YUK BELAJAR OTOMOTIF!

*) Muhammad Abdulah Nurhidayat

Saat ini, kendaraan merupakan kebutuhan yang cukup penting, terutama mobil. Selain sebagai gaya hidup, mobil merupakan alat transportasi yang cukup banyak digunakan, baik untuk jarak dekat maupun jauh.

Melalui web ini kami akan menyampaikan secara seri berkaitan dengan Teknik Otomotif dari segala aspeknya.

Untuk postingan pertama ini akan disampaikan tentang sejarah, bodi dan sasis kendaraan.

Latar Belakang Sejarah

Selama berabad-abad, manusia berjalan atau menggunakan hewan untuk memberikan tenaga dalam bertransportasi. Setelah penemuan listrik, uap, dan sistem propulsi bensin, orang menggunakan kendaraan dorongan sendiri (self-propelled vehicles), yaitu kendaraan yang bergerak dengan kekuatannya sendiri.

Tonggak utama dalam pengembangan kendaraan meliputi:

1876	Enjin siklus empat langkah OTTO dikembangkan oleh insinyur Jerman bernama Nikolaus Otto.
1885	Mobil pertama yang menggunakan tenaga dengan enjin bensin siklus OTTO dirancang oleh Karl Friedrick Beary (1844 – 1929).
1892	Rudolf Diesel (1858 -1913) menerima hak paten untuk enjin pembakaran kompresi. Enjin diesel pertama dibuat tahun 1897.
1896	Henry Ford (1863 – 1947) membuat mobil peramanya, dinamakan Quadricycle • LIHAT GAMBAR 1 – 1
1900	Sekitar 4200 mobil telah terjual, terdiri dari: • 40% bertenaga uap • 38% bertenaga baterai/listrik • 22% enjin bertenaga bensin
1902,	Oldsmobile, didirikan oleh Ransom E. Olds (1864 – 1950), pertama kali memproduksi dengan skala besar-besaran, kendaraan dengan harga terjangkau.
1908	William Durant (1861 – 1947) mendirikan General Motors.
1908	Awal pembuatan mobil Ford Model T.
1912	Motor starter listrik ditemukan oleh Charles F. Kettering (1876 – 1558) dari Dayton, Ohio, pertama kali digunakan pada mobil Cadillac. Motor starter tersebut diproduksi oleh perusahaan baru bernama Delco, yang didirikan oleh sebuah perusahaan bernama Dayton Electric Laboratories Company.
1914	Mobil pertama yang 100% bodinya dari baja dibuat oleh Budd Corporation untuk Dodge. Sebelum tahun 1914, semua bodi mobil dibuat dari komponen kayu.
1922	Kendaraan pertama yang ke-empat rodanya menggunakan rem hidrolik dibuat oleh Duesenberg di Indianapolis, Indiana.
1940	Pertama kalinya transmisi otomatis dirintis oleh Oldsmobile.
1973	Kantong udara menjadi bagian penting pada kendaraan yang dibuat oleh General Motors
1985	Sistem pengereman anti-selip (ABS, antilock braking system) dibuat oleh Lincoln
1997	Pertama kalinya kendaraan yang menggunakan kontrol stabilitas secara elektronik dibuat oleh Cadillac

GAMBAR 1-1 Sebuah mobil Ford Quadricycle dibuat oleh Henry Ford.

Bodi Kendaraan

Pada awalnya kendaraan bermotor itu hanyalah merubah dari kereta kuda. Enjin dan persneling dipasangkan pada kereta yang dimodifikasi sehingga diistilahkan dengan “kereta tanpa kuda”. (LIHAT GAMBAR 1-2.)

Hingga pada tahun 1930-an pada beberapa jenis mobil mulai terjadi perubahan pada bodi kendaraan yang menggunakan rangka baja. Sebagian bodi mobil pada saat itu masih menggunakan rangka dari kayu atau baja untuk mendukung komponen-komponen sasis.

GAMBAR 1-2 Sebagian besar bodi kendaraan terbuat dari kerangka kayu sampai tahun 1920-an.

Sistem Sasis

Sistem sasis kendaraan terdiri dari komponen-komponen sbb:

1. Rangka atau bodi kendaraan, yang digunakan untuk mendukung atau dudukan komponen-komponen suspensi dan kemudi termasuk juga transmisi atau persneling.
2. Sistem suspensi kendaraan, untuk menghasilkan pengendaraan yang nyaman terhadap pengemudi dan penumpang serta membantu ban agar tetap menapak pada permukaan jalan ketika dikendarai. Sistem suspensi terdiri dari pegas dan lengan kontrol sehingga menyebabkan roda-rodanya mampu bergerak naik dan turun dengan ban tetap menapak pada permukaan jalan.
3. Sistem rem pada kendaraan digunakan untuk memperlambat dan menghentikan putaran roda-roda, sehingga kendaraan tersebut akan berhenti. Sistem rem terdiri dari pedal rem, silinder master, roda-rem pada setiap roda-rodanya. Ada dua tipe roda-rem yang digunakan, yaitu rem cakram terdiri dari kaliper, yang akan mengeluarkan gaya pada kedua sisi pad rem untuk menjepit cakram atau rotor yang berputar. Kemudian Rem teromol dengan menggunakan sepatu rem yang dikenai tekanan hidrolik ke arah luar melawan putaran teromol roda. Teromol yang dipasang velg roda akan menghentikan putaran roda-roda kendaraan. Teromol roda pada umumnya digunakan pada roda belakang kendaraan.
4. Velg dan ban – roda-roda dipasang pada bantalan hub poros. Ban harus mampu menyediakan traksi untuk percepatan, pengereman dan berbelok, untuk menghasilkan kenyamanan berkendaraan. Velg dibuat dari baja atau paduan aluminium dan dipasang pada hub kendaraan menggunakan baut-baut yang harus diketatkan secara benar sesuai dengan torsinya.

Komponen-komponen sasis terdiri dari:

• Suspensi depan dan belakang
• Poros dan hub (sebagai tumpuan velg dan ban)
• Mekanisme kemudi
• Enjin dan transmisi
• Penggerak akhir diferensial dan poros

GAMBAR 1-3 memperlihatkan sasis secara lengkap tanpa menggunakan bodi.

Beberapa kendaraan pada tahun 1920-an dan 1930-an bagian bodinya dibuat oleh perusahaan lain. Pada akhirnya, banyak bodi kendaraan yang dibuat dari baja dan tanpa menggunakan rangka untuk dudukan penggerak dan suspensi.

GAMBAR 1-3 Sebuah sasis kendaraan tahun 1950-an yang memperlihatkan enjin, persneling, rangka dan suspensi.

Rangka dan Bodi Kendaraan

Konstruksi rangka kendaraan biasanya terdiri dari balok baja bentuk-U yang dilas dan/atau disatukan dengan baut/paku keling. Kendaraan yang rangka dan bodinya terpisah dinamakan kendaraan bodi-pada-rangka (BOF, body-on-frame). Berbagai istilah digunakan untuk menandai atau menjelaskan tentang rangka kendaraan, diantaranya:

GAMBAR 1-4 Nama bagian-bagian bodi

KONSTRUKSI BODI-MENYATU Konstruksi bodi-menyatu (disebut juga dengan unibody) dirancang dengan menggabungkan struktur rangka dan bodi. Bodi tersebut disusun dari beberapa panel baja-cetak yang kemudian dilakukan pengelasan. Kekuatan konstruksi tipe ini membentang pada bentuk rakitannya. Kendaraan tipe ini menggunakan sekitar 300 panel baja-cetak yang disatukan dengan cara pengelasan titik. • LIHAT GAMBAR 1-5.

CATATAN:  Sebuah  kendaraan  bisa mencapai 10.000  bagian yang terpisah.

GAMBAR 1-5 Perhatikan alur tulang rusuk dan beberapa lembaran logam baja yang digunakan pada kontruksi bodi ini.

KONSTRUKSI RANGKA-RUANG Konstruksi rangka-ruang terdiri dari lembar baja yang berbentuk konstruksi kerangka kerja pada seluruh kendaraan. Kendaraan mampu bergerak tanpa bodi, dengan menggunakan panel baja atau plastik untuk menutup kerangka kerja. • LIHAT GAMBAR 1-6

GAMBAR 1-6 Sebuah mobil Corvette tanpa bodi. Perhatikan bahwa kendaraan tersebut cukup layak untuk dikendarai. Foto ini diambil di Musium Corvette di Bowling Green, Kentucky.

Evolusi Desain Enjin

Semua enjin bensin dan diesel dinamakan enjin pembakaran internal (internal combustion engine) dan didesain untuk mengkompresikan campuran agar dapat dibakar. Campuran ini dinyalakan dengan menggunakan busi (bensin) atau kompresi panas (diesel).  Pada mulanya enjin menggunakan katup yang ditempatkan pada blok enjin, yang juga terdapat silinder tempat dipasangnya piston. Piston dihubungkan ke poros engkol, untuk merubah gerak bolak-balik piston menjadi gaya putar yang digunakan untuk menggerakkan kendaraan.

DESAIN TIPE SEGARIS VERSUS TIPE-V Pada mulanya enjin menggunakan empat atau enam silinder segaris. Sehingga dinamakan enjin segaris yang sampai saat ini tetap diproduksi. Beberapa enjin yang menggunakan 4, 6, 8, 10, 12, atau 16 silinder diatur dengan mengelompokkan setengah silindernya sehingga membentuk “V” dan dihubungkan ke poros engkol pada bagian bawah “V.” Poros engkol merubah gerak naik dan turun piston menjadi gerak putar, sehingga enjin tersebut menghasilkan daya untuk menggerakkan roda-roda penggerak.

DESAIN LOKASI KATUP Desain katup-katup yang ditempatkan pada blok enjin dinamakan desain kepala silinder datar, karena kepala silindernya secara sederhana menutup ruang bakar dan termasuk lubang untuk busi. Pada blok enjin ini terdapat saluan-saluran untuk pendingin, pelumas dan sistem pendukung enjin lainnya.  • LIHAT GAMBAR 1-7.

GAMBAR 1-7 Sebuah enjin V-8 Ford kepala datar. Enjin ini dirancang dan digunakan oleh Ford Motor Company dari tahun 1932 hingga tahun 1953. Pada desain kepala datar ini, katup-katup ditempatkan di samping silinder.

GAMBAR 1-8 Penampang enjin kepala datar dengan posisi katup – T disamping blok silinder.

Mulai tahun 1950-an sebagian besar enjin di desain dengan menempatkan katup-katup pada kepala silinder. Yang demikian dinamakan desain katup diatas kepala silinder (OHV, overhead valve).

Perkembangan selanjutnya adalah desain enjin poros kem diatas kepala silinder (OHC, overhead camshaft). Jika menggunakan satu poros kem dinamakan poros kem tunggal diatas kepala silinder (SOHC, single overhead camshaft), apabila menggunakan dua buah poros kem dinamakan poros kem ganda diatas kepala silinder (DOHC, double overhead camshaft). Penempatan poros kem seperti ini akan menghasilkan aliran udara masuk dan pengeluaran gas buang yang lebih baik.

Untuk mengurangi emisi dan juga penghematan bahan bakar, maka perlu merubah desain enjin kendaraan yang lebih unggul. Perubahan itu diantaranya:

• Sistem pengapian elektronik
• Injeksi bahan bakar elektronik
• Kontrol enjin melalui komputer
• Piranti kontrol emisi, diantaranya konverter katalitik yang digunakan pada sistem gas buang untuk mengurangi emisi
• Meningkatkan kemampuan oli enjin untuk membantu mengurangi gesekan dan mengurangi emisi

Tinjauan Sistem Enjin

Setiap enjin membutuhkan berbagai sistem agar dapat berfungsi dengan benar.

SISTEM PENDINGINAN Pada sebagian besar enjin tua berpendingin udara. Saat ini enjin yang diproduksi sudah berpendingin cairan. Pendingin disirkulasikan oleh pompa air melalui saluran-saluran di dalam blok silinder dan dan kepala silinder yang dinamakan mantel air. Pendingin (coolant) adalah campuran zat antibeku dan air untuk mencegah korosi dan pembekuan. Setelah pendingin tersebut menyerap panas dari enjin, selanjutnya akan mengalir melalui radiator, yang akan mendinginkan pendingin tersebut dengan cara mengeluarkan panas ke udara. Temperatur pendingin diatur  oleh termostat yang ditempatkan di dalam saluran pendingin, yang akan membuka agar pendingin mengalir ke radiator atau menutup hingga pendingin tersebut cukup panas sesuai dengan kebutuhan pendinginan

SISTEM PELUMASAN Semua enjin memerlukan pasokan oli pelumasan untuk mengurangi gesekan dan membantu mendinginkan enjin. Pada sebagian besar  enjin dilengkapi dengan karter (oil pan), yang juga dinamakan bah oli (oil sump), yang mampu menampung 3 hingga 7 liter oli. Sebuah enjin menggerakkan pompa oli untuk mendorong oli yang bertekanan melewati filter oli, yang kemudian melewati saluran-saluran di dalam blok dan kepala silinder yang dinamakan galeri oli, yang kemudian oli tersebut menuju bagian-bagian yang bergerak.

SISTEM PEMASUKAN UDARA  Semua enjin, baik itu enjin bensin maupun enjin diesel, menghisap udara dari atamosfir. Sekitar 2.377 liter udara yang diperlukan untuk membakar 1 liter bensin. Udara harus dihisap dan tidak boleh ada air dari jalanan yang ikut masuk ke dalam enjin. Udara tersebut harus disaring menggunakan filter udara. Setelah udara disaring, selanjutnya akan melewati sebuah katup trotel dan kemudian masuk ke enjin melalui manifold hisap.

SISTEM BAHAN BAKAR  Sistem bahan bakar terdiri dari komponen-komponen dan sistem sbb:

• Tanki bahan bakar
• Saluran dan filter bahan bakar
• Injektor bahan bakar
• Kontrol elektronik pompa bahan bakar dan injeksi bahan bakar

Injektor bahan bakar di desain untuk mengabutkan cairan bensin menjadi butiran-butiran yang sangat kecil sedemikian sehingga bahan bakar tersebut dapat bercampur dengan udara yang masuk ke dalam enjin. Campuran bahan bakar dan udara ini kemudian dinyalakan oleh busi.

PENSTATERAN DAN SISTEM PENGISIAN  Sistem penstateran dan pengisian, terdiri dari baterai, rangkaian, komponen-komponen sistem starter dan sistem pengisian.

SISTEM PENGAPIAN  Sistem pengapian terdiri dari koil yang akan menghasilkan bunga api tegangan tinggi, yaitu  dengan cara menaikkan tegangan baterai melalui modul kontrol pengapian (ICM, ignition control module). Bunga api yang melewati elektroda busi menyalakan campuran udara-bahan bakar di dalam ruang pembakaran yang akan menghasilkan tekanan sehingga mendorong piston ke bawah pada saat langkah kerja.

SISTEM KONTROL EMISI  Sistem kontrol emisi kendaraan termasuk juga pengontrolan uap bensin yang keluar ke atmosfir untuk mengurangi emisi dari gas buang. Emisi bensin yang tidak terbakar dinamakan emisi hidrokarbon (HC) serta gas buang yang terdiri dari karbon monoksida (CO) dan Nitrogen oksida (NO_X). Sistem kontrol emisi penguapan, biasanya dinamakan sistem EVAP (evaporative emission control system) di desain untuk mencegah penguapan bensin ketika dikeluarkan. Sistem kontrol emisi yang lain diantaranya:

• Ventilasi ruang engkol positif (PCV, positive crankcase ventilation). Sistem ini menggunakan katup yang dinamakan katup PCV untuk mengatur aliran gas yang dihasilkan di dalam ruang engkol ketika enjin hidup. Enjin akan menghisap gas ini ke dalam ruang pembakaran yang selanjutnya dibakar untuk membantu mencegah keluarnya gas dari ruang engkol ke atmosfir.
• Resirkulasi gas buang (EGR, exhaust gas recirculation). Sistem EGR mengambil sekitar 3% hingga 7% dari gas buang yang dimasukkan kembali ke ruang hisap sehingga temperatur puncak gas yang terbakan akan turun tujuannya untuk mencegah oksigen (O₂) dan nitrogen (NO) membentuk senyawa nitro-oksida (NO_x).
• Konverter katalitik. Konverter katalitik adalah piranti yang ditempatkan diantara sistem pembuangan dengan dengan enjin, yang menyebabkan terjadi perubahan kimia pada gas buang.
• OBD (On-board diagnostics) artinya bahwa enjin, dalam hal ini sistem manajemen enjin yang dapat menguji dirinya sendiri sehingga mampu beroperasi secara tepat dan juga untuk memperingatkan kepada pengemudi jika mendeteksi adanya kesalahan atau gangguan pada enjin. Lampu tanda peringatan ini dinamakan lampu indikator malfungsi (MIL, malfunction indicator light) dan dilabeli dengan “Check Engine” atau “Service Engine Soon.” Sistem on-board diagnostics saat ini adalah generasi kedua dan dinamakan OBD-II. Alat penguji elektronik yang digunakan dinamakan piranti pindai (scan tools), yang diperlukan untuk mengakses kode-kode ganguan diagnostik (DTCs, diagnostics trouble codes) yang telah disimpan di dalam memori komputer, sensor serta sistem data.