Bila torak bergerak dari TMB ke titik mati atas (TMA), maka gas yang ada diatas torak mulai dikompresikan, sehingga tekanan dan temperatur naik. Sedangkan dibawah torak terjadi proses pengisian sebab saat torak bergerak keatas ruangan dibagian bawah torak akan vacuum. Campuran bahan bakar-udara dari karburator dapat masuk melaui inlet port.
Beberapa derajat sebelum torak mencapai TMA busi memercikan bunga api, dengan demikian terjadi pembakaran yang menyebabkan tekanan, dan temperatur naik, sehingga torak terdesak kebawah ke TMB.
Dibagian bawah torak gas yang telah menempati ruang bwah torak akan tertekan keatas melalui tranfer port (saluran bilas) yang mulai terbuka. Saat mulai terjadinya pembilasan (pemasukan gas baru dan pengeluaran gas bekas).
Jadi : Motor 2 Tak adalah motor yang memerluhkan 2 kali langkah torak ( 1 putaran poros engkol ) untuk menghasilkan
Gambar 1.14. Langkah Kerja Motor 2tak. Urutan Proses Kerja Motor 2 Tak.
Langkah torak Kejadian di atas torak Kejadian di bawah torak
Torak bergerak dari TMB ke TMA ( I )
Akhir pembilasan diikuti pemampatan bahan bakar + udara
Setelah dekat TMA pembakaran dimulai.
Campuran bahan bakar dan udara baru masuk keruang engkol melalui saluran masuk
Torak bergerak dari TMA ke TMB ( II )
Akibat pembakaran, tekanan mendorong torak ke TMB. Saluran buang terbuka, gas
bekas terbuang dan didorong gas baru (pembilasan)
Campuran bahan bakar dan udara di ruang engkol tertekan dan akan naik keruang atas torak lewat saluran bilas Sal. Buang Sal. Masuk Sal. Bilas Ruang engkol
Nama bagian-bagian motor 2Tak dapat dilihat pada gambar dibawah ini :
Gambar 1.15. Motor 2 tak.
1. Kepala silinder 7. Bantalan batang
2. Saluran isap 8. Saluran buang
3. Sirip pendingin 9. Ruang engkol
4. Torak 10. Saluran bilas
5. Batang torak 11. Busi
3). Kemampuan motor (Performance)
Kemampuan motor adalah prestasi suatu motor yang hubungannya dengan daya motor yang dihasilkan serta daya guna motor tersebut. Ada beberapa faktor yang dapat mempengaruhi kemmpuan motor antara lain :
1 11 2 3 4 5 6 9 10 8 7
a. Volume langkah torak. b. Volume ruang bakar c. Perbandingan kompresi. d. Efesinsi volumetrik. e. Efesiensi pemasukan.
f. Efesiensi panas dan daya usaha.
a.Volume langkah torak (volume silinder)
Yang dimaksud dengan volume langkah torak adalah volume silinder yang dihiutng dari titik mati atas (TMA) sampai titik mati bawah (TMB). Volume ini yang mempengaruhi volume gas yang masuk keseluruh silinder yang akan menghasilkan energi pembakaran setelah gas tersebut terbakar. Apabila volume langkahnya besar, maka gas yang masuk juga banyak sehingga energi pembakarannya besar, akan menghasilakn perubahan energi panas menjadi energi mekanis juga besar. Apabila keadaannya terbalik, maka hasilnyapun akan terbalik.
Gambar 1.16. Posisi Torak.. TMA
TMB L
Keterangan :
TMA = Titik Mati Atas ( Batas teratas langkah torak ) TMB = Titik Mati Bawah ( Batas terbawah langkah torak ) L = Panjang langkah torak dari TMB ke TMA
r = Radius / Jari-jari engkol
Panjang langkah torak = 2 kali radius engkol L = 2 x r Rumus : Vs = 4 . D2 . S [Cm3] D = Diameter silinder S = Langkah torak ( L ) Vs = Volume silinder Contoh
Diketahui : Vol motor = 1800 Cm3
Jumlah silinder ( I ) = 4 ; Diameter silinder = 82 mm = 8,2 cm Ditanyakan : Langkah torak = ….
Jawab : 450cm3 4 1800 Vs mm 85 cm 5 , 8 S 24 , 67 785 , 0 450 2 D 4 / Vs S
b). Volume ruang bakar
Volume ruang bakar adalah volume yang ada diantara torak dan kepala silinder bilamana torak pada TMA. Karena bentuknya yang tidak semestris seperti volume langkah torak ,maka biasanya dihitung dengan menungkan cairan kedalam ruang bakar, kemudian dengan menggunakan gelas ukur dapat diketahui volumenya. Volume ruang bakar sering disebut juga volume kompresi. (Vk)
Umumnya volume ruang bakar dari suatu motor dinyatakan dalam Cm3 ( cc ) atau liter (l).
Gambar 1.17. Volume ruang bakar.
Berdasarkan ukuran diameter silinder dan langkah torak, motor bakar torak dibedakan menjadi :
a). Jika diameter silinder sama dengan langkah torak disebut Square Engine.
b). Jika langkah torak lebih kecil dari diameter silinder disebut Over Square Engine. c) jika langkah torak lebih besar diameter silinder disebut Long Stroke Engine
c). Perbandingan Kompresi
Perbandingan kompresi (tingkat pemampatan) adalah perbandingan antara isi silinder diatas torak saat torak di TMB dengan volume diatas torak saat torak di TMA
Volume langkah Ruang bakar
TMA TMA
Ruang bakar ( vol. Kompresi )
B : 1
Vk
TMA
inder (
Gambar 1.18. Perbandingan Kompresi. Rumus :
Vk Vk VL Vs =Vl = Vol. Langkah Vk = Vol. Kompresi Motor otto = 7 : 1 s/d 12 : 1 Motor diesel = 14 : 1 s/d 25 : 1 d).Tekanan KompresiTekanan kompresi suatu motor adalah tekanan campuran bahan bakar dan udara dalam langkah kompresi sehingga tekanan dalam silinder naik. Tekanan kompresi tergantung pada perbandingan lompresi, suhu pada permulaan langkah kompresi.
Motor otto = 10 s/d 17 bar Motor diesel = 30 s/d 50 bar e).Tekanan Pembakaran
Tekanan pembakaran sering disebut juga dengan tekanan kerja suatu motor adalah tekanan setelah pembakaran campuran bahan bakar dan udara dalam silinder. Permukaan torak menerima tekanan kerja dan merubah tekanan tersebut menjadi gaya. Gaya ini diteruskan ke batang torak yang menyebabkan berputarnya poros engkol. Berputarnya poros engkol akan menyebabkan timbul nya tenaga putar yang disebut “torsi”.
Motor otto = 30 s/d 40 bar Motor diesel = 60 s/d 90 bar
f). Tekanan Efektif Rata-rata (Brake Mean Pressure - BMEP)
Proses pembakaran udara dengan bahan bakar menghasilkan tekanan yang bekerja pada torak sehingga menghasilkan langkah kerja. Besar tekanan tersebut
berubah-ubah sepanjang langkah torak tersebut. Jika diambil suatu tekanan yang berharga konstan yang bekerja pada torak dan menghasilkan kerja yang sama, maka tekanan tersebut disebut dengan tekanan efektif rata-rata .
Tekanan efektif rata-rata yang didapatkan dengan membagi daya yang dihasilkan dengan volume perpindahan torak. Kenaikan daya tentu membuat Tekanan Efektif Rata-rata (Brake Mean Pressure - BMEP).ikut naik.
g). Momen putar (Torsi)
Proses pembakaran di dalam silindr selanjutnya menimbulkan tekanan pembakaran yang diteruskan untuk menekan torak. Akibat adanya tekanan ini torak akan merubah tekanan tersebut menjadi gaya. Gaya ini selanjutnya diteruskan ke batang torak yang nantinya akan menyebabkan berputarnya poros engkol. Berputarnya poros engkol akan menyebabkan timbulnya tenaga putar dan tenaga putar inilah yang disebut torsi.
Momen putar ( torsi ) suatu motor adalah kekuatan putar poros engkol yang akhirnya menggerakkan kendaraan.
Gambar 1.19. Ilustrasi Momen putar.
Momen putar adalah perkalian antara gaya keliling dan jari-jari.
Fk = Gaya keliling, diukur dalam satuan Newton ( N )
r = Jari-jari ( jarak antara sumbu poros engkol sampai tempat mengukur gaya keliling ), diukur dalam satuan meter ( m ).
Pada motor, gaya Fk adalah gaya yang bekerja pada batang penggerak dan r adalah lengan poros engkol atau separuh dari langkah torak. Jika langkah torak cukup panjang dan tekanan pembakaran cukup tinggi, maka akan menghasilkan torsi yang cukup besar juga. Panjang langkah torak juga akan mempengaruhi kecepatan translasi dari torak di mana untuk langkah torak yang panjang dan untuk langkah torak yang pendek pada suatu harga kecepatan putar tertentu akan menghasilkan kecepatan trnslasi yang berbeda atau untuk langkah torak yang panjang akan lebih cepat dari pada langkah torak yang pendek.
Kecepatan translasi torak terbatas pada suatu harga kecepatan tertentu sehingga untuk motor dengan langkah torak yang panjang menyebabkan putaran mesin lebih rendah dibanding dengan motor yang mempunyai langkah torak yang pendek. Dengan adanya hubingan antara kecepatan translasi torak dan langkah torak, maka bila diambil harga efesinsi volumetrik pada kecepatan translasi torak yang tertentu,efesinsi volumtrik akan maksimum pada kecepatan putar yang rendah, untuk motor dengan langkah torak panjang dan pada kecepatan putar yang tinggi untuk motor dengan langkah torak yang pendek. Demikian pula dengan torsi yang dihasilkan dimana untuk motor dengan langkah torak panjang, torsi maksimum dihasilkan pada putaran rendah dan untuk motor dengan langkah torak pendek, torsi mksimum dihasilkan pada putaran tinggi.
g). Daya
Yang dimaksud dengan daya motor adalah besar kerja motor yang diberikan ke poros penggerak..
Gambar 1.20. Ilustrasi Daya motor.
Daya adalah hasil kerja yang dilakukan dalam batas waktu tertentu [ F.c/ t ] Pada motor daya merupakan perkalian antara momen putar (Mp ) dengan
putaran mesin ( n )
Daya motor, dihitung dalam satuan kilo Watt ( Kw )
Kw
n
x
Mp
P
9550
Angka 9550 merupakan faktor penyesuaian satuan. Mp = Momen putar ( Nm )
n = Putaran mesin ( Rpm )
f). Efisiensi motor bakar
Efisiensi adalah angka perbandingan dari daya mekanis yang dihasikan oleh motor dengan daya kalor bahan bakar yang telah digunakan. Efesiensi biasanya ditunjukan dalam kaitannya dengan efesiensi motor adalah efesiensi thermal efektif atau keseluruhan efesiensi. Dari gambar 20 dapat dilihat bahwa :
1). Kerugian panas hilang sekitar 30 % melalui cairan pendingin.
2). Gas bekas yang mempunyai tekanan tertentu bila meninggalkan motor, sekitar 30 % dari persediaan tenaga panas hilang.
3). Gesekan dan radiasi mengambil panas sekitar 10 %..
Dengan demikian panas yang tersisa sekitar 30 % yang digunakan sebagai tenaga mekanik yang berguna. Distribusi panas dari hasil proses pembakaran motor inilah yang disebut keseimbangan panas.
Motor Otto ( ) = 20% ÷ 35%, Motor Diesel ( ) = 35% ÷ 55%.
Besar efisiensi motor secara umum :
Gambar 1.21. Ilustrasi Efisiensi.
Panas yang tersisa yang digunakan sebagai tenaga mekanis yang berguna disebut “Efesiensi panas”. Semakin besar efesiiensi panas dari suatu motor, maka semakin besar pula kemampuan suatu motor.
g. Efesiensi Volumetrik.
Volume campuran udara dan bahan bakar yang masuk kesilinder pada saat langkah isap secara teoritis sama dengan volume langkah torak daari titik mati atas sampai titik mati bawah. Volume ini akan menghasilkan tenaga jika terbakar. Namun kenyataannya voume yang masuk kedalam silinder lebih kecil dari volume langkah torak akibat beberapa faktor seperti tekanan udara, temperatur udara, sisi sisa gas
Input :
Daya kalor yang diberikan bahan bakar 100%
Kerugian panas pada sistem
pendinginan 30 % Kerugian gas buang panas + tekanan 30%
Gesekan + Radiasi 10 %
Daya mekanis yang dihasilkan 30 %
bekas, panjang saluran masuk (Intake manifold), bentuk saluran masuk dan kehalusan permukaan dalam saluran. Besarnya volume campuran gas yang sebenarnya masuk kedalam silinder pada langkah isap dengan volume gas yang dapat masuk dinyatakan dalam suatu angka perbandingan yang disebut efesiensi volumetrik. Untuk jelasnya :
Jumlah volume campuran gas pada tekanan dan dan temperatur sekeliling
Efesinsi volumetrik ( v ) = --- Volume langkah
h).Efesiensi Pengisian.
Dalam menetukan berat berat suatu gas, harus ditentukan dahulu patokan dari temperatur dan tekanan shingga perubahan dari volume menjadi menjadi berat dapat diketahui Sebagai patokan telah ditetapkan suatu harga temperatur dan tekanan((standard temperature and pressure), yang menetapkan bahwa :
(T0) = 15 0 C
(p0) = 1 atm = 760 mm Hg.
Dengan menggunakan rumus : p.v = n.R.T dapat dilihat hubungan antara berat, volume, tekanan dan temperatur dari suatu gas. Dalam kondisi tertetu, suatu gas dapat ditentukan beratnya dimana apabila berat gas yang masuk ke dalam silinder diperbandingkan dengan berat gas yang sebenarnya masuk ke dalam silinder disebut efesiensi voumetrik. Namun jika kondisi gas dirubah ke kondisi standart baik dalam bentuk volume maupu berat dari gas diperbandingkan yang menghasilkan suatu harga perbandingan disebut “efesiensi pengisian.”
Efesiensi pengisian adalah suatu harga perbandingan antara volume gas yang tidak dipengaruhi oleh kondisi temperatur dan tekanan sekelilingnya dengan volume langkah. Artinya volume gas yang masuk kedalam silinder harus sesuai dengan standar temperatur dan tekanan standart.
Jumlah volume campuran gas pada tekanan dan temperatur sekeliling (p dan T dirubah ke p0 dan T0
Efesiensi pengisian = --- Volume silinder
Atau
Jumlah berat campuran gas yang dapat masuk ke dalam silinder pada p dan T
Efesiensi pengisian = --- Jumlah berat campuran gas yang seharusnya masuk ke dalam
silinder pada p0 dan T0
Nilai efesiensi volumetrik dan efesiensi pengisian bila semakin besar, maka semakin banyak campuran gas yang masuk kedalam silinder. Ini berarti semakin besar daya yang dihasilkan. Nilai efesiensi volumetrik dan efesiensi pengisian juga dipengaruhi oleh bentuk dan panjang saluran isap, kehalusan permukaan dalam saluran, dan kecepatan mesin. Nilai efesiensi volumetrik dan efesiensi pengisian berkisar antara 65 – 85 %. Untuk menaikan nilai efesiensi volumetrik dan efesiensi pengisian dapat dilakukan dengan :
1). Intake manifold yang dihaluskan akan menghasilkan daya mekanis lebih tinggi dibandingkan dengan yang standard seperti terlihat pada gambar 21. Penggunaan intake manifold yang dihaluskan membuat efisiensi motor bakar meningkat rata-rata sebesar 5.24 % .
Gambar 1.22. Efisiensi motor bakar.
2). Proses pemasukan gas kedalam silinder dibantu dengan tekanan yang melebihi tekanan atmosfir (dengan supercharger) atau (turbocharger).
Supercaharging adalah proses pemasukan gas atau udara baru kedalam silinder yang menggunakan pompa yang tenaganya diambil dari mesin.
Turbocharging adalah proses pemasukan bahan bakar kedalam silinder menggunakan tekanan gas-gas bekas yang sebelum meninggalkan mesin dilewatkan melalui sebuah turbin. Pada sumbu turbin dipasangkan sebuah kipas yang menekan udara luar dengan tekanan.
Pada motor bakar torak 4 langkah maupun 2 langkah jika dilengkapi dengan dengan supercaharging maupun turbocharging akan menaikan rendemen volumetris. Pengisian dengan supercaharging maupun turbocharging disebut juga dengan pengisian tekanan dan bila dibandingkan dengan pengisian isap memiliki beberapa keuntungan antara lain :
1 m3 udara dari 150C yang bertekanan 0,9 atm, beratnya 1,07 kg (pengisian isap) 1 m3 udara dari 150C yang bertekanan 1,3 atm, beratnya 1,55 kg (pengisian tekan) Contoh :
Untuk suatu motor bakar torak yang isi silindernya 1 m3, dengan pengisian biasa (isap), silindernya dapat terisi 1,07 kg udara, sedangkan dengan pengisian tekan, silindernya dapat terisi 1,55 kg udara. Dengan demikian pengisian tekan isi silindernya kurang lebih 45 % lebih berat dari pada pengisian isap. Dengan pengisian tekan tenaga motor dapat naik sekitar 45 %.
i). Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (Specific Fuel Consumption - SFC)
Untuk mendapatkan energi panas diperlukan campuran gas yang terdiri dari udara dan bahan bakar. Banyaknya bahan bakar yang digunakan untuk menghasilkan energi panas tergantung pada besar volumu langkah torak dan efesiensi volumetrik atau pengisian. Konsumsi bahan bakar biasanya dikenal yang menyatakan jarak tempuh kendaraan tiap satu liter bahan bakar.
Konsumsi bahan bakar jika dibandingkan dengan daya mesin yang dihasilkan selama kurun waktu tertentu dikenal dengan istilah “konsumsi bahan bakar spesifik”.
Banyaknya bahan bakar yang dibakar (gr) Konsumsi bahan bakar spesifik = ---
Daya mesin yang dihasilkan dlm waktu(PS.hr
gram bahan bakar Konsumsi bahan bakar spesifik = --- Daya kuda x jam
Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (Specific Fuel Consumption - SFC) adalah indikator keefektifan suatu motor bakar torak dalam menggunakan bahan bakar yang tersedia untuk menghasilkan daya. Dengan demikian, semakin kecil SFC maka dapat dikatakan motor semakin hemat bahan bakar.
Nilai konsumsi bahan bakar spesifik bervariasi dan dipengatuhi oleh besar kecilnya harga efesiensi panas.
Pada motor bakar dengan intake manifold yang dihaluskan, aliran masuk bahan bakar mempunyai tekanan lebih tinggi karena rugi gesekan lebih kecil bila dibandingkan dengan intake manifold normal, keadaan ini membuat bahan bakar dari karburator ke ruang bakar dengan laju aliran lebih rendah atau konsumsi bahan bakar lebih rendah seperti terlihat pada gambar 21.
Hal ini berdasar prinsip dari karburator di mana bahan bakar ke luar dari tanki karena adanya beda tekanan antara tekanan bahan bakar di saluran keluaran dengan tekanan udara di karburator. Semakin rendah beda tekanan maka semakin sedikit bahan bakar yang keluar.
300 350 400 450 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Putaran (rpm) S FC ( gr/ k W .j am ) Standard Dihaluskan
j). Panas –Usaha – rendemen
Dalam motor bakar sejumlah panas diubah menjadi kerja atau usaha. Hal tersebut terlaksana karena panas pembakaran mengakibatkan pembesaran isi dan kenaikan tekanan. Pembesaran isi dan kenaikan tekanan diperlukan untuk merubah panas menjadi usaha. Panas adalah juga usaha dalam bentuk lain.
Usaha dinyatakan dengan satuan “kgm.
Usaha sebesar 1 kgm berarti usaha yang dibutuhkan untuk mengangkat beban seberat 1 kg setinggi 1 meter.
Usaha 1 kgm tiap detik disebut “daya usaha”. Jadi kgm/det adalah satuan untuk “daya usaha.
Daya usaha sebesar 75 kgm/det disebut 1 pk.
Untuk mengetahui banyaknya usaha yang dibangkitkan oleh sejumlah panas dalam proses pembakaran suatu motor.
Oleh karena 1 kcal dinyatakan sama dengan usaha sebesar 427 kgm, maka daya usaha sebesar 1 pk dibutuhkan panas sebesar :
75
---- = 0,176 kcal tiap detik, atau 427
3600 x 0,176 = 632 kcal tiap jam Jadi : 1 pk = 632 kcal/jam.
Jadi untuk membangkitkan 1 pk selama 1 jam dibutuhkan panas sebanyak 532 kcal harus dibah menjadi usaha.
Panas yang digunakan sebagai usaha pada proses pembakaran hanya sebagian kecil saja (kira 30 %), sedangkan sisanya hilang ( terbawa oleh air pendingin dan gas buang). Perbandingan antara panas yang berubah menjadi usaha dan panas yang tersedia ( dihasilkan dari pembakaran) disebut : “daya guna thermis” atau “rendemen tehermis” dan dinyatakan dengan ( t ) dibaca ta tee.
Atau :
Panas yang terubah menjadi usaha Q1 – Q2
____________________________ = t atau _________ = t Panas yang tersedia Q1
Q1 = panas yang tersedia Q2 = panas yang terbuang
Karena daya guna thermis sangat tergantung dari panas (suhu) yang tertinggi dan yang teendah dari suatu motor, maka t dapat dinyatakan dengan rumus :
T1 - T2
__________ = t T1
Contoh Soal :
Sebuah motor bakar torak diketahui : T1 (pada dinding ruang bakar) 14000 C T2 (pada pipa gas buang) 3000 C, maka :
1400 - 300
__________ = 0,785 = 78,5 % 1400
j). Air Fuel Ratio (AFR)
Air Fuel Ratio adalah faktor yang mempengaruhi kesempurnaan proses pembakaran di dalam ruang bakar. Merupakan komposisi campuran bensin dan udara yang ideal dalam motr bakar. Idealnya AFR bernilai 14,7. Artinya campura terdiri dari 1 bensin berbanding 14,7 udara atau disebut dengan istilah Stoichiometry.
Pemakaian udara yang tidak stoikiometris, dikenal istilah Equivalent Ratio (ER).
Equivalent Ratio (ER) adalah perbandingan antara jumlah (bahan bakar/ udara) yang digunakan dan jumlah (bahan bakar/ udara) stoikiometris.
Dengan demikian maka:
ris stoikiomet udara bahanbakar digunakan yang udara bahanbakar ER ) / ( ) / (
ER = 1, berarti reaksi stoikiometris tetap sama dengan harga AFR ideal. ER < 1, berarti pemakaian udara kurang dari keperluan reaksi stoikiometris. ER > 1, berarti pemakaian udara lebih dari keperluan reaksi stoikiometris.
n). Besaran Satuan dan Konversi dalam Satuan Lain 1. Tekanan
1 Atmosfir = 101,32 KPA ( kilo pascal ) = 1,0132 Bar = 1,033 Kg/cm2 = 14,696 b/In2 = 760 mm Hg = 29,92 In Hg 2 Volume 1 cc = 1 cm3 = 0,001 dm3 = 0,001 liter = 1000 mm3 = 0,6102 In3 3 Gaya 1 Kg = 9,8066 n 1 Kpm = 7,233 b ft (food pounds)
= 100,197 Nm (Newton meter) 4 Daya 1 Ps = 0,7355 kw (kilo watt) 1 hp = 0,736 kw (kilo watt) 5 Luas 1 cm2 = 100 mm2 = 0,0001 m2 = 0,155 In2