Sunday, June 3, 2007

Freelock & Locker, Apa Bedanya?

Kedua kata tersebut hampir mirip namun memiliki maksud yang berbeda jauh. Kedua kata itu lazim ditemui di khasanah per-4WDan. Agar tidak salah paham mengenai fungsi antara keduanya, berikut ini akan sama sama kita kupas kedua piranti tersebut.

Freelock
Nama lengkap dari alat ini adalah Free Wheel Hub. Dari namanya kita bisa mengambil kesimpulan awal adalah alat untuk melepas hub roda. Free Wheel Hub atau yang lebih tenar dengan nama Free Lock (diambil dari tulisan yang tertera pada face plate benda tersebut) berguna untuk ‘mengisolasi’ as roda dari gerakan hub roda yang berputar bersamaan dengan berputarnya roda kendaraan. Mengapa as roda harus diisolasi dari gerakan hub roda? As roda yang ikut berputar akan mengakibatkan bertambahnya benda yang bergerak seiring jalannya roda, yang mana sedikit banyak hal ini akan berpengaruh pada konsumsi BBM dan panjangnya umur as roda itu sendiri. Dengan mengisolasi gerakan hub roda dari as roda juga berakibat umur telapak ban sedikit lebih awet, dikarenakan roda berputar dengan beban yang lebih ringan sehingga dapat lebih bebas bergerak dan antara poros kiri dan poros kanan benar benar terputus hubungannya.

Di dalam freelock terdapat 2 buah gigi, gigi yang pertama (gigi A) menempel pada body freelock, sedangkan gigi yang kedua (gigi B) berada di dalam gigi yang pertama dan bagian dalamnya menempel pada as roda. Pada posisi “Free”, gigi A terpisah dari gigi B, Gigi A didorong oleh sebuah per agar kedua gigi tersebut tidak berhubungan (gigi A terdorong mendekati face plate). Ketika freelock dipindah ke posisi “Lock”, face plate dari freelock mendorong gigi A kebawah sehingga gigi B berada di dalam gigi A. Dengan terhubungnya gigi A dan gigi B, bodi Freelock yang menempel pada hub roda terhubung dengan as roda sehingga poros roda depan dapat diputar oleh as roda depan ketika posisi transfercase dipindahkan ke 4H atau 4L.

Freelock sendiri memiliki 2 macam, yaitu freelock manual dan freelock automatic. Cara kerja kedua tipe ini sama, hanya metode pengunciannya saja yang berbeda. Untuk freelock manual, posisi “Lock” dan “Free” dapat dipindah dengan cara memutar tuas pada face plate Freelocknya, tentunya sebelum mengaktifkan sistem gerak 4 roda, freelock tersebut harus diaktifkan terlebih dahulu. Untuk freelock automatic (selanjutnya disebut freelock matik), penguncian dilakukan oleh alat yang dapat mendeteksi adanya torsi yang tersalur pada as roda depan. Ketika gerak 4 roda diaktifkan, as roda depan akan berputar dan menimbulkan gaya torsi. Gaya inilah yang ditangkap oleh sensor freelock matik terebut sehingga langsung menurunkan gigi A sehingga posisi gigi B berada di dalam gigi A. Untuk menonfungsikan freelock tersebut, pindahkan tuas transfercase ke posisi 2H, lalu mundurkan mobil beberapa meter, otomatis freelock tersebut akan berpindah ke posisi “Free”. Kerugian dari freelock matik ini, ketika kendaraan melalui jalan turunan panjang yang terjal, ketika torsi pada as roda depan hilang karena posisi pedal gas diangkat, sensor torsi tidak dapat mendeteksi adanya torsi pada roda depan sehingga dapat tiba tiba melepas kuncian pada hub roda depan, tentunya hal ini berbahaya karena pada traksi pada roda depan bisa hilang dengan tiba tiba. Untuk menyiasatinya, ketika melalui turunan model tersebut, mobil tetap harus di gas sedikit agar sensor freelock dapat tetap mendeteksi torsi pada as roda depan.

Selain yang memiliki sensor torsi ini, ada lagi jenis Freelock pneumatik, yaitu operasi penguncian dan pelepasannya mengandalkan tiupan angin yang dihasilkan oleh sebuah katup pneumatik. Ketika tuas transfercase dipindah ke posisi 4H atau 4L, sebuah switch yang terhubung dengan katup pneumatik tersebut membuka katup tersebut dan tiupan udara akan tersalur pada freelock dan mendorong gigi A untuk terhubung dengan gigi B.

Selain jenis jenis diatas, ada lagi alat yang fungsinya mirip dengan Freelock, yaitu ADD (Automatic Disconnecting Differential). Alat tersebut berada diantara as roda dengan differensial gardan depan. Di dalam alat tersebut terdapat sebuah sleeve yang bisa bergeser sesuai dengan perintah dari tuas transfercase. Ketika tuas transfercase dipindah ke posisi 4H dan 4L, sebuah switch akan memberikan perintah kepada katup pneumatik untuk membuka dan meniupkan udara untuk menggeser sleeve di dalam ADD sehingga as roda depan tersambung dengan sistem diferensial depan dan as roda depan dapat berputar sesuai dengan putaran gigi diferensial.

Locking Differential
Alat ini berfungsi untuk mengunci gerakan as roda poros sebelah kiri dan sebelah kanan. Hal ini diperlukan saat kondisi dimana traksi pada kedua roda dibutuhkan untuk melewati sebuah medan yang licin. Ada 2 macam cara penguncian sistem diferensial, pertama adalah Limited Slip Differential, kedua Differential Locker. Kedua macam metode penguncian diferensial memiliki pola penguncian yang berbeda. Gardan yang dilengkapi dengan Limited Slip Differential pada kondisi normal, diferensial ada pada posisi open sehingga pengendalian kendaraan tidak berbeda dengan kendaraan yang memiliki gardan tanpa pengunci diferensial. Karena sifat inilah, LSD banyak dipilih menjadi optional atau juga menjadi kelengkapan standar kendaraan yang didesain untuk bekerja di medan yang cukup berat. Sementara gardan yang dilengkapi dengan automatic differential locker dalam kondisi normal, diferensial ada pada posisi lock sehingga cara mengendarai mobil yang dilengkapi dengan piranti tersebut berbeda dengan mobil ‘normal’. Selanjutnya akan dikupas lebih lanjut pada paragraf berikut.

Limited Slip Differential
Sistem pertama, sesuai dengan namanya, mengunci poros roda kiri dan kanan berdasarkan beda putaran yang terjadi pada poros kiri dan kanan. Penguncian pada Limited Slip Differential (LSD) tergantung dari settingan awal dari pabrik pembuatnya, dilambangkan dengan prosentase, biasanya berkisar antara 70% sampai 90%. Prosentase tersebut melambangkan perbedaan putaran kiri dan kanan maksimum sehingga piranti LSD mengunci putara kedua poros roda.

Di dalam sebuah LSD, terdapat rangkaian plat kopling yang mengembang ketika beda putaran yang diset tercapai. Sebagai contoh, apabila roda kiri kehilangan traksi sehingga berputar hingga 80% lebih cepat dari roda sebelah kiri, rangkaian plat kopling di dalam LSD akan mengembang. Saat rangkaian kopling tersebut mengembang, lalu mendorong sleeve dan masuk ke ujung as roda sehingga poros kanan dan poros kira bergerak satu arah secara bersamaan. Mengembangnya rangkaian kopling tersebut akan terus terjadi selama torsi mesin diberikan secara konstan pada gardan. Ketika torsi ke arah gardan dihilangkan, otomatis rangkaian plat kopling mengendur dan melepas penguncian antara poros roda kiri dan kanan. Agar dapat bekerja secara maksimal, LSD membutuhkan oli gardan yang khusus dibuat untuk keperluannya. Bila tidak menggunakan oli yang dibuat khusus LSD, ketika rangkaian kopling mengembang, gesekan atau friksi antara plat kopling tidak terjadi sehingga LSD gagal mengunci poros roda kiri dan kanan.

Differential Locker
Sistem kedua, sesuai namanya, mengunci gerakan as roda kiri dan kanan secara simultan. Ada 2 jenis differential locker (selanjutnya disebut locker saja) yang dibedakan oleh cara pelepasan pengunciannya yaitu yang pertama adalah Automatic Locker dan yang kedua adalah Selectable Locker. Masing masing jenis tersebut masih terbagi lagi kedalam beberapa tipe.

Jenis pertama adalah automatic locker, dimana operasi pelepasan penguncian diferensialnya didasarkan oleh perbedaan putaran saat gardan tidak menerima torsi. Sesuai namanya, differensial benar benar dikunci secara 100%. Automatic Locker sendiri ada 2 macam yaitu tipe light duty dan heavy duty. Untuk tipe light duty, pada sistem diferensial yang digantikan hanya bagian tengah (satelite gear dan side gear) sedangkan untuk kerangka diferensial tetap menggunakan bawaan mobil. Masuk dalam kategori ini adalah EZ Locker, Tractec Lockright dan lainnya. Tipe light duty ini oleh pabrik pembuatnya hanya direkomendasi untuk penggunaan ban hingga diameter 32 inchi. Sementara untuk tipe heavy duty, perangkat diferensial diganti keseluruhan. Hanya crown gear saja yang dipindahkan dari gardan bawaan mobil. Tipe ini dikeluarkan oleh Detroit Locker, dan tipe ini tidak memiliki limitasi ukuran diameter ban.

Di dalam sebuah locker otomatis terdapat 2 gigi yang menempel satu sama lain menggantikan sistem diferensial. Ketika berjalan lurus, kedua poros roda bergerak secara bersamaan. Ketika berbelok dan tidak ada torsi yang disalurkan oleh tranfercase ke gardan, roda yang menjadi titik pusat putaran (roda sebelah dalam lingkaran belokan) akan berputar lebih sedikit dari roda bagian lainnya. Sebagai contoh, mobil akan berbelok ke kiri. Ketika berbelok, roda sebelah kiri akan berputar lebih sedikit dari sebelah kanan, hal ini juga menyebabkan gigi locker sebelah kiri akan berusaha memisahkan diri dari gigi locker sebelah kanan, dengan dibantu release spring yang berada di bagian dalam dari kedua gigi locker tersebut, maka poros roda kiri akan terpisah dari poros roda kanan. Hal ini akan terus berlangsung hingga poros kanan dan poros kiri berputar dengan putaran yang sama dan kedua bagian gigi locker tersebut akan menempel kembali. Namun apabila mobil berbelok dengan gardan tetap menerima torsi dari transfercase (mobil berbelok tanpa mengangkat pedal gas pada kecepatan tinggi), antara gigi locker kiri dan kanan tidak akan bisa melepaskan diri sehingga akan timbul gejala ‘ngepot’. Hal ini terjadi karena kedua gigi locker tersebut tidak mendapatkan momen yang cukup untuk memisahkan diri sehingga akan terus menerus bergerak dengan putaran yang sama cepat sehingga ketika berbelok roda akan terseret dengan arah yang berlawanan dengan arah belokan.

Jenis locker yang kedua adalah Selectable Locker, atau locker yang dapat diaktifkan atau di-non aktifkan sesuai dengan kebutuhan pengemudinya. Jenis ini memiliki beberapa tipe yang dibedakan dengan metode aktivasi locker tersebut. Tipe pertama proses aktivasinya menggunakan kabel baja hingga kerap disebut cable locker. Tipe ini dapat ditemui pada kendaraan Toyota Land Cruiser seri 40 dan seri 60, untuk aftermarket yang menyediakan tipe ini adalah OX Locker. Tipe kedua proses aktivasinya menggunakan motor elektrik yang menempel pada casing gardannya. Tipe ini kerap disebut electrik locker dan ditemui pada Toyota Land Cruiser seri 80 dan Toyota Hilux. Tipe yang ketiga proses aktivasinya menggunakan angin yang dihasilkan oleh sebuah pompa, hingga kerap disebut air locker. Produk yang menganut sistem ini adalah ARB Air Locker. Namun secara umum, ketiga tipe ini memiliki cara kerja penguncian dan pelepasan yang kurang lebih sama, yaitu mengunci kedua poros roda secara manual oleh si pengemudi.

Di dalam sebuah selectable locker, terdapat 2 gigi dapat yang saling bertautan pada saat posisi lock. Salah satu gigi tersebut dapat bergeser untuk menentukan posisi diferensial terkunci atau terbuka. Untuk proses pergeseran gigi untuk mengunci diferensial kanan dan kiri inilah yang dilakukan oleh ketiga tipe yang disebut lebih tadi. Apabila tidak dibutuhkan, pengemudi dapat melepas kuncian diferensial sehingga kendaraan dapat dikemudikan seperti layaknya mobil yang tidak dilengkapi dengan pengunci diferensial. Sementara ketika diferensial dalam posisi terkunci, tabiat mobil seperti layaknya mobil yang sistem diferensialnya mengalami pengelasan, terkunci 100% setiap saat. Keuntungan dari selectable locker yang lain adalah, pengemudi dapat memilih untuk mengunci atau melepas diferensial sesuai dengan medan yang akan dilaluinya, sehingga pengemudi dapat mengendalikan kendaraannya dengan lebih akurat.

Sunday, November 19, 2006

Cooling System

Salah satu faktor yang mendukung panjangnya umur pakai dari mesin adalah terjaga baiknya kondisi Cooling System atau sistem pendingin mesin. Terutama untuk mesin diesel yang bekerja pada rasio kompresi yang sangat tinggi sehingga panas mesin merupakan hal yang krusial dalam kestabilan operasinya. Seperti yang kita tahu, mesin diesel pada aplikasi otomotif memakai air sebagai medium pendingin, dimana air ditampung di dalam radiator dan dibantu oleh water pump atau pompa air sebagai perangkat pembantu sirkulasinya.

Secara garis besar komponen sistem pendingin yang utama antara lain adalah:
  • Radiator sebagai penampung air sebagai medium pendingin dan perangkat pelepas panas medium pendingin.
  • Waterpump atau pompa air sebagai perangkat distribusi sirkulasi medium pendingin
  • Cooling fan
  • Thermostat sebagai pengatur sirkulasi medium pendingin.
  • Selang air sebagai pengalir sirkulasi air diluar water jacket.
  • Water jacket atau alur air di dalam blok mesin sebagai jalur sirkulasi medium pendingin dalam tugasnya menjaga temperatur kerja mesin.
  • Fan Shrout

Masing masing komponen sistem tersebut memiliki ketergantungan dan menjadi satu kesatuan yang utuh agar temperatur kerja mesin dapat terjaga.

Sistem sirkulasi sistem pendingin mesin dengan medium air adalah sebagai berikut. Ketika mesin baru akan dihidupkan (biasanya di pagi hari), suhu air pada radiator berkisar pada suhu ruang yaitu sekitar 23 deg.C. Ketika mesin dinyalakan, air yang berada di dalam blok mesin bersirkulasi dengan bantuan waterpump melewati selang by-pass tanpa melewati radiator. Mengapa tidak melewati radiator? Itu dikarenakan lubang air menuju radiator masih ditutup oleh termostat, sementara itu lubang by-pass yang letaknya berseberangan dengan lubang menuju radiator terbuka memungkinkan waterpump mengalirkan air yang keluar dari blok mesin untuk kembali masuk ke dalam blok mesin untuk mendinginkan silinder, oil cooler dan cylinder head. Mengapa dibuat demikian? Fase ini disebut sebagai fase pemanasan dimana air yang bersirkulasi di dalam blok mesin sengaja tidak di dinginkan agar suhu kerja mesin, berkisar di 85-90 deg.C cepat tercapai.

Ketika mesin mencapai suhu kerja, temperatur air pada sistem sirkulasi fase pendinginan pun naik hingga 85-90 deg.C. Ketika air dengan temperatur tersebut sampai ke rumah thermostat, thermostat yang oleh pabrikan di-set untuk membuka pada suhu antara 85-90 deg.C membuka, sehingga memungkinkan air dari blok mesin masuk ke radiator. Dengan membukanya thermostat, ujung dari thermostat tersebut menutup lubang by-pass yang berseberangan dengan jalur keluar air. Dengan tertutupnya lubang by-pass tersebut juga memungkinkan waterpump untuk memompa air dari dalam radiator untuk menjaga temperatur kerja dari mesin tersebut. Air yang keluar dari blok mesin masuk ke radiator untuk didinginkan dengan bantuan tiupan angin dari fan, baik mekanik maupun elektrik. Fase ini disebut fase pendinginan. Disaat mesin berkerja pada putaran rendah, suhu kerja mesin turun dari 85 deg.C, maka otomatis si thermostat kembali menutup untuk menjaga temperatur air tidak berkurang dari suhu kerja mesin, dan akan membuka kembali ketika suhu tersebut tercapai kembali. Kedua fase ini berpindah secara bergantian bergantung dari temperatur mesin itu sendiri.

Ada kesalahpahaman yang terjadi pada pengguna kendaraan yaitu melepas thermostat karena dianggap benda tersebut mengakibatkan temperatur mesin naik dari yang semestinya. Hal ini perlu dicermati karena seperti komponen mesin yang lain, thermostat pun memiliki umur pakai. Indikasi dari thermostat sudah tidak dapat bekerja secara maksimal adalah temperatur mesin naik lebih tinggi dari suhu normalnya bila dilihat dari indikator temperatur di dalam kendaraan. Mencopot thermostat bukan sebuah tindakan yang bijaksana karena dengan mengilangkan thermostat sebagai pengatur sirkulasi air di sistem pendinginan terebut, sirkulasi air akan berjalan tidak sempurna. Tanpa thermostat, fase pemanasan dan fase pendinginan tidak terjadi, dikarenakan pada temperatur mesin masih dingin, air sudah masuk ke radiator, padahal temperatur air belum perlu untuk didinginkan. Tanpa thermostat, lubang by-pass pun tidak tertutup sehingga waterpump akan memompa air dari lubang by-pass tersebut. Hal ini mengakibatkan debit air yang didesain untuk berjalan di keseluruhan waterjacket tidak tercapai. Suplai air menuju ke tempat terjauh dari waterpump terganggu karena adanya pencabangan, jalur pertama yaitu jalur bypass langsung ke kembali ke waterpump sementara jalur kedua ke waterjacket. Dengan berkurangnya debit air tersebut, pendinginan untuk silinder nomor 3 dan nomor 4 menjadi berkurang, mengakibatkan suhu pada kedua silinder ini naik dari suhu kerja optimalnya. Terlebih lagi, temperatur air yang dideteksi oleh sender/sensor temperatur air adalah air yang baru saja didinginkan oleh radiator yang secara tidak sengaja terhisap oleh waterpump karena terbukanya lubang by-pass sehingga pada panel indikator temperatur menunjukkan suhu mesin dingin sementara pada silinder 3 dan 4 tidak mendapatkan pendinginan yang cukup. Pada kondisi ekstrem, kurangnya pendinginan akan memicu pemuaian piston sehingga besar kemungkinan piston tersebut macet karena pemuaian tersebut.

Permasalahan pada cooling system dapat dicermati dengan melihat apakah fungsi masing masing komponen bekerja dengan baik. Untuk mengecek apakah thermostat masih berfungsi dengan baik dapat dengan cara melepas perangkat tersebut kemudian merebusnya di dalam panci berisi air. Ketika air mendidih, thermostat tersebut harus sudah membuka, apabila tidak artinya sudah tidak dapat dipakai lagi. Untuk waterpump, apabila terlihat ada tetesan air dari lubang dibawah as pulley, itu merupakan tanda awal bahwa waterpump tersebut mengalami kerusakan. Waterpump yang rusak tidak dapat diperbaiki, harus diganti dengan yang baru. Apabila kondisi thermostat dan waterpump dalam keadaan baik namun temperatur masih diatas normal, besar kemungkinan radiator sudah tidak berfungsi dengan baik. Untuk perbaikannya bisa dilakukan dengan bantuan tukang radiator. Kondisi clamp dari selang selang pun harus dicermati, karena apabila kerapatan clamp sudah tidak pada kondisi normal, air panas dapat keluar dari sela sela selang karetnya, lama kelamaan air akan habis sehingga mengakibatkan mesin mengalami overheating.

Sebagai tambahan dari sistem pendinginan di atas, untuk mengoptimalkan kerja cooling fan atau kipas pendingin udara dalam menjaga kestabilan suhu air di radiator, penggunaan fan shrout atau rumah kipas mutlak harus ada. Absennya fan shrout membuat hembusan udara dari fan tidak terfokus pada radiator, apalagi bila kendaraan melaju pada kecepatan tinggi. Hembusan udara dari arah bawah kendaraan dapat memecah konsentrasi udara pendingin yang ditiup oleh fan ke radiator.