1. Fungsi Sistem Pendingin
Panas yang dihasilkan oleh proses pembakaran di dalam motor dirubah
menjadi tenaga gerak. Namun kenyataannya hanya sebagian dari panas tersebut
yang dimanfaatkan secara efektif. Panas yang diserap motor harus dengan segera
dibuang ke udara luar, sebab jika tidak maka motor akan terlalu panas dan
komponen motor cepat aus. Untuk itu pada
motor dilengkapi dengan sistem pendingin yang berfungsi untuk mencegah panas
yang berlebihan.
Pada motor bensin kira-kira hanya
23 % energi panas dari hasil pembakaran bahan bakar dalam
silinder yang dimanfaatkan secara efektif sebagai tenaga. Sisanya terbuang
dalam beberapa bentuk seperti diperlihatkan gambar pada halaman berikut.
Gambar 1.
Keseimbangan Panas
Pada gambar 17 di atas nampak bahwa
dari total energi yang dihasilkan oleh proses pembakaran, hanya 25 % yang
dimanfaatkan menjadi kerja efektif. Panas yang hilang bersama gas buang
kira-kira 34 %, panas yang terbuang akibat proses pendinginan 32 %, akibat
pemompaan 3 %, dan akibat gesekan 6 %.
Secara garis besar fungsi sistem
pendingin pada motor adalah sebagai berikut:
a)
Untuk mengurangi panas motor. Panas yang dihasilkan oleh
pembakaran campuran udara dan bahan bakar dapat mencapai sekitar 2500° C. Panas yang cukup tinggi ini dapat
melelehkan logam atau komponen lain yang digunakan pada motor, sehingga apabila
motor tidak dilengkapi dengan sistem pendingin dapat merusakkan komponen motor
tersebut.
b)
Untuk mempertahankan agar temperatur motor selalu pada
temperatur kerja yang paling efisien pada berbagai kondisi. Umumnya temperatur
kerja motor antara 82 sampai 99° C.
Pada saat komponen motor mencapai temperatur tersebut, komponen motor akan
memuai sehingga celah (clearance)
pada masing-masing komponen menjadi tepat.
Disamping itu kerja motor menjadi maksimum dan emisi gas buang yang ditimbulkan menjadi
minimum.
c)
Untuk mempercepat motor mencapai temperatur kerjanya
dengan tujuan untuk mencegah terjadinya keausan yang berlebihan, kerja motor
yang kurang baik, emisi gas buang yang berlebihan. Hal tersebut dapat terjadi
karena pada saat motor bekerja pada temperatur yang dingin maka campuran bahan
bakar dengan udara yang masuk ke dalam silinder tidak sesuai dengan campuran
yang dapat menghasilkan kerja motor yang maksimum. Temperatur dinding silinder
yang dingin mengakibatkan pembakaran menjadi tidak sempurna sehingga gas buang
banyak mengandung emisi yang merugikan manusia. Oleh karena itu pada saat motor
hidup temperatur kerja harus segera dicapai. Hal tersebut akan terpenuhi
apabila pada motor terdapat sistem pendingin yang dilengkapi dengan komponen
yang memungkinkan hal tersebut terjadi.
d)
Untuk memanaskan ruangan di dalam ruang penumpang,
khusunya di negara-negara yang mengalami musim dingin.
2. Macam Sistem Pendingin
Sistem pendingin yang biasa digunakan pada motor ada dua
macam, yaitu sistem pendingin udara dan sistem pendingin air.
a) Sistem Pendingin Udara
Pada sistem ini panas yang dihasilkan dari pembakaran
bahan bakar dan udara di dalam silinder sebagian dirambatkan keluar melalui
sirip-sirip pendingin yang dipasang di luar silinder dan ruang bakar tersebut.
Panas tersebut selanjutnya diserap oleh udara luar yang temperaturnya jauh
lebih rendah dibanding temperatur sirip pendingin.
Untuk daerah mesin yang temperaturnya tinggi yaitu di
sekitar ruang bakar diberi sirip pendingin yang lebih panjang dibanding di
daerah sekitar silinder.
Udara yang menyerap panas dari sirip-sirip pendingin
harus berbentuk aliran atau udaranya harus mengalir agar temperatur di sekitar
sirip tetap rendah sehingga penyerapan panas tetap berlangsung secara sempurna.
Aliran uadara ini kecepatannya harus sebanding dengan kecepatan putar mesin agar temperatur ideal mesin dapat
tercapai sehingga pendinginan dapat berlangsung dengan sempurna.
Untuk menciptakan aliran udara, ada dua cara yang dapat
ditempuh yaitu menggerakkan udara atau siripnya. Apabila sirip pendinginnya
yang digerakkan berarti mesinnya harus bergerak seperti mesin yang dipakai pada
sepeda motor. Untuk mesin-mesin stasioner dan mesin-mesin yang penempatannya
sedemikian rupa sehingga sulit untuk mendapatkan aliran udara, maka diperlukan
blower yang fungsinya untuk menghembuskan udara. Penempatan blower yang
digerakkan oleh poros engkol memungkinkan aliran udara yang sebanding dengan
putaran mesin sehingga proses pendinginan dapat berlangsung sempurna.
b) Sistem Pendingin Air
Pada sistem ini, panas dari hasil proses pembakaran bahan
bakar dan udara dalam ruang bakar dan silinder sebagian diserap oleh air
pendingin setelah melalui dinding silinder dan ruang bakar. Oleh karena itu di
bagian luar dinding silinder dan ruang bakar dibuat mantel-mantel air (water jacket). Panas yang diserap oleh
air pendingin pada water jacket
selanjutnya akan menyebabkan naiknya temperatur air pendingin tersebut. Apabila
air pendingin tersebut tetap berada pada mantel air, maka air akan cenderung
mendidih dan menguap. Hal tersebut dapat dihindari dengan jalan mengganti air
tersebut dengan air yang masih dingin sedangkan air yang telah panas harus
dialirkan keluar dari mantelnya dengan kata lain harus bersirkulasi. Sirkulasi
air tersebut ada dua macam yaitu sirkulasi alam atau thermo syphon dan
sirkulasi dengan tekanan.
Kebanyakan mobil menggunakan sistem pendingin air dengan
sirkulasi tekanan (forced circulation),
sedangkan sepeda motor umumnya menggunakan sistem pendingin udara. Untuk
selanjutnya pada modul ini akan dibahas sistem pendingin air dengan sirkulasi
tekanan.
Konstruksi sistem pendingin air lebih rumit dibanding
sistem pendingin udara sehingga biaya produksinya lebih mahal. Secara rinci keunggulan sistem pendingin air
antara lain:
1) Temperatur seluruh mesin lebih seragam sehingga kemungkinan distorsi kecil;
2) Ukuran kipas relatif lebih kecil
sehingga tenaga yang diperlukan kecil; 3) Mantel air dan air dapat meredam
getaran; 4) Kemungkinan overheating kecil, walaupun dalam kerja yang berat; 5) Jarak antar silinder dapat
diperdekat sehingga mesin lebih ringkas. Di sisi lain sistem pendingin air
mempunyai kerugian yaitu: 1)
Bobot mesin lebih berat (karena adanya air,
radiator, dsb.); 2) Waktu pemanasan lebih lama; 3) Pada temperatur rendah
diperlukan antifreeze; 4) Kemungkinan
terjadinya kebocoran air sehingga mengakibatkan overheating; 5) Memerlukan kontrol yang lebih rutin.
Adapun konstruksi sistem pendingin air dengan sirkulasi
tekanan dapat dilihat pada gambar 18. Sistem pendingin air dilengkapi dengan water jacket, pompa air, radiator,
thermostat, kipas, dan selang karet. Masing-masing komponen sistem pendingin
tersebut akan dibahas pada uraian tersendiri.
Gambar 2. Konstruksi Sistem Pendingin Air
Pada saat mesin masih dingin, air hanya bersirkulasi di
sekitar mesin karena thermostat masih
menutup. Dalam hal ini thermostat
berfungsi untuk membuka dan menutup saluran air dari mesin ke radiator. Air
mendapat tekanan dari pompa air, tetapi tekanan tersebut tidak mampu menekan thermostat menjadi terbuka. Untuk
mencegah timbulnya tekanan yang berlebihan akibat proses pemompaan, maka pada
sistem pendingin dilengkapi dengan saluran by
pass, sehingga air yang bertekanan akan kembali melalui saluran by pass tersebut.
Gambar 3. Sistem Pendingin Air Saat Mesin Dingin
Pada saat mesin panas, thermostat
terbuka sehingga air yang telah panas di dalam water jacket (yang telah menyerap panas dari mesin), kemudian
disalurkan ke radiator untuk didinginkan dengan kipas pendingin dan aliran
udara dengan adanya gerakan maju dari kendaraan. Air pendingin yang sudah
dingin kemudian ditekan kembali ke water
jacket oleh pompa air.
Gambar 4. Sistem Pendingin Air Saat Mesin Panas
c) Komponen Sistem Pendingin Air
Berbeda dengan sistem pendingin udara, pada sistem
pendingin air jumlah komponennya lebih banyak. Pada umumnya komponen sistem
pendingin air terdiri atas: radiator, pompa air, thermostat, kipas pendingin. Ada juga sistem pendingin air yang
dilengkapi dengan kopling fluida.
1) Radiator
Radiator berfungsi untuk mendinginkan cairan pendingin
yang telah panas setelah melalui saluran water
jacket. Bagian-bagian radiator antara lain: tangki air bagian atas (upper water tank), tangki air bagian bawah (lower
water tank) dan inti radiator (radiator
core). Cairan pendingin masuk ke tangki air bagian atas melalui selang
atas. Pada tangki air bagian atas dilengkapi dengan lubang pengisian air dan
saluran kecil yang menuju ke tangki cadangan. Pada tangki air bagian bawah
dilengkapi dengan lubang penguras untuk mengeluarkan air pendingin pada saat
mengganti cairan pendingin. Inti radiator terdiri atas pipa-pipa (tube) yang dapat dilalui air dari tangki
atas ke tangki bawah. Disamping itu juga dilengkapi dengan sirip-sirip
pendingin (fin) yang fungsinya untuk
menyerap panas dari air pendingin. Biasanya radiator terletak di depan
kendaraan sehingga radiator dapat didinginkan oleh gerakan kendaraan tersebut.
Gambar 5. Konstruksi Radiator
Ada dua tipe inti radiator yang perbedaannya tergantung
bentuk sirip-sirip pendinginnya, yaitu tipe plat (flat fin type) dan tipe lekukan (corrugated fin type) seperti terlihat pada gambar 6.
|
|
a.
Tipe plat
b. Tipe lekukan
Gambar 6. Tipe Radiator
Beberapa kendaaraan modern menggunakan radiator versi
terbaru yaitu tipe “SR“.
Gambar 7. Tipe SR
|
Inti radiator tipe SR (single row) mempunyai susunan pipa
tunggal sehingga bentuk radiator menjadi tipis dan ringan dibanding dengan
radiator tipe lain.
|
Pada bagian atas tangki radiator dilengkapi dengan lubang
pengisian dan tutup radiator. Dalam hal ini tutup radiator tidak hanya
berfungsi untuk mencegah agar air pendingin tidak tumpah, tetapi berfungsi
untuk mengatur arus lalu lintas air pendingin dari radiator ke tangki cadangan
dan sebaliknya. Dengan demikian jika tutup radiator rusak, maka tidak dapat
diganti dengan sembarang tutup. Pada tutup radiator dilengkapi dengan dua buah
katup yaitu katup relief dan katup vacum.
Apabila volume air pendingin bertambah saat temperaturnya
naik, maka tekanannya juga bertambah. Bila tekanan air pendingin mencapai 0,3–1,0
kg/cm2 pada 110-120° C, maka relief valve terbuka dan membebaskan
kelebihan tekanan melalui pipa overflow
sehingga sebagian air pendingin masuk ke dalam tangki cadangan.
Gambar 8. Relief Valve Gambar
9. Air Pendingin Saat Panas
Pada saat temperatur air pendingin berkurang setelah
mesin berhenti, maka dalam radiator terjadi kevacuman. Akibatnya vacum valve akan terbuka secara otomatis
untuk menghisap udara segar mengganti kevacuman dalam radiator.
Kemudian diikuti dengancairan pendingin pada tekanan
atmosfer apabila mesin sudah benar-benar dingin.
Gambar 10. Vacum Valve
Gambar 11. Air Pendingin Saat Dingin
2) Pompa air
Pompa air (water
pump) berfungsi memompa air pendingin dari water jacket ke radiator yaitu dengan cara menekan cairan
pendingin. Pada umumnya pompa air yang digunakan adalah jenis pompa sentrifugal
(centrifugal pump). Pompa air
ditempatkan di bagian depan blok silinder dan digerakkan oleh tali kipas atau fan belt.
Gambar 12. Komponen
Pompa Air
3) Thermostat
Pada uraian terdahulu telah dijelaskan bahwa apabila air
pendingin masih dalam keadaan dingin, maka air hanya bersirkulasi dalam water jacket. Apabila temperatur air
pendingin telah panas maka air akan mengalir ke raditor untuk didinginkan.
Komponen yang mengatur arus lalu lintas air dari water jacket ke radiator dan
sebaliknya adalah thermostat. Dalam hal
ini thermostat berfungsi sebagai katup yang tugasnya membuka dan menutup
saluran yang menghubungkan antara water
jacket dan radiator.
Letak thermostat
ada dua macam yaitu: thermostat yang
letaknya di saluran air masuk (water
inlet) dan thermostat yang letaknya
di saluran air keluar (water outlet).
(1) Thermostat
yang letaknya di saluran air
keluar
Apabila temperatur air masih rendah, maka thermostat menutup aliran air pendingin
ke radiator. Air pendingin dipompa oleh pompa air langsung ke blok mesin dan
kepala silinder. Selanjutnya melalui sirkuit by pass
kembali ke pompa air.
Gambar 13. Sistem Pendingin Dengan Thermostat di Saluran Air Keluar
Pada saat temperatur air pendingin telah panas, maka thermostat membuka sehingga cairan
pendingin mengalir melalui thermostat
ke radiator untuk didinginkan dan selanjutnya air kembali ke pompa air.
Disamping itu air juga mengalir melalui sirkuit by pass.
(2) Thermostat
yang letaknya di saluran air masuk
Apabila temperatur air masih rendah, thermostat menutup saluran dan by
pass valve membuka. Air pendingin dipompa ke blok silinder melalui kepala
silinder, selanjutnya kembali ke pompa air melalui sirkuit by pass.
Gambar 14.
Sistem Pendingin dengan Letak Thermostat pada Saluran Air Masuk
Pada saat temperatur air pendingin menjadi tinggi, maka
thermostat membuka saluran air dan by
pass valve menutup. Air yang telah panas mengalir ke radiator untuk
didinginkan, selanjutnya melalui thermostat
dan kembali ke pompa air.
Thermostat
dirancang untuk mempertahankan agar temperatur cairan pendingin dalam batas
yang diijinkan. Pada umumnya efisiensi operasi mesin yang tertinggi apabila
temperaturnya kira-kira pada 80°–90° C. Kerja thermostat tergantung oleh suhu, apabila suhunya naik maka thermostat membuka dan sebaliknya. Hal
tersebut dapat terjadi karena didalam thermostat
terdapat wax yang volumenya akan
berubah apabila suhunya juga berubah. Perubahan volume akan menyebabkan
silinder bergerak turun atau naik, mengakibatkan katup membuka atau menutup.
|
|
Gambar 15. Cara Kerja
Thermostat
Pada thermostat juga dilengkapi dengan jiggle valve yang digunakan untuk mengalirkan air pada saat
menambahkan cairan pendingin ke dalam sistem.
a. Dengan katup bypass
|
b. Tanpa katup bypass
|
Gambar 16. Macam Thermostat
4) Kipas pendingin
Kipas pada sistem pendingin digunakan untuk membantu
proses pendinginan yang sudah dilakukan radiator. Pada proses pendinginan,
radiator didinginkan oleh udara luar, tetapi pendinginannya belum cukup bila
kendaraan tidak bergerak. Kipas pendingin ditempatkan di bagian belakang
radiator. Penggerak kipas pendingin adalah mesin itu sendiri melalui sabuk (belt) atau motor listrik.
(1) Kipas
pendingin yang digerakkan poros engkol
Kipas pendingin jenis ini digerakkan terus menerus oleh
poros engkol melalui tali kipas. Kecepatan kipas berubah sesuai dengan
kecepatan mesin.
Gambar 17. Kipas Pendingin
yang Digerakkan Poros Engkol
Putaran kipas belum cukup besar apabila mesin masih
berputar lambat, tetapi apabila mesin berputar dengan kecepatan tinggi,
kipaspun berputar dengan kecepatan tinggi pula. Hal tersebut akan menambah
tahanan sehingga kehilangan tenaga dan menimbulkan bunyi pada kipas. Untuk
mencegah hal tersebut maka biasanya antara pompa air dan kipas pendingin
dipasang sebuah kopling fluida.
(2) Kipas pendingin yang digerakkan motor listrik
Berputarnya kipas pendingin yang digerakkan oleh motor
listrik terjadi pada saat temperatur air pendingin panas. Temperatur air
pendingin dikirimkan ke motor listrik melalui sinyal yang terdapat pada kepala
silinder. Pada saat temperatur meningkat pada suatu tingkat yang ditetapkan,
sinyal tersebut merangsang motor relay
untuk menggerakkan motor listrik yang kemudian menggerakkan kipas pendingin.
Dengan demikian kipas akan bekerja pada saat yang dibutuhkan, sehingga
temperatur mesin dapat dicapai lebih cepat. Disamping itu juga membantu
mengurangi suara bising yang ditimbulkan kipas pendingin.
Gambar 18. Kipas Pendingin
yang digerakkan Motor Listrik
Berputarnya kipas pendingin apabila temperatur mesin
melebihi 93° C. Hal tersebut diatur oleh coolant
temperatur switch yang dipasang pada saluran air keluar dari mesin ke
radiator dan relay dari motor
listrik.
Apabila kunci kontak pada posisi ON, mesin berputar dan
temperatur air pendingin di bawah 93° C seperti terlihat pada gambar 35, coolant temperatur switch pada keadaan
ini titik kontaknya dalam keadaan tertutup sehingga arus listrik mengalir
melalui kunci kontak, relay, titik
kontak coolant temperatur switch dan
ke massa. Arus listrik yang mengalir pada relay
akan menyebabkan titik kontak pada relay
terbuka sehingga arus listrik yang ke motor listrik tidak mengalir sehingga
kipas tidak berputar.
Gambar 19. Cara Kerja Motor Penggerak Kipas saat Mesin
Dingin
Apabila temperatur air pendingin melebihi 93° C, titik
kontak pada coolant temperatur switch
akan terbuka yang selanjutnya akan menyebabkan relay tidak bekerja dan titik kontaknya saling berhubungan. Pada
keadaan ini arus listrik akan mengalir dari baterai ke motor listrik melalui
kunci kontak dan titik kontak relay sehingga motor berputar bersama dengan
kipas yang selanjutnya mengalirkan udara melalui inti radiator seperti terlihat
pada gambar 36.
Gambar 20. Cara Kerja Motor Penggerak Kipas
saat Mesin Panas