Skripsi Jadi

(1)

EMPAT LANGKAH 115 CC UNTUK PENGGERAK

SEPEDA MOTOR

Oleh :

Disusun Oleh :

MUHAMMAD CHAIRI DARMANSYAH

03.03.2908

PROGRAM STUDI STRATA 1

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

INSTITUT SAINS &TEKNOLOGI AKPRIND

YOGYAKARTA

MARET 2010

(2)

ii

PERANCANGAN MOTOR BENSIN

EMPAT LANGKAH 115 CC UNTUK PENGGERAK

SEPEDA MOTOR

Disusun Oleh :

MUHAMMAD CHAIRI DARMANSYAH

03.03.2908

Telah diperiksa dan disetujui oleh pembimbing Yogyakarta, ...2010

Menyetujui,

Pembimbing I Pembimbing II

(Ir. Sugiarto, Ps) (Ir. Hary Wibowo, MT)

Mengetahui,

Ketua Jurusan Teknik Mesin

(3)

iii

PERANCANGAN MOTOR BENSIN

EMPAT LANGKAH 115 CC UNTUK PENGGERAK

SEPEDA MOTOR

Disusun Oleh :

MUHAMMAD CHAIRI DARMANSYAH

03.03.2908

Skripsi ini telah dipresentasikan dan dipertahankan dihadap Tim Dosen Penguji Yogyakarta, 10 Maret 2010

Tim Penguji

1. Ir. Sugiarto, Ps ………..

2. Ir. Hary Wibowo, MT ………..

(4)

iv

Segala puji bagi tuhan semesta alam atas limpahan rahmat dan karunia-Nya, sehingga kami dapat menyelesaikan tugas akhir. Tugas akhir merupakan syarat yang harus dipenuhi dalam menyelesaikan studi jenjang S-1 pada jurusan teknik mesin IST AKPRIND Yogyakarta.

Pada kesempatan yang baik ini, kami ingin menyampaikan penghargaan dan terima kasih kepada:

1. Kedua orang tua, atas dukungan moral dan materilnya

2. Bapak Ir. Sudarsono. MT, selaku Rektor institut sains & teknologi AKPRIND Yogyakarta.

3. Bapak Muhammad Soleh. ST. MT, selaku ketua dekan fakultas teknologi industri institut sains & teknologi AKPRIND Yogyakarta.

4. Bapak Ir. Toto Rusianto, MT, selaku ketua jurusan teknik mesin institut sains & teknologi AKPRIND Yogyakarta.

5. Bapak Ir. Sugiarto, Ps, selaku dosen pembimbing Itugas akhir, atas semua arahan dan masukan yang diberikan kepada kami

6. Bapak Ir. Hary Wibowo, MT, selaku dosen pembimbing IItugas akhir, atas semua arahan dan masukan yang diberikan kepada kami.

7. Semua pihak yang telah membantu terselesaikanya Tugas Akhir ini

Atas kekurangan dan keterbatasan dalam penyusunan tugas akhir, segala kritik dan saran yang bersifat membangun sangat kami harapkan.

(5)

v

Yogyakarta, Febuari 2009 Penyusun

(6)

vi

HALAMAN JUDUL ... i

HALAMAN PENGESAHAN ... ii

HALAMAN PENGUJIAN ... iii

KATA PENGANTAR ... iv DAFTAR ISI ... vi DAFTAR GAMBAR ... ix DAFTAR TABEL ... xi ABSTRAK ... xii BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ... 1 1.2.Rumusan Masalah ... 2 1.3. Batasan Masalah... 2

1.4. Tujuan Tugas Akhir ... 2

1.5. Tinjauan Pustaka ... 3

1.6. Sistematika Penulisan ... 3

BAB II LANDASAN TEORI 2.1.Motor Bensin ... 6

2.1.1. Siklus termodinamika... 7

2.1.2. Siklius Otto ... 8

2.2. Siklius Kerja ... 8

2.2.1. Prinsip Kerja Motor Bensin Empat Langkah ... 9

2.2.2. Prinsip Kerja Motor Bensin Dua Langkah ... 10

2.2.3. Proses Pembakaran... 12

2.2.4. Proses Penyalaan ... 14

2.3. Sepeda Motor ... 14

(7)

vii

2.6. Sistem Kelistrikan ... 21

2.7. Knalpot ... 22

2.8. Sistem Pelumasan ... 24

2.9. Sistem Pendinginan ... 27

BAB III PERHITUNGAN THERMODINAMIKA MOTOR BENSIN 3.1. Proses Hisap ... 32

3.2. Proses Kompresi ... 32

3.3. Proses Pembakaran... 34

3.4. Proses Ekspansi ... 38

3.5. Tekanan efektif rata – rata ... 39

BAB IV PERHITUNGAN KOMPONEN UTAMA 4.1. Silinder liner ... 41

4.1.1. Bahan Silinder ... 42

4.1.2. Perhitungan Bahan Silinder ... 43

4.1.3. Tinjauan Kekuatan Silinder Silinder ... 45

4.2. Piston ... 48

4.2.1. Bahan Piston ... 49

4.2.2. Dimensi Piston ... 50

4.2.3. Tinjauan Kekuatan Piston ... 51

4.2.4. Pena Piston ... 53

4.2.3. Prhitungan Ring piston ... 56

4.3. Perhitungan Kepala Silinder ... 59

4.4. Batang Penggerak (conecting rod) ... 63

4.5. Poros Engkol ... 69

(8)

viii

4.7.2. Poros Bubungan ... 80

4.7.3. Ukuran Utama Poros Bubungan ... 81

4.7.4. Ukuran Utama Poros Bubungan Katup Buang ... 83

4.7.5. Ukuran Utama Poros Bubungan Katup Hisap ... 85

4.8. Bahan Bakar ... 85

4.8.1. Perhitungan Karburator ... 86

4.9. Pelumasan ... 90

4.9.1. Jenis Minyak Pelumas ... 92

4.9.2. Perhitungan Kebutuhan Minyak Pelumas P ada Sistem Pelumasan ... 93

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan ... 98

5.2. Saran ... 99 DAFTAR PUSTAKA

(9)

ix

Gambar 2.1. Diagram P–V siklus ideal dan siklus aktual motor otto ... 7

Gambar 2.2. Siklus ideal Otto ... 8

Gambar 2.3. Siklus kerja motor empat langkah/ 4 Tak ... 10

Gambar 2.4.Siklus kerja motor bensin dua langkah (2 Tak) ... 11

Gambar 2.5. Bagian utama cylinder head ... 15

Gambar 2.6Cylinder headdancylinder block sepeda motor empat langkah. ... 16

Gambar 2.7.Piston dan nama bagian piston ... 17

Gambar 2.8. Piston dan bagian pendukung piston ... 18

Gambar 2.9. Mekanisme katup ... 18

Gambar 2.10. Saluran bahan bakar pada sepeda motor ... 19

Gambar 2.11. Cara kerja sebuah karburator sederhana ... 20

Gambar 2.12. Sistem pengapian sepeda motor ... 22

Gambar 2.13. Knalpot untuk sepeda motor empat tak (exhaust pipe system) .. 23

Gambar 2.14. Knalpot untuk sepeda motor dua Tak (Exhaust system) ... 24

Gambar 2.15. Pelumasan pada bantalan ... 25

Gambar 2.16. Pelumasan sistem percik ... 26

Gambar 2.17Sistem pendingian Udara ... 28

Gambar 2.18. Sistem pendingian Air ... 29

Gambar 3.1. Diagram P–V siklus ideal dan siklus aktual motor otto ... 30

(10)

x

Gambar 4.4. Ilustrasi beban pada piston crown ... 52

Gambar 4.5.Ilustrasi pembebanan dan dimensi pena piston ... 54

Gambar 4.6. Dimensi ring piston : (A) ring kompresi, (B) ring oli... 57

Gambar 4.7. Ilustrasi pembebanan pada ... 61

Gambar 4.8. Connecting rod ... 64

Gambar 4.9. Poros engkol (crank shaft) ... 70

Gambar 4.10. Ukuran-ukuran katup ... 75

Gambar 4.11. Diagram bukaan katup ... 80

Gambar 4.12. Poros bubungan (camshaft) ... 81

Gambar 4.13Karburator sepeda motor empat langkah ... 87

(11)

xi

Tabel 3.1. Menentukan

( )

m_Cv _g = A_g +B_gT ... 37

Tabel 4.1. Perbandingan bahan bakar - udara ... 85 Tabel 4.2. No SAE berdasarkan viskositas ... 93

(12)

xii

Sepeda motor merupakan alat transportasi yang banyak digunakan oleh masyarat pada saat sekarang ini. Hal ini disebabkan oleh karena nilai ekonomis ataupun kepraktisan yang dihadirkan oleh sepeda motor tersebut. Sistem utama sepeda motor terdiri , yaitu: Rangka (chasis), sistem suspensi (suspension), sistem pengereman (braking system), sistem penerus daya (drive chain), sistem kelistrikan (electrical system), sistem bahan bakar (fuel system), sistem utama/mesin (engine), dan sistem pemasukan dan pembuangan gas.

Perancangan motor bensin 4 langkah penggerak sepeda motor dengan volume langkah 115 CC, meliputi :piston dan analisa piston crown dan piston skrit, dan mekanisme penggeraknya (batang piston, poros engkol), ring piston, dan pen piston, ulir pengikat , silinder dan silinder liner, sistem bahan bakar dan pelumasan.

Hasil perancangan ulang motor bensin 4 langkah penggerak sepeda motor dengan volume langkah 115 CC, sebagai berikut : Daya Kuda (BHP) = 8,415 HP, putaran mesin = 7500 rpm, tekanan pembakaran = 60,71 kg/cm2, konsumsi bahan

bakar = jam

kg

495 ,

0 , konsumsi bahan bakar spesifik= HP.jam

kg 0589 , 0 , tekanan efektif = 2 cm kg 78 ,

8 , perbandingan kompresi = 9: 1, Panjang Langkah = 39,6 mm, diameter silinder = 60,8 mm, volume langkah = 115 cc, bahan bakar = bensin (gasoline)

Kata Kunci : Volume langkah, Motor bensin 4 langkah, Daya kuda, Konsumsi

(13)

1

1.1 Latar Belakang

Sepeda motor merupakan alat transportasi yang banyak digunakan oleh masyarat pada saat sekarang ini. Hal ini disebabkan oleh karena nilai ekonomis ataupun kepraktisan yang dihadirkan oleh sepeda motor tersebut . Nilai ekonomis dapat kita lihat dengan harga sepeda motor yang relative terjangkau oleh masyarakat dengan ekonomi menengah dan penggunaan bahan bakar yang relatif lebih hemat dibandingkan dengan kendaraan bermotor roda empat. Sedangkan nilai kepraktisan dapat kita lihat dengan lincahnya kendaraan bermotor roda dua bila digunakan pada jalan raya yang padat. Sistem utama sepeda motor terdiri , yaitu: Rangka (chasis), sistem suspensi (suspension), sistem pengereman (braking system), sistem penerus daya (drive chain), sistem kelistrikan (electrical system), sistem bahan bakar (fuel system), sistem utama/mesin (engine), dan sistem pemasukan dan pembuangan gas.

Peningkatan penggunaan sepeda motor ditandai dengan semakin banyaknya permintaan motor dan semakin gencarnya produsen – produsen motor melakukan inovasi terhadap produknya, dimulai dengan meenambah dan merubah aksesoris, hingga ke perubahan atau peningakatan kapasitas mesin. Pada saat ini ada banyak pilihan kapasitas mesin yang disediakn oleh produsen masing – masing merk, yaitu dari kapasitas mesin 100 cc – 250 cc dengan bebagai macam keunggulannya. Pada kesempatan tugas akhir ini akan diangkat permasalahan

(14)

dengan judul perancangan motor bensin 4 langkah penggerak sepeda motor dengan volume langkah 115 cc

1.2 Rumusan Masalah

Permasalahan yang timbul adalah bagaimana cara melakuakan perancangan ulang motor bensin 4 langkah yang digunakan sebagai penggerak sepeda motor dengan kapasitas 115 cc

1.3 Batasan Masalah

Perancangan motor bensin 4 langkah penggerak sepeda motor dengan volume langkah 115 cc, meliputi :

1. Piston dan analisa piston crown dan piston skrit, dan mekanisme penggeraknya (Batang piston, poros engkol), Ring piston, dan Pen Piston 2. Ulir pengikat

3. Silinder dan silinder liner

4. Sistem Bahan Bakar dan Pelumasan

1.4 Tujuan Tugas Akhir

Perancangan motor bensin 4 langkah penggerak sepeda motor dengan volume langkah 115 ccbertujuan :

1. Mengetahui ukuran komponen – komponen pada motor bensin 4 langkah 2. Melakukan analisa terhadap keamanan komponen – komponen pada motor

(15)

3. Menghasilakan gambar rancangan motor bensin 4 langkah penggerak sepeda motor dengan volume langkah 115 cc

1.5 Tinjauan Pustaka

Ponidi, (2002)Melakukan perancangan motor disel yang digunakan

sebagai pengerak bus pariwisata, adapun bagian – baian yang dirancang mleiputi : Perihitungan silinder meliputi : blok silinder, kepala silinder, dan silinder liner, perhitungan torak, perhitungan batang penggerak, perhitungan poros engkol, perhitungan katup dan kelangkapannya, hasil perhitungan diperoleh data sebagai berikut : berat kendaraan = 10 ton, kapasitas penumpang = 40 orang, berat barang yang diangkut = 700 kg, posisi motor dibelakang, putaran mesin maksimal = 2648 rpm, daya mesin = 190 Hp, jumlah silinder = 6 buah, volume langkah = 7590,9 cc, dengan perbandingan kompresi 17 : 1

1.6 Sistematika Penulisan

Untuk memberikan gambaran dalam penulisan nanti, maka di perlukan sistematika penulisan sebagai berikut :

Halaman Judul Halaman Pengesahan Kata Pengantar Daftar Isi Daftar Gambar

(16)

BAB I PENDAHULUAN

Bab ini menguraikan mengenai latar belakang masalah, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan tugas akhir, tinjauan pustaka, dan sistematika penulisan laporan

BAB II LANDASAN TEORI

Bab ini berisikan landasan teori-teori dasar tentang masalah tugas akhir, penjelasan mengenai konsep-konsep dasar permasalahan yang diangkat serta mandukung tugas akhir

BAB III PERHITUNGAN TERMODINAMIKA

Berisikan tentang perhitungan thermodinamika pada motor bensin empat langkah yang meliputi : langkah hisap, langkah kompresi, langkah kerja, dan langkah buang perhitungan komponen – komponen motor bensin meliputi : Silinder liner, kepala silinder, blok silinder, piston dan kelengkapannya, poros engkol, dan mekanisme katup.

BAB IV PERANCANGAN KOMPONEN UTAMA

Bab ini berisikan tentang perhitungan komponen – komponen utama, meliputi : perhitungan motor bensin meliputi : Silinder liner, kepala silinder, blok silinder, piston dan kelengkapannya, poros engkol, dan mekanisme katup, serta sistem bahan bakar dan pelumasannya

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Memuat pernyataan singkat dan tepat yang dijabarkan dari hasil penelitian tugas akhir. Saran, dibuat berdasarkan pengalaman dan pertimbangan, untuk melakukan penelitian lebih lanjut

(17)

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

(18)

6

2.1 Motor Bensin

Motor bensin menghasilkan tenaga pembakaran bahan bakar dan udara (oksigen) yang ada dalam cylinder, pembakaran ini akan menimbulkan panas dan sekaligus akan mempengaruhi gas yang ada dalam cylinder untuk mengembang. Motor bensin termasuk dalam motor bakar dengan klasifikasi sebagai berikut :

1. Jenis Pembakaran :Internal Combustion Engine (ICE) 2. Operasi Siklus : Siklus Otto

3. Bahan Bakar : Bensin

4. Tipe Pengapian : Penyalaan batrei dan penyalaan magnet 5. Sistem Pengapian : Busi

6. Pemasukan Bahan Bakar : Karburator

Motor bensin yang dihasilkan sekarang merupakan perkembangan dan perbaikan mesin yang sejak semula dikenal sebagai motor Otto yang ciri khasnya dilengkapi busi dan karburator. Busi menghasilakan loncatan api listrik yang menyalakan campuran bahan-bakar dengan udara segar. Siklus ideal otto ditunjukan oleh gambar dibawah ini

(19)

2.1.1 Siklus Termodinamika

Konversi energi yang terjadi pada motor bakar torakberdasarkan pada siklus termodinamika. Proses sebenarnya amatkomplek, sehingga analisa dilakukan pada kondisi ideal dengan fluidakerja udara.Idealisasi proses sebagai berikut:

1. Fluida kerja dari awal proses hingga akhir proses

2. Panas jenis dianggap konstan meskipun terjadi perubahantemperatur pada udara

3. Proses kompresi dan ekspansi berlangsung secara adiabatik, tidakterjadi perpindahan panas antara gas dan dinding silinder.

4. Sifat-sifat kimia fluida kerja tidak berubah selama siklusberlangsung. 5. Motor dua langkah mempunyai siklus termodinamika yang samadengan

motor empat langkah.

Siklus ideal dan siklus aktual yang terjadi pada motor bakar torak ditunjukkan oleh gambar dibawah ini

Gambar 2.1 Diagram P–V siklus ideal dan siklus aktual motor otto

(20)

2.1.2 Siklus Otto (Siklus Volume Konstan)

Pada siklus Otto atau siklus volume konstan proses pembakaranterjadi pada volume konstan. Sedangkan siklus Otto tersebut ada yangberlangsung dengan empat langkah atau dua langkah. Untuk motorempat langkah sikluskerja terjadi dengan empat langkah piston atau dua poros engkol. Adapun langkahdalam siklus Otto yaitu gerakan piston dari titk puncak (TMA = Titik

Mati Atas) ke posisi bawah (TMB = Titik Mati Bawah) dalam silinder.Siklus

ideal otto ditunjukan oleh gambar dibawah ini

Keterangan gambar :

1 – 2 Proses kompresi secara isentropik 2 – 3 Proses penambahan kalor pada

volume konstan Qin = m.Cp.(T3 - T2)

3 – 4 Proses kerja isentropic Qout = m.Cv.(T4 - T1)

4 – 1 Proses pelepasan kalor pada volume konstan

Gambar 2.2 Siklus ideal Otto

(Cengel & Boles. 1994: 382)

2.2 Siklus Kerja

Prinsip kerja motor bensin merupakan suatu siklus, yaitu rangkaian peristiwa yang selalu berulang kembali mengikuti jejak yang sama dan kembali ke semula dan membentuk rangkaian tertutup. Prinsip kerja motor bensin terdiri dari:

1. Motor bensin dengan prinsip kerja empat langkah (4 Tak) 2. Motor bensin dengan prinsip kerja dua langkah (2 Tak)

(21)

2.2.1 Motor Empat Langkah (4 Tak)

Motor empat langkah mempunyai empat gerakan piston (Gambar2.3) yaitu:

1. Langkah hisap (suction stroke). Dimana torak bergerak dari TMA (titk mati atas) menuju TMB(titik mati bawah).dalam langkah ini campuran udara dan bahanbakar dihisap ke dalam silinder. Katup hisap terbuka sedangkan katup buang tertutup.Waktu torak bergerak kebawah, menyebabkan ruang silinder menjadi vakum, masuknya campuran bahan bakar disebabkan adanya tekanan udara luar (atmospheric pressure) yang disebut langkah isap.

2. Langkah kompresi (compression stroke). Setelah mencapai TMB torak bergerak kembali ke TMA sementara katup hisap dan katup buang tertutup. Campuran bahan bakar dan udara yang terhisap akan terkurung di dalam silinder dan dimanpatkan atau dikompresi oleh torak yang bergerak ke TMA. Akibat tekanan yang tinggi maka temperatur menjadi naik maka campuran bahan bakar akan mudah terbakar disebut dengan langakah kompresi.

3. Langkah ekspansi (expansion stroke). Pada saat torak bergerak ke TMA katup isap dan buangmasih tertutup. Beberapa derajat sebelum TMA busimemercikkan bunga api, campuran bahan bakar dan udara yangmempunyai suhu tinggi ± 2000°C akan terbakar, terjadilahproses pembakaran sehingga tekanan dan temperatur naik. Danakhirnya torak bergerak menuju TMB dengan tekanan gas yangterbakar.

(22)

4. Langkah buang (exhaust stroke). Gas hasil pembakaran harus dibuang untuk melakukansiklus lagi. Maka saat torak telah melakanakan langkah kerjatorak bergerak kembali ke TMA, katup buang terbuka dan katupisap tertutup mendesak gas pembakaran keluar dari dalamsilinder melalui saluran gas buang.

Siklus kerja motor bensin empat langkah (4 Tak) ditunjukan oleh Gambar 2.3 dibawah ini.

Gambar 2.3 Siklus kerja motor empat langkah/ 4 Tak

(Aryadi, dan Karnowo, 2008 : 4)

2.2.2 Motor Dua Langkah (2 Tak)

Prinsip kerja motor dua langkah secara umum sama dengan motor empat langkah, perbedaannya terdapat pada jumla gerakan piston, pada motor dua langkah untuk menghasilkan satu langkah kerja dibutuhkan dua geakan piston atau stu putaran poros engkol, adapun prinsip kerjanya sebagai berikut :

1. Torak Bergerak dari TMA menuju TMB

Kerjadian diatas piston :Tekanan hasil pembakaran saat kompresi

(23)

Lubang buang terbuka sehingga gas sisa pembakaran keluar (Proses Buang). Lubang bilas Terbuka sehingga campuran bahan bakar dari ruang bilas akan masuk kedalam silinder mendorong gas buang (Langkah Bilas)

Kerjadian dibawah piston :Gerakan piston dari TMA (titk mati atas)

Menuju TMB (titik mati bawah) menyebabkan saluran masuk tertutup piston, sehingga di dalam bak motor terjadi kompresi

2. Torak Bergerak dari TMB menuju TMA

Kerjadian diatas piston :Saluran bilas dan saluran buang tertutup

piston, campuran bahan bakar dengan udara dalam silinder akan dikompresi (Langkah kompresi).Selanjutnya beberapa drajat sebelum mencapai TMA busi memercikan api ke dalam campuran bahan bakar dengan udara.

Kerjadian dibawah piston :Gerakan piston dari TMB (titik mati

bawah) Menuju TMA (titk mati atas) menyebabkan tekanan dalam karter turun sehingga campuran bahan bakar dengan udara masuk kedalam karter (Langkah Hisap)

Gambar 2.4 Siklus kerja motor bensin dua langkah (2 Tak)

(24)

2.2.3 Proses Pembakaran

Pembakaran didefinisikan sebagai kombinasi secara kimiawi yang berlangsung secara cepat antara oksigen dengan unsur yang mudah terbakar pada suhu dantekanan tertentu. Pembakaran terjadi karena ada tigakomponen yang bereaksi, yaitu bahan bakar, oksigen dan panas. Jika salahsatu komponen tersebut tidak ada maka tidak akan timbul reaksipembakaran.Pembakaran yang baik akan memperoleh pembebasan dari semuapanas yang dikandung bahan bakar, sementara jumlah panas yang hilangkarena tidak sempurnanya pembakaran dan adanya panas yang diserap udarapembakaran.Bila bahan bakar terbakar maka terjadi reaksi dengan oksigen membentuk karbon dioksida (CO2) dan air (H2O)

FAR .Bilangan oktan adalah bilangan yang menyatakan berapa

persen volume iso-oktana dalam campuran yang terdiri dari iso-oktana dan heptananormal yang mempunyai kecenderungan berdetonasi sama dengan bahan bakar tersebut.Dalam reaksi premium (C8H18) dianggap terdiri atas oktan murni

dan berbentuk gas dengan komposisi 84,1 % C dan 15,9 % H, dan berat molekul premium adalah 114,15.Proses pembakaran yang terjadi pada reaksi kimia diatas pembakaran sempurna. Pembakaran sempurna adalah suatu pembakaran yang mengubah senyawa C dan H menjadi CO2 dan H2O.Namun pada prakteknya

pembakaran dalam mesin tidak pernahterjadi dengan sempurna. Setelah pembakaran piston turun dan bekerjasangat cepat karena adanya tekanan yang tinggi, setelah piston mencapaibagian terbawah katup pengeluaran terbuka dan gas didalam silindermendesak keluar ke saluran pembuangan. Gas yang keluar tersebutmengandung N2, CO2, NO2, HC yang tidak terbakar dan senyawa lainnya.

Proses pembakaran yang sebenarnya tidak semua energi yang dikandung dalam bahan bakar dapat dirubah menjadi energi panas, selanjutnya energi panas yang dapat dibangkitkan dari proses pembakaran juga tidakseluruhnya dapat dimanfaatkan, sejumlah energi hilang dalam bentuk :

a. Panas yang dibawa oleh gas Luang b. Panas dari bahan bakar yang tak terbakar c. Panas yang terpancar keluar ruang bakar

(26)

2.2.4 Proses Penyalaan

Campuran bahan bakar dan udara yang telah dimampatkan didalam silinder oleh piston untuk memperoleh pembakaran dan daya dorong yang akhirnya akan menghasilkan daya output memerlukan penyalaan yang tepat. Sistem penyalaan bahan bakar tersebut dilakukan oleh suatu mekanisme yang telah di sesuaikan dengan mampu nyala bahan bakar. Pembakaran terjadi di ruang bakar oleh busi yang memercikkan bunga api selanjutnya api membakar campuran bahan bakar marambat keseluruh ruang bakar dengan kecepatan tetap. Besarnya kecepatan ini biasanya antara 1,7 sampai 4,5 meter tiap detik dan disebut nyala api rata rata(rate of flame propagation). Tetapipada kenyataannya ada waktu yang diperlukan antara saat cetusan api dari busi dengan saat awal penyebaran api, hal ini disebut keterlambatan pembakaran (ignition delay).

2.3 Sepeda Motor

Sepeda motor merupakan alat transportasi yang banyak digunakan oleh masyarat pada saat sekarang ini. Hal ini disebabkan oleh karena nilai ekonomis ataupun kepraktisan yang dihadirkan oleh sepeda motor tersebut . Nilai ekonomis dapat kita lihat dengan harga sepeda motor yang relative terjangkau oleh masyarakat dengan ekonomi menengah dan penggunaan bahan bakar yang relatif lebih hemat dibandingkan dengan kendaraan bermotor roda 4. Sedangkan nilai kepraktisan dapat kita lihat dengan lincahnya kendaraan bermotor roda dua bila digunakan pada jalan raya yang padat.

Sistem utama yang umum membangun sebuah mesin pada sepeda motor terdiri dari berbagai sistem yang saling mendukung satu sama lainnya, adapun

(27)

sistem tersebut yaitu: Sistem bahan bakar, sistem kelistrikan, sistem utama/mesin, sistem pemasukan dan pembuangan, dan sistem penerus daya.

2.4 Bagian Utama Motor Bensin

2.4.1 Kepala Silinder Dan Silinder Blok

Cylinder head atau kepala silinder adalah bagian dari mesin dan masuk kedalam sistem utama atau engine, dimana pada motor dua langkah bagian ini terdapat combustion chamber (ruang bakar) dan lubang busi. Sedangkan pada motor empat langkah terdapat tambahan saluran masuk dan saluran buang. Nama – nama bagian pada kepala silinder ditunjukan gambar dibawah ini.

Gambar 2.5 Bagian utama cylinder head.

(Bell. A, 1999 : 21)

Squish yaitu bidang datar pada sisi terluar ruang bakar pada cylinder head

yang berfungsi mengatur arah ledakan. Kubah (Dome)merupakan bagian pusat tempat terjadinya pembakaran. Nat adalah celah (clearence) antara bibir cylinder dan squish area. Bentuk cylinder headdanblock cylinder untuk sepeda motor empat tak ditunjukan oleh gambar dibawah ini

(28)

.

Ketererangan Gambar :

Gambar 2.6 Cylinder headdancylinder block sepeda motor empat langkah

(Yamaha Genuine Part & Accessories, Part catalogueT105SE(5ER9):1 )

2.4.2 Piston

Piston berada pada bagian utama sebuah mesin, piston bergerak turun dan naik dalam cylinder. Piston berfungsi membentuk ruang bakar pada bagaian atas piston, memutar poros engkol melalui stang piston (connecting rod), dan pada

(29)

Kepala Piston

Tempat Ring

Lubang Pena

Piston Skirt

motor dua langkah (2 tak) berfungsi sebagai katup yang bertugas membuka dan menutup lubang – lubang (port) pada cylinder block. Piston bisa juga disebut torak, selalu menerima temperatur dan tekanan pembakaran yang tinggi, dan bergerak terus menerus dengan kecepatan yang tinggi. Dengan kondisi kerja yang dialami oleh piston, maka bahan yang akan dibuat piston harus memenuhi beberpa persyaratan, yaitu :ringan kuat, kokoh, tahan aus dan tahan terhadap temperatur yang tinggi, untuk memenuhi syarat seperti diatas bahan piston dapat dipakai adalah besi tuang atau paduan alumunium (aluminum alloy). Kondisi kerja pada ruang bakar menyebabkan piston menerima berbagai macam beban kerja , Adapun beban kerja pada piston berasal dari :beban yang berasal dari panas pembakaran, beban mekanik. Piston memiliki bagian kepala yang biasanya berbentuk datar tetapi ada juga kepala kepala piston yang berbentuk cebung, pada badan piston terdapat alur sebagai tempat memasang cincin piston, bentuk piston dan bagian – bagian piston ditunjukan oleh gambar dibawah ini

Gambar 2.7 Piston dan nama bagian piston

Sedangkan piston dan mekanisme penggerak piston pada sebuah mesin sepeda motor ditunjukan oleh gambar dibawah ini.

(30)

Keterangan Gambar :

16. Piston 17. Pena Piston 18. Ring Piston 19. Snap ring

Gambar 2.8 Piston dan bagian pendukung piston

(Yamaha Genuine Part & Accessories, Part catalogueV110E(4WHH):7 – 8 )

2.4.3. Mekanisme Katup

Katup merupakan komponen mesin yang berfungsi sebagai laluan udara dan bahanbakar masuk silinder (katup masuk) atau sebagai laluan gas sisa pembakaran keluar silinder (katup keluar). Untuk mengatur membuka dan menutupnya katup diperlukan mekanisme katup.

Gambar 2.9 Mekanisme katup

(31)

2.5 Sistem Bahan Bakar (Fuel System)

Sistem bahan bakar sepeda motor didukung oleh dua sistem utama, yaitu :saluran bahan bakar (fuel line), dan karburator (carburator). Saluran bahan bakar dan karburator pada sepeda motor ditunjukan oleh gambar dibawah ini

Gambar 2.10 Saluran bahan bakar pada sepeda motor

(Yamaha Genuine Part & Accessories, Part catalogueV110E(4WHH):38)

Karburator adalah komponen utama mesin konvensional sebagai tempat proses pencampuran antara bahan bakar dan udara. Hasil dari proses pencampuran bahan bakar udara harus homogen mungkin sehingga setelah masuk silinder dan mengalami proses pembakaran akan menghasilkan daya yang besar dan ekonomis.Prinsip dan konstruksi dasar karbutator pada Gambar 2.11 memperlihatkan bentuk dasar karburator sederhana. Karburator dibagi dalam

(32)

dua bagian yaitu ruang pencampur (mixing chamber) dimana bahan bakar dicampur dengan udara; dan ruang pelampung float chamberdimana tersimpan sejumlahbensin dalam volume tetap.Dibagian tengah mixing chamber terdapat penampang yang mengecil, bagiandisebut venturi. Main nozzle yang terletak di tengah venturi akan mengeluarkan bensinpada saat motor berada di atas putaran idling. Di sebelah bawahnya terdapat throttlevalve dan nozzle untuk kecepatan rendah. Throttle ini merupakan katup yang berbentukpiringan dan berfungsi mengatur jumlah campuran bahan bakar-udara yang akan masulkkedalam silinder motor

Gambar 2.11 Cara kerja sebuah karburator sederhana

Throttle dihubungkan dengan pedal akselerasi atau pedal gas yang terletak diruangan kemudi untuk memudahkan pengaturan kecepatan oleh si pengemudi. Katup choke terletak di atas venturi dan berfungsi mengatur jurnlah udara yang

(33)

masuk ke dalam karburator.Ruang pelampung merupakan suatu tempat seperti cawan (mangkuk.) yang dibuatdengan cara dituang dan digabungkan integral dengan mixing chamber. Di dalamnyaterdapat pelampung dan katup jarun (needle valve). Bensin yang diterima dari pompaditampung pada ruang pelampung dan pelampung berfungsi memelihara tinggipermukaan yang tetap.Pada saat motor melakukan langkah isap, tekanan di dalam silinder akan turunsehubungan dengan gerak torak kebawah yang memperbesar volume ruangan. Akibat perbedaan tekanan ini udara akan mengalir kedalam silinder melalui saringan udara, karburaotr dan intake manifold. Bila udara tersebut mengalir pada saluran yang menyempit (pada venturi), maka kecepatannya bertambah dan tekanannya turun, sehingga bensin keluar melalui main nozzle. Kemudian bensin tadi tertiup oleh arus udarayang deras dan terjadilah penguapan. Campuran udara bahan bakar yang telah menguapini terus masuk ke dalam silinder. Prinsip kerja karburator ini hampir tidak ada bedanyadengan semprotan pembasmi nyamuk yang biasa digunakan di rumah.

2.6 Sistem Kelistrikan (Electrical System))

Sistem kelistrikan pada sepeda motor terdiri dari :sistem pengapian (ignation system), sistem pengisian, sistem penerangan dan indikator, sistem stater. Sistem pengapian hanya terdapat pada motor bensin, adapun fungsi dari sistem pengapian adalah untuk menhasilkan tegangan tinggi dengan menadakan bunga api diantara elektroda busi , sehingga campuran bahan bakar dengan udara

(34)

sempurna walupun dengan kecepatan mesin yang berubah – ubah, skema sistem pengapian ditunjukan gambar dibawah ini

Gambar 2.12Sistem pengapian sepeda motor

(AHTC, Pengantara praktek listrik, 2006 : 31)

2.7 Knalpot (Exhaust Pipe System)

Fungsi exhaust system (sistim saluran buang) ialah mengeluarkan gas-gas bekas yang dikumpulkan dari dalam silinder-silinder. Exhaust system ini terdiri dari exhaust manifold, exhaust pipe (pipe buang), dan muffler (peredam suara). Exhaust Manifold. Fungsi exhaust manifold (saluran buang) ialah mengumpulkan gas-gas buang darisilinder-silindr kesatu tempat dan disalurkan melalui pipe buang (exhaust pipe). Exhaustmanifold ini dipasangkan pada tiap exhaust port yang terdapat pada setiap silinder. Gas buang yang keluar dari motor masih mempunyai tekanan sebesar 3 ~ 5 kg/cm2dan suhunya kira-kira 600 ~ 800 °C, masih pula terkandung panas sebesar 35 ~ 39%dan gas hasil pembakaran, Bila pada tekanan dan suhu yangn tinggi langsung dibuang keatmosfir, maka ekspansi yang mendadak dari gas tersebut akan menimbulkan ledakanyang keras. Untuk

(35)

mencegah hal ini maka gas buang disalurkan melalui muffler agartekanan dan suhunya turun sehingga ledakan keras tadi tidak akan terjadi. Bentuk dan ukuran knalpot yang digunakan untuk sepeda motor empat tak berbeda dengan bentuk dan ukuran knalpot dua tak. Pada knalpot empat tak terdiri dari tiga komponen utama, yaitu : pipa primer, pipa kolektor, pipa ekor. Sedangkan pada knlpot untuk sepeda motor dua tak terdiri dari komponen – komponen sebagai berikut : pipa kepala, diffuser, pipa paralel, baffle, stinger.

Gambar 2.13 Knalpot untuk sepeda motor empat tak (exhaust pipe system)

(36)

Gambar 2.14 Knalpot untuk sepeda motor dua Tak (Exhaust system)

(Yamaha Genuine Part & Accessories, Part catalogueV110E(4WHH):13)

2.8 Sistem Pelumasan

Semua elemen mesin yang terbuat dari logam akan bergerak relatif antara satu dengan lainnya dapat mengalami hambatan yang besar karena gesekan permukaan. Karena hal tersebut, fungsi pelumas menjadi sangat penting. Dengan pelumasan dapat dihindari kontak langsung dari dua bagian logam mesin yang bergesekan.Pada Gambar 2.15 diperlihatkan pelumasan poros dengan bantalannya. Komponen- komponen mesin akan terselimuti oleh lapisan pelumas sehingga antara bagian satu dan lainnya seperti tidak bersentuan. Kondisi akan menimbulkan gaya gesek yang kecil antara komponen mesin. Secara garis besar fungsi pelumasan adalah sebagai berikut:

1. Mengurangi gesekan yang timbul antar komponen mesin sehingga pergerakankomponen mesin menjadi lebih ringan.

(37)

2. Menyerap panas yang timbul karena pergesekan antara komponen-komponen mesin, hal ini menguntungkan karena komponen mesin terhindar dari overheatingatau panas berlebih.

3. Khusus pada pelumasan di silinder akan memperbaiki kerapatan antara torak dansilinder.

4. Mencegah abrasi dan korosi komponen-komponen mesin.Untuk menjamin keberlangsungan proses pelumasan pada waktu operasi mesin sehingga komponen-komponen mesin terlumasi semua, pelumas harus disirkulasikan. Sistem yang menjamin keberlangsungan proses pelumasan pada mesin disebut sistem pelumasan.

Gambar 2.15 Pelumasan pada bantalan

( Aryadi, dan Karnowo, 2008 : 49)

Bagian-bagian yang bergerak dalam mesin dilumasi dengan empat macam cara yaitu dengan cara percikan (splash), tekanan (force feed), gabungan dari percikan serta tekanan, yang terakhir adalah pelumasan campur bahan bakar dengan pelumas (patrol lubrication).

1. Sistem percikan. Minyak lumas akan terbawa oleh batang spoon atau dipper pada waktu pistonbergerak ke bawah kemudian pelumas dipercikkan oleh

(38)

ujung bagian bawah connectingrod kepada dinding silinder dan bearing. Konstruksi sistem percikan cukup sederhana,tetapi kendalanya ialah bahwa minyak lumas sangat sulit melalui celah-celah yang sempit. Oleh karenanya sistem ini sekarang jarang sekali digunakan. gambar 2.16

Gambar 3.16 Pelumasan sistem percik

2. Sistem penyaluran paksa. Mesin yang kompleks terutama pada multisilinder mempunyai banyak bagianbagianyang sempit dan jauh dari jangkauan tangki pelumas. Padahal semua komponentersebut harus dilumasi, untuk itu diperlukan sistem pelumasan yang mampumensirkulasikan pelumas ke seluruh komponen atau bagian mesin yang membutuhkan. Untuk mensirkulasikan minyak pelumas, pelumas dipompa sehingga mempunyai energiyang cukup untuk sampai ke bagian-bagian yang harus dilumasi dengan tekanan tertentu.Minyak pelumas terkumpul dalam karter dihisap oleh pompa minyak melalui saringanminyak. Dari sini minyak disalurkan ke bagian-bagian mesin melalui lubang-lubangminyak yang terdapat pada blok silinder, poros engkol dan sebagainya. Sesudah minyakmelakukan pelumasan pada bagian-bagian mesin, minyak kembali lagi ke karter Keuntungan dengan

(39)

sistem ini bahwa semua bagian-bagian pada mesin dapat dilumasi dengan baik. Kerugiannya jika pompa minyak rusak, maka sistem ini tidak dapat bekerja.

3. Sistem kombinasi percikan dan tekanan. Dalam sistem ini dipergunakan kedua sistem, sistem percikan dan tekanan.

Sistem campuran bahan bakar pelumas. Sistem ini dipakai pada motor dua langkah (2 tak). Pelumas dan bahan bakardengan komposisi campuran kurang lebih 1: 30 sampai 1 :50 akan berfungsi sebagipelumas dan sekaligus perapatan antara silinder dan piston pada waktu mesin bekerja.Kerugiannya adalah pelumas ikut terbakar sehingga metode ini sangat boros pelumas

2.9 Sistem Pendinginan

Mesin bensin merupakan mesin panas yang mengubah energi kimia bahan bakar melalui proses pembakaran. Dari proses pembakaran tersebut dihasilkan energi yang akan digunakan untuk menjalankan kendaran. Tidak semua energi dapat diubah menjadi energi berguna, tetapi hanya kira-kira 25% digunakan sebagai tenaga penggerak, sebagian lainnya sekitar 45% hilang terbawa gas buang dan hilang akibat gesekan-gesekan, sedangkan sisanya kira-kira 30% diserap oleh bagian-bagian mesin itu sendiri. Panas yang diserap ini harus segera dibuang untuk menghindari panas yang berlebihan yang dapat pula mengakibatkan mesin menjadi retak dan terjadi kegagalan operasi mesin.Untuk itu sistem pendinginan dimaksudkan untuk mengatasi keadaan tersebut. Selain itu juga untuk memelihara suhu yang tetap dalam mesin, sebab mesin yang terlampau dingin akan mengakibatkan pemakaian bensin menjadi boros. Secara garis besar pendinginan

(40)

mesin dibagi menjadi dua, yaitu dengan pendinginan air dan pendinginan udara. Pemilihan sistem pendinginan menggunakan udara atau pendinginan air bergantung dari jenis mesinnya.Kebanyakan untuk mesin satu silinder menggunakan pendinginan udara, dan sebagian menggunakan pendinginan air, seperti ditunjukan oleh Gambar 2.17 dan Gambar 2.18 dibawah ini.

Gambar 2.17 Sistem pendingian Udara

(41)

Gambar 2.18 Sistem pendingian Air

(42)

30

Konversi energi yang terjadi pada motor bakar torakberdasarkan pada siklus termodinamika. Proses sebenarnya amatkomplek, sehingga analisa dilakukan pada kondisi ideal dengan fluidakerja udara.Idealisasi proses sebagai berikut :Fluida kerja dari awal proses hingga akhir proses, panas jenis dianggap konstan meskipun terjadi perubahantemperatur pada udara, proses kompresi dan ekspansi berlangsung secara adiabatik, tidakterjadi perpindahan panas antara gas dan dinding silinder, sifat-sifat kimia fluida kerja tidak berubah selama siklus berlangsung., motor dua proses mempunyai siklus termodinamika yang sama dengan motor empat proses.Siklus ideal dan siklus aktual yang terjadi pada motor bakar torak ditunjukkan oleh Gambar 3.1 dibawah ini

Gambar 3.1 Diagram P–V siklus ideal dan siklus aktual motor otto

(Cengel & Boles 1994: 375)

Dasar – dasar perhitungan thermodinamika motor bensin meliputi proses thermodinamika yang terjadi pada motor bensin, yaitu : Proses hisap, proses kompresi, proses kerja, dan proses buang

(43)

Pada siklus Otto atau siklus volume konstan, proses pembakaran terjadi pada volume konsta. Siklus ideal pada kerja motor bensin ditunjukan oleh Gambar 3.1 diagram P – V dan T – S dibawah ini .

Gambar 3.2 Diagram P – vdan T – s Siklus Otto

(Cengel & Boles. 1994: 382 – 383)

Keterangan diagram P – v dan T – s Siklus Ottopada Gambar 3.2 adalah sebagai berikut :

Proses 1 – 2 : Proses kompresi isentropic (adiabatic reversible), dimana piston

bergerak menuju top dead center (TDC) mengkompresikan udara sampai volume clearance sehingga tekanan dan temperatur udara naik.

Proses 2 – 3 : Pemasukan kalor pada volume konstan, piston sesaat pada TDC

bersamaan kalor suplai dari sekelilingnya serta tekanan dan temperature meningkat hingga nilai maksimum dalam siklus, qin = m.Cp.(T3 - T2)

Proses 3 – 4 : Proses isenstopic udara panas dengan tekanan tinggi mendorong

piston turun menuju BDC, energi dilepaskan disekeliling berupa internal energi, qout = m.Cv.(T4 - T1)

Proses 4 – 1 : Proses pelepasan kalor pada volume konstan, piston sesaat pada

BDC dengan menstransfer kalor ke sekeliling dan kembali meproses awal pada titik awal.

(44)

3.1 Proses Hisap

Proses penghisapan (intake), torak bergerak dari TMA ke TMB , Katup masuk terbuka, Campuran bahan bakar dengan udara yang telah tercampur di dalam karburator masuk dan dihisap de alam cylinder.Saat torak berada di TMB katup masuk akan tertuup.bahan bakar dan udara dihisap masuk kedalam silinder dengan tekanan awal (pa)

3.2 Proses Kompresi

Proses kompresi/penekanan (compression), torak bergerak dari TMB ke TMA, Katup masuk dan katup buang kedua-duanya tertutup sehngga gas yang telah dihisap tadi tidak dapat keluar pada waktu di tekan oleh torak, yang mengakibakan tekanan akan naik sambil mengeluarkan panas, adapun perhitungannya meliputi :

1. Tekanan pada awal proses kompresi (pa) tanpa supercharging (Petrovsky, 1971 : 27) :

(

)

o

a 0,85 0,95p

p = −

Dengan :po = Tekanan udara luar (kg/cm2) = 1 atm = 1 (kg/cm2) Dipilih 0,90 Maka : _a

(

)

_o ₂ cm kg 90 , 0 1 90 , 0 p 90 , 0 p = = × =

2. Temperatur pada awal kompresi (Ta) ( Petrovsky, 1971 : 29):

r r r o a 1 T t T T γ + γ + ∆ + = ∞

(45)

∆t∞ = Temperatur campuran tambahan dari dinding silnder

(10 – 20°C) = 20°C

γr = Koefisien gas buang (0,02 – 0,04) = 0,03

Tr = Temperatur gas buang (800–1000 K) = 1000 K = 727°C

Maka :

(

)

03 , 0 1 727 03 , 0 20 30 1 T t T T r r r o a + × + + = γ + γ + ∆ + = ∞ K 81 , 344 C 81 , 71 T_a =  =

Adapun batasan temperatur awal pada motor bensin (carburator engine) 340 –380 K, sehingga memenuhi syarat

3. Efisiensi pengisaian (ηch) ( Petrovsky, 1971 : 31) :

(

) (

sc a r

)

o a ch 1 T p 1 T . p . γ + × − ε ε = η

Dengan : ε = Perbandingan kompresi (6 – 11) = 9

Maka :

(

) (

9 1

)

1 344,81

(

1 0,03

)

303 9 , 0 9 1 1 . . + × × − × × = + × − = r a a o a ch T p T p γ ε ε η 23 , 2841 30 , 2454 ch = η →η_ch =0,8611→86,11≈86%

Adapun batas efisiensi pada motor bensin empatproses adalah

(

0,83 0,86

)

ch = −

η , sehingga memenuhi syarat untuk diaplikasikan

4. Tekanan pada akhir proses kompresi (pc) ( Petrovsky, 1971 : 32) :

1 n a

c p

p = ε

Dengan :n1= Ekponen politropik rata – rata (1,30 – 1,37) = 1,30 (M. Kovakh, Motor Vehicle Engines, 1979 :117)

(46)

Maka : 2 30 , 1 1 n a c _cm kg 66 , 15 9 90 , 0 p p = ε = × =

5. Temperatur pada akhir kompresi (Tc) ( Petrovsky, 1971 : 29):

1 1 n a c T T = ε −

Adapun batasan tempertaur pada akhir alngkah kompresi adalah : 550 – 750 K (M. Kovakh,1979 : 117)

Maka :Tc =Taεn1 1 =344,81×9(1,301) =666,58 K

− −

3.3 Proses Pembakaran

Torak bergerak dari TMB ke TMA, Katup masuk dan katup buang kedua-duanya tertutup sehngga gas yang telah dihisap tadi tidak dapat keluar pada waktu di tekan oleh torak, yang mengakibakan tekanan akan naik sambil mengeluarkan panas. Beberapa saat sebelum torak mencapai TMA busi mengeluarkan percikan bunga api listrik. Gas/bahan bakar yang telah mencapai tekanan tinggi tadi terbakar. Akibat pembakaran bahan bakar tadi, tekanannya akan naik menjadi kira-kira tiga kali lipat, adapun perhitungannya meliputi :

1. Nilai kalor bawah pembakaran bensin (Q1) ( Petrovsky, 1971 : 43) :

kg kcal 530 , 9 Q₁ =

2. Reaksi Dalam proses pembakaran gasoline yang merupakan C8H18 (CnH2n+2)

terjadi reaksi kimia seperti berikut (Heywood,1988: 70):

(

2 2

)

2 2 2

)

mol 5226 , 0 15 , 114 66 , 59 H C N 773 , 3 O 5 , 12 L 18 8 2 2 ' o = = + =

4. Berat udara teoritis membakar 1 kg bahan bakar ( Petrovsky, 1971 : 37) :

' o o 28,96 L L = kg 14 , 15 5226 , 0 96 , 28 Lo = × =

5. Kebutuhan udara aktual( Petrovsky, 1971 : 38) :

o o L L L L _→ ₌_α_× _′ ′ = α

Dengan : α= Koefisien udara lebih (0,85 – 1,05) =1,05 Maka : L=α×L′_o =1,05×0,5226=0,5487 mol=16,44 kg

6. Jumlah gas hasil pembakaran pada pembakaran sempurna 1 kg bahan bakar dalam mol ( Petrovsky, 1971 : 39) :

mol 32 O 4 H L Mg =α 'o + + mol 32 0 4 145 , 0 5487 , 0 Mg = + + mol 5849 , 0 4 145 , 0 5487 , 0 M_g = + =

(48)

7. Total volume gas hasil pembakaran setiap 1 kg bahan bakar ( Petrovsky, 1971 : 39) : bakar bahan kg m M 4 , 24 V_g = _g 3 bakar bahan kg m 27 , 14 5849 , 0 4 , 24 V_g = × = 3

8. Koefisisen perubahan molar atau rasio gas pembakaran dalam silinder ( Petrovsky, 1971 : 40) : ' o o L M 1 α ∆ + = µ Dengan : 0,03625 mol 4 145 , 0 32 O 4 H M= + = = ∆ Maka : 1,066 5487 , 0 03625 , 0 1 o = + = µ

9. Koefisisen perubahan aktual molar atau rasio gas pembakaran ( Petrovsky, 1971 : 40) : 065 , 1 03 , 0 1 03 , 0 066 , 1 1 _r r o = + + = γ + γ + µ = µ

_g =5,47753+0,00074×T_z

12. Temperatur akhir pembakaran pada proses tekanan konstan ( Petrovsky, 1971 : 46) :

(

)

( )

Cp _mix c

( )

Cp _g z r ' o l z T m T m 1 L Q ₊ ₌_µ γ + α ξ Dengan :ξZ =

(

0,85−0,90

)

=0,90 9530 Q_l =

(

)

4,96052 666,58 1,065

(

5,47753 0,00074 Tz

)

Tz 03 , 0 1 53760 , 0 9530 90 , 0 × × + × = × + + ×

(50)

2 z z 0,0007881T T 83356 , 5 58 , 3306 55 , 15489 + = + 13 , 18796 T 0007881 , 0 T 83356 , 5 z + z2 − Maka : a 2 ac 4 b b T 2 z − ± − = Sehingga :

(

)(

)

(

0,0007881

)

2 13 , 18796 0007881 , 0 4 83356 , 5 83356 , 5 T 2 z − − ± − = 0015762 , 0 28 , 93 83356 , 5 T_z = − ± K 47 , 2426 T_z =

13. Tekanan akhir pembakaran pada proses tekanan konstan ( Petrovsky, 1971 : 50): c z c z T T p p = µ 2 z cm kg 71 , 60 58 , 666 47 , 2426 065 , 1 66 , 15 p = × × = 3.4 Proses Ekspansi

Proses ekspansi, saat ini kedua katup masih dalam keadaan tertutup. Gas yang terbakar tadi dengan temperatur dan dengan tekanan yang tinggi akan mengembang kemudian menekan dan memaksa torak turun ke bawah (dari TMA ke TMB). Saat inilah pertamakali tenaga panas di rubah menjadi tenaga gerak/mekanis. Tenaga ini di salurkan melalui batang penggerak dan oleh poros engkol dirubah menjadi gerak putar. perhitungannya adalah sebagi berikut :

(51)

1. Temperatur akhir pada proses ekspansi ( Petrovsky, 1971 : 52) : 1 2 n z b T T ₋ δ =

Dengan :n2= Ekponen politropik rata – rata (1,23 – 1,30) = 1,23 (M. Kovakh, Motor Vehicle Engines, 1979 :117)

δ =ε = Perbandingan kompresi (6 –11) = 9 Maka : 1463,85 K 9 47 , 2426 T_b = ₁_,₂₃₋₁ =

2. Tekanan akhir pada proses ekspansi ( Petrovsky, 1971 : 52) :

2 n z b p p δ = _→ b ₁_,₂₃ _cm2 kg 069 , 4 9 71 , 60 p = =

3.5 Tekanan efektif Rata – Rata

Tekanan efektif rata-rata (Brake Mean Effective Pressure) dalam satuan kg/cm2 yang merupakan tekanan rata-rata yang bekerja pada piston selama proses kerja dapat dihitung berdasarkan rumus:

1. Tekanan indikator rata – rata teoritis ( Petrovsky, 1971 : 55) :

      −       ε − − −       δ − λ − ε = ₋ ₋ 1 1 n 1 1 1 1 2 n 1 1 1 1 p p c _n₂ ₁ _n₁₁ it Dengan : c z c z p p p p =λ →λ= Maka : _      −       − − −       − − = ₋ ₋ 1 30 , 1 1 9 1 1 1 23 , 1 1 9 1 1 66 , 15 71 , 60 1 9 66 , 15 p_it ₁_,₂₃₁ ₁_,₃₀₁

(

) (

)

[

3,88 0,496 4,347 0,483 3,334

]

96 , 1 pit = × × − × 2 it _cm kg 24 , 12 156 , 4 396 , 16 p = − =

(52)

2. Tekanan indikator rata – rata ( Petrovsky, 1971 : 55) :

it

i p

p =ϕ

Dengan : φ= Faktor koreksi diagram (0,92 – 0,97) = 0,92

Maka : i _mm2 kg 26 , 11 24 , 12 92 , 0 p = × =

3. Tekanan efektif rata – rata ( Petrovsky, 1971 : 61) :

i m

e p

p =η

Dengan : ηm= Efisiensi mekanik (0,78 – 0,83) = 0,78

Maka : _e ₂ cm kg 78 , 8 26 , 11 78 , 0 p = × =

4. Konsumsi bahan bakar

a. Konsumsi bahan bakar spesific efektif ( Petrovsky, 1971 : 63) :

m i F F η = Dengan : o ' o i o ch i T L p p 4 , 318 F α η = jam hp kg 0459 , 0 303 5487 , 0 26 , 11 1 86 4 , 318 F_i = × × × = Maka : jam hp kg 0589 , 0 78 , 0 0468 , 0 F= =

b. Konsumsi bahan bakar dalam setiap jam ( Petrovsky, 1971 : 63) :

b FN Fh= Dengan : 8,415 HP 10 2 45 , 0 1 7500 115 78 , 8 z 45 , 0 ni V p N e d ₆ b _× _× = × × × = = Maka : jam kg 495 , 0 415 , 8 0589 , 0 Fh = × =

(53)

41

4.1 Komponen Utama pada Motor Bensin Empat Lanagkah

Komponen utama pada motor bensin empat langkah terdiri komponen – komponen sebagai berikut : Silinder dan kelengkapannya (silinder liner, kepala silinder, blok silinder, ulir pengikat, dan analisa kekuatan materilannya), piston dan kelengkapannya (pen piston, ring piston, dan kekuatan materialnnya), batang penggerak (conecting rod), poros engkol, dan mekanisme katup. Adapun susunan komponenya ditunjukan oleh Gambar 4.1

Gambar 4.1Bagian – bagian penting motor bakar

(www.auto.howstuffwork.com)

4.2 Silinder Liner

Silinder adalah bagian yang memindahkan tenaga panas menjadi tenaga mekanik, dan untuk tujuan ini piston bergeak tranlasi memamafatkan campuran udara dan baha bakar. Kerapatan campuran udara dan baha bakar dalam silinder

(54)

dijamin oleh cincin torak torak yang bergerak sesuai dengan gerakan torak. Silinder sebagai tempat terjadinya pembakaran, akan menghasilkan gas yang bertekanan dengan suhu yang tinggi, sehingga silinder harus mempunyai syarat sebagai berikut : Tahan terhadap suhu tinggi, mudah menghantarkan panas, memiliki koefisien muai rendah, tahan aus dan korosi, dan tahan terhadap tegangan yang diakibatkan pemuian

4.1.1 Bahan silinder Liner

Direncanakan bahan silinder liner dari baja 45 X, dengan kondisi dan komposisi kima dan sifat mekanis sebagai berikut ( Petrovsky, Marine Internal Combustion Engines, 1971 : 546) : 1. Komposisi Kimia : a) C = 0,45 – 0,55% Direncanakan 0,50% b) Si = 0,15 – 0,35% Direncanakan 0,30% c) Mn = 0,30 – 0,60% Direncanakan 0,60% d) Cr = 0,75 – 1,10% Direncanakan 0,95% e) P ≤ 0,03% Direncanakan 0,03% f) S ≤ 0,035% Direncanakan 0,035% g) Fe = sisanya 97,585% 2. Sifat Mekanis : a) Kekuatan tarik σ _u = 105 kg/mm2 b) Kekuatan luluh σ_y = 85 kg/mm2 c) Kelelehan lentur σ_L = 3400 – 4900 kg/cm2

(55)

4.1.2 Perhitungan Dimensi Sililnder Liner

Perhitungan dimensi silinder liner meliputi perhitungan – perhitungan sebagai berikut :

1. Diameter dalam (Di) silinder (Petrovsky, 1971 :96) :

i . C . P . 3 , 52 z . N D m e b i =

Dengan :Ne = Daya kuda (brake horse power = BHP) = 8,415 HP i = Jumlah silinder = 1

Cm = Kecepatan rata – rata piston (7 – 22) ≈ 10 m/dt z=Stroke cycle ratio ≈ 1 untuk motor 2 tak

≈ 2 untuk motor 4 tak

Pe =Tekanan efektif rata-rata = 8,78 kg/cm2

Maka : 6,08 cm 60,8 mm 459 , 0 83 , 16 1 10 78 , 8 00523 , 0 2 415 , 8 D_i = = = × × × × =

2. Tinggi piston (Hpis) (Kovakh, 1979 :117) :

(

)

D mm H_pis = 0,90−1,30 _i =0,9×60,8=54,72 3. Langkah piston (L) : L . D . 4 Vd= π _i2

Dengan :Vd = Volime langkah = 115 cc

Di = Diameter dalam silinder = 60,8 mm

Maka : .D .L

4 Vd = π _i2

(56)

Sehingga : ₂ i D 785 , 0 Vd L × = 3,96 cm 08 , 6 785 , 0 115 2 = × =

Maka rasio langkah : 0,65

08 , 6 96 , 3 D L i = = = 4. Panjang silinder linier (Llin) :

mm 32 , 94 6 , 39 72 , 54 L H L_lin = _pis + = + =

5. Jari – jari dalam silinder liner (Ri) :

mm 4 , 30 2 8 , 60 2 D R i i = = =

6. Tebal silinder liner (b) (Maleev., 1982 : 410) :

mm 05 , 4 15 8 , 60 15 D b≥ i = =

7. Diameter luar silinder linier (De)(Maleev., 1982 : 410) :

(

4,05

)

68,9 mm 2 7 , 46 b 2 D D_e = _i + = + =

8. Jari – jari luar silinder liner (Re) :

mm 45 , 34 2 9 , 68 2 D R e e = = =

9. Tinggi Flens (Hflen) :

mm 08 , 6 8 , 60 1 , 0 D 1 , 0 H_flen = × _i = × =

10. Lebar Flens (Lflen) :

(

)

4 . 100 D . . 15 D L 4 2 i 2 e 2 flen π ≤ − π

(

)

4 100 8 , 60 . . 15 9 , 68 L 785 , 0 2 2 2 flen × π ≤ −

(57)

L lin De Di Lflen b Fd

(

)

314 64 , 3696 14 , 3 15 21 , 4747 L_flen2 − ≤ × ×

(

Lflen2 −4747,21

)

≤554,49

( )

L_flen2 ≤554,49+4747,21=5301,71→L_flen =72,81 mm

Dimensi dan bentuk silinder liner hasil perancagan ditunjukan oleh Gambar 4.2 dibawah ini.

Gambar 4.2 Penampang silinder liner

4.1.3 Tinjauan Kekuatan Sililnder Liner

Perhitungan kekuatan silinder liner meliputi perhitungan – perhitungan sebagai berikut :

1. Tegangan tarik pada dinding dalam silinder linier (σmax) (Petrovsky, 1971 :391): z 2 i 2 e 2 i 2 e max .P R R R R − + = σ

(58)

Maka : ₂ _z i 2 e 2 i 2 e max P R R R R × − + = σ 2 2 2 2 2 max 60,71 487,95 040 , 3 445 , 3 040 , 3 445 , 3 cm kg = × − + = σ

2. Tegangan tarik pada dinding luar silinder linier (σmin) (Petrovsky, 1971 : 391) : z 2 i 2 e 2 i min P R R R . 2 × − = σ

(

)

2 2 2 2 min 60,71 427,24 040 , 3 445 , 3 040 , 3 2 cm kg = × − = σ

Batas harga tegangan tarik yang diijinkan (σ ) = 400 – 600 kg/cm_a 2 maka hasil perhitungan perencanaan yaitu 427,24 kg/cm2 – 487,95 kg/cm2 memenuhi syarat dan aman

3. Tegangan tekan pada dinding dalam silinder linier akibat panas (Petrovsky, 1971 :391) : C . A . t . G . c . th =α ∆ σ

Dengan :

α

= Koefisien ekpansi linier bahan = 1,25 x 10-5 G = Modulus rigidity = 0,8 x 106

∆t = Perbedaan temperatur antara dinding luar dan dalam silinder

linier ( 125 – 150° C ) = direncanakan ≈ 135°C 1 m 1 m A − + =

(59)

99 , 1 1 33 , 0 1 33 , 0 A =− − + = β − − β β = ln 1 1 2 C ₂ 2 Dengan : 1,13 335 , 2 6463 , 2 R R i e = = = β Maka :

( )

1,04 13 , 1 ln 1 1 13 , 1 13 , 1 2 C ₂ 2 − = − − = Sehingga :σth.c =α.G.∆t.A.C

(

1,25 10 5

) (

. 0,8 106

)

135 1,99 1,04 c . th = × × × × × × σ − 2 c . th _cm kg 96 , 2793 = σ

4. Tegangan tekan pada dinding luar silinder linier akibat panas (Petrovsky, 1971 :391) : B . A . t . G . t . th =α ∆ σ Dengan : 0,96 ln 1 1 2 B ₂ =− β − − β = Maka :σth.t =α.G.∆t.A.C

(

1,25 10 5

) (

. 0,8 106

)

135 1,99 0,95 t . th = × × × × × × σ − 2 t . th _cm kg 04 , 2579 = σ

Batas tegangan total yang diijinkan adalah: 1600 - 3200 kg/cm2, maka dari hasil perhitungan diatas yaitu 2793,96 kg/cm2 memenuhi syarat dan dinyatakan aman

(60)

5. Pemeriksaan kekuatan flen (Petrovsky, 1971 : 392) : a. Gaya dari baut pengikat

(

)

4 D . p 50 , 1 25 , 1 F f z d π × − = Dengan :Df= 22 – 25 direncanakan 23 Maka :

( )

1370,15 kg 4 23 14 , 3 71 , 60 25 , 1 F_d = × × =

b. Diameter rata-rata bidang penahan mantel pelumas (diameter rata-rata flens) cm 485 , 6 2 08 , 6 89 , 6 2 D D D e i c = + = + =

c. Tekanan spesifik pada flens silinder linier

2 c d sh cm kg 698 , 64 04 , 1 485 , 6 14 , 3 15 , 1370 C . D . F q = × × = π =

Batasan tekanan spesifik yang diijinkan qsh ≤ 1000 kg/cm2, maka dari hasil perhitungan diatas yaitu 64,698 kg/cm2 memenuhi syarat perencanaan dan dinyatakan aman

4.2 Piston

Piston adalah suatu bagian dari motor yang berbentuk silinder yang bergarak lurus (translasi) didalam silinder, gerak lurus tersebut untuk menghisap, memanfaatkan bahan bakar dan udara dan mendorong keluar sisa gas sisa pembakaran, serta memindahkan tenaga desakan dari hasil pembakaran kebentuk mekanis pada badan torak terdapat alur tempat cincin torak yang berfungsi merapatkan silinder dengan badan torak, sehingga proses pembakaran dan

(61)

kompresi yang terjadi didalam ruang bakar tidak bocor serta mencegah minyak pelumas masuk kedalam ruang bakar

4.2.1 Bahan piston

Piston akan menerima tekanan dan temperatur dari proses pembakara, maka torak harus dibuat dari bahan dari bahan yang mempunyai sifat-sifat, antara lain ringan kuat, kokoh, tahan aus dan tahan terhadap temperatur yang tinggi, untuk memenuhi syarat seperti diatas bahan torak dapat dipakai allumunium cooper alloy, yang mempunyai komposisi sebagai berikut :

1. Komposisi Kimia : a) Ni = 2,0 % Direncanakan 2,0% b) Mg = 1,5% Direncanakan 1,5% c) Cu = 4,0% Direncanakan 4,0% d) Si = 0,7% Direncanakan 0,6% e) Zn = 0,3% Direncanakan 0,3% f) Fe = 0,8% Direncanakan 0,7% g) Al = Sisanya yaitu sekitar 90,9%

2. Sifat Mekanis

a) Kekuatan tarik σ _u = 30 kg/mm2 b) Kekuatan luluh σ_y = 26 kg/mm2

(62)

hcr h 1 D h H H 2 H 1 bb Lpp din dex

4.2.2 Perhitungan Dimensi Piston

Dimensi dan nama – nama bagian piston yang digunakan pada mesin bensin empat langkah ditunjukan oleh Gambar 4.3

Keterangan Gambar :

H= Tinggi piston D= Diameter piston

h=Tinggi puncak piston ke ring atas hcr = Tebal piston Crown

h1 = Jarak antara lubang ring piston

H1 = Jarak antara sumbu pen dengan bawah

piston

H2 = Tiggi piston Skrit bb = Jarak antara lubang pen Lpp = Panjang pen piston dex = Diameter luar pen piston din = Diameter dalam pen piston

Gambar 4.3 Konstruksi dimensi piston

(Kovakh, 1979 : 438)

Perhitungan dimensi piston meliputi perhitungan – perhitungan sebagai berikut :

D 0,40 60,8 24,32 mm

b_b = _i = × =

4.2.3 Tinjauan Kekuatan Piston

Tinjauan kekuatan dan perhitungan pada bagian piston skirt, menggunakan persamaan – persamaan dibawah ini.

1. Tekanan piston maksimum terhadap dinding liner (Petrovsky, 1962:368)

2 z max _cm kg 856 , 4 71 , 60 08 , 0 P 08 , 0 N = × = × =

2. Tekanan samping spesifik maksimum pada permukaan piston(Petrovsky, 1962:368) 2 max n H D N q × =

(64)

PZ D Dipis Dengan : n _cm2 kg 5 , 3 3 q = − Maka : n 2 cm kg 144 , 0 53 , 5 08 , 6 856 , 4 q = × =

Piston skrit dinyatakan AMAN karena tekanan samping yang terjadi pada

piston skrit adalah 0,144 ₂ cm kg

dan masih berada dibawah tekanan samping ijin

pada piston skrit 3 3,5 2

cm kg

q_n = − . Selanjutnya pada piston crown dianggap distribusi beban merata dari tekanan gas sisa pembakaran (Pz). Ilustrasi

pembebanan pada piston corwn ditunjukan oleh Gambar 4.4

Gambar 4.4 Ilustrasi beban pada piston Crown

(Petrovsky,1962; hal 369)

1. Gaya tekan pada luasan 1/2 lingkaran piston crown( Petrovsky, 1962:368) :

8 D . P 2 P F 2 z z cg π × = = Maka : 2 2 cg cm kg 860 , 880 8 08 , 6 14 , 3 71 , 60 F = × × =

(65)

2. Momen bending yang terjadi dengan asumsi Dipis ≈ D(Petrovsky, 1962:369) : z 3 b P 24 D M = Maka : 60,71 568,538 kg.cm 24 08 , 6 M 3 b = × =

3. Momen tahanan lentur pada piston crown (Petrovsky, 1962:370) :

6 . D W 2 δ = Dengan :

δ

= hcr = 0,486 cm Maka : 3 2 cm 82 , 0 6 486 , 0 . 08 , 6 W= × = 2 b b _cm kg 339 , 693 82 , 0 538 , 568 W M ₌ ₌ = σ

Harga batas tegangan bending untuk material paduan aluminium adalahσ _b = 500 – 900 kg/cm2, maka hasil perhitungan tegangan bending yaitu 693,339 kg/cm2 memenuhi syarat.

4.2.4 Pena Piston

Bahan yang akan digunakan sebagai pena piston direncanakan bahan baja paduan (Alloy steel) menurut standar USSR (30 M) :

1. Komposisi Kimia :

a) C= 0,05 – 0,25 % Direncanakan = 0,15% b) Mn = 0,30 – 0,50% Direncanakan = 0,50% c) Si = 0,01 – 0,15% Direncanakan = 0,15%,

(66)

dex din bb Lpp Li d) S ≤ 0,04% Direncanakan = 0,4%, e) P≤ 0,04% Direncanakan = 0,4% f) Fe = 99,12% 2. Sifat Mekanis : a) Kekutan tarik σ = 5500 Kg/cm_u 2, b) Kekuatan luluh σ = 2800 Kg/cm_s 2 c) Pertambahan panjang σ = 19 %, _b d) Kekuatan impact Wimp= 5 kgm/cm2

Ilustrasi pembebanan pada pena piston dan dimensi pena piston ditunjukan oleh gambar 4.5

Gambar 4.5 Ilustrasi pembebanan dan dimensi pena piston

(Petrovsky,1962; 372)

3. Perhitungan Pena Piston (Kovakh, 1979 : 459) : dex = Diameter luar pen = 15,808 mm din = Diameter dalam pen

din = dex . rd

(67)

Lpp = Panjang pena piston = 0,80 . Di= 0,80 x 6,08 = 4,864 cm

bb = Jarak antara tengah-tengah piston pen = 2,432 cm

Li = Jarak senter kedua boss =

2 b Lpp + b = 2 432 , 2 864 , 4 + = 3,648cm

4. Momen bending maksimum yang terjadi ( Petrovsky, 1962:372) :

Mmax =       ₋ 4 L 2 L 2 P_x _i

Dengan :Px = gaya tekan maksimum = Pz.

4 π . D2 = 60,71 x 0,785 x 6,082 = 1761,72 kg/cm2 L = bb = 2,432 cm Maka : Mmax =       ₋ 4 432 , 2 2 648 , 3 2 1761,72 = 535,56 kg/cm2 5. Tegangan bending yang terjadi

b

σ =

W M_max

Dengan :W = Momen tahanan = _

      − π ex 4 in 4 ex d d d 32 = _      − 581 , 1 25 , 1 581 , 1 . . 32 14 , 3 4 4 = 0,24 cm2 Maka :σ_b= 24 , 0 535,56 = 2231,5 kg/cm2

Tegangan bending yang diijinkan = 1500 – 2300 Kg/cm, maka dari hasil perhitungan diatas yaitu 2231,5 kg/cm2 memenuhi syarat dan AMAN

(68)

6. Tegangan geser yang terjadi : sh σ = f . 2 P_x

Dengan: f= luasan melintang piston pin=

(

d_ex2 d_in2

)

4 − π =

(

1,5812 1,252

)

4 14 , 3 ₋ = 0,74cm2 Maka :σ_sh= 48 , 1 56 , 535 74 , 0 2 56 , 535 ₌ × = 361,86 kg/cm 2

Batas tegangan geser yang diijinkan ≤ 500kg/cm2, maka dari hasil perhitungan diatas yaitu 361,86 kg/cm2 memenuhi syarat dan AMAN

4.2.5 Perhitungan Ring Piston

Piston ring dikelompokkan menjadi dua bagian yaitu:Piston ring kompresi (compression rings) dan Piston ring oli (oil ring), pada motor empat langkah terdapat ring kompresi dan ring oli.Bahan yang dipakai untuk piston ring kompresi dan piston ring oli direncanakan dari bahan besi tuang

1. Komposisi Kimia : a) Si = 0,9 – 1,15% Direncanakan= 1,13% b) Mn = 0,8 – 1,0% Direncanakan = 0,9% c) P = 0,1 – 0,3% Direncanakan = 0,2% d) Ni = 0,6 – 1,2% Direncanakan = 1,0% e) Cr = 0,3 – 0,5% Direncanakan = 1,0% f) V = 0,1 – 0,2% Direncanakam = 0,2% g) Mo = 0,1-0,4% Direncanakan = 0,4% h) S< 0.12% Direncanakan = 1,0%, Fe = 94,5%