TINJAUAN PUSTAKA
2.3 Motor Bakar Empat Langkah
Motor bakar adalah mesin kalor atau mesin konversi energi yang mengubah energi kimia bahan bakar menjadi energi mekanik berupa kerja.Ditinjau dari cara memperoleh energi thermalnya, maka motor bakar dapat dibagi menjadi 2 golongnan yaitu motor pembakaran luar dan pembakaran dalam. Motor pembakaran dalam (Internal Combustion Engine) ialah motor bakar yang pembakarannya terjadi di dalam pesawat itu sendiri
Motor bakar dapat juga disebut sebagai motor otto. Motor tersebut dilengkapi dengan busi dan karburator. Busi menghasilkan loncatan bunga api listrik yang membakar campuran bahan bakar dan udara karena motor ini cenderung disebut
daya. Di dalam siklus otto (siklus ideal) pembakaran tersebut dimisalkan sebagai pemasukan panas pada volume konstanta. [1]
Ntienne Lenoir yang lahir pada tahun 1822 dan meniggal dunia pada tahun 1900 adalah seorang berkebangsaan Perancis yang pertama kali menemukan motor bakar 2tak.
Sedangkan August Otto yang hidup antara 1832 sampai 1891 adalah seorang berkebangsaan Jerman yang membuat cikal bakal ramainya industri Mobil sipenemu mesin 4tak. Pada tahun 1860, Otto mendengar kabar ada ilmuwan jenius yang bernama Leonir, yang mampu membuat mesin pembakar dengan dua dorongan putaran alias 2tak. Sayangnya mesin 2tak ini memakai bahan bakar gas. Otto menilai ini kurang praktis. Otto kemudian menciptakan karburator, sayangnya ditolak lembaga paten, karena ada yang mendahului. Namun ia menyempurnakan mesin 2tak dengan 4 dorongan alias 4 langkah. Hasil ini dipatekan di Jerman pada tahun 1863. Mendapat formula jitu. Lalu ia membuat mesin yang dibiayai oleh Eugene Langen. Konstruksi buatannya mendapatkan medali World Fair di Paris 1867.
Motor bakar torak menggunakan silinder tunggal atau beberapa silinder. Salah satu fungsi torak disini adalah sebagai pendukung terjadinya pembakaran pada motor bakar. Tenaga panas yang dihasilkan dari pembakaran diteruskan torak ke batang torak, kemudian diteruskan ke poros engkol yang mana poros engkol nantinya akan diubah menjadi gesekan putar.
2.3.1 Prinsip kerja motor bakar empat langkah
Yang dimaksud dengan motor bakar 4 (empat) langkah adalah bila 1 (satu) kali proses pembakaran terjadi pada setiap 4 (empat) langkah gerakan piston atau 2 (dua) kali putaran poros engkol.
Pada dasarnya prinsip kerja pada motor bakar terdiri dari 5 hal yaitu:
1. Pengisian campuran udara dan bahan bakar
2. Pemampatan/pengkompresian campuran udara dan bahan bakar 3. Pembakaran campuran udara dan bahan bakar
4. Pengembangan gas hasil pembakaran 5. Pembuangan gas bekas
Siklus ideal volume kostan ini adalah siklus untuk mesin otto. Siklus volume konstan sering disebut dengan siklus ledakan (explostion cycle) karena secara teoritis proses pembakaran terjadi sangat cepat dan menyebabkan peningkatan tekanan yang tiba-tiba.Penyalaan untuk proses pembakaran dibantu dengan loncatan bunga api. Nikolaus August Otto menggunakan siklus ini untuk membuat mesin sehingga siklus ini sering disebut dengan siklus otto.
Gambar 2.3 Diagram T-S Siklus otto
Katup masuk dan katup buang terbuka tepat ketika pada waktu piston berada pada TMA dan TMB, maka siklus motor 4 (empat) langkah dapat diterangkan sebagai berikut:
a. Langkah Hisap
Piston bergerak dari TMA ke TMB. Dalam langkah ini, campuran udara dan bahan bakar diisap ke dalam silinder. Katup isap terbuka sedangkan katup buang tertutup. Waktu piston bergerak ke bawah, menyebabkan ruang silinder menjadi vakum, masuknya campuran udara dan bahan bakar ke dalam silinder disebabkan adanya tekanan udara luar (atmospheric pressure). b. Langkah Kompresi
Piston bergerak dari TMB ke TMA. Dalam langkah ini, campuran udara dan bahan bakar dikompresikan/dimampatkan. Katup isap dan katup buang tertutup. Waktu torak mulai naik dari titik mati bawah (TMB) ke titik mati atas (TMA) campuran udara dan bahan bakar yang diisap tadi dikompresikan. Akibatnya tekanan dan temperaturnya menjadi naik, sehingga akan mudah terbakar.
c. Langkah Usaha
Akibat adanya pembakaran maka pada ruang bakar terjadi panas dan pemuaian yang tiba-tiba. Pemuaian tersebut mendorong piston untuk bergerak dari TMA ke TMB. Kedua katup masih dalam keadaan tertutup rapat sehingga seluruh tenaga panas mendorong piston untuk bergerak.
d. Langkah Buang
Piston bergerak dari TMB ke TMA. Dalam langkah ini, gas yang terbakar dibuang dari dalam silinder. Katup buang terbuka, piston bergerak dari TMB ke TMA mendorong gas bekas pembakaran ke luar dari silinder.Ketika torak mencapai TMA, akan mulai bergerak lagi untuk persiapan berikutnya, yaitu langkah isap
.
Gambar 2.4prinsipkerja motor 4 (empat) langkah[8]
2.3.2 Parameter prestasi motor bakar empat langkah
Secara praktis prestasi mesin ditunjukan oleh torsi dan daya. Parameter inirelatif penting untuk mesin dengan variasi kecepatan operasi dan tingkat pembebanan. Daya poros maksimum menggambarkan sebagai kemampua nmaksimum mesin. Torsi poros maksimum pada kecepatan tertentumengindikasikan kemampuan untuk rnemperoleh aliran udara (atau
campuranudara dengan bahan bakar) yang tinggi yang masuk ke dalam mesin padakecepatan tersebut. Sewaktu mesin dioperasikan pada waktu yang lama konsumsi bahan bakar dan efisiensi mesin menjadi sangat penting. [4]
Daya berbanding lurus dengan luas piston sedang torsi berbanding lurus dengan volume langkah. Parameter tersebut relatif penting digunakan pada mesin yang berkemampuan kerja dengan variasi kecepatan operasi dan tingkat pembebanan. Daya maksimum didefinisikan sebagai kemampuan maksimum yang bisa dihasilkan oleh suatu mesin. Adapun torsi poros pada kecepatan tertentu mengindikasikan kemampuan untuk memperoleh aliran udara (dan juga bahan bakar) yang tinggi kedalam mesin pada kecepatan tersebut. [1]
Parameter prestasi mesin dapat dilihat dari berbagai hal diantara yang terdapat dalam diagram sebagai berikut :
Gambar 2.5 Diagram Alir Prestasi Mesin Parameter Prestasi Mesin
Torsi
Daya
Laju Konsumsi
Konsumsi BahanBakar Spesifik
2.3.3 PerformansiMesin Otto
Ada beberapahal yang mempengaruhiperformansimotor bakar,
antara lain besarnyaperbandingankompresi, tingkathomogenitascampuranbahanbakardenganudara,
angkaoktanbensinsebagaibahanbakar, tekananudaramasukruangbakar. Semakinbesarperbandinganudara motor akansemakinefisien, akantetapisemakinbesarperbandingankompresiakanmenimbulkan
knocking pada motor yang berpotensimenurunkandaya motor,
bahkanbiasmenimbulkankerusakanseriuspadakomponen motor. Untukmengatasihalinimakaharusdipergunakanbahanbakar yang memilikiangkaoktantinggi.Angkaoktanpadabahanbakar motor Otto
menunjukkankemampuannyamenghindariterbakarnyacampuranudaraba hanbakarsebelumwaktunya (self ignition) yang menimbulkan knocking tadi.Untukmemperbaikikualitascampuranbahanbakardenganudaramakaa liranudaradibuatturbulen,
sehinggadiharapkantingkathomogenitascampuranakanlebihbaik.
1. Torsi
Torsi adalahukurankemampuanmesinuntukmelakukankerja, jadi torsi adalahsuatuenergi.Besaran torsi adalahbesaranturunan yang biasadigunakanuntukmenghitungenergi yang dihasilkandaribenda yang berputarpadaporosnya..Apabilasuatubendaberputardanmempunyaibesar gayasentrifugalsebesar F, bendaberputarpadaporosnyadenganjari-jarisebesarr, dengan data tersebuttorsinya dapat dihitung dengan rumus :
T = F x r (sin θ)...(2.1)
Dimana : T = Torsi (Nm)
F = Gaya yang dihasilkan (N)
r = Jarak poros dengan titik gaya (m)
Pada mesin otto untuk mengetahui daya poros harus diukur atau diketahui dulu torsinya. Torsi (torque) yang dihasilkansuatumesindapatdiukurdenganmenggunakandynamometeryang dikopeldenganporos output mesin. Daya yang dihasilkanporos output iniseringdisebutsebagaidaya rem (Brake Power) karena alat ukur ini bertindak sebagai rem dalam sebuah mesin yang diukur.
Gambar 2.6 Skema Torsi
Sebuahpartikel yang terletakpadaposisi r relativeterhadapsumburotasinya.Ketikaadagaya F ya
ng bekerjapadapartikel, hanyakomponentegaklurus F⊥ yang
akanmenghasilkan torsi. Torsiτ = r × F inimempunyaibesarτ = |r| | F⊥| = |r| | F| sin θ .
.
2. Daya
Power yang dihitung dengan satuan Kw (Kilo watts) atau Horse Power (HP) mempunyai hubungan erat dengan torque. Power dirumuskan sebagai berikut :
P = 2 ����
N = putaran mesin (rpm)
T = Torsi (N.m)
Pada motor bakar, daya dihasilkan dari proses pembakaran didalam silinder dan biasanya disebut dengan daya indiaktor. Daya tersebut dikenakan pada torak yang bekerja bolak balik didalam silinder mesin. Jadi didalam silinder mesin, terjadi perubahan energi dari energi kimia bahan bakar dengan proses pembakaran menjadi energi mekanik pada torak. Daya indikator adalah merupakan sumber tenaga persatuan waktu operasi mesin untuk mengatasi semua beban mesin. Mesin selama bekerja mempunyai komponen-komponen yang saling berkaitan satu dengan lainnya membentuk kesatuan yang kompak