Table of Contents
Halo sobat otomotif!
Sebelum kita masuk ke cara kerja mobil hybrid, aku punya satu pertanyaan dulu nih. Menurut kalian cara kerja mobil hybrid itu gimana? Jangan lanjut dulu sebelum masuk ke konten di bawah ini sebelum dijawab ya, nggak harus diketik kok, cukup kalian pikirin dan simpen aja.
Kalau dari hasil survey aku sendiri, sebagian besar orang mikir mobil hybrid itu lebih hemat bensin karena baterainya sendiri. Baterainya membantu mobil di keseluruhan perjalanan, sehingga mesin tidak perlu bekerja terlalu keras. Pemahaman ini hanya setengah benar lho.
Mesin Pembakaran Dalam (Internal Combustion Engine)
Internal Combustion Engine adalah mesin yang dipakai oleh sebagian besar mobil non-EV. Mesin ini bekerja dengan membakar bahan bakar (bensin) di dalam mesinnya sendiri. Ketika bensin terbakar (combust) di dalam mesin dan mengembang. Energi yang dilepaskan ketika bensin terbakar di dalam mesin menggerakkan piston, yang akan memutarkan crank (kruk as) yang akhirnya akan menggerakkan mobil. Internal Combustion Engine sendiri terbagi menjadi banyak jenis, tetapi di sini kita hanya akan fokus kepada dua jenis mesin ICE, yaitu “four-stroke engine” dan “atkinson-cycle engine”.Four-Stroke Engine
Four-Stroke Engine adalah mesin yang paling umum digunakan pada mobil-mobil bensin non hybrid. Seperti namanya, mesin ini bekerja dalam empat tahap sebelum mengulang tahap-tahap tersebut.
1. Intake
Pada tahap ini, piston berada dekat di titik paling atasnya (Top Dead Center/TDC), meskipun tidak berada tepat di TDC. Piston akan turun, sehingga banyak angin bisa masuk.2. Compression
Pada tahap ini, piston akan berada di titik paling bawah (Bottom Dead Center/BDC). Piston akan bergerak ke atas sampai mencapai TDC. Proses ini akan mengurangi volume udara, tetapi karena kedua katup (valve) tertutup, angin yang berada di dalam mesin akan tertekan dan temperaturnya akan meningkat secara pesat. Ketika berada dekat ke titik TDC, bahan bakar akan dimasukkan ke dalam, dan karena temperatur angin yang sangat tinggi, bensin akan terbakar dan mesin akan lanjut ke tahap ketiga.3. Power Stroke
Ketika bensin terbakar, angin akan mengembang kembali dan mendorong piston balik ke bawah, membuat tenaga untuk mendorong mobil. Selain itu, karena ruang untuk angin kembali menjadi besar lagi, temperatur dari angin juga akan menurun, meskipun tidak sedingin sebelum proses compression. Ketika piston berada di titik paling bawah (BDC), tahap keempat akan dimulai.4. Exhaust
Pada tahap ini, katup exhaust akan terbuka dan angin akan keluar. Sekaligus, piston akan mulai bergerak ke atas, mendorong angin yang tersisa di dalam untuk keluar. Setelah itu, exhaust akan ditutup kembali dan proses akan diulang dari intake lagi.Keunggulan dan Kelemahan Four-Stroke Engine
Pada umumnya, four-stroke engine dapat memberikan tenaga yang cukup besar dibandingkan varian mesin ICE lainnya (yang digunakan untuk mobil). Tetapi, efisiensi termal (thermal efficiency) yang diberikan mesin ini tidak tinggi. Mesin yang dipakai mobil bensin modern pada umumnya bisa mencapai efisiensi puncak (peak efficiency) sebesar sekitar 30-35% [1, 2]. Ini berarti sekitar 30-35% dari panas yang dibuat oleh mesin dapat dikonversi menjadi energi untuk menggerakkan mobil. Sisa-sisanya akan dibuang menjadi panas yang didinginkan oleh radiator. Jadi meskipun four-stroke engine dapat memberikan tenaga yang kuat untuk mobil, efisiensinya tidak begitu tinggi.Kenapa Efisiensi Four-Stroke Engine Rendah?
Ketika kita membawa mobil, kita semua pasti tahu bahwa kita sering akan diam. Ada juga waktu-waktu di mana kita mau akselerasi cepat. Ada juga waktu-waktu di mana kita mengemudi di tol dan cruising dengan kecepatan yang tidak berubah banyak. Untuk bisa mencapai semua hal tersebut, mesin di mobil harus bisa merubah RPM dari mesin kapanpun juga. Hal ini dilakukan melalui transmisi mobil. Tetapi, karena mesin mobil harus bisa melakukan semua hal tersebut juga, akan sulit untuk mengoptimalkan untuk hanya RPM tertentu. Dan jika hanya dioptimalkan untuk RPM tertentu, mesin akan semakin tidak efisien pada RPM lainnya. Akibatnya, karena mesin harus bisa fleksibel, peak efficiency dari mesin diturunkan agar efisiensi di RPM-RPM lainnya tidak terlalu rendah, sehingga use case mesin tersebut akan semakin luas.Atkinson-Cycle Engine
Atkinson-Cycle Engine yang kita akan bicarakan adalah versi baru yang merupakan modifikasi dari Otto-Cycle Engine (termasuk four-stroke engine) [wikipedia]. Jenis mesin ini digunakan di mobil-mobil hybrid modern seperti mesin Toyota 1NZ-FXE yang dipakai Toyota Prius. Efisiensinya sendiri bisa mencapai 40% ke atas [3]
Perbedaan utama mesin ini dibandingkan four-stroke engine adalah di lamanya intake valve dibuka. Di atkinson-cycle engine, intake valve akan dibuka lebih lama, mulai dari awal proses 1 (intake) sampai sesaat setelah proses 2 (compression) dimulai. Akibatnya, sebagian dari angin yang dimasukkan saat proses intake akan kembali keluar melalui katup yang sama, dan masuk kembali ke intake manifold.
Sebagai akibat lainnya, angin yang dikeluarkan bisa masuk kembali di proses intake berikutnya. Hal ini akan membuat efisiensi mesin pada muatan tenaga rendah lebih efisien dibandingkan four-stroke engine.
Tetapi ini bukan alasan utama atkinson-cycle engine lebih efisien dibandingkan four-stroke engine. Tujuan dari pembukaan katup tadi pada proses compression adalah mengurangi rasio antara compression dan expansion (tahap ketiga). Dengan mengurangi rasio di mana angin dicompress (ditekan), energi yang diperlukan untuk mencapai peak saat compression berkurang.
Selain itu, rasio ekspansi dalam atkinson-cycle engine juga jadi lebih tinggi. Hal ini berarti rasio energi yang didapatkan mesin lebih tinggi. Di sinilah alasan utama atkinson-cycle engine lebih efisien dibandingkan four-stroke engine [4].
Terdengar Bagus, Tapi Apa Kelemahannya?
Atkinson-Cycle Engine terdengar sangat baik bukan? Dia memiliki efisiensi yang lebih tinggi dibandingkan four-stroke engine. Tetapi kenapa kita tidak memakai atkinson-cycle engine di semua mobil? Beberapa dari kalian mungkin sudah menemukan jawabannya. Kalau kalian baca lagi bagian sebelumnya, sebagian dari angin yang masuk di proses intake akan keluar kembali. Hal ini berarti volume udara di dalam mesin sudah menurun sebelum udara tertekan dan temperatur naik. Hal ini menyebabkan suhu tertinggi di dalam mesin menjadi lebih rendah, dan membuat tenaga mesin semakin kecil [1, 2]. Hal ini akan menyebabkan kasus-kasus di mana mobil harus mengakselerasi secara cepat menjadi lebih sulit karena energi yang bisa didapatkan sangat terbatas.Mobil Hybrid
(Mobil hybrid yang akan dibicarakan tidak mencakup mobil seperti Nissan E-Power yang menggunakan mekanisme berbeda)
Setelah mempelajari kelemahan dari atkinson-cycle engine, sekarang kita akan mempelajari peran mobil hybrid untuk melengkapi mesin tersebut.
Seperti yang telah diketahui, tenaga yang dapat diberikan atkinson-cycle engine lebih terbatas dibandingkan four-stroke engine. Di sinilah baterai di mobil hybrid sangat membantu. Ketika kita mau mengakselerasi dengan cepat, baterai di mobil hybrid akan membantu dalam proses akselerasi tersebut, sehingga kelemahan dari mesin atkinson-cycle diminimalisir. Akibatnya, mobil hybrid dapat memiliki mesin yang lebih efisien, tetapi peak powernya masih tinggi.
Jadi, yang membuat mobil hybrid bisa pakai lebih sedikit bensin untuk menempuh jarak yang sama dibandingkan mobil bensin biasanya bukan hanya dikarenakan baterai yang membantu. Alasan utamanya adalah di mesinnya yang lebih efisien.
Pengisian Baterai di Mobil Hybrid
Jika alasan utama mobil hybrid bisa lebih efisien adalah karena mesinnya, pengisian baterai di mobil hybrid adalah alasan sekunder dia bisa lebih efisien lagi. Meskipun mobil kita bisa mengisi baterai dengan mesinnya, hal ini jarang dilakukan mobil hybrid. Hal ini dikarenakan “conversion loss” yang terjadi ketika kita mengubah energi gerak mesin menjadi energi listrik. Dengan mengisi baterai dengan mesin, mobil akan membuang energi dengan sia-sia dan menurunkan efisiensi energi. Tetapi, mobil kita akan tetap mengisi daya baterai jika komputer di mobil menganggap bahwa daya di baterai sudah terlalu rendah. Metode utama untuk mengisi daya baterai adalah dengan “Regenerative Braking”. Rem di mobil biasa akan menempelkan brake disk ke roda dan mengubah energi gerak menjadi energi panas, dan hilang begitu saja. Tetapi dengan regenerative braking, ketika kita mengerem mobil, maka sebagian energi tersebut akan dirubah menjadi energi listrik di baterai. Alhasil, kita tidak perlu selalu mengisi daya baterai di mobil dengan mesin mobil.Konklusi
Mobil hybrid dapat mencapai efisiensi lebih tinggi dibandingkan mobil bensin biasanya karena mobil hybrid dapat menggunakan mesin yang lebih efisien, dan kelemahan mesin tersebut di mana tenaganya lebih lemah dimitigasi dengan menambahkan baterai yang dapat membantu dalam akselerasi.
Referensi
- Wikipedia. Engine Efficiency. https://en.wikipedia.org/wiki/Engine_efficiency. Accessed 11 May 2026.
- Dahham, R. Y., Wei, H., & Pan, J. (2022). Improving Thermal Efficiency of Internal Combustion Engines: Recent Progress and Remaining Challenges. Energies, 15(17), 6222. https://doi.org/10.3390/en15176222
- Daud Gonzales (2025), How Toyota’s Dynamic Force Series Engines Stack Up Against The Competition. https://www.topspeed.com/toyota-dynamic-force-series-engines/. Accessed 11 May 2026
- Wikipedia. Atkinson Cycle. https://en.wikipedia.org/wiki/Atkinson_cycle. Accessed 12 May 2026.