BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pengertian Motor Bakar Bensin
Motor bakarmerupakan salah satu jenis mesin penggerak yang banyak dipakai Dengan memanfaatkan energi kalor dari proses pembakaran menjadi energi mekanik. Motor bakar merupakan salah satu jenis mesin kalor yang proses pembakarannya terjadi dalam motor bakar itu sendiri sehingga gas pembakaran yang terjadi sekaligus sebagai fluida kerjanya. Mesin yang bekerja dengan cara seperti tersebut disebut mesin pembakaran dalam. Adapun mesin kalor yang cara memperoleh energi dengan proses pembakaran di luar disebut mesin pembakaran luar. Motor bensin termasuk ke dalam jenis motor bakar torak. Proses pembakaran bahan bakar dan udara di dalam silinder (internal combustion engine). Motor bakar bensin dilengkapi dengan busi dan karburator yang membedakannya dengan motor diesel. Busi berfungsi untuk membakar campuran udara-bensin yang telah dimampatkan dengan jalan memberi loncatan api listrik diantara kedua elektrodanya. Karena itu motor bensin dinamai dengan spark ignitions. Sedangkan karburator adalah tempat bercampurnya udara dan bensin. Campuran tersebut kemudian masuk ke dalam silinder yang dinyalakan oleh loncatan bunga api listrik dari busi menjelang akhir langkah kompresi.
Motor bakar dapat diklasifikasikan menjadi 2 (dua) macam,adapun klasifikasi motor bakar yaitu berdasarkan sistem pembakaranny, sistem penyalaan, dan siklus termodinamika :
1. Berdasarkan Sistem Pembakarannya
a. Mesin pembakaran dalam.
Mesin pembakaran dalam atau sering disebut sebagai Internal Combustion Engine (ICE), yaitu dimana proses pembakarannya berlangsung di dalam motor
bakar itu sendiri.
b. Mesin pembakaran luar
2.2 Prinsip Kerja Motor Bensin
Motor bensin dikategorikan dalam motor bakar torak dan mesin pembakaran dalam (internal combustion engine) (simplenya biasanya disebut “motor bakar” saja). Prinsip kerja motor bensin adalah merubah energi kimia menjadi energi mekanis. Energi kimia di dapatkan melalui proses reakasi kimia (pembakaran) dari bahan bakar (bensin) dan oksidiser (udara) di dalam silinder (ruang bakar). Pembakaran dalam motor bensin terjadi dari campuran bahan bakar dan udara dihisap kedalam silinder. Kemudiandikompresikan oleh torak saat bergerak ke titik mati atas. Karena adanya proses pembakaran yang disebabkan oleh percikan bunga api dari busi, maka akan menghasikan temperatur dan tekanan gas yang besar, yang mendorong torak untuk berekspansi menuju titik mati bawah.
Dari gerak bolak balik (displacemet) torak dirubah menjadi gerak putar pada poros engkol melalui batang torak. Gerak putar inilah yang menghasilkan tenaga pada kendaraan. Posisi tertinggi yang dicapai oleh torak didalam silinder disebut titik mati atas, dan posisi paling terendah yang dicapai torak disebut titik mati bawah. Jarak bergeraknya torak antara titik mati atas ke titik mati bawah disebut langkah torak (stroke).
Adapun langkah kerja motor bensin 2 tak adalah sebagai berikut :
1. Langkah kompresi dan langkah hisap
Pada langkah ini dalam motor 2 tak terjadi 2 aksi berbeda yang terjadi secara
bersamaan yaitu aksi kompresi yang terjadi pada ruang silinder atau pada bagian atas dari piston dan aksi hisap yang terjadi pada ruang engkol atau pada bagian bawah piston.Yang terjadi dalam langkah ini adalah :
a. Piston bergerak dari TMB (titik mati bawah) ke TMA (titik mati atas).
b. Pada saat saluran pembiasan tertutup mulai dilakukan langkah kompresi pada ruang silinder.
Gambar 2.1Langkah kompresi dan langkah hisap (:http://jerycazsanovaright.blogspot.com)
2. Langkah usaha dan buang
Dan pada langkah ini terjadi langkah usaha dan buang yang terjadi pada saat yang tidak bersamaan, jadi langkah usaha dahulu barulah setelah saluran pembiasan dan saluran buang terbuka terjadi langkah buang.Yang terjadi dalam langkah ini adalah :
a. Sebelum piston mencapai TMA (titik mati atas), busi akan memercikkan bunga api listrik sehingga campuran udara dan bahan bakar akar terbakar dan menyebabkan ledakan maka timbullah dayadorong terhadap piston, sehingga piston akan bergerak dari TMA (titik mati atas) ke TMB (titik mati bawah).
b. Sesaat setelah saluran hisap tertutup dan saluran bias serta saluran buang membuka maka campuran udara dan bahan bakar yang berada di ruang engkol akan mendorong gas sisa hasil pembakaran melalui saluran bias ke saluran.
Gambar 2.3 Proses Kerja Mesin dua langkah Ott
2.3 Siklus Kerja Motor Bensin 2.3.1Siklus Udara Volume Konstan
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.
Adapun urutan prosesnya adalah sebagai berikut:
1. Proses 0 – 1 (Proses pemasukan): Menghisap udara pada tekanan konstan, katup masuk terbuka dan katup buang tertutup. Campuran bahan bakar dan udara masuk kedalam silinder melalui lubang katup masuk.
2. Proses 1 – 2 (Compression Isentropic) : Semua katup tertutup. diasumsikan bahwa proses ini berlangsung secara isentrofis (reversible adiabatic). Piston bergerak dari TMB ke TMA. Temperature di titik 2 lebih besar dari pada temperature di titik 1.k melakukan atau dikenai kerja sehingga W=0. Kalor dimasukka ke sistem.
3. Proses 2 – 3 (Proses Pembakaran) : Proses penambahan kolor pada volume konstan, temperatur, tekanan dan entropy meningkat.
4. Proses 3 – 4 (Ekspansi Isentropic) : Kerja ekspansi dari titik 3 ke titik 4 dari siklus otto juga merupakan proses isentropic. Piston bergerak dari TMA ke TMB, temperatur dan tekanan menurun.
5. Proses 4 -1 (Proses Pembuangan) : Setelah torak mencapai TMB sejumlah kalor dikeluarkan dari dalam silinder sehingga temperatur fluida kerja akan turun. Proses ini berlangsung pada volume konstan.
2.4 Konstruksi Motor Bakar Bensin 2 langkah
Gambar 2.5 Komponen Motor bensin 2 Langkah (
2.4.1 Komponen Mesin Bensin 1. Blok Silinder
Blok silinder merupakan inti dari pada mesin, yang terbuat dari besi tuang. Belakangan ada beberapa blok silinder yang dibuat dari paduan aluminium. Seperti kita ketahui, bahwa aluminium ringan dan meradiasikan panas yang lebih efisien dibandingkan dengan besi tuang. Blok silinder dilengkapi rangka pada bagian dinding luar untuk memberikan kekuatan pada mesin dan membantu meradiasikan panas. Blok siilinder terdiri dari beberapa lubang tabung silinder, yang di dalamnya terdapat torak yang bergerak naik - turun. Silinder - silinder ditutup bagian atasnya oleh kepala silinder yang dijamin oleh gasket kepala silinder yang letaknya antara blok silinder dan kepala silinder.
2. Kepala Silinder
Kepala silinder (cylinder head) ditempatkan dibagian atas blok silinder. Pada bagian bawah kepala silinder terdapat ruang bakar dan katup-katup. Kepala silinder harus tahan terhadap temperatur dan tekanan yang tinggi selama mesin bekerja. Oleh sebeb itu umunya kepala silinder dibuat dari besi tuang. Akhir-akhir ini banyak mesin yang kepala silindernya dibuat dari paduan aluminium.kepala silinder yang terbuat dari paduan aluminium memiliki kemampuan pendingin lebih besar di banding mentel pendingin yang diaiiri air pendingin yang datang dari blok silinder untuk mendinginkan katup-katup dari busi.
Gambar 2.7 Kepala Silinder(:http:// www.lambretta.com)
3. Torak
Gambar 2.8Torak(:http:// www.bikemanperformance.com)
4. Poros Engkol
Tenaga (torque) yang di gunakan untuk menggerakan roda kendaraan di hasilkan oleh gerakan torak dan diubah yang menjadi gerak putarran pada poros engkol. Poros engkol menerima beban yang besar dari torak dan batang torak serta berputar pada kecepatan tinggi. Dengan alasan tersebut poros engkol umumnya dibuat dari baja carbon dengan tingkatan serta mempunyai daya tahan yang tinggi konstruksi poros engkol.crank journal ditopang oleh batang poros engkol (crank shaft bearing) pada crank case dan poros engkol berputar pada journal. Masing - masing journal mempunyai crank arm dan crank pin letaknya dibagian ujung armnya. Crank pin di pasang pada crank shaft tidak satu garis (offset) dengan porosnya. Counter balance weight di pasang seperti pada gambar untuk menjamin keseimbangan putaran yang di timbulkan lubang oli untuk menyalurkan oli pada crank journal, bantalan batang torak, pena torak dan lain - lain.
2.5 Torsi
Torsi (T) adalah ukuran kemampuan engine untuk menghasilkan kerja. Dan didalam keadaan sehari – hari torsi digunakan untuk akselerasi kendaraan untuk mendapatkan kecepatan tinggi. Torsi berkemampuan untuk menggerakkan poros engkol/ poros mesin motor bakar dari kondisi diam hingga berjalan. Torsi yang dihasilkan suatu mesin dapat diukur dengan menggunakan dynamometer yang dikopel dengan poros output mesin. Oleh karenasifat dynamometer yang bertindak seolah – olah seperti sebuah rem dalam sebuah mesin. Mekanisme pengereman yang digunakan dalam instalasi pengujian terdiri atas pulley yang terpasang pada poros yang berhubungan terhadap mesin, pocket balance, belt, baut gantungan.
Apabila pengereman bekerja, belt yang terpasang pada pulley akan menahan putaran mesin yang diteruskan terhadap poros, sehingga akan terjadi perubahan terhadap mesin, memberikan keseimbangan gaya momen.
�
= (
� − �
)
� �
�+�2
�
...(R.S. Khurmi,:765)Dimana :
T = Torsi (Nm)
W = Beban tetap pada pengereman (N)
S = Perubahan beban (N)
D = Diameter puli (m)
d = Diameter tali rem (m)
2.6 Daya Poros
Daya poros (Ps) yang disebut juga dengan daya rem adalah ukuran dari daya mesin
hidraulik, turbocharger, dan komponen terkait lainnya. Istilah brake atau rem mengacu pada beban yang diaplikasikan pada mesin dan menahannya pada RPM tertentu.Selama pengujian, output torsi dan kecepatan putar diukur untuk menentukan daya rem. Tenaga kuda pada awalnya diukur menggunakan metode ini, diawali oleh James Watt lalu oleh De Prony dengan Prony brake. Sekarang, penggunaan dynamometer lebih umum dari pada Prony brake. Meski sebenarnya daya yang didapatkan pada roda dan sumber beban. Daya rem memberikan gambaran daya mesin yang sebenarnya sebelum kehilangan daya melalui gearbox, alternator, dan sebagainya (wikipedia.org).
Untuk menghitung daya poros digunakan persamaan:
1. Daya Poros
tegangan puntir dan tekuk. Menurut arah memanjangnya (longitudinal) maka dibedakan poros yang bengkok (poros engkol) terhadap poros lurus biasa, sebagai poros pejal atau poros berlubang, keseluruhannya rata atau dibuat mengecil.
1. Fungsi Poros
Poros dalam sebuah mesin berfungsi untuk meneruskan tenaga bersama-sama dengan putaran. Setiap elemen mesin yang berputar, seperti cakra tali, puli sabuk mesin, piringan kabel, tromol kabel, roda jalan dan roda gigi, dipasang berputar terhadap poros dukung yang tetap atau dipasang tetap pada poros dukung yang berputar. Contohnya sebuah poros dukung yang berputar, yaitu poros roda keran berputar gerobak.
Untuk merencanakan sebuah poros, maka perlu diperhatikan hal-hal sebagai berikut.
a) Kekuatan poros
Pada poros transmisi misalnya dapat mengalami beban puntir atau lentur atau gabungan antara puntir dan lentur. Juga ada poros yang mendapatkan beban tarik atau tekan, seperti poros baling-baling kapal atau turbin. Kelelahan tumbukan atau pengaruh konsentrasi tegangan bila diameter poros diperkecil (poros bertangga) atau bila poros mempunyai alur pasak harus diperhatikan. Jadi, sebuah poros harus direncanakan cukup kuat untuk menahan beban-beban yang terjadi.
b) Kekakuan poros
Walaupun sebuah poros mempunyai kekuatan yang cukup, tetapi jika lenturan dan defleksi puntirannya terlalu besar, maka hal ini akan mengakibatkan ketidaktelitian (pada mesin perkakas) atau getaran dan suara (misalnya pada turbin dan kotak roda gigi).
c) Putaran kritis
d) Korosi
Bahan-bahan tahan korosi harus dipilih untuk poros propeller dan pompa bila terjadi kontak dengan fluida yang korosif. Demikian pula untuk poros-poros yang terancam kavitas dan poros mesin yang sering berhenti lama.
2.7.1 Macam – Macam Poros
Poros sebagai penerus daya diklasifikasikan menurut pembebanannya sebagai berikut:
1. Poros transmisi
Poros transmisi atau poros perpindahan mendapat beban puntir murni atau puntir dan lentur. Dalam hal ini mendukung elemen mesin hanya suatu cara, bukan tujuan. Jadi, poros ini berfungsi untuk memindahkan tenaga mekanik salah satu elemen mesin ke elemen mesin yang lain. Dalam hal ini elemen mesin menjadi terpuntir (berputar) dan dibengkokkan. Daya ditransmisikan kepada poros ini melalui kopling, roda gigi, puli sabuk atau sproket rantai, dan lain-lain.
2. Spindle
Poros tranmisi yang relatif pendek, seperti poros utama mesin perkakas, dimana beban utamanya berupa puntiran, disebut spindle. Syarat yang harus dipenuhi poros ini adalah deformasinya yang harus kecil, dan bentuk serta ukuranya harus teliti. 3. Gandar
Gandar adalah poros yang tidak mendapatkan beban puntir, bahkan kadang-kadang tidak boleh berputar. Contohnya seperti yang dipasang diantara roda-roda kereta barang.
2.8Bantalan
Bantalan adalah elemen mesin yang menumpu poros, seghingga putaran gerakan bolak-baliknya dapat berlangsung secara halus, aman dan tahan lama. Posisi bantalan harus kuat, hal ini agar elemen mesin dan poros bekerja dengan baik.
1. Bantalan luncur, dimana terjadi gerakan luncur antara poros dan bantalan karena permukaan poros ditumpu oleh permukaan bantalan dengan lapisan pelumas. 2. Bantalan gelinding, dimana terjadi gesekan gelinding antara bagian yang berputar
dengan yang diam melalui elemen gelinding seperti rol atau jarum.
Berdasarkan arah beban terhadap poros, maka bantalan dibedakan menjadi tiga hal berikut :
a) Bantalan radial, dimana arah beban yang ditumpu bantalan tegak lurus dengan poros.
b) Bantalan aksial, dimana arah beban bantalan ini sejajar dengan sumbu poros. c) Bantalan gelinding khusus, dimana bantalan ini menumpu beban yang arahnya
sejajar dan tegak lurus sumbu poros
2.9Dinamometer
Dinamometer, adalah suatu mesin suatu mesin elektro-mekanik yang digunakan untuk mengukur torsi (torque) dan kecepatan putaran (rpm) dari tenaga yang diproduksi oleh suatu mesin, motor atau penggerak berputar lain. Dinamometer dapat juga digunakan untuk menentukan tenaga dan torsi yang diperlukan untuk mengoperasikan suatu mesin.
Keterangan :
r : Jari-jari rotor (m)
W : Beban pengimbang (Kg)
f : Gaya kopel (N)
Prinsip kerjanya adalah : Rotor A diputarkan oleh sumber daya motor yang diuji, dengan stator dalam keadaan setimbang. Bila dalam keadaan diam maka ditambahkan sebuah beban pengimbang W yang dipasangkan pada lengan C dan diengselkan pada stator B. Karena gesekan yang timbul, maka gaya yang terjadi di dalam stator diukur dengan timbangan D dan penunjukannya merupakan beban atau muatan dinamometer. Dalam satu
poros, keliling rotor bergerak sepanjang 2.π.r melawan gaya kopel f. Jadi tiap putaran adalah :
2.π.r.f
Momen luar yang dihasilkan dari pembacaan D dan lengan L harus setimbang dengan momen putar yaitu r x f , maka r x f = D x L. Jika motor berputar dengan n putaran tiap menit
, maka kerja per menit harus sama dengan 2.π.D.L.n , harga ini merupakan suatu daya, karena menurut definisi daya dibatasi oleh waktu, kecepatan putar dan kerja yang terjadi.
2.9.1 Tipe Dinamometer
1. Dinamometer Penggerak
Gambar 2.11 Dinamometer Listrik
2. Dinamometer Absorpsi
Sesuai dengan namanya dinamometer ini menyerap daya yang diukur kemudian disebarkan kesekelilingnya dalam bentuk panas karenanya dinamometer ini secara khusus bermanfaat untuk pengukuran tenaga atau daya, torsi yang dikembangkan oleh sumber-sumber tenaga seperti motor bakar, motor listrik dan sebagainya. Dinamometer ini dibagi menjadi empat macam yaitu :
3. Dinamometer mekanis :
Pada dinamometer ini penyerapan daya dilaksanakan dengan memberikan gesekan mekanis sehingga timbul panas. Panas ini dipindahkan kesekeliling dan kadang-kadang juga didinginkan oleh fluida pendingin yang lain , misalkan air.
Yang termasuk dalam bentuk ini ialah :
a) Rem jepit atau prony brake dengan bahan kayu
Gambar 2.12Dinamometer Prony Brake
b) Rem tali atau rope brake
Cara kerja dari rem ini hampir sama dengan rem jepit, hanya rem ini terdiri dari tali disekeliling roda. Bahan tali biasanya kulit, ujung tali yang satu dikaitkan pada suatu spring balance dan ujung satunya lagi diberi beban, penyerapan daya dilakukan oleh tali karena gesekan dengan roda. Rem tali sangat sederhana dan mudah dibuat, tetapi hanya bisa bekerja pada putaran rendah dengan kapasitas penyerapan daya kecil.
4. Dinamometer hidrolik atau dinamometer air
Adalah menggunakan fluida cair untuk mengubah daya mekanis menjadi energi panas. Fluida yang digunakan biasanya air sehnigga dinamometer ini sering disebut dinamometer air. Ada dua macam dinamometer air yaitu:
a) Dinamomater air tipe gesekan fluida
Pada dasarnya dinamometer ini terdiri dari sebuah rotor atau elemen putar dengan kedua belah permukaannya rata,berputar dalam sebuah casing serta casing tersebut diisi dengan air, selanjutnya air fluidanya disirkulasi secara kontinu. Akibat sirkulasi tersebut terjadi pergesekan pada bagian fluidanya.
Kapasitas dinamometer jenis ini tergantung pada 2 faktor yaitu kecepatan putaran poros dan tinggi pemukaan air. Penyerapan dayanya mendekati mendekati fungsi pangkat tiga dari kecepatan putaran poros atau rotor. Penyerapan pada kecepatan tertentu bisa dilakukan dengan pengaturan tinggi permukaan air pada atau dalam casing. Jumlah air yang bersikulasi harus cukup banyak agar tidak sampai terjadi uap dibagian manapun dari alat, karena dengan timbulnya uap tersebut akan mengakibatkan hilangnya beban sesaat ataupun tidak.
b) Dinamometer air tipe agitasi (semburan)
terus terjadi berulang-ulang. Akibat proses turbulensi maka akan terjadi panas, tetapi panas ini dapat dihilangkan dengan jalan mengatur luapan air yang terus menerus mengisi bagian belakang poket-poket casing dengan sebuah pipa karet yang flexible, selanjutnya air tidak boleh melebihi 60 ºC.
Muatan pada mesin bisa diubah dengan atau memundurkan pintu geser yang terletak antara rotor dan poket casing, jadi memungkinkan casing bekerja secara aktif dalam formasi pusaran air yang menyerap tenaga. Pergerakan pintu geser diatur dengan sebuah hand wheel yang terletak pada bagian luar casing. Poros rotor pada casing bergerak atau berputar di dalam bearing juga dilengkapi dengan penekan anti air (water seal), sedang casing ditumpu pada trunion bearing yang berbentuk bola besar (self lining) dan juga pada casing dilekatkan sebuah lengan torsi yang dihubungkan dengan sebuah spring balance. Kedudukan spring balance jarumnya harus menunjuk nol (berarti dinamometer dalam keadaan setimbang) pada waktu berhrnti dan pada waktu air mengalir masuk casing tetapi masih belum bekerja
Gambar 2.14 Dinamometer hidrol
5. Dinamometer udara
dengan sebuah rotor berupa kipas yang berputar. Pengaturan bebannya dengan merubah radius kipas, ukuran atau sudut kipas. Dengan memasang mesin pada bantalan ayun, maka reaksi mesin yang timbul karena gesekan yang terjadi antara rotor dengan udara akan terbaca pada skala.
Gambar 2.15 Dinamometer udar
6. Dinamometer listrik
Pada dasarnya pengereman yang terjadi pada dinamometer listrik akibat pemotongan medan magnet oleh pergerakan bahan konduktor. Ada 2 tipe dinamometer listrik yaitu :
a) Dinamometer arus Eddy
b) Dinamometer ayunan listrik atau generator
Pada prinsipnya bidang gerak dinamometer ini diputarkan secara terpisah baik dengan mengutamakan pipa-pipa saluran utama atau buttery yang mempertahankan suatu tegangan yang konstan. Seluruh mesin ditumpu dengan ball bearing, casing menahan sebuah lengan torsi untuk menjadikan seimbang torsi mesin. Torsi mesin disebarkan pada casing oleh daya tarik medan magnet yang dihasilkan ketika jangkar sedang berputar dan mengeluarkan tenaga listriknya pada aliran sebelah luar dinamometer. Tenaga mesin yang diserap akan membangkitkan tenaga listrik di dalam rangkaian jangkar. Dinamometer dipasang pada bantalan ayun dan mengukur momen yang ditimbulkan karena kecenderungan casing berputar.
7. Dinamometer Transmisi
Dinamometer transmisi digunakan untuk mengukur daya yang sulit dilaksanakan dengan cara biasa, pemasangannya bisa dilakukan dengan cara meletakkan pada bagian mesin atau diantara dua buah mesin dan daya yang diukur adalah daya setempat dan biasanya daya ini dimanfaatkan sebagai energi mekanis atau energi listrik. Salah satu contoh dari dinamometer transmisi ialah tipe strain gage. Pengukurannya berdasarkan tegangan kawat dan perubahan pada tegangan kawat akan merubah tahanan listrik.
2.9.2 Prinsip Operasi Daya Dinamometer
