SISTEM PENGEREMAN

Sistem pengereman (Brake System) adalah sebuah sistem mekanis yang berfungsi untuk menghalangi suatu gerakan. Jika dilihat dari prinsip kerjanya, sistem pengereman berlawanan dengan sistem kopling. Sistem kopling berfungsi untuk mentransmisikan gerak antara poros penggerak dengan poros yang digerakkan. Untuk pembahasan yang lebih dalam mengenai sistem kopling, Anda dapat membaca artikel kami di sini.
Sesuai dengan rumusan K = mv²/2, besar gaya kinetik akan naik sebesar kuadrat dari kecepatan suatu benda, sehingga sebuah benda yang memiliki kecepatan 10 m/s memiliki gaya kinetik 100 kali lebih besar daripada benda yang bergerak dengan kecepatan 1 m/s. Hal ini juga menandakan bahwa benda yang bergerak pada 10 m/s tadi membutuhkan jarak pengereman yang lebih jauh 100 kali daripada benda yang berkecepatan 1 m/s.

Sistem Pengereman Pada Mobil

Secara teori sistem pengereman mengurangi kecepatan suatu benda dengan jalan mengkonversi energi kinetik yang ada padanya ke dalam bentuk lain. Pada rem cakram atau tromol kendaraan bermotor misalnya, ia mengubah gaya kinetik pada putaran poros roda menjadi energi panas dan secara berangsur-angsur udara panas tersebut dilepaskan ke atmosfer.
Rem tromol atau cakram di atas termasuk ke dalam jenis rem friksi yang menggunakan gaya gesek dalam bekerja. Disamping itu juga ada beberapa jenis sistem rem yang lain, berikut di antaranya:
1. Rem Friksi
Jenis rem ini adalah yang paling umum digunakan dan paling banyak dipahami oleh orang-orang. Kendaraan-kendaraan bermotor menggunakan sistem pengereman ini. Rem dengan jenis ini menggunakan gaya gesek untuk mengurangi kecepatan dari sebuah benda yang bergerak. Pada kendaraan bermotor kita mengenal rem tromol (drum brake) serta rem cakram (disc brake) yang keduanya termasuk ke dalam jenis rem friksi. Rem hidrodinamik juga termasuk ke dalam sistem rem friksi. Rem hidrodinamik adalah sistem rem yang digunakan pada media fluida. Contoh dari rem ini adalah rem parasut pada mobil-mobil balap drag race, dan juga rem yang digunakan pada pesawat terbang saat berada di udara.
2. Rem Pompa
Apakah Anda mengenal istilah”Engine Brake“? Engine brake adalah pada saat sebuah sistem motor bakar yang sedang bekerja pada putaran/rpm tertentu, secara tiba-tiba dihentikan supply bahan bakarnya. Sehingga yang masuk ke ruang bakar hanya udara saja. Karena pada ruang bakar mesin tidak terjadi ledakan proses pembakaran, maka gerakan piston menjadi proses kompresi udara yang menggunakan tenaga dari putaran poros. Jika mesin tersebut adalah sebuah truk diesel, maka pada saat engine brake berlangsung, tenaga dorong truk akibat kelembamannya dihambat oleh piston mesinnya yang tidak mengalami proses pembakaran. Engine brake inilah yang dimaksud dengan pengereman dengan sistem pompa.

Video Engine Brake

Pada dunia otomotif ada sebuah alat tambahan pada mesin diesel bernama “Jake Brake“. Saat diaktifkan, alat ini berfungsi untuk membuka katub exhaust ruang silinder setelah siklus kompresi, menyebabkan udara di dalam silinder keluar dan memperlambat putaran mesin.
3. Rem Elektromagnetik
Sistem pengereman ini menggunakan gaya elektromagnetik untuk memperlambat suatu gerakan, yang umumnya adalah gerakan poros. Sebuah piringan dengan bahan logam non-ferromagnetik terpasang sebuah poros berputar. Piringan tersebut diapit oleh sisi stator berupa sistem lilitan elektromagnetik yang dapat membangkitkan medan magnet dari aliran listrik. Arus listrik menimbulkan medan magnet pada lilitan. Dan logam piringan yang memotong medan magnet tersebut akan menimbulkan arus eddy pada piringan itu sendiri. Arus eddy ini akan menimbulkan medan magnet yang arahnya berlawanan dengan medan magnet sebelumnya, sehingga menghambat gerakan putar dari poros tersebut.

Prinsip Rem Elektromagnetik

4. Rem Regeneratif
Pengereman regeneratif, atau yang lebih dikenal dalam Bahasa Inggris dengan istilah regenerative braking, menjadi satu model sistem pengereman yang dapat meminimalisir energi terbuang pada sistem pengereman konvensional. Secara etimologi regenerative berasal dari kata re-generate yang berarti dibangkitkan kembali atau singkat kata diregenerasi. Sehingga secara garis besar pengereman regeneratif adalah sebuah sistem pengereman dengan jalan mengkonversikan energi mekanis sistem menjadi bentuk energi lain yang dapat disimpan untuk digunakan kembali nanti pada saat dibutuhkan

MACAM MACAM SISTEM TRANSMISI

Sistem transmisi menjadi salah satu bagian dari sebuah sistem mesin penggerak yang berfungsi untuk mentransmisikan kecepatan, daya, dan torsi dari mesin penggerak ke bagian (poros) yang digerakkan, dengan perbandingan/rasio transmisi tertentu. Tenaga putar yang dihasilkan oleh mesin penggerak selalu memiliki nilai torsi optimum pada RPM tertentu, sedangkan kondisi beban yang dihadapi oleh mesin tersebut cenderung bervariasi. Kita akan mendapatkan efisiensi optimum mesin penggerak jika ia dapat selalu bekerja pada RPM optimumnya, dan untuk mengatasi variasi beban yang ada maka digunakanlah sistem transmisi yang dapat kita variasikan rasio transmisinya.
Namun jika pada sebuah sistem mesin penggerak beban yang ada adalah konstan, maka sistem transmisi yang digunakan adalah sistem transmisi tetap. Artinya adalah sistem ini mentransmisikan putaran mesin ke poros yang digerakkan dengan rasio yang tetap. Sistem transmisi tetap ini tidak akan kita bahas pada artikel ini. Yang akan kita bahas adalah sistem transmisi kendaraan bermotor yang tentu saja dapat kita variasikan rasio transmisinya (baca: percepatan). Dan berikut adalah macam-macam sistem transmisi tersebut:

Transmisi Gearbox Manual
Sesuai dengan namanya, transmisi gearbox menggunakan serangkaian roda gigi yang diatur sedemikian rupa sehingga dapat mentransmisikan putaran mesin pada berbagai rasio percepatan. Berbagai desain gearbox manual motor dan mobil telah dikembangkan. Ada 4-percepatan, 5-percepatan, 6-percepatan, dan lain sebagainya. Pemindahan percepatan pada transmisi gearbox manual dilakukan oleh pengendara kendaraan secara manual.

Transmisi Gearbox Manual

Transmisi gearbox manual memiliki karakteristik pemilihan rasio percepatan yang dipilih dengan jalan “mengunci” posisi roda gigi pada poros output. Pada saat pemindahan rasio dari posisi gigi satu ke yang lainnya, diperlukan komponen lain yaitu kopling yang melepas sementara putaran mesin penggerak ke poros penggerak.

Sistem transmisi gearbox manual masih dibagi ke dalam beberapa tipe berdasarkan prinsip kerjanya. Berikut diantaranya :

1. Transmisi Gearbox Sekuensial. Perpindahan rasio kecepatan pada sistem transmisi sekuensial terjadi secara berurutan. Sistem ini diadaptasi oleh sepeda-sepeda motor. Pada sepeda motor 4-percepatan misalnya, pemindahan rasionya harus selalu berurutan dari N-1-2-3- dan 4. Dari posisi 1 tidak bisa melompat ke posisi 3, dari 4 tidak bisa lompat ke posisi 2.
   
   Transmisi Manual Sepeda Motor
   Tuas persneling sepeda motor bekerja dengan sistem roda gigi searah, yang mengkonversikan gerakan dorongan ke depan dan ke belakang menjadi gerakan berputar. Gerakan putar tersebut menggerakkan sebuah barel selektor yang terdapat tiga atau empat tuas terpasang di sekitar barel tersebut. Tuas barel bergerak berdasarkan posisi putar dari barel. Tuas inilah yang menggerakkan posisi roda gigi sehingga didapatkan putaran keluar poros yang diinginkan.
2. Transmisi Gearbox non-Sekuensial. Transmisi jenis ini memungkinkan kita untuk memindahkan posisi roda gigi secara acak atau tidak berurutan. Sistem ini umum diadopsi oleh mobil, truk, dan kendaraan lainnya. Sistem ini memungkinkan kita untuk memilih posisi gigi langsung ke 2 tanpa harus melewati posisi gigi 1.
   
   
3. Transmisi Gearbox Tanpa Sinkronisasi. Desain sistem transmisi gearbox untuk pertama kali diperkenalkan oleh Louis-René Panhard dan Emile Levassor pada akhir abad ke-19. Mereka sudah mengembangkan sistem transmisi gearbox dengan beberapa roda gigi yang multi-rasio. Pemindahan gigi harus dilakukan pada saat kecepatan putar roda gigi penggerak sama dengan kecepatan putaran roda gigi yang digerakkan. Hal ini dilakukan dengan jalan mengatur besar tekanan pedal akselerasi mesin (pedal gas) sehingga didapatkan RPM yang tepat saat memindah gigi tersebut. Jika RPM tidak tepat, roda gigi tidak akan ter-engage di posisi yang diinginkan. Sekalipun kendaraan bermotor saat ini sudah umum menggunakan sistem transmisi synchronized, namun sistem transmisi non-synchronized masih banyak digunakan. Sistem ini biasa digunakan pada mesin truk-truk besar, sepeda motor balap, dan juga mobil-mobil balap. Tidak digunakannya sistem transmisi synchronized pada kendaraan-kendaraan balap adalah karena adanya sistem kopling yang lebih rentan terhadap keausan daripada roda gigi yang ada. Alasan lainnya adalah karena secara mekanis desain transmisi non-sinkronisasi lebih stabil (reliable) dan lebih murah. Selain itu pemindahan antar gigi pada sistem non-sinkronisasi lebih cepat dibandingkan pada sistem synchronized, yang menjadi satu poin penting pada setiap balap motor maupun mobil.
4. Transmisi Gearbox Dengan Sinkronisasi. Gearbox dengan sinkronisasi terdiri atas dua poros utama yang keduanya terdapat roda gigi-roda gigi yang saling bertemu, sehingga roda gigi penggerak selalu menggerakkan roda gigi yang digerakkan. Namun roda gigi yang digerakkan dapat berputar bebas, atau terkunci dengan porosnya sehingga poros ikut berputar. Sistem pengunci roda gigi mengatur roda gigi mana yang akan digunakan sesuai dengan tuas pemindah yang mengaturnya. Pada sistem ini digunakan sistem kopling yang dapat mengatur putaran poros, sehingga pada saat pemindahan roda gigi dapat berjalan halus.
5. Transmisi Gearbox Pre-Selektor. Sesuai dengan namanya, pengendara kendaraan dengan sistem transmisi pre-selektor menentukan rasio roda gigi yang akan digunakan sebelum proses perpindahan gigi pada sistem gearbox terjadi.

Transmisi Gearbox Otomatis

 Perpindahan antar rasio roda gigi pada sistem gearbox ini terjadi secara otomatis tanpa proses inisiasi dari pengendara. Pengendara cukup memilih transmisi D (Drive) untuk maju, R (Reverse) untuk mundur, P (Parking) untuk posisi parkir, dan N untuk posisi netral. Sekali saja pengendara memilih transmisi D, maka sistem transmisi akan secara otomatis memindah transmisinya ke berbagai rasio sesuai dengan kecepatan kendaraan dan medan yang dihadapi.
Saat ini perkembangan teknologi otomatisasi sistem transmisi gearbox sangat maju pesat. Hampir seluruh pabrikan merk mobil ternama mengembangkan teknologi sistem transmisi otomatis dengan teknologi yang berbeda-beda dan telah menjadi trademark masing-masing pabrikan tersebut. Menurut pendapat saya, sangat perlu bagi kita untuk mempelajari perkembangan teknologi ini. 

Sistem Transmisi Hidrolik Otomatis
Sebelum saya sebutkan dan jelaskan mengenai macam-macam teknologi sistem transmisi otomatis yang telah dikembangkan oleh berbagai merk mobil, saya akan menjelaskan satu teknologi dasar sistem transmisi gearbox otomatis yaitu sistem transmisi hidrolik otomatis. Sistem transmisi hidrolik adalah pengembangan dari sistem hidrolis berupa fluid coupling yang digabungkan dengan penggunaan sistem transmisi roda gigi di dalamnya. Komponen-komponen utama pada sistem transmisi hidrolis otomatis adalah sebagai berikut:

• Torsi Konverter (Torque Converter). Torsi konverter merupakan pengembangan dari kopling hidrolik (fluid coupling: baca artikel berikut) yang berfungsi untuk menghubungkan antara poros penggerak dari mesin dengan poros sistem transmisi gearbox otomatis. Torsi konverter menggantikan fungsi kopling gesek pada sistem transmisi manual. Hal ini bertujuan agar mesin penggerak dapat selalu bekerja sekalipun kendaraan dalam kondisi diam.
  
  Komponen-komponen Torque Converter
  Berbeda dengan fluid coupling, karakteristik torsi konverter adalah dapat meningkatkan torsi putaran pada saat kecepatan putaran poros penggerak berbeda dengan kecepatan putaran poros transmisi. Hal ini disebabkan karena adanya satu komponen berupa sudu stator yang terletak di tengah-tengah antara pompa dan turbin hidrolis.
• Pompa Hidrolis. Sebuah sistem transmisi hidrolis otomatis pasti membutuhkan pompa hidrolis berjenis pompa roda gigi yang dipasang pada poros di tengah-tengah antara torsi konverter dan sistem roda gigi. Pompa ini berfungsi untuk membangkitkan tekanan pada oli hidrolis yang selanjutnya digunakan untuk komponen-komponen sistem yang lain.
  
  Pompa Roda Gigi Pada Transmisi Otomatis
  Sumber penggerak dan pembangkit tekanan dari pompa ini adalah torsi konverter, sehingga semakin cepat putaran mesin maka akan semakin cepat pula debit aliran oli hidrolis yang dialirkan. Sedangkan tekanan yang dibangkitkan, juga tergantung dari kondisi beban (medan jalan) yang dihadapi kendaraan. Jika medan yang dihadapi berat, maka tekanan oli hidrolis juga akan tinggi. Konsep ini yang nantinya digunakan pada saat pemilihan rasio roda gigi transmisi secara otomatis.
• Sistem Planetary Gear. Komponen paling utama pada sistem transmisi otomatis adalah sebuah rangkaian sistem roda gigi planet. Sistem gearbox ini terdiri dari tiga bagian roda gigi yaitu roda gigi matahari, roda gigi planet, dan roda gigi luar. Hanya dengan mengatur konfigurasi distribusi putaran pada roda gigi sistem gearbox ini, kita akan mendapatkan 4 macam variasi sistem transmisi yaitu 3 transmisi maju (putaran searah) dan 1 transmisi mundur (putaran terbalik).
  
  Roda Gigi Planet
  Tiga komponen roda gigi planet tersebut, masing-masing dapat menjadi roda gigi penggerak, roda gigi yang digerakkan, atau roda gigi yang diam. Penentuan konfigurasi roda gigi tersebut akan menghasilkan perbandingan rasio yang beragam. Perhatikan jika kita tentukan jumlah gigi pada roda gigi luar adalah 72, dan roda gigi matahari adalah 30, maka akan kita dapatkan beberapa macam rasio gearbox dengan mengatur konfigurasi roda gigi tersebut. Perhatikan tabel berikut ini.
  
  
  Rasio Roda Gigi Planetary
  Sebagai tambahan, jika ada dua dari tiga roda gigi berada pada posisi lock-stationer (diam-terkunci), maka akan didapatkan rasio roda gigi 1:1. Sehingga secara keseluruhan terdapat 4 rasio roda gigi yang berbeda hanya dengan satu sistem roda gigi planetary ini, yaitu 3,4:1 (maju), 1:1 (maju), 0,71:1 (maju-overdrive), serta -2,4:1 (mundur).
  
  
  Mekanisme Perpindahan Rasio Planetary Gear
• Sistem Kontrol Hidrolis. Sistem transmisi otomatis membutuhkan sebuah sistem kontrol otomatis untuk mengatur perpindahan roda gigi pada planetary gear. Sistem kontrol ini berfungsi untuk mengatur locking dan unlocking roda gigi planetary terhadap poros penggerak atau poros yang digerakkan. Tiap-tiap roda gigi pada sistem planetary gear harus dapat ter-coupling atau juga ter-uncoupling (lepas) dari poros penggerak ataupun poros yang digerakkan.
  
  
  Sistem Kontrol Hidrolis Pada Transmisi Otomatis Mitsubishi Pajero th. 2001
  Sebuah sistem kontrol hidrolis transmisi otomatis memiliki komponen-komponen berupa kopling gesek (clutch), pita baja (bands), piston hidrolis, spring-loaded valve, sensor beban mesin, dan shift valve. Berikut adalah fungsi dari masing-masing komponen tersebut:
  
  • Kopling gesek menjadi penghubung antara poros penggerak maupun poros yang digerakkan dengan roda gigi-roda gigi planetary gear. Kopling gesek ini didesain secara kompleks sehingga masing-masing roda gigi dapat terhubung dengan poros yang digerakkan maupun poros penggerak.
    
    Salah satu kopling pada transmisi otomatis
    Satu sistem transmisi otomatis yang menggunakan planetary gear menggunakan 4 kopling gesek untuk mengatur kinerja roda gigi-roda gigi-nya. Satu kopling gesek diaktuasi oleh piston yang dilengkapi dengan pegas. Piston ini bekerja berdasarkan tekanan oli hidrolis, jika tekanan cukup maka piston akan teraktuasi, dan jika tekanan rendah maka piston akan kembali ke posisi awal dengan bantuan pegas di dalamnya.
  • Pita baja (bands) berfungsi untuk mengunci roda gigi planetary gear pada posisi stasioner (diam). Seperti halnya kopling, pita baja ini diaktuasi oleh piston yang juga bekerja berdasarkan tekanan oli hidrolis yang di-supply padanya. Jika piston teraktuasi, maka pita baja yang terletak melingkari roda gigi akan mengunci roda gigi tersebut dan menghubungkannya dengan bodi sistem transmisi sehingga roda gigi berada pada posisi stasioner.
    
    Pita Baja Transmisi Otomatis
  • Spring-loaded valve berfungsi sebagai sensor kecepatan putaran poros output yang terhubung dengan roda penggerak. Semakin cepat putaran poros, maka akan semakin besar bukaan valve ini sehingga supply tekanan oli hidrolis kepada sistem semakin besar. Jika putaran poros semakin pelan, maka valve akan semakin menutup yang dibantu dengan pegas yang ada di dalamnya.
    
    Spring-loaded valve terletak di dalam governor
  • Sistem transmisi otomatis harus mengetahui seberapa berat mesin bekerja, agar perpindahan rasio transmisi bisa sesuai dengan beban mesin yang dihadapi. Sehingga digunakanlah sensor beban mesin sebagai satu komponen utamanya. Sensor ini dapat menggunakan dua cara, cara yang pertama adalah dengan menggunakan kabel yang terhubung antara posisi pedal gas dengan sistem transmisi. Jika pedal gas semakin dalam ditekan, maka tekanan pada kabel juga meningkat. Cara yang kedua adalah dengan menggunakan modulator vakum, dengan menghubungkan intake manifold dengan sistem transmisi (shift valve). Semakin besar beban mesin, maka modulator vakum akan membaca kondisi sistem semakin vakum.
  • Shift valve adalah sebuah komponen yang bertugas untuk mengatur supply oli hidrolis yang akan menuju piston aktuator pada kopling dan pita baja. Tiap-tiap perpindahan rasio transmisi dibutuhkan satu shift valve, untuk rasio 1 dan 2 misalnya dibutuhkan satu shift valve, begitu pula dengan perpindahan rasio yang lain (2-3; 3-4). Tiap-tiap shift valve memiliki tekanan kerja yang berbeda-beda, semakin tinggi posisi shift valve, maka akan semakin tinggi tekanan kerja hidrolisnya. Sehingga perpindahan rasio transmisi tergantung tekanan kerja hidrolis yang diatur oleh spring-loaded valve sesuai dengan kecepatan putaran poros roda, yang selanjutnya akan mengaktuasi shift valve pada titik tekanan tertentu.
    
    Sistem Shift Valve
    Shift valve dan sensor beban mesin bekerja secara berlawanan. Tujuannya adalah jika beban mesin tinggi, maka shift valve tidak akan terlalu buru2 untuk berpindah ke rasio selanjutnya sampai tekanan kerja yang sesuai dengan spesifikasinya terpenuhi.
    

CARA KERJA TURBOCHARGER

Turbo atau juga biasa dikenal dengan turbocharger adalah sebuah komponen tambahan motor bakar yang berfungsi untuk menambah jumlah udara yang masuk ke dalam ruang bakar, dengan memanfaatkan energi panas yang terkandung di dalam gas buang mesin. Gas buang yang masih mengandung energi panas dilewatkan ke sebuah turbin untuk mengubah energi panas tersebut menjadi energi mekanis putaran poros. Sebuah kompresor yang berada satu poros dengan turbin, memanfaatkan energi mekanik tadi untuk men-supply lebih banyak udara ke dalam ruang bakar. Jika pada satu siklus motor bakar udara yang dimasukkan ke dalam ruang bakar lebih banyak kuantitasnya, maka dimungkinkan juga dalam satu siklus tersebut, bahan bakar yang dimasukan ke dalam ruang bakar juga menjadi lebih banyak.

Prinsip Kerja Turbo
(Sumber)

Pada kondisi normal motor bakar torak, udara masuk ke dalam ruang bakar adalah akibat dari gerakan hisap dari torak. Gerakan hisap torak akan menciptakan tekanan negatif di dalam ruang bakar, yang jika diikuti dengan terbukanya katup manifold, maka udara dalam jumlah tertentu akan masuk ke dalam ruang bakar karena tekanan udara masuk (atmosfer) lebih besar daripada tekanan di dalam ruang bakar. Dan karena putaran siklus motor bakar bekerja dengan sangat cepat, maka udara yang masuk ke ruang bakar pada saat siklus hisap berjumlah relatif sedikit. Jumlah udara yang relatif sedikit ini akan diikuti pula dengan sedikitnya jumlah bahan bakar yang masuk sesuai dengan setting sistem pencampuran bahan bakar di ruang bakar (karburator maupun injeksi). Dengan kondisi ini, daya mesin yang dihasilkanpun relatif rendah pula.
Penggunaan turbocharger akan meningkatkan daya keluaran motor bakar. Karena kompresor dari turbo akan meningkatkan tekanan dan kuantitas udara yang masuk ke ruang bakar pada saat siklus hisap. Secara otomatis, kuantitas campuran udara dan bahan bakar yang masuk ke dalam ruang bakar pada satu siklus motor akan lebih banyak. Kuantitas campuran bahan bakar dan udara yang lebih banyak inilah yang menghasilkan daya total siklus menjadi lebih besar daripada mesin konvensional yang tidak menggunakan turbo.

(a) Mesin BMW N26 dengan turbocharge
(b) Mesin BMW M54 tanpa turbocharge

Pembangkitan daya yang relatif lebih besar ini, memungkinkan para produsen kendaraan bermotor untuk mendesain mesin dengan kapasitas ruang bakar kecil, namun menghasilkan daya total yang sama dengan mesin berkapasitas besar. Sebagai salah satu contoh, sejak tahun 2012 produsen mobil BMW membuat mesin N26 berkapasitas 1.997cc yang dilengkapi dengan turbocharge. Mesin ini mampu menghasilkan 241 tenaga kuda pada putaran mesin 6500rpm. Angka tersebut cukup jauh jika dibandingkan dengan mesin BMW M54 (tahun 2000-2006) berkapasitas 2.494cc yang hanya menghasilkan daya 181 tenaga kuda pada putaran 6000rpm.
Turbocharge tersusun atas berbagai komponen. Komponen-komponen tersebut termasuk turbin, kompresor, shaft, dan casing sebagai komponen utamanya. Penggunaan turbo juga didukung oleh berbagai komponen pendukung seperti pendingin udara, sistem ECU (Electric Control Unit), distribusi oli pelumas, dan lain sebagainya.