oli yang dikikis oleh ring ini masuk ke dalam lubang tersebut dan dikembalikan ke dalam piston.

2. Tipe Three Piece

Gambar Ring Oli Tipe Three Piece

Ring pengontrol oli tipe ini terdiri dari side rail yang fungsinya untuk mengikis kelebihan oli dan expander yang mendorong side rail dan menekan pada dinding silinder dan ring groove. Tipe ini fungsinya sama dengan tipe integral.

Ring piston dapat dijadikan sumber petunjuk untuk mengidentifikasi apakah mesin itu mesin dua langkah atau empat langkah. Umumnya tiga ring piston yang terdapat di torak menunjukkan bahwa itu adalah mesin empat langkah, sedangkan apabila terdapat dua ring piston biasanya menunjukkan bahwa itu adalah mesin dua langkah.

Pada keadaan bebas, diameter ring piston lebih besar daripada di dalam silindernya. Pada saat ring piston terpasang, celah ring piston yang terlalu longgar akan menyebabkan kebocoran kompresi dan dapat menyebabkan naiknya minyak pelumas ke dalam ruang kompresi. Apabila celah ring piston terlalu kecil dapat menyebabkan patahnya ring piston jika terjadi pemuaian karena panas atau dapat juga merusakkan dinding silinder. Oleh karena itu pemakaian cincin torak harus sesuai dengan spesifikasinya.

DESAIN NOKEN AS

DESAIN NOKEN AS

     

Kerja utama dari noken as adalah untuk mengontrol waktu kapan klep membuka dan menutup. Dimana lobe intake dan lobe exhaust bekerja secara masing-masing. Jarak pemisah antar kedua lobe dinamakan Lobe Separation, karena diukur dalam derajat maka disebut Lobe Separation Angle (Sudut Pemisah Lobe). Lobe Separation diukur antara puncak intake lobe dengan puncak exhaust lobe. Pada dasarnya berada di area separuh dari derajat putaran kruk As antara puncak exhaust dengan puncak intake. Jika durasi tetap, memperbesar LSA sama dengan memperkecil Overlap, sebaliknya menyempitkan LSA memperbesar Overlap.

“Bisanya, jika semua faktor tetap, melebarkan LSA menghasilkan kurva torsi yang rata dan lebih lebar yang bagus di RPM tinggi tapi membuat respon gas lambat”“Merapatkan LSA menghasilkan efek berlawanan, membuat torsi memuncak, mesin cepat teriak, namun rentang tenaga sempit.”

 

Ada beberapa alasan merubah lobe separation untuk mempengaruhi performa mesin. Misal, jika kamu memakai setang piston relatif lebih panjang, kondisi ini membuat piston berada pada TMA lebih lama. Noken as dengan LSA lebar mungkin akan lebih cocok untuk situasi ini.

OVERLAP merupakan waktu dimana dalam hitungan durasi kruk As, klep intake dan exhaust terbuka bersamaan. Terjadi di akhir langkah buang dimana klep Ex menutup dan diawal langkah hisap dimana klep In mulai membuka. Selama periode Overlaping, port Ex dan port In dapat “berkomunikasi” satu sama lain. Idealnya, kamu ingin menghasilkan efek agar kabut bersih di Intake Port tersedot masuk ke ruang bakar oleh bantuan kevakuman port Ex sehingga pengisian silinder dapat lebih efisien.

Desain cam dan kombinasi porting yang jelek akan menghasilkan efek sebaliknya, dimana gas buang menyusup masuk melewati klep In terus ke dalam porting Intake.

Beberapa faktor mempengaruhi seberapa banyak overlapping yang ideal pada mesinmu. Ruang bakar yang kecil biasanya butuh overlap yang sedikit saja, dikarenakan didesain untuk memaksimalkan Torsi di RPM rendah. Kebanyakan mesin balap saat ini bergantung pada putaran mesin tinggi untuk memaksimalkan gear rasio, sehingga overlap yang banyak justru membantu. Ketika RPM melonjak, klep in membuka dan menutup semakin cepat. Jumlah udara dan bahan bakar yang besar harus dapat dimasukkan ke ruang bakar dalam waktu yang singkat, oleh karenanya meningkatkan durasi overlap membantu di proses ini.

Setang piston / stroke yang panjang, menjadi mendadak popular di trek balap lurus, memiliki efek yang sama dengan hanya mengatur LSA. Karena piston bertahan di TDC semakin lama, ini membuat ruang bakara seakan mengecil untuk menerima pasokan udara/bahan bakar. Karena itu, overlap yang lebih sedikit mampu mengisi ruang bakar lebih baik. Selain mengurangi kevakuman dan potensi gas membalik, kebanyakan Overlaping dalam mesin balap menghasilkan gas yang tidak terbakar langsung menuju pipa knalpot, membuat mesin rakus bahan bakar. Untuk kebanyakan balap jarak pendek, ini tidak menjadi masalah. Tapi jika kamu sedang balap dengan jarak tempuh tinggi atau jumlah lap banyak hal ini akan memperbanyak waktu masuk pitstop.

DURATION adalah waktu yang diukur dalam derajat putaran kruk As, dimana –baik klep In maupun Ex- sedang terbuka.

Saat putaran mesin meningkat, mesin seringkali mencapai poin dimana kesulitan mengisi silinder dengan pasokan udara/bahan-bakar dalam waktu singkat saat klep in terbuka. Hal yang sama terjadi saat ingin membuang gas sisa pembakaran. Jawaban singkat atas masalah ini, buat klep In membuka lebih lama, yang berarti memperbesar durasinya. Untuk memaksimalkan aliran saat langkah buang, banyak desainer cam Extreme memulai klep membuka medekati posisi saat piston berada di tengah-tengah langkah Usaha. Ini terlihat akan mengurangi tenaga yang dihasilkan, tapi idenya adalah membuat klep Ex sudah terbuka penuh saat piston berada di TMB akan melakukan langkah buang. Selama langkah usaha, ledakan bahan-bakar sudah menggunakan sekitar 80 % dari tenaga untuk menendang piston turun saat kruk as baru berputar 90 derajat atau saat piston berada di tengah proses turun. Separuhnya lagi member efek yang sedikit untuk meningkatkan tenaga, dan akan lebih baik jika dimanfaatkan untuk menbuang gas sisa pembakaran sehingga udara yang terhisap masuk akan lebih bersih nantinya.

LIFT V.S. DURATION V.S. ACCELERATIOn

Ini adalah pernyataan yang seringkali kita dengar: Klep paling efisien dalam mengalirkan udara (baik intake / exhaust) saat terbuka penuh. Kita harus membuang jauh pikiran itu. Karena pernyataan itu berarti memberitahu kita bahwa untuk menghasilkan performa mesin maksimal, waktu proses klep terangkat maupun saat turun adalah sia-sia belaka. Seakan-akan klep harus terbuka penuh dalam waktu cepat untuk menghasilkan flow maksimum, sedangkan klep harus cepat menutup penuh untuk memampatkan kompresi.

Untuk mendekati proses ini kebanyakan Extreme Racing Cam menjadi memiliki profil lobe yang kelihatan konyol, sangat tajam sehingga membuka dan menutup klep dengan cepat. Ini membutuhkan perklep lebih kuat, serta bobot rocker arm yang ringan untuk menjaga kontrol klep, dan bahkan Engine Tuner serta Desainer Noken As masih mencari cara konyol untuk membuka klep lebih cepat lagi.

Cam yang super agresiv dengan lift tinggi memungkinkan kamu memperpendek durasi pada situasi tertentu, dimana memang dapat membantu tenaga. “Agresif Ramp membantu klep untuk mencapai puncak maksimum velocity lebih dini, memungkinkan lebih banyak area untuk durasi. Mesin dengan airflow terbatas (karburator kecil) kelihatan sangat menyukai profil yang agresif. Seakan-akan ini meningkatkan sinyal untuk mendapatkan pasokan melewati batasan venturi tersebut. Waktu klep menutup balik dengan cepat yang berarti memperpendek durasi klep in menutup akan menghasilkan tekanan silinder lebih dahsyat.

DURASI PADA 1 mm

Satu hal yang membuat pusing banyak engineer adalah pabrikan noken as mencantumkan durasi yang tidak jelas. Karena durasi yang diiklankan berbeda dengan durasi saat noken as Di dial di mesin. Masalahnya banyak pabrikan memakai banyak patokan untuk mengukur durasi. Oleh karenanya kita harus terbiasa memiliki standard saat bicara durasi noken As, patokan angkatan klep 1mm adalah yang dipakai dunia Internasional.

Biasanya, klep belum mulai mengalirkan udara secara baik hingga mencapai angkatan tertentu. Juga, perbedaan dalam hempasan noken as membuat semakin sulit untuk mengukur momen klep mulai terangkat dari seating klep. Akhirnya, durasi pada 1mm dari lobe lift lebih mudah diukur dan membuat hidup semua orang lebih mudah dalam menyeting cam timing di busur derajat. Lebih mudah mengukur durasi 1mm daripada harus mencari tahu kapan klep benar-benar mulai terangkat. Saat memakai busur derajat dan dial indicator, disini jauh lebih presisi untuk menentukan durasi saat dial indicator menunjuk lift 1mm dibandingkan durasi saat lift baru 0.10mm misalnya.”

ADVANCE V.S RETARD CAM

Dengan setingan timing cam special, kamu dapat merubah sudut noken as relative terhadap kruk As. Memutar cam maju membuat event bukaan klep terjadi lebih cepat, ini dinamakan Advance. Retard adalah kebalikannya. Yang perlu diperhatikan batasan memajukan noken as adalah 4 derajat saja. Kebanyakan mesin merespon lebih baik dengan sedikit advance. Seakan-akan mempercepat intake membuka dan menutup. Semakin cepat intake menutup maka menambah tekanan silinder sehingga respon mesin akan lebih bagus. Memajukan cam akan menambah torsi di RPM bawah, tapi jika mesinmu sekarat sebelum finish, maka memundurkan cam akan membantu menambah sedikit tenaga di putaran atas.

Beberapa informasi yang kita berikan perlu digali lebih dalam lagi, namun jangan khawatir. Berikut adalah tabel indicator perubahan cam dan efek yang biasanya dihasilkan. Perlu diingat, setiap paket mesin adalah berbeda, sehingga hasilnya dapat bervariasi. Ini hanyalah petunjuk umum saja.

Cam Change:
Typical effect
Menambah LSA:
Powerband lebih lebar, Power memuncak, Stasioner lembut
Mengurangi LSA:
Meningkatkan Torsi menengah, Akselerasi cepat, Powerband lebih sempit.
Durasi Tinggi:
Menggeser rentang tenaga lebih ke RPM atas
Durasi Rendah:
Menambah Torsi putaran bawah

Overlaping Banyak:
Meningkatkan sinyal ke Karburator, Boros konsumsi bahan-bakar, rawan dorongan balik

Overlaping Sedikit:
Meningkatkan Respon RPM bawah, Irit bahan bakar, rawan suhu mesin lebih
panas