BAB III
LANDASAN TEORI
3. Sistem Kerja Motor Bakar Pada Pesawat Piston Engine
3.1 Sistem Kerja Motor Bakar
Sistem kerja motor bakar pada pesawat piston engine memiliki siklus 4T, sistem kerja motor bakar merupakan suatu proses atau langkah dimana komponen-komponen penggerak pesawat bekerja untuk menghasilkan sebuah tenaga untuk memutar sebuah propeler atau baling-baling pesawat dengan menkonversikan tenaga dari pembakaran avgas yang menghasilkan panas ke sebuah putaran propeler yang menghisap udara untuk menerbangkan sebuah pesawat. Siklus mesin piston 4T :
3.2 Piston Engine (Mesin Piston)
Piston engine atau biasa di sebut dengan mesin torak, merupakan mesin yang menggunakan piston (torak) sebagai tenaga penggerak.Piston yang bergerak naik turun di hubungkan dengan crankshaft melalui connecting rod untuk memutar propeller atau baling-baling.Piston dapat bergerak naik turun karena adanya pembakaran antara campuran udara dengan bahan bakar (fuel) di dalam ruang bakar (combustion chamber).Pembakaran di dalam combustion chamber menghasilkan expansion gas panas yang dapat menggerakkan piston bergerak naik turun.Pesawat yang menggunakan mesin piston umumnya menggunakan propeller sebagai tenaga pendorong untuk menghasulkan thrust. Bentuk penampang dari propeller itu sendiri sama seperti sayap, yaitu juga berbentuk airfoil. Sehingga pada saat propeller berputar maka akan menghasilkan gaya dorong atau thrust sehingga pesawat dapat bergerak ke depan. Pesawat dengan mesin piston ini merupakan jenis pesawat ringan atau biasa di sebut dengan light aircraft.Pesawat ini mempunyai daya jelajah yang kecil dan ketinggian terbang yang tidak terlalu tinggi.
3.3 Jenis-Jenis Mesin Pesawat Piston Engine
3.3.1 Piston Engine Radial
Mesin radial adalah konfigurasi mesin pembakaran dalam, di
mana silinder diatur mengelilingi arah sebuah pusat poros engkol seperti jeruji pada roda. Pembakaran ini secara umum digunakan mesin pesawat sebelum digantikan dengan mesin poros turbo dan turbojet.
Silindernya disambungkan ke kruk as dengan susunan poros induk dan sambungan.Sebuah silinder memiliki sebuah batang utama dengan sambungan langsung ke poros mesin.Piston yang tersisa menjepit alat pelengkap batang sambungan ke lingkaran sekitar sisi poros induk (lihat animasi).
Jeruji empat tak hampir selalu berjumlah ganjil pada silinder, supaya setiap aturan tetap pembakaran piston lain dapat dipelihara, memberikan pergerakan yang lancar.
Untuk pesawat, jari-jari tersebut mempunyai banyak kelebihan dibandingkan bentuk segaris.Dengan semua silinder di hadapan mesin (sebenarnya), jari-jari tersebut mudah didinginkan dengan arus udara.Mesin inline memerlukan cairan dingin untuk mengalihkan pemanasan atau penghalang untuk mengarahkan udara dingin, karena silinder adalah yang terakhir menerima sedikit aliran udara.Angin dingin menghemat kerugian tertentu, dan juga mengurangi berat ke tahap tertentu.
Di samping itu, mesin radial tidak mudah rusak; bila blok mesin retak pada sebuah mesin segaris menyebabkan keseluruhan tepi silinder akan kehilangan tenaga, tetapi situasi yang sama pada mesin radial sering kali hanya menjadikan silinder individual berhenti berjalan.
Kelebihan seperti iniringan dan tahan uji menunjukkan bahwa susunan jari-jari sesuai untuk kegunaan pesawat.Meskipun demikian, arsitektur jari-jari juga memiliki dua kelemahan utama. Salah satunya adalah apabila cadangan angin kempis (sebuah turbocharger atausupercharger) maka harus dipasang pipa sekeliling mesin, di mana pada mesin segaris hanya satu atau dua pipa yang diperlukan, setiap memberi makan keseluruhan tepi silinder. Satu kerugian lagi adalah bagian depan jari-jari senantiasa lebih besar daripada berat inline yang sama, artinya jari-jari akan sering mengalami tarikan besar. Untuk pesawat berkecepatan rendah ini tidak penting, tetapi untuk pesawat tempur dan keperluan kelajuan tinggi, ini menjadi masalah yang mengancam.
Mesin Radial
3.3.2 Piston Engine Empat Silinder Horisontal
Mesin empat silinder yang di gunakan oleh pesawat tipe aircraft biasanya memiliki spesifikasi mesin lebih rendah di bandingkan dengan mesin radial 7 silinder maupun horisontal 6 silinder. Kapasitas mesin yang lebih di miliki kecil hanya menghasilkan tenaga kurang dari 200 dk di karenakan mempunyai kapasitas di bawah 8.0L. Jarak tempuh terbang pesawat dengan 4 silinder tidak sebaik 6 silinder. Karena konfigurasinya yang simpel, mesin ini juga memiliki masalah keseimbangan mesin (engine balance), yang dapat menyebabkan getaran pada kapasitas yang lebih besar. Konsumsi bahan bakar yang di perlukan juga hanya lebih sedikit dan jam terbang lebih panjang, akan tetapi tidak bisa secepat di bandingkan dengan jenis mesin di atasnya.
Mesin Empat silinder
3.3.3 Piston Engine V8
Mesin V8 adalah sebuah Mesin V dengan delapan silindernya dipasang di bak mesin dengan 2 cabang dan masing-masing cabangnya terdiri dari 4 silinder. Antar cabang ini dipasang membentuk sudut istimewa satu sama lain tapi kadang dipasang dengan sudut lebih lancip. Kedelapan pistonnya menjalankan crankshaft biasa (sama dengan mesin lainnya). Kapasitas mesin V8 pabrikan otomotif masih menggunakan mesin ini sampai kapasitas 9.8L atau lebih
Simpelnya, mesin ini merupakan 2 buah mesin 4 segaris biasa yang menjalankan crankshaft bersama. Karena konfigurasinya yang simpel, mesin ini juga memiliki masalah keseimbangan mesin (engine balance) yang sama dengan mesin 4 segaris, yang dapat menyebabkan getaran pada kapasitas yang lebih besar. Mesin ini bisa menghasilkan tingkat kehalusan lebih baik daripada V6 tapi dengan biaya lebih murah dari V12.Banyak Pesawat tempur terkenal tetap menggunakan single plane crankshaft karena menghasilkan akselerasi yang baik dan desain sistem pembuangan yang lebih efisien.
Mesin V8 3.3.4 Piston Engine Enam Silinder Horisontal
Mesin enam silinder adalah mesin pesawat berbentuk horisontal memiliki 2 cabang dengan 3 silinder di sisi kanan dan 3 lagi di kiri. Keenam pistonnya menggerakan crankshaft sama dengan mesin V8. Sistem kerja komponen peasawat ini sama dengan yang lainnya.Kapasitas mesin dengan 6 silinder hanya memiliki 8.0L bahkan lebih walaupun tidak bisa terlalu besar seperti mesin tipe V8. Tenaga yang di hasilkan biasanya bisa melebihi 200 dk dengan kapasitas mesin tersebut. Konsumsi bahan bakar yang di perlukan jauh lebih besar di bandingkan dengan mesin yang mempunyai 4 silinder. Jam terbang pesawat dengan mesin 6 silider jauh lebih pendek.
Mesin Enam Silinder
3.4 Sistem Kerja Mesin Enam Silinder Piper Dakota PK-AGP
Pesawat jenis “Piper Dakota” memiliki mesin model O-540-J3A5D dengan 6 silinder berbentuk ophoust atau horisontal yang memiliki kapasitas mesin 7386 cc. Mesin pesawat tersebut memiliki siklus 4T dan cara kerja yang tidak jauh berbeda dengan mesin piston layaknya mobil ataupun motor. Sebelum mesin akan di nyalakan biasanya terlebih dahulu memeriksa panel dan status keadaan mesin agar siap untuk hidup dan terbang.
Ketika engine starter di tekan sistem kelistrikan akan menjalankan dinamo starter untuk memutar sebuah propeler dan menggerakkan sebuah crankshaft, dimana putaran crankshaft akan menggerakkan piston untuk memulai pembakaran yang akan menggerakkan piston dan menghisap bahan bakar yang terdapat pada tangki penyimpanan ke arah membran dan mencampurkan bahan bakar dengan udara, ketika bahan bakar sudah tercampur dengan baik akan di alirkan ke dalam ruang bakar melalui manifold.
Keadaan piston akan mengarah ke bawah atau sebelum titik mati bawah untuk menghisap bahan bakar dari karburator, camshaft akan menggerakkan shaft dan mendorong rocker arm dan menekan valve interbuka dengan bantuan camshaft dengan durasi yang sudah di tentukan akan secara otomatis memasukkan bahan bakar yang sudah tercampur udara ke dalam ruang bakar. Piston akan bergerak dari titik mati bawah dan siap untuk menuju titik mati atas
dan gerakan itu di sebut kompresi atau memampatkan udara yang berada di ruang bakar.
Dua spark plug atau busi yang terdapat pada pesawat memiliki timing atau waktu yang sudah di atur oleh cdi agar pengapian terjadi di waktu yang tepat ketika ruang bakar dalam keadaan kompresi dan akan menjadikan pembakaran lebih sempurna. Ketika sudah terjadi pembakaran gerak piston akan terlempar ke TMB dan kembali lagi ke TMA untuk membuang gas hasil pembakaran saat itulah camshaft akan menggerakkan shaft dan menekan rocker arm yang akan menekan valve out untuk membuang hasil pembakaran, sebelum itu camshaft akan melalui proses overlap terlebih dahulu.
Overlap yang terjadi dengan keadaan valve in dan valve out akan terbuka bersamaan, kegunaan overlap adalah untuk pembilasan gas hasil pembakaran yang masih tersisa pada ruang bakar. Hal yang sama akan terus terjadi pada silinder piston yang lainnya. Siklus tersebut akan menghasilkan tenaga untuk mengkonversikan panas yang akan memutar crankshaft terus menerus agar propeler yang berada di depan mesin terus berputar.
3.5 Tenaga Yang Di Hasilkan Mesin O-540-J3A5D 6 Silinder Berkapasitas 7386 cc Berdasarkan hasil tes uji standarisasi kelayakan terbang, mesin model O-540-J3A5D dengan 6 silinder yang memiliki rasio kompresi 13,1 yang mengkonsumsi bahan bakar jenis AVGAS (Aviation Gasoline) dengan kapasitas 7386 cc menghasilkan tenaga cukup besar yaitu 235Horse Power/Daya
Kuda,dengan putaran mesin max 2400 R.P.M dan idle 800 R.P.M,menghasilkan
3.6 Jenis Bahan Bakar Yang Di Gunakan
Sejak mesin yang pertama kali digunakan untuk menggerakkan pesawat terbang menggunakan/berbasiskan mesin otomotif, bahan bakarnya pun menggunakan bahan bakar untuk otomotif.Dewasa ini beberapa pesawat terbang masih menggunakan mesin otomotif/mesin piston, walaupun dalam jumlah yang tidak banyak.Untuk jenis pesawat inilah PERTAMINA Aviation menyediakan Aviation Gasoline (AVGAS).AVGAS adalah bahan bakar dari fraksi minyak tanah yang dirancang sebagai bahan bakar pesawat terbang yang menggunakan mesin yang memiliki ruang pembakaran internal (Internal Combustion Engine), mesin piston atau mesin yang bekerja dengan prinsip resiprokal dengan pengapian/pembakaran. AVGAS merupakan suatu campuran komponen-komponen yang berasal dari minyak mentah dengan hidrokarbon sintetik yang di blending dengan additive tertentu yakni unsur/bahan kimia seperti tetraethyl lead, inhibitors dan dyes dalam jumlah kecil. AVGAS adalah bahan bakar dengan nilai oktan sangat tinggi yang spesifik digunakan untuk mesin pesawat terbang yang memiliki tingkat kompresi tinggi.
Performa AVGAS terutama ditentukan oleh karakteristik anti-knock yang ditunjukkan oleh bilangan oktan untuk nilai di bawah 100 dan juga capaian performa di atas 100.Tingkat/grade AVGAS pada prinsipnya ditentukan oleh nilai oktan yang mengindikasikan tingkat performa/kinerja bahan bakar.Grade AVGAS yang disediakan oleh PERTAMINA Aviation di Indonesia adalah AVGAS 100/130.Serupa dengan bensin yang merupakan bahan bakar untuk mesin piston, AVGAS memiliki sifat sangat mudah menguap dan sangat mudah terbakar pada temperatur normal.
Oleh karenanya prosedur dan peralatan yang digunakan dalam menangani produk ini secara aman haruslah mendapat perhatian serius.AVGAS harus memiliki titik beku (freeze point) maksimum -58°C dan memiliki kandungan Sulfur maksimum 0.05 % m/m.
AVGAS kami memenuhi standar British Ministry of Defence, Defence Standard 91-90/latest issue (Aviation Gasoline 100/130), DERD 2485 and ASTM D 910, the Standard of Specification for Aviation Gasoline. Klasifikasi avgas yang paling umum digunakan adalah bahan bakar penerbangan diberi pewarna biru untuk memudahkan identifikasi visual. 100LL, dibaca sebagai "100 Low Lead", mengandung sejumlah kecil tetra-etil lead (TEL), sebuah senyawa timbal yang mengurangi kecenderungan bensin secara spontan meledak (ledakan atau "ketukan") di bawah beban tinggi, suhu tinggi dan tekanan tinggi.
3.7 Kondisi dan Masalah Yang Biasa Terjadi Di Ruang Bakar
Pembakaran yang terjadi pada ruang bakar ada yang membatasi untuk jumlah kompresi dan berapa suhu derajat panas yang naik dapat ditoleransi dalam blok silinder dan masih mengizinkan pembakaran normal. Di luar batas itulah, api dari spark plug yang di semburkan akan menyalakan secara spontan dan membakar, jika jumlah kompresi sisa dengan gas melebihi batas titik kritis, ledakan terjadi.
Ledakan yang terjadi pada ruang bakar akan mengalami detonasi berat atau pembakaran yang tidak sempurna jika adanya campuran bahan bakar yang miskin di karenakan bahan bakar yang tercampur oleh udara lebih banyak udara akhirnya kenaikan suhu yang terdapat pada mesin akan jadi lebih panas di bandingkan pembakaran dengan campuran bahan bakar dan udara yang tepat tidak akan terjadi detonasi. Akibatnya kenaikan tekanan dan suhu tinggi seketika pada ruang bakar dan dikombinasikan dengan turbulensi (baliknya gas hasil pembakaran yang harusnya keluar ke out valve kembali ke ruang bakar) tinggi yang dihasilkan, menyebabkan terjadinya sebuah gesekan kecil pada dinding boring silinder piston.
Akan tetapi jika yang terjadi hanyalah detonasi ringan tidak akan berpengaruh apa-apa pada dinding boring silinder piston. Selain masalah detonasi pada ruang bakar pesawat akan terjadi “knocking” apabila bahan bakar yang di konsumsi pesawat tidak memenuhi standarisasi penerbangan di karenakan tidak tepat dengan sebuah rasio kompresi yang ada pada ruang bakar yang seharusnya menggunakan avgas dengan oktan 100/130 dengan rasio kompresi 13,1. Knocking atau ketukan yang terjadi pada mesin menyebabkan kerusakan mesin dalam jangka panjang.
3.8 Spesifikasi Mesin Piper Dakota PK-AGP Model O-540-J3 Dan Komponen Pendukung
No Keterangan Spesifikasi
1 Bore x Stroke 132mm x 90 mm
2 Kapasitas Mesin 7386 cc
3 Rasio Kompresi 13,1 : 1
4 Bahan Bakar AVGAS (Aviation Gasoline)
5 Sistem Penggabutan Karburator 37 mm
6 Ukuran Lebar Valve in & out In 59,5 mm & Out 42 mm
7 Ukuran Batang Valve 11 mm
8 Tinggi Valve 126 mm
9 Timing Pengapian 23 Derajat
10 Tinggi Per Valve 65 mm
11 Jenis Pengapian CDI
3.9 Komponen-Komponen Utama Penggerak Sistem Ruang BakarAtau Combution Chamber
Secara standarisasi kelayakan terbang yang terdapat pada mesin pesawat Piper Dakota PK-AGP memiliki komponen yang telah di uji secara international:
Mesin Model O-540-J3A5D Piper Dakota 6 Silinder
3.9.1 Blok Silinder Piston dan Blok Head
Blok silinder piston dan Blok head berfungsi untuk jalur piston bergerak dari TMA ke TMB..
Blok Head
3.9.2 Combution Chamber (Ruang bakar)
Combution chamber (ruang bakar) adalah tempat dimana terjadi pembakaran.
Combution Chamber (ruang bakar) 3.9.3 Valve / Klep In& Out (katup)
Valve In berfungsi ketika konsumsi bahan bakar akan di masukkan ke dalam ruang bakar dengan keadaan terbuka dan akan menutup ketika konsumsi bahan bakar yang di butuhkan sudah mencukupi. Sedangkan valve out akan terbuka untuk pembuangan gas hasil pembakaran dan akan terbuka setelah pembakaran terjadi.
Valve In dan Valve Out
3.9.4 Conecting Rod
Conecting rod atau stang piston berfungsi sebagai langkah piston yang menggerakkan piston dari TMA ke TMB.
3.9.5 Rocker Arm
Rocker arm berfungsi untuk menekan sebuah valve agar terbuka maupun menutup yang di atur oleh camshaft dengan bantuan batang poros pendorong.
Rocker Arm dan Batang Poros Penahan
3.9.6 Crankshaft
Crankshaft merupakan komponen terpenting sebagai penggerak connecting rod, piston dan penerus gaya putar terhadap propeler.
3.9.7 Camshaft / Noken As
Setiap camshaft atau noken as mempunyai durasi yang berbeda untuk mengatur membuka maupun menutup sebuah valve in dan valve out.
Camshaft 3.9.8 Piston dan Ring Piston
Piston adalah komponen penting berikutnya dengan fungsi bergerak secara translasi didalam silinder untuk ,melakukan langkah hisap, kompresi ,usaha dan buang. Tanpa piston tidak akan ada komponen lagi yang bisa melakukan kompresi untuk proses pembakaran. Sedangkan ring piston berguna untuk memperkecil gesekan agar tidak terjadi gesekan secara langsung terhadap piston.
Piston dan Ring Piston
3.9.9 Karburator
Karburator mempunyai peranan sebagai sistem penggabutan atau pencampuran antara udara dengan bahan bakar sebelum di masukkan ke dalam ruang bakar.
3.9.10 Membran
Membran berfungsi sebagai pengatur debit bahan bakar yang masuk ke dalam karburator.
Membran 3.9.11Spring Valve
Spring valve mempunyai kekerasan yang berbeda sesuai dengan kebutuhan dan karakter camshaft. Kegunaannya untuk menahan valve in dan out agar kembali ke posisi tertutup agar tidak terjadi kebocoran dan floating.
3.9.12 Poros Penghubung Rocker Arm dan Camshaft
Poros tersebut sebagai perantara penekan dari camshaft yang menggerakkan rocker arm dan membuka hingga menutup valve.
Poros Penghubung Camshaft dan Rocker Arm
3.9.13 Karburator Inleg
Karburator inleg berfungsi hampir sama dengan turbocharger yang memanfaatkan tekanan angin yang tinggi ke dalam karburator menuju manifold hingga ke ruang bakar, hanya saja memanfaakan tekanan angin dari luar dan hawa panas dari pipa hasil pembuangan.
3.9.14 Dinamo Starter
Dinamo starter di gerakan oleh altenator berfungsi untuk menghidupkan mesin dengan memutar gear propeler yang menggerakan crankshaft dan piston untuk menggali power agar mesin hidup.
Dinamo Starter 3.9.15 CDI (Capacitive Discharge Ignition)
CDI (Capacitive Discharge Ignition) mempunyai fungsi sebagai pengatur timing spark plug untuk menyemburkan api pada ruang bakar.
3.9.16 Knalpot
Knalpot mempunyai fungsi sebagai penerus gas pembuangan hasil pembakaran dan di teruskan ke dalam filter agar mengeluarkan gas dengan hasil emisi yang lebih baik.
Knalpot 3.9.17 Propeler
Propeler atau baling-baling mempunyai sudu yang berfungsi sebagai menghisap udara dengan cara berputar untuk menarik pesawat untuk terbang maupun mundur.
3.9.18 Baterai Accumulator / AKI
Keberadaan baterai atau dikenal sebagai aki sering diabaikan oleh pemilik kendaraan. Padahal ia termasuk komponen penting pada Aki berfungsi sebagai media penyimpan dan pensuplai arus listrik pada waktu kendaraan distarter. Fungsilainnya sebagai pemasok arus listrik.
