Makalah Motor Bakar.pdf

DASAR TEORI DASAR TEORI

1.

1. KlasKlasifikifikasi Masi Motor otor BakarBakar Mo

Mototor r babakar kar dadapat pat didiklklasasififikikasiasikakan n memenjnjadi adi 2 2 (d(dua) ua) mamacacam.m. Adapun pengklasifikasian motor bakar adalah sebagai berikut:

Adapun pengklasifikasian motor bakar adalah sebagai berikut: a

a.. BBeerrddaassaar r SSiisstteem m PPeemmbbaakkaarraannnnaa a

a)).. MMeessiin n bbaakkaar r ddaallaamm

Pada mesin pembakaran dalam fluida kerja ang dihasilkan Pada mesin pembakaran dalam fluida kerja ang dihasilkan pad

pada a memesisin n ititu u sesendndiriri! i! sesehihingngga ga gagas s hahasisil l pepembmbakakararanan ang terjadi sekaligus berfungsi sebagai fluida.

ang terjadi sekaligus berfungsi sebagai fluida.

 "ontoh : mesin pembakaran dalam aitu motor bakar torak  "ontoh : mesin pembakaran dalam aitu motor bakar torak

misalna motor 2 tak dan motor # tak. misalna motor 2 tak dan motor # tak. b

b)).. MMeessiin n bbaakkaar r lluuaarr

Pada mesin pembakaran luar fluida kerja ang dihasilkan Pada mesin pembakaran luar fluida kerja ang dihasilkan ter

terdapdapat at di di lualuar r memesin sin tertersebsebut. ut. $ne$nergi rgi thethermarmal l dan dan gasgas ha

hasisil l pepembmbakaakararan n didipipindndahahkan kan ke ke dadalalam m memesisin n memelalaluluii beberapa dinding pemisah.

beberapa dinding pemisah.

%al&hal ang dimiliki pada mesin pembakaran luar aitu : %al&hal ang dimiliki pada mesin pembakaran luar aitu : a

a.. ''aappaat t mmeemmaakkaai i sseemmuua a bbeennttuuk k bbaahhaan n bbaakkaarr.. b

b.. ''aappaat t mmeemmaakkaai i bbaahhaan n bbaakkaar r bbeerrmmuuttu u rreennddaahh.. c.

c. "o"occok ok ununttuk uk mmelelaaanani i bebebbanan&b&beebaban n bebessar ar dadallamam satu poros.

satu poros. d

d.. eebbiih h ccooccook k ddiippaakkaai i uunnttuuk k ddaaa a ttiinnggggii..

"ontoh : mesin pembakaran luar aitu pesaat tenaga uap! "ontoh : mesin pembakaran luar aitu pesaat tenaga uap!

pel

pelaksaaksanaanaan n pempembakabakaran ran bahbahan an bakbakar ar dildilakukakukanan diluar mesin.

diluar mesin.

b

b.. BBeerrddaassaar r SSiisstteem m PPeennaallaaaann a

a)).. MMoottoor r bbeennssiinn

Motor bensin dapat juga disebut sebagai motor otto. Motor Motor bensin dapat juga disebut sebagai motor otto. Motor te

men

menghaghasilsilkan kan lonloncatcatan an bunbunga ga api api lilistrstrik ik anang g memembambakarkar ca

cammpupurran an babahahan n babakakar r ddan an ududarara a kakarrenena a mmototor or iinini ce

cendndeerrunung g didisesebbutut spsparark k igigninitition on enengiginene. . PemPembakbakaraarann bahan bakar dengan udara ini menghasilkan daa. 'i dalam bahan bakar dengan udara ini menghasilkan daa. 'i dalam siklus otto

siklus otto (sikl(siklus us idealideal) ) pembapembakaran tersebut dimisalkankaran tersebut dimisalkan sebagai pemasukan panas pada *olume konstanta.

sebagai pemasukan panas pada *olume konstanta.

b

b)).. MMoottoor r ddiieesseell

Mo

Mototor r didiesesel el adadalalah ah momototor r babakakar r totorarak k aang ng beberbrbededaa de

dengngan an momototor r bebennsisin. n. PPrrososes es pepennalalaaaannnna a bbukukanan menggunakan loncatan bunga api listrik. Pada aktu torak menggunakan loncatan bunga api listrik. Pada aktu torak hampir mencapai titik +MA bahan bakar disemprotkan ke hampir mencapai titik +MA bahan bakar disemprotkan ke dal

dalam am ruruang ang babakarkar. . +e+erjrjadiadilalah h pepembmbakaakararan n papada da ruruangang b

baakakar r ppadada a ssaaat at uuddarara a uuddarara a ddalalam am ssiilliinnddeer r ssuuddahah be

bertrtemempeperaratutur r titingnggigi. . PePersrsaararatatan n inini i dadapat pat teterprpenenuhuhii ap

apabiabila la peperbrbandandiningan gan kokompmpreresi si aang ng didigugunanakan kan cucukukupp tinggi! aitu berkisar ,2&2-. (iranto Arismunandar! ,/00: tinggi! aitu berkisar ,2&2-. (iranto Arismunandar! ,/00: 0/)

0/)

1.2. Prinsip Kerja Motor Bakar Torak  1.2. Prinsip Kerja Motor Bakar Torak 

Ber

Berdasadasarkarkan n priprinsinsipnpna! a! terterdapdapat at 2 2 (du(dua) a) priprinsinsip p kerkerja ja motmotoror bakar torak! aitu : # (empat) langkah dan 2 (dua) langkah. Adapun bakar torak! aitu : # (empat) langkah dan 2 (dua) langkah. Adapun pri

prinsinsip p kerkerja motoja motor bakar r bakar # (emp# (empat) lanat) langkah dan 2 (dua) langgkah dan 2 (dua) langkahkah adalah sebagai berikut:

adalah sebagai berikut: 1.

1.2.2.1.1. PrPriinsnsiip p KKererja ja MMoottoor r BBaakakar r 4 4 (e(eppatat! ! ""anan#k#ka$a$ Mo

Mototor r babakar kar # # (e(empmpatat) ) lalangngkakah h adadalalah ah bibila la , , (s(satuatu) ) kalkalii proses pembakaran bahan bakar memerlukan # (empat) langkah proses pembakaran bahan bakar memerlukan # (empat) langkah ger

gerakan pistoakan piston n dan dan 2 2 (du(dua) a) kalkali i putputaraaran n porporos os engengkolkol. . SikSikluslus motor bakar

motor bakar # (em# (empat) langkah pat) langkah adalah adalah sebagai berikut sebagai berikut :: a!

a!.. "a"an#n#kaka$ %i$ %isasapp

Proses ang terjadi pada langkah isap adalah : Proses ang terjadi pada langkah isap adalah :

,

,.. ++oorraak k bbeerrggeerraak k ddaarri i ++MMA A kke e ++MMBB.. 2.

2. 1atup 1atup masuk tmasuk terbukerbuka! katua! katup buang p buang terttertutup.utup. .

. "a"ampmpururan an babahahan n babakakar r dedengngan an ududarara a anang g tetelalahh tercampur

tercampur di di dalam dalam karburator! karburator! masuk masuk kedalam kedalam silindersilinder melalui katup masuk.

melalui katup masuk. #

#. . SaaSaat t ttoorraak k bbeerraadda a ddi i ++MMB B kkatatuup p mmaasusuk k aakkanan tertutup.

tertutup. &!.

&!. "an"an#ka#ka$ Ko$ Koprepresisi

Proses ang terjadi pada langkah kompresi adalah : Proses ang terjadi pada langkah kompresi adalah : ,

,. . ++oorraak k bbeerrggeerraak k ddaarri i ++MMB B kkee++MMAA.. 2

2.. 11aattuub b mmaassuuk k ddaan n kkaattuup p bbuuaanng g kkeedduuaa&&dduuaannaa ter

tertuttutup up sehsehingingga ga gas gas anang g teltelah ah dihdihisaisap p tidtidak ak kelkeluaruar pad

pada a aaktktu u di di tetekakan n ololeh eh totorarak k aang ng memengngakakibibatatkakann tekanan gas akan naik.

tekanan gas akan naik. 

.. BBebebererapapa a sasaat at sesebebellum um totorrak ak mmenenccapapai ai +M+MA A bubusisi mengeluarkan bunga api listrik.

mengeluarkan bunga api listrik. #.

#. 3as 3as bahbahan ban bakaakar r ang ang teltelah ah memencancapai pai tetekanakanan tn tinginggigi terbakar.

terbakar. -.

-. AkAkibibat pemat pembabakakararan n babahahan n babakakar! tekr! tekanananannna a akakanan naik menjadi kira&kira tiga kali lipat.

naik menjadi kira&kira tiga kali lipat. '!.

'!. "an"an#ka#ka$ Ker$ Kerja  Eja  Ekspkspansansii

Proses ang terjadi pada langkah 1erja (ekspansi) adalah : Proses ang terjadi pada langkah 1erja (ekspansi) adalah : ,

,.. SSaaaat t iinni i kkeedduua a kkaattuup p mmaassiih h ddaallaam m kkeeaaddaaaan n tteerrttuuttuupp.. 2

2.. 33aas s tteerrbbaakkar ar ddeennggaan n tteekakannaan n anang g ttiinnggggi i aakakann mengembang kemudian menekan torak turun ke baah mengembang kemudian menekan torak turun ke baah dari +MA ke +MB.

dari +MA ke +MB. 

.. +e+enanaga ga iini ni didisasallururkakan n mmelelalalui ui bbatatanang g pepengnggegerarak!k! se

selalanjnjututnna a ololeh eh popororos s enengkgkol ol didiububah ah memenjnjadadi i gegerarakk berputar.

berputar. )!.

)!. "an"an#ka#ka$ $ B*aB*an#n#

Proses ang terjadi pada langkah buang adalah Proses ang terjadi pada langkah buang adalah ::

,

,.. 11aattuup p bbuuaanng g tteerrbbuukkaa! ! kkaattuup p mmaassuuk k tteerrttuuttuupp.. 2

2.. ++oorraak k bbeerrggeerraak k ddaarri i ++MMB B kke e ++MMAA.... .

. 3a3as hass hasil sil sisisa pema pembabakakararan akan akan ten terdrdororonong oleg oleh toh torarakk ke luar melalui katup buang.

ke luar melalui katup buang. 1e

1errja ja mmototor or babakakar r # # (e(emmpapat) t) llanangkgkah ah ddapapat at didilliihahat t papadada (gambar 2..) berikut :

(gambar 2..) berikut :

+a&ar

+a&ar 1.1. 1.1. Prinsip Prinsip kerja kerja otor otor 4 (4 (epat! epat! lan#ka$lan#ka$ (iranto

(iranto Arismunandar! Arismunandar! 2442)2442)

1.

1.2.2.1.1. MoMototor r BeBensnsin in 2 2 ()()*a*a! ! "a"an#n#kaka$$ Mo

Mototor r bebensnsin in 2 2 (d(dua) ua) lalangngkah kah adadalalah ah memesisin n aang ng prprososeses pembakaranna setiap siklus terdiri dari 2 (dua) langkah piston pembakaranna setiap siklus terdiri dari 2 (dua) langkah piston atau , (satu) kali putaran poros engkol. Piston ang bergerak atau , (satu) kali putaran poros engkol. Piston ang bergerak na

naik ik dadari ri titititik k mamati ti babaaah h ke ke titititik k mamati ti atatas as mmeneneebababkbkanan saluran bilas dan saluran buang akan tertutup. 'alam hal ini gas saluran bilas dan saluran buang akan tertutup. 'alam hal ini gas a

ang ng beberradada a dadallam am rruauang ng ppemembabakakarran an didikokommprpresesiikakan.n. Sementara itu gas ang baru masuk ke ruang engkol! beberapa Sementara itu gas ang baru masuk ke ruang engkol! beberapa de

me

meloloncncatatkan kan bubungnga a api api sesehihingngga ga akaakan n teterjrjadi adi pepembmbakakararanan bahan bakar. Prinsip kerja dari motor 2 (dua) langkah tersebut bahan bakar. Prinsip kerja dari motor 2 (dua) langkah tersebut adalah sebagai berikut :

adalah sebagai berikut : a!.

a!. "an"an#ka#ka$ Pen$ Pen#is#isapaapann

Proses ang terjadi pada langkah isap adalah Proses ang terjadi pada langkah isap adalah :: ,

,. . ++oorraak k bbeerrggeerraak k ddaarri i ++MMA A kke e ++MMBB 2

2.. PPadada a ssaaat at ssaalluurraan n bbiillas as mmaasisih h tteerrttuuttuup p ttoorraakk! ! ddii dalam

dalam bak bak mesimesin n terterjadi jadi komprkompresi esi terhaterhadap dap campurcampuranan bensin dengan udara.

bensin dengan udara. .

. 'iatas torak! g'iatas torak! gas sisa pemas sisa pembakaran dari bakaran dari hasil pembakaranhasil pembakaran sebelumna sudah mulai terbuang keluar melalui saluran sebelumna sudah mulai terbuang keluar melalui saluran buang.

buang. #.

#. SaaSaat st salualuran ran bilbilas as sudsudah ah terterbukbuka! a! camcampurpuran an benbensinsin dengan udara mengalir melalui saluran bilas terus masuk dengan udara mengalir melalui saluran bilas terus masuk kedalam ruang bakar.

kedalam ruang bakar. &!.

&!. "an#ka$ "an#ka$ KopresiKopresi

Proses ang terjadi pada langkah kompresi adalah : Proses ang terjadi pada langkah kompresi adalah : a

a.. ++oorraak k bbeerrggeerraak k ddaarri i ++MMB B kke e ++MMAA.. b

b.. 55oonngggga bia billas das dan ran roonngggga bua buaanng teg terrttuuttuupp! te! terrjjaaddii langkah kompresi dan setelah mencapai tekanan tinggi langkah kompresi dan setelah mencapai tekanan tinggi bu

busi si memememercrcikikan an bubungnga a apapi i liliststririk k ununtutuk k memembmbakakarar campuran bensin dengan udara.

campuran bensin dengan udara. c

c.. PPaadda a ssaaaat t aanng g bbeerrssaammaaaann! ! ddi i bbaaaah h ((ddi i ddaallaamm bak mesin) bahan bakar ang baru masuk kedalam bak bak mesin) bahan bakar ang baru masuk kedalam bak mesin melalui saluran masuk.

mesin melalui saluran masuk.

'!

'!.. "a"an#n#kaka$ Ke$ Kerjrja  Ea  Ekskspapansnsii

Proses ang terjadi pada langkah 1erja (ekspansi) adalah : Proses ang terjadi pada langkah 1erja (ekspansi) adalah : ,. +orak kembali dari +MA ke +MB akibat adana tekanan ,. +orak kembali dari +MA ke +MB akibat adana tekanan besar ang terjadi pada aktu pembakaran bahan bakar. besar ang terjadi pada aktu pembakaran bahan bakar.

,. Saat itu torak turun sambil mengkompresi bahan bakar baru di dalam bak mesin.

)!. "an#ka$ B*an#

Proses ang terjadi pada langkah buang adalah :

,. Menjelang torak mencapai +MB! saluran buang terbuka dan gas sisa pembakaran mengalir terbuang keluar.

2. Pada saat ang sama bahan bakar baru! masuk kedalam ruang bahan bakar melalui rongga bilas.

. Setelah mencapai +MB kembali! torak mencapai  +MB untuk mengadakan langkah sebagai pengulangan

dari ang dijelaskan sebelumna.

1erja motor bakar 2 (dua) langkah dapat dilihat pada (gambar 2.#.) berikut :

+a&ar 1. 2. Prinsip kerja otor 2 ()*a! lan#ka$ (Arends BPM6 % Berenschot! ,/04)

1., Siste Pen-alaan pa)a Motor Bensin

7ntuk membangkitkan loncatan listrik antara kedua elektroda busi diperlukan perbedaan tegangan ang cukup besar! besarna tergantung dari beberapa factor berikut :

Perbandingan campuran bahan bakar udara 1epadatan campuran bahan bakar udara

 8arak antara kedua elektroda serta bentuk elektroda

 8umlah melekul campuran ang terdapat diantara kedua alektroda  +emperatur campuran dan kondisi operasi ang lain

Perbandingan ampuran bahan bakar 9 udara dapat berkisar antara 4!4 9 4!,2 untuk menalakan campuran bahan bakar udara ang miskin diperlukan perbedaan tegangan ang relati*e besar dari pada untuk campuran ang kaa. Berikut adalah diagram hubungan antara bahan bakar&udara dengan tegangan.

+a&ar 1.,. %*&*n#an antara per&an)in#an &a$an &akar*)ara )en#an te#an#an -an# )iperl*kan &*si

Pada umumna disediakan tegangan ang lebih besar untuk menjamin agar terjadi loncatan bunga api listrik di dalam segala keadaan misalna! antara ,4444 9 24444 *olt. %al ini engingat juga akan kondisi ang berubah sebagai akibat keausan mesin ang tidak dapat di hindari. Makin padat campuran bahan bakar 9 udara makin tinggi tegangan ang diperlukana untuk jarak electrode ang sama. 1arena itu diperlukan tegangan ang leih tinggi bagi motor dengan kompresi ang lebih besar terutama apabila tekanan campuran ang masuk silinder itu tinggi dan loncatan listrik ditentukan pada aktu torak berada lebih dekat pada +MA. Makin besar jarak elektroda busi makin besar pula perbedaan tegangan ang diperlukan untuk memperoleh intensitas bunga api listrik ang sama. 8umlah minimum ang harus ada diantara kedua elektroda pada aktu terjadi loncatan listrik sangat menentukan apakah penalaan dapat berlangsung sebaik baikna. 1arena jumlah melekul banak bergantung pada perbandingan campuran! jumlah gas tersisa! temperature! dan kondisi operasi lain! jelas jumlah tersebut dapat berubah ubah. 'engan memperbesar jarak elektroda diharapkan jumlah minimum iti dapat tercapai alaupun keadaan operasina berubah ubah akan tetapi ! jarak electrode tegangan ang terlalu tinggi tidak menguntungkan. +egangan ang tinggi memerlukan kabel listrik ang diisolasi secara cermat sehingga hargana mahal. ;ntensitas bunga api listrik juga ditentukan oleh jarak antara kedua elektroda busi. 8arak elektroda optimum adalah antara 4! 9 4!0 mm. selain itu penentuan tempat busi diruang bakar juga penting. oncatan bunga api listrik tidak boleh terjadi ditempat lain kecuali diantara kedua electrode busi. Supaa selalu dapat campuran bahan bakar udara ang mudah terbakar diantara kedua electrode ! tempat ang terbaik untuk busi adalah dekat kepada katup isap. Akan tetapi dari kemungkinan terjadina detonasi ! sebaikna busi ditempatkan pada bagian ang terpanas misalna dekat pada katup buang.

1.,.1. Siste Pen-alaan Baterai

Sitem penalaan kon*ensional terdiri dari sebuah baterai sebagai sumber energi listrik! kontak penalaan! kumparan penalaan! tahanan (tidak perlu selalu diperlukan)! distributor (didalamna terdapat pemutus arus! kam! kondensor! rotor dan alat pengatur saat penalaan ) busi! serta kabel kabel tegangan tinggi dan rendah.

+a&ar 1.4. Siste pen-alaan &aterai (iranto Arismunandar! 2442)

1umparan penalaan terdiri dari dua bagian aitu kumparan primer dan kumparan sekunder. 1umparan primer mengandung kurang lebih ,44 sampai ,04 lilitan (<p) kaat tembaga halus: kumparan sekunder mengandung kurang lebih ,0444 lilitan (<s) kaat tembaga ang berdiameter lebih kecil. Pada umumna <s=<p berkisar antara ,44 sampai ,4 tetapi dapat juga antara 244&2-4 jika dipergunakan transistor sebagai pengganti pemutus arus (dengan <p ang lebih kecil). +ahanan 5 mengatur arus primer agar jangan naik terlalu tinggi. Ada kala dipasang

tahanan ang peka terhadap perubahan temperature aitu ang bertambah besar jika temperature naik. 3unana untuk mencegah arus primer ang terlalu besar pada putaran rendah aitu pada aktu titik kontak penutup arus menutup dalam aktu ang relatif lama.

a) "ara kerja sistem penalaan

Pada aktu saat start kontak penalaan dalam keadaan tertutup sedangkan kam dan rotor berputar sesuai putaran mesin. Pada aktu pemutus arus menutup arus listrik dari baterai mengalir melalui kumparan primer P dan membangkitkan medan magnet. Medan magnet ini memotong kumparan primer dan dan menginduksi back emf! ang menentang arus listrik baterai sehingga memperlambat kenaikan kekuatan medan magnet itu sendiri. 'engan demikian arus primer dan kekuatan medan magnet ang maksimum sangat bergantung pada lamana pemutus arus pada keaadaan tertutup jadi bergantung pada kecepatan kontur kam. Pada aktu kontur membuka karna adana kondensor arus primer akan segera terputus ! kekuatan medan magnet pun akan segera menurun disusul oleh arus primer! ang semula melalui kontak pemutus arus mengalir menuju kondensor. 'engan demikian muatan listrik kondensor bertambah ("$) tetapi segera menurun kembali ($>). +erjadilah arus bolak balik didalam kumparan sekunder (">3% dan seterusna) ang mengubah energ magnet menjadi energ listrik dalam kumparan sekunder. +imbul pula tegangan ang sangat tinggi (antara ,4.444 9 24.444 *olt). Sementara itu kabel kumparan sekunder oleh rotor disambungkan dengan kabel busi. Seandaina tidak ada kondensor = kondensor rusak maka pada aktu pemutus

arus terbuka ! arus primer tidak dapa tdiputuskan dengan cepat akibatna loncatan listrik terjadi antara kedua electrode busi. "ampuran bahan bakar udara pun tidak berhasil dinalakan.

1.,.2 Siste Ba$an Bakar

'i dalam motor bensin selalu kita harapkan bahan bakar dan udara itu sudah bercampur dengan baik sebelum dinalakan oleh busi. Banak cara memperoleh campuran ang baik itu salah satuna dengan karburator. Berikut skema penaluran bahan bakar dengan karburator.

+a&ar 1./. Skea s*at* siste pen-al*ran &a$an &akar (iranto Arismunandar! 2442)

Bahan bakar dari tangki penampungan dipompa kan menuju karburator meleati filter (saringan) ! ketika torak melakukan langkah isap udara atmosfer terhisap meleati saringan dan meleati *enturi sehingga kecepatan naik dan tekanan turun menebabkan bahan bakar pada penampungan karburator terhisap dan bercampur dengan udara atmosfir mengalir masuk kesilender tempat pembakaran.

+a&ar 1.0. Kat*p #as )ala kea)aan tert*t*p tanpa &e&an

(iranto Arismunandar! 2442)

1eterangan :

,. 7dara atmosfir

2. Saluran bahan bakar tanpa beban . Pelampung

#. Bahan bakar masuk dari tangki

-. "ampuran bahan bakar 9 udara melalui saluran isap . Saluran *entilasi tanpa beban

?. Saluran udara tanpa beban 0. Skrup pengatur tanpa beban /. Saluran campuran tanpa benban ,4. "adangan tanpa beban

,,. @rifis pengatur tanpa beban ,2. <osel tanpa beban

+a&ar 1.. Kat*p #as ter&*ka pen*$ (iranto Arismunandar! 2442) 1eterangan : ,. 7dara atmosfir 2. +abung tekan . Pelampung

#. Bahan bakar masuk

-. @rifis pengatur bahan bakar

. "ampuran bahan bakar 9 udara melalui saluran isap ?. <osel

0. enturi /. 1atup gas

+a&ar 1.. Per&an)in#an &a$an &akar *)ara )en#an pe&*kaan kat*p #as

(irannto Arismunandar! 2442

'ari grafik diatas dapat disimpulkan baha campuran ang kaa diperlukan dalam keadaan tanpa beban dan beban penuh. "ampuran miskin diperlukan ketika normal operasi! campuran berkisar 4!4 9 4!,2.

1.4 Siste Ba$an Bakar Motor Disel

Ada tiga sistem penaluran bahan bakar ang sering dipakai aitu :

,. Sistem pompa pribadi 2. Sistem pompa distribusi . Sistem akumulator

a. Siste popa pri&a)i

+a&ar 1.3. Skea siste popa pri&a)i (irannto Arismunandar! 2442

Sistem pompa pribadi menggunakan satu pompa tekanan tinggi untuk stiap silinderna! jadi setiap penemprot dilaani oleh satu pompa tekanan tinggi. Pompa ini adalah pompa pluner ang

dilengkapi dangan peralatan pengatur kapasitas daa ang diperlukan untuk menggerakkan pompa diambil dari daa ang dihasilkan oleh mesin itu sendiri. 1ekurangan dari sistem ini konstruksi rumit! dan hargana lebih mahal! dan peraatan lebih susah.

&. Siste popa )istri&*si

+a&ar 1.1. Skea siste popa )istri&*si (irannto Arismunandar! 2442

Sistem pompa distribusi menggunakan satu pompa tekanan tinggi dan mengalirkana masuk dalam distributor! distributor adalah alat untuk membagi bahan bakar kedalam setiap penemprot sesuai dengan urutan ang telah ditentukan. 8adi fungsina eki*alen dengan fungsi distributor pada motor bensin. Pompa tekanan tinggi pada sistem distributor dilengkapi dengan alat pengatur kapasitas. 1ekurangan dari sistem ini kerja pompa lebih berat ketika harus melaani silinder dalam jumlah banak dan tekanan pompa tidak konstan karena sesuai dengan putaran mesin.

+a&ar 1.11. Skea siste popa ak**lator (irannto Arismunandar! 2442

Sistem pompa akumulator menggunakan satu pompa tekanan tinggi dan mengalirkana masuk dalam akumulator! ang dilengkapi dengan katup pengatur tekanan sehingga tekanan bahan bakar dalam akumulator dapat konstan. Apabila tekanan tersebut lebih besar dari ang ditentukan! katup pengatur akan terbuka dan bahan bakar akan mengalir kembali pada pipa hisap dari pompa tekanan tinggi. 'ari akumulator bahan bakar mengalir ke dalam alat pengatur kapasitas! baru kemudin ke penemprot lalu masuk kedalam silinder sesuai dengan urutan ang ditetepkan. 1ekurangan dari sistem ini kerja pompa lebih berat ketika harus melaani silinder dalam jumlah banak akan tetapi tekanan pompa konstan karena dilengkapi dengan pengatur tekanan! harga lebih murah dan konstruksi lebih mudah sehingga biaa peraatan murah.

1.4.1 Pen-eprot &a$an &akar

Penemprot bahan bakar ke dalam silinder dilakukan dengan mempergunakan sebuah alat ang dinamai penemprot bahan

bakar. 'isamping peralatan lain ang diperlukan! bahan bakar ang disemprotkan itu harus habis terbakar sesuai dengan prestasi ang diharapkan . dapat dikatakan fungsi penemprotan bahan bakar adalah :

,. Memasukan bahan bakar kedalam silinder sesuai dengan kebutuhan

2. Mengabutkan bahan bakar sesuai dengan derajat pengabutan ang diminta

3. Mendistribusikan bahan bakar untuk memperoleh pembakaran ang sempurna dalam aktu ang ditentukan  +ekanan udara didalam silinder sangat tinggi (-&-4 atm)ketika

bahan bakar disemprotkan. 'engan sendirina tekanan penemprotan haruslah lebih tinggi dari tekanan udara tersebut. 1elebihan tekanan juga diperlukan untuk memperoleh kecepatan penemprotan(kecepatan bahan bakar keluar dari penemprot) tertentu! aitu sesuai dengan derajat pengabutan ang diinginkan. Berikut adalah gambar penemprot bahan bakar.

+a&ar 1.12. 5osel kat*p jar* (irannto Arismunandar! 2442 1eterangan:

,. Saluran bahan bakar masuk 2. 3aa pegas

. 1atup

Paraeter Prestasi Mesin.

Pada umumna performance atau prestasi mesin bisa diketahui membaca dan menganalisis parameter ang ditulis dalam sebuah laporan atau media lain. Biasana kita akan mengetahui daa! torsi! dan bahan bakar spesifik dari mesin tersebut. Parameter itulah ang menjadi pedoman praktis prestasi sebuah mesin.

Parameter prestasi mesin dapat dilihat dari berbagai hal diantara ang terdapat dalam diagram sebagai berikut :

+a&ar . 'iagram Alir Prestasi Mesin

Secara umum daa berbanding lurus dengan luas piston sedang torsi berbanding lurus dengan *olume langkah. Parameter tersebut relatif penting digunakan pada mesin ang berkemampuan kerja dengan *ariasi kecepatan operasi dan tingkat pembebanan. 'aa maksimum didefinisikan sebagai kemampuan maksimum ang bisa dihasilkan oleh suatu mesin. Adapun torsi poros pada kecepatan tertentu mengindikasikan kemampuan untuk memperoleh aliran udara (dan juga bahan bakar) ang tinggi kedalam mesin pada kecepatan tersebut.

Parameter Prestasi Mesin

Torsi

Daya

Laju Konsumsi Bahan Bakar 

Konsumsi Bahan Bakar Spesifik 

Sementara suatu mesin dioperasikan pada aktu ang cukup lama! maka konsumsi bahan bakar suatu efisiensi mesinna menjadi suatu hal ang dirasa sangat penting. (%eood! ,/00 : 02).

+a&ar . Pengetesan Prestasi Mesin

7ntuk memperoleh daa maksimum dari suatu operasi hendakna komposisi gas pembakaran dari silinder (komposisi gas hasil pembakaran) dibuat seideal mungkin! sehingga tekanan gas hasil pembakaran bisa maksimal menekan torak dan mengurangi terjadina detonasi. 1omposisi bahan bakar dan udara dalam silinder akan menentukan kualitas pembakaran dan akan berpengaruh terhadap  performance mesin dan emisi gas buang.

Sebagaimana telah kita ketahui sebagai bahan bakar motor bensin terutama ang mengandung unsur&unsur karbon dan hidrogen ang dikenal dengan  (tiga) teori mengenai pembakaran hidrogen tersebut.

,. %idrokarbon terbakar bersama&sama dengan oksigen sebelum karbon bergabung dengan oksigen.

3. Senaa hidrokarbon terlebih dahulu bergabung dengan oksigen dan membentuk senaa (hidrolisasi) ang kemudian dipecah secara terbakar.

'alam sebuah mesin terjadi beberapa tingkatan pembakaran ang digambarkan dalam sebuah grafik dengan hubungan antara tekanan dan perjalanan engkol. Berikut adalah gambar dari grafik tingkatan pembakaran :

+a&ar . +ingkat pembakaran dalam sebuah mesin (Malee*..! ,//- : ,4)

Proses atau tingkatan pembakaran dalam sebuah mesin terbagi menjadi empat tingkat atau periode ang terpisah. Periode&periode tersebut adalah :

1. 1eterlambatan pembakaran (Delay Periode)

Periode pertama dimulai dari titik , aitu mulai disemprotkanna bahan bakar sampai masuk kedalam silinder! dan berakhir pada titik 2. Perjalanan ini sesuai dengan perjalanan engkal sudut a. Selama periode ini berlangsung tidak terdapat kenaikan tekanan melebihi kompresi udara ang dihasilkan oleh torak. 'an bahan bakar masuk terus menerus melalui nosel.

2. Pembakaran cepat

Pada titik 2 terdapat sejumlah bahan bakar dalam ruang bakar! ang dipecah halus dan sebagian menguap kemudian siap untuk

dilakukan pembakaran. 1etika bahan bakar dinalakan aitu pada titik 2! akan menala dengan cepat ang mengakibatkan kenaikan tekanan mendadak sampai pada titik  tercapai. Periode ini sesuai dengan perjalanan sudut engkol b. ang membentuk tingkat kedua.

. Pembakaran +erkendali

Setelah titik ! bahan bakar ang belum terbakar dan bahan bakar ang masih! tetap disemprotkan (diinjeksikan) pada kecepatan ang tergantung pada kecepatan penginjeksian! serta jumlah distribusi oksigen ang masih ada dalam udara pengisian. Periode inilah ang disebut dengan periode terkendali atau disebut juga pembakaran sedikit demi sedikit ang akan berakhir pada titik # dengan berhentina injeksi. Selama tingkat ini tekanan dapat naik! konstan ataupun turun. Periode ini sesuai dengan pejalanan engkol sudut c! dimana sudut c tergantung pada beban ang dibaa beban mesin! semakain besar bebanna semakin besar c.

4. Pembakaran pasca (after burning)

Bahan bakar sisa dalam silinder ketika penginjeksian berhenti dan akhirna terbakar. Pada pembakaran pasca tidak terlihat pada diagram! dikarenakan pemunduran torak mengakibatkan turunna tekanan meskipun panas ditimbulkan oleh pembakaran bagian akhir bahan bakar.

'alam pembakaran hidrokarbon ang biasa tidak akan terjadi gejala apabila memungkinkan untuk proses hidrolisasi. %al ini hana akan terjadi bila pencampuran pendahuluan antara bahan bakar dengan udara mempunai aktu ang cukup sehingga memungkinkan masukna oksigen ke dalam molekul hidrokarbon.

+a&ar . kur*a dampak perbandingan campuran terhadap prestasi motor (prestasi dengan campuran ang ber*ariasi dari  beban pada kecepatan

menengah).

1ur*a diatas menunjukan hubungan antara pemakaian bahan bakar dengan kinerja (performance) ang dihasilkan pada berbagai perbandingan campuran. kur*a menunjukan baha pada beban menengah perbandingan campuran sekitar ,:,. Pada beban maksimum perbandingan campuran (,2& ,):,. 'isini seluruh udara dipergunakan untuk pembakaran! dan jumlah udara ang masuk akan bertambah bila suhuna turun akibat penguapan dan bensin suhu gas bekas serta panas spesifik akan naik demikian juga pemisahan thermal lebih kecil bila campuran ,-:,.

Gambar . _{Perbandingan campuran ang dibuuhkan motor}

1ur*a diatas memperlihatkan karburator ang dibuat untuk mengatur agar dapat campuran udara bahan bakar ang gemuk pada beban ringan! dan campuran khusus untuk beban menengah serta campuran gemuk pada beban maksimum! ang disesuaikan dengan pembukaan katup throttle atau percepatan gerakan.

'iagram diatas memperlihatkan keadaan ini secara *isual. 3rafik ,&2&A&B&" adalah penalaan ang terlambat dan grafik ,&A&B&BC&B&" adalah penalaan ang terlalu cepat. 'alam hal terakhir tekanan dan suhu menjadi tinggi

antara B dan BC! jadi kehilangan panas dan gesekan menjadi lebih besar dari biasana.

6nj*k Kerja Motor Bakar

Pada motor bakar torak! daa ang berguna adalah daa poros! karena daa poros itulah ang mengerakkan beban. 'aa poros itu sendiri dibangkitkan oleh daa indikator ang merupakan daa gas pembakaran ang menggerakkan torak.

'aa poros ang berputar ditimbulkan oleh bahan bakar ang dibakar dalam silinder ang selanjutna torak akan menggerakkan semua mekanisme pada motor bakar. 7njuk kerja motor bakar tergantung dari daa poros ang dapat ditimbulkan.

7njuk kerja ini biasana dinatakan dalam daa kuda (PS) atau 1 persatuan isi langkah.

;si langkah i D penampang silinder E langkah (m)

$fisiensi *olumetric F*  Djumlah udara ang dihisap dalam satu siklus :

 jumlah udara ang diisikan dalam silinder i pada kondisi atmosfer.

 8umlah udara D !   ! 2"3 2"3 2#3 $ 1 V  kg  mal  tekanannor  tekanan C  t  o × × i + ×

'ari formula diatas dapat dilihat kalau suhuna lebih rendah! maka tekanan udara ang masuk lebih besar dan jumlah udara ang akan dihisap lebih besar pula. Sebagai hasil akan dapat dihasilkan daa ang lebih besar pula karena sejumlah bahan bakar akan dapat terbakar dengan baik (Soenarto G >uruhama ,//-).

1arena itu dalam merancang motor bakar torak! terutama motor diesel! hendaklah diusahakan agar tekanan maksimum dapat dibatasi apabila perbandingan kompresina hendak dipertinggi.

a. olume Silinder

olume silinder antara +MA dan +MB disebut *olume langkah torak (,). Sedangkan *olume antara +MA dan kepala silinder (tutup

silinder) disebut *olume sisa (s). olume total (t) ialah isi ruang

antara torak ketika ia berada di +MB ampai tutup silinder. t D,HsIIIIII..(,)

olume langkah mempunai satuan ang tergantung pada satuan diameter silinder (') dan panjang langlah torak () biasana mempunai satuan centimetercubic (cc) atau cubic inch (cu.in).

, D luas lingkaran E panjang langkah

, D J r2E  ,D  D

 

×

 L

 

 



 

 

2 2 1 π 

'engan demikian besaran dan ukuran motor bakar menurut *olume silinder tergantung dari banakna silinder ang digunakan dan besarna *olume silinder (1iuku G Murdhana ,//0).

b. Perbandingan 1ompresi

%asil bagi *olume total dengan *olume sisa disebut sebagai perbandingan kompresi  s  s  s V  V  V  V  V  C  1 1 1+ = + = IIII.(2) 'imana :

,D *olume langkah torak

s D *olume sisa

 8adi! bila suatu motor mempunai *olume total - cu.in dan *olume sisa ? cu.in! maka perbandingan kompresina adalah :

% " &' = = C 

%al diatas menunjukkan baha selama langkah kompresi! muatan ang ada diatas torak dimampatkan 0 kali lipat dari *olume terakhirna. Makin tinggi perbandingan kompresi! maka makin

tinggi tekananna dan temperatur akhir kompresi. (1iuku G Murdhana! ,//0).

Perbandingan kompresi tidak dapat dinaikan tanpa batas! karena motor pembakaran ang menggunakan busi akan timbul suara menggelitik kalau perbandingan kompresina terlalu tinggi (Soenarta G >uruhama! ,//-).

 +orsi dan 'aa Poros

'inamometer biasana digunakan untuk mengukur torsi sebuah mesin. Adapun mesin ang akan diukur torsina tersebut diletakkan pada sebuah testbed dan poros keluaran mesin dihubungkan dengan rotor dinamometer. Prinsip kerja dari dinamometer dapat dilihat pada gambar 2.. 5otor dihubungkan secara elektromagnetik! hidrolis! atau dengan gesekan mekanis terhadap stator ang ditumpu oleh bantalan ang mempunai gesekan kecil. +orsi ang dihasilkan oleh stator ketika rotor tersebut berputar diukur dengan cara meneimbangkan stator dengan alat pemberat! pegas! atau pneumatik.

%ambatan ini akan menimbulkan torsi (T )! sehingga nilai daa (P) dapat ditentukan sebagai berikut :

 ! '(((( . . 2 kW  T  n  P = π   IIIII...() 'imana : n D putaran mesin (rpm)  + D torsi (<m)

 +orak ang didorong oleh gas membuat usaha. Baik tekanan maupun suhuna akan turun aktu gas berekspansi. $nergi panas diubah menjadi usaha mekanis. 1onsumsi energi panas ditunjukkan langsung oleh turunna suhu. 1alau torakna tidak mendapatkan hambatan dan tidak menghasilkan usaha gas tidak akan berubah meskipun tekananna turun.

Besar nilai P, merupakan tekanan efektif rata&rata indikator

(indicator mean effective pressure : ;M$P).

<ilai P,! dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan

sebagai berikut :  s i V  W   P ₁

=

_{IIIIIIIIIIII...(#)}

'engan menggunakan nilai Pi  dapat memudahkan perhitungan

besar usaha indikator i pada tekanan konstan selam torak pada

langkah ekspansi. Pada mesin # langkah besar nilai Pi terjadi setiap

2 putaran! sehingga besar nilai <i indikator dapat ditentukan

dengan menggunakan persamaan sebagai berikut : 'engan satuan Si ( m_{! kPa dan rps)}

<i D,.P,.n=2(k)IIIIIII...(-)

'imana :

,D *olume langkah (m)

PiD tekanan efektif rata&rata indicator (kPa)

n D putaran mesin (rpm)

Pada mesin 2 langkah besar nilai Pi dihasilkan pada tiap putaran!

maka secara teoritis nilai <i akan menjadi dua kali lebih besar jika

dibandingkan pada persamaan #! tetapi pada umumna besar nilai Pi pada mesin 2 langkah lebih kecil dibandingkan dengan # langkah.

<ilai <i disebut sebagai keluaran indikator ang menatakan

keluaran! disebabkan oleh adana tekanan pada torak.

'aa ang dapat dimanfaatkan untuk memutar mesin disebut sebagai keluaran efektif (brake mean out put ) nilai <e dapat dirumuskan sebagai berikut :

<e D ,. <. BM$P. 2 (k)IIIIIIIIIII()

Besar keluaran efektif dapat diukur dengan menggunakan sebuah dnamometer. <ilai BM$P adalah merupakan tekanan efektif rata&rata (brake mean effective pressure). Besar nilai <e ang ditentukan oleh produk dari *olume langkah ,! kecepatan

putaran n dan BM$P ang berhubungan dengan tekanan gas rata& rata merupakan keluaran suatu pembakaran ang bermanfaat. BM$P adalah besar nilai ang menunjukkan daa mesin tiap satuan *olume silinder pada putaran tertentu dan tidak tergantung dari ukuran motor bakar. (Soenarta G>uruhama! ,//-).

Besar nilai BM$P dapat dirumuskan dengan persamaan sebagai berikut : n V   Z   P   BMEP  d . . . '( = _{IIIIIIII...(?)} 'imana : P D daa (k) < D putaran mesin (rpm)

dD *olume langkah total silinder (m)

K D sistem siklus (# langkah D2! 2 langkah D,) $fisiensi +hermis

Perbandingan antara energi ang dihasilkan dan energi ang dimasukkan pada proses pembakaran bahan bakar disebut efisiensi thermis rem (brake thermal efficiency ) dan ditentukan sebagai berikut : !) 1(( . %'( × = h SFC  bt  η  IIIII...(0) 'imana :

% D nilai kalor untuk bahan bakar premium D ,4-44 kcal=kg. Minak gas D ,4#44 kcal=kg.

S>" D konsumsi bahan bakar spesifik

<ilai kalor mempunai hubungan dengan berat jenis. Pada umumna semakin tinggi berat jenis maka semakin rendah nilai kalorna (1iaku G Murdhana! ,//0).

1onsumsi Bahan Bakar Spesifik (S>")

1onsumsi bahan bakar spesifik (S>") ditentukan dalam g=PSh atau g=kh dan lebih umum digunakan dari pada Fbt. Besar nilai

S>" adalah kebalikan dari pada Fbt. Penggunaan bahan bakar dalam

gram per jam <e dapat ditentukan dengan persamaan sebagai berikut :

[

kg  kWh

]

 P  m SFC = f   * IIIIIII...(/) 'imana :

S>" D konsunsi bahan bakar spesifik (kg=kh) P D daa mesin (k)

Sedang nilai mf  dapat dicari dengan persamaan sebagai berikut:

bb   f   t  b m = ⋅ ⋅ρ  1((( 3'(( IIIIIIIIIIIIII.(,4) 'imana : b D *olume  buret (cc) t D aktu (detik)

ρbb D berat jenis bahan bakar (kg=l)

mf D adalah penggunaan bahan bakar per jam pada kondisi

tertentu (<akoela Soenarta G'r. Shoichi >uruhama!,//-)

+a&ar . Prestasi motor bensin 2&langkah dan #&langkah

St*)i Ban)in# Perforansi Motor Disel Is*7* 4 8A1 Injeksi "an#s*n# Sisti 9or'e In)*'tion Den#an )an Tanpa Inter'ooler St*)i Ban)in# Perforansi Motor Disel Is*7* 48A1 Injeksi "an#s*n# Sisti 9or'e In)*'tion Den#an )an Tanpa Inter'ooler

1inerja suatu motor pembakaran dalam pada umumna dipengaruhi oleh beberapa parameter! diantarana kapasitas silinder dan nisbah kompresi. Semakin besar kapasitas silinder! semakin besar keluaran daa dihasilkan oleh motor. Salah satu upaa meningkatkan kinerja motor ang dapat dilakukan tanpa mengubah dimensi fisik dari motor adalah menggunakan sistim induksi paksa (force induction).

;nduksi paksa merupakan suatu sistim mekanik untuk mendorong lebih banak udara ke dalam silinder dengan tekanan diatas tekanan atmosfir melalui proses pemampatan udara masukan. Proses pemampatan udara dapat dilakukan melalui sistim supercharging ang digerakkan oleh mekanisme roda gigi atau sabuk ang dihubungkan ke puli poros engkol motor! atau melalui sistim turbocharging ang memanfaatkan energi dari gas buang. 1arena adana proses pemampatan udara sebelum masuk ke dalam silinder! maka kepadatan udara masuk semakin meningkat serta  jumlah oksigen ang digunakan untuk berkangsungna proses pembakaran  juga meningkat dibanding metode kon*ensional ang hana menarik udara segar ke dalam silinder L. 'engan meningkatna kuantitas oksigen ang masuk ke dalam silinder! lebih banak bahan bakar ang dapat terbakar dengan sempurna! sehingga meningkatkan efisiensi *olumetrik dan semakin banak energ pembakaran ang dapat dikon*ersi menjadi kerja mekanik L.

Permasalahan ang timbul pada saat mengadopsi sistim induksi paksa adalah meningkatna temperatur udara masukan ang mengiringi proses pemampatan udara! sehingga tekanan di dalam silinder pada aal langkah

kompresi menjadi lebih tinggi. Peningkatan temperatur udara masukan ini akan berdampak pada peningkatan temperatur dan tekanan di dalam silinder pada siklus selanjutna! sehingga katup! silinder dan kepala torak menjadi terlalu panas dan motor menjadi overheating. 1arena alasan ini! beberapa motor ang mengadopsi sistim induksi paksa harus menurunkan nisbah kompresina.

Menurunkan nisbah kompresi! ternata juga menimbulkan permasalahan lain! aitu menurunna efisiensi termal motor! sehingga meningkatkan konsumsi bahan bakar spesifik L?! suatu kondisi ang sangat tidak diharapkan dalam mengatasi kelangkaan dan mahalna harga bahan bakar! serta permasalahan ang berkaitan dengan pencemaran udara.

7ntuk mengatasi permasalahan dalam mengadopsi sistim induksi paksa pada motor pembakaran dalam! tanpa menurunkan nisbah kompresi ang harus mengorbankan efisiensi termal! digunakan suatu penukar kalor ang disebut dengan intercooler  guna menurunkan temperatur udara termampatkan sebelum masuk ke dalam silinder.

Dasar Teori

'aa keluaran ang dihasilkan motor sebanding dengan kecepatan rotasi dan kuantitas udara ang dapat dimampatkan di dalam silinder. 'engan asumsi kecepatan rotasi motor konstan! satu&satuna upaa untuk dapat meningkatkan daa motor adalah dengan meningkatkan kuantitas udara ang masuk ke dalam silinder L.

Berdasarkan persamaan gas ideal!

 RT  m

 PV 

=

_{u (,)}

  8ika V    R konstan! dimana  _R   D konstanta gas uni*ersal! maka massa udara! mu ang masuk silinder berbanding lurus dengan tekanan dan berbanding terbalik dengan temperatur absolutna.

Massa udara ang masuk silinder D *olume ang dipindahkan (swept volume) oleh piston! V  ×  kerapatan udara.

u u V 

m

=

×

ρ  (2)

'ari persamaan (,) dan (2)! diperoleh

T   P   R u 1 =  ρ    ()  8ika 1 1 1  RT   P  u =  ρ    dan 2 2 2  RT   P  u =  ρ  ! kemudian  ρ _u1$ P ₁$T ₁  dan  ρ u2$ P 2$T 2

berturut&turut adalah kondisi&kondisi kerapatan! tekanan dan temperatur aal (keadaan ,) dan akhir (keadaan 2)! maka

<isbah kerapatan D 1 1 2 2 1 2  RT   P   RT   P  u u =  ρ   ρ  ! atau 2 1 1 2 1 2 T  T   P   P  u u

=

 ρ   ρ    (#)

;ni berarti! baha dengan meningkatkan  P 2 (tekanan akhir) serta menurunkan T  2 (temperatur akhir)! akan dihasilkan peningkatan kerapatan ( ρ u2

>

ρ u1).

Secara matematis! dalam kondisi ideal! kuantitas udara ang masuk ke dalam silinder! m



u$i dengan kerapatan udara ideal!  ρ u$i serta kondisi masukan (P, T ) pada N 5pm! dinatakan dengan L,:

  a

k g 

 ! 

 "

V 

m

_{ui d  ui 2}1

' (

*

$ $

=

×

ρ 

×

×

×

×



(-)

dimana  " = jumlah langkah per siklus.

'engan cara ang sama! pada kondisi aktual! jumlah udara ang masuk kedalam silinder dinatakan dengan:

 a

k g 

 ! 

 "

V 

m

_{ua d  ua 2}1

' (

*

$ $

=

×

ρ 

×

×

×

×



  ()

<isbah antara jumlah udara ang masuk pada kondisi aktual terhadap  jumlah udara ang masuk secara ideal disebut dengan efisiensi volumetris!

V   η  . i u a u # m m $ $  

=

η  (?)

Persamaan ini menunjukkan baha untuk meningkatkan efisiensi *olumetris dengan kata lain meningkatkan derajat pengisian silinder dapat dilakukan dengan meningkatkan kerapatan udara aktual di dalam silinder melalui pemampatan udara masukan.

%ubungan antara efisiensi *olumetrik dengan daa! torsi dan tekanan efektif purata (mean effective pressure, mep) motor dinatakan melalui persamaan berikut L#:

(

)

2 $  F  $ %  !V   P 

=

η   f  η # d   &V ρ ui (0)

(

)

π   ρ  η  η  τ   4 $  F  $ % V _{d   &V  ui} #   f  

=

(/) (  F   $) % me' =η   _f  η _{#  &V}  ρ _u$_i   (,4)

dimana (  F   $) _{D nisbah bahan bakar=udara6} % _&V  = nilai kalor pembakaran

atas bahan bakar6 η   _f   =efisiensi pembakaran dan =

d 

V  _{*olume langkah.}

Sistim induksi paksa! baik dengan menggunakan supercharger maupun turbocharger ! masing&masing memiliki keuntungan dan kerugian. Supercharger  mampu beroperasi mulai pada putaran idle karena digerakkan secara langsung mengikuti putaran poros engkol motor. Turbocharger  tidak beroperasi pada putaran idle karena opeasionalna memanfaatkan tekanan limbah gas buang untuk menggerakkan turbin kompresorna. 'engan

pertimbangan kemampuanna untuk beroperasi pada putaran rendah dalam percobaan ini digunakan sistim supercharging L2.

'alam percobaan ini! digunakan supercharger  tipe sliding vane dengan nisbah tekanan maksimum ,!-:, atau boost pressure 4!- bar. 7ntuk meningkatkan nisbah tekanan! diameter puli supercharger  dapat diperkecil! sehingga putaranna semakin tinggi dan dihasilkan tekanan dorong ang lebih besar.

Akibat sampingan ang tidak dapat dihindari dari aplikasi sistim induksi paksa adalah meningkatna temperatur udara karena proses pemampatan! sehingga menurunkan kerapatan udara ang masuk ke dalam silinder dan kuantitas oksigen ang masuk silinder lebih rendah. 7ntuk mengurangi akibat sampingan ang merugikan ini! ditambahkan perangkat penukar kalor ang dikenal dengan intercooler  ke dalam sistim. Intercooler ditempatkan diantara keluaran supercharger dan saluran hisap motor. Skema dari sistim beserta instalasi fluida pendinginna ditunjukkan dalam 3ambar ,.

+a&ar 1. Skema sistim induksi paksa beserta instalasi fluida pendinginna

Supercharger   (S) digerakkan dengan memanfaatkan putaran poros engkol motor (M) melalui mekanisme puli ang dihubungkan dengan puli poros engkol motor melalui sabuk (belt ). Intercooler   udara ke air (;)! digunakan untuk mendinginkan kembali udara ang dimampatkan supercharger sehingga temperatur udara termampatkan ang masuk ke silinder menjadi

lebih rendah. Sebagai fluida pendingin digunakan campuran air H ethlene glcol! disirkulasikan oleh pompa air (P) ang beroperasi memanfaatkan putaran poros engkol motor ke radiator ekstra (5$). 'alam percobaan ini! digunakan intercooler  tipe tabung tubular udara ke air (3ambar 2).

+a&ar 2. ;ntercooler tipe tabung tubular.

7ji prestasi motor dilakukan dengan menggunakan dinamometer rem air (water brake dynamometer ) pada bangku uji.

'aa keluaran poros motor ke dinamometer dinatakan dengan:

Watt   R  F   !   P  '( 2π 

=

  (,,)

dimana: P D daa motor (att atau !"p)! #  D pembebanan dinamometer (Newton)! dan $ D 4!/-#/ m D panjang lengan dinamometer. Atau secara langsung dinatakan dengan pembacaan terkalibrasi dinamometer:

 &'  F   !   ()att   F   !   P  "4'( 1((((

=

=

  (,2)

 +orsi motor dinatakan dengan:

meter   !e)ton  R  F 

×

−

=

τ     (,)

1onsumsi bahan bakar spesifik (specific fuel consumption! sfc)! ang menatakan kuantitas bahan bakar ang dikonsumsi untuk menghasilkan daa , hp selama , %am dinatakan dengan:

(

h'   am

)

 (g  t   P  m  sf* bb − × × = 3'(( *   (,#)

dimana P D daa ("p)! mbb =massa bahan bakar ang dikonsumsi (kg) dan

=

t   aktu ang dibutuhkan untuk mengkonsumsi mbb kg   bahan bakar.

$fisiensi termal!η th ! dinatakan dengan efisiensi pemanfaatan kalor dari bahan bakar untuk menghasilkan kerja mekanik. $fisiensi termal dinatakan dengan  &V  th %  sf* × = '41$'" η    _(,-)

dimana sfc  D konsumsi bahan bakar spesifik (kg&"p'%am)! % _&V  =<ilai kalor

pembakaran (kkal&kg) ang dihitung dari persamaan:

 $P+ 

% &V 

=

1''1(

+

4(

°

Btu=lb (,)

1arena , Btu D ,4-# 86 , kal D #!,0# 8! dan , lb D 4!#- kg! maka:

kg  kal  kg  lb  ,  kal   Btu  ,  lb  Btu (#'3 $ &&& 4&3' $ ( 1 1%' $ 4 1 1 1(&4 1 = × × ×

Persamaan (,) dapat dituliskan ulang dengan:

(  $P+ ) kkal  kg 

% _&V  =($&&& 1''1( +4(° *   _(,a)

=

° $P+  141_{( '(}$& ₎ −131$&

° F 

S-   (,b)

dimana S3 D specific gravity   bahan bakar pada 4°>. 7ntuk solar D 0,-kg=m_.

'ari persamaan (,a) dan (,b):

kg  kkal  % _&V  1 $ '3(3 & $ 131 %1& & $ 141 4( 1''1( &&& $ (

=













 

 

 



 

 

₋

+

=

  (,?)

+a&ar /. 1ur*a temperatur pengisian s Putaran.

+a&ar 0. 1ur*a tekanan pengisian s putaran. 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 1 4 0 0 1 8 0 0 2 2 0 0 2 6 0 0 3 0 0 0 T e m p e r  a tu r  (C ) Putaran (RPM) Temperatur pengisian Vs Putaran

+a&ar . 1ur*a +orsi s Putaran

+a&ar 3. 1ur*a konsumsi bahan bakar spesifik s putaran.

%asil )an Pe&a$asan

Pada 3ambar - dan  ditunjukkan pola ang berbeda antara temperatur dan tekanan udara ang masuk ke dalam silinder. +emperatur udara ang masuk ke dalam silinder cenderung lebih rendah pada putaran tinggi (3ambar -)! sedangkan tekanan cenderung semakin meningkat (3ambar ). Peningkatan temperatur pada putaran lebih rendah disebabkan karena meningkatna friksi internal dengan bertambahna beban pada motor. Peningkatan tekanan ang terjadi pada putaran lebih tinggi disebabkan karena meningkatna kecepatan pergerakan piston di dalam silinder.  +emperatur udara rata&rata meningkat sebesar 0/!0N (dalam kisaran antara ?4°" sampai dengan ,24°) dengan penambahan supercharger pada sistim. %al ini terutama disebabkan karena meningkatna tumbukan antar molekul udara ang merupakan bagian dari proses pemampatan udara. 'engan menambahkan intercooler ke dalam sistim peningkatan temperatur akibat proses pemampatan dapat ditekan menjadi #!?N! atau terjadi penurunan temperatur udara termampatkan sebesar #!#/N.

 +erjadi peningkatan tekanan udara rata&rata sebesar #4!4,N akibat proses pemampatan udara melalui supercharger. 'engan adana penambahan intercooler ke dalam sistim! sehingga terjadi penurunan temperatur udara termampatkan! maka peningkatan tekanan keluaran supercharger turun menjadi !--N! atau terjadi penurunan tekanan sebesar !#N.

1arena kerugian tekanan akibat pendinginan udara melalui intercooler ang terjadi relatif kecil (!#N) dibandingkan penurunan temperaturna (#!#/N)! maka terjadi peningkatan nisbah kerapatan udara termampatkan dengan adana penambahan intercooler. %al ini dapat diartikan baha disamping terjadi peningkatan massa udara (karena proses pemampatan

dengan supercharger)! juga terjadi peningkatan kerapatan udara (karena proses pendinginan udara termampatkan oleh intercooler ). 'engan meningkatna massa dan kerapatan udara! semakin banak jumlah oksigen ang dapat dimanfaatkan untuk melangsungkan proses pembakaran di dalam ruang bakar.

Pada kur*a daa dan torsi s putaran (3ambar ? dan 0) ditunjukkan terjadi peningkatan daa dan torsi rata&rata pada berbagai tingkat kecepatan masing&masing sebesar ,4!4N dengan menambahkan supercharger pada sistim. 8ika temperatur udara ang masuk kedalam silinder setelah proses pemampatan diturunkan dengan menambahkan intercooler  pada sistim! daa dan torsi rata&rata pada berbagai tingkat kecepatan dapat ditingkatkan lagi! masing&masing sebesar ,/!#N dan ,/!42N. Berdasarkan persamaan gas ideal (persamaan ,) ang menatakan baha massa udara berbanding lurus dengan tekanan dan berbanding terbalik dengan temperaturna! maka dengan meningkatkan tekanan udara masukan! massa udara ang masuk akan semakin besar dan pada giliranna akan meningkatkan kuantitas oksigen ang dapat dimanfaatkan untuk melakukan proses pembakaran menjelang akhir langkah kompresi. Pada sisi lain! dengan meningkatkan tekanan udara masukan serta menurunkan temperatur udara termampatkan melalui perangkat intercooler   akan semakin meningkatkan kerapatan udara masukan! dan pada giliranna akan semakin meningkatkan derajat pengisian silinder (efisiensi *olumetrik). 'engan asumsi *ariabel&*ariabel lain pada persamaan 0 dan / konstan! meningkatna efisiensi *olumetrik motor akan menghasilkan peningkatan daa kuda rem (bhp) dan torsi pada motor. 'isamping itu dengan memampatkan udara ang masuk ke dalam silinder! periode persiapan pembakaran akan dipersingkat.

Pada kur*a konsumsi bahan bakar spesifik s putaran (3ambar /)! ditunjukkan terjadi penurunan konsumsi bahan bakar spesifik rata&rata sebesar ,2!?/N dengan penambahan supercharger. 8ika temperatur

keluaran supercharger diturunkan dengan perangkat intercooler ! konsumsi bahan bakar spesifik rata&rata turun sebesar ,/!#N. %al ini terjadi karena dengan meningkatna massa dan kerapatan udara ang masuk ke dalam silinder! semakin banak oksigen ang dapat bereaksi dengan bahan bakar untuk berlangsungna proses pembakaran sehingga pembakaran dapat berlangsung jauh lebih efisien. 1ondisi ini mampu mereduksi produk hidrokarbon ang tak terbakar pada gas buang! sebagai biang borosna konsumsi bahan bakar.

Pada 3ambar ,4 ditunjukan baha dengan memampatkan udara masukan ke dalam silinder terjadi peningkatan efisiensi termal sebesar ,#!0N dengan penambahan supercharger . 8 ika intercooler   ditambahkan pada sistim! efisiensi termal dapat ditingkatkan lagi menjadi 2!4N. $fisiensi termal berbanding terbalik terhadap konsumsi bahan bakar spesifik (persamaan ,-). ;ni berarti baha semakin rendah konsumsi bahan bakar spesifik! semakin tinggi efisiensi termalna. Peningkatan efisiensi termal ini terjadi karena semakin banak oksigen ang dapat bereaksi dengan bahan bakar karena adana proses pemampatan udara sebelum masuk ke dalam silinder.

Kesip*lan per'o&aan )iatas

• %asil rancang bangun intercooler serta instalasi sistim pendinginna cukup efektif untuk menurunkan temperatur udara termampatkan sehingga mampu meningkatkan kinerja motor ang menggunakan sistim force induction.

• Penggunaan supercharger   tanpa intercooler ! meningkatkan temperatur udara rata&rata sebesar 0/!0N alaupun dihasilkan peningkatan tekanan udara masuk rata&rata #4!4,N

• 'engan penambahan intercooler ! peningkatan temperatur udara rata& rata dapat ditekan menjadi #!?N. alaupun tekanan udara hasil

pemampatan turun menjadi !--N! tetapi masih cukup efektif untuk meningkatkan kinerja motor secara keseluruhan.

•  +anpa intercooler ! rata&rata terjadi peningkatan daa keluaran poros! torsi dan efisiensi termal masing&masing sebesar ,4!4N! ,4!4N dan ,#!0N! sedangkan penurunan rata&rata konsumsi bahan bakar spesifik sebesar ,2!?/N.

• 'engan penambahan intercooler! rata&rata terjadi peningkatan daa keluaran poros! torsi dan efisiensi termal masing&masing sebesar ,/!#N! ,/!42N dan 2!4N! sedangkan penurunan rata&rata konsumsi bahan bakar spesifik sebesar ,/!#N.

Motor bakar terbagi menjadi 2 (dua) jenis utama! aitu motor diesel dan motor bensin. Perbedaan umum terletak pada sistem penalaan. Penalaan pada motor bensin dinalakan oleh loncatan bunga api listrik ang dipercikan oleh busi atau juga sering disebut juga spark ignition engine. Sedangkan pada motor diesel penalaan terjadi karena kompresi ang tinggi di dalam silinder kemudian bahan bakar disemprotkan oleh no((le atau juga sering disebut juga )ompression Ignition *ngine.

Proses Pe&akaran

Secara umum pembakaran didefinisikan sebagai reaksi kimia atau reaksi persenaaan bahan bakar oksigen (@2) sebagai oksidan dengan

temperaturna lebih besar dari titik nala. Mekanisme pembakaranna sangat dipengaruhi oleh keadaan dari keseluruhan proses pembakaran dimana atom&atom dari komponen ang dapat bereaksi dengan oksigen ang dapat membentuk produk ang berupa gas.

7ntuk memperoleh daa maksimum dari suatu operasi hendakna komposisi gas pembakaran dari silinder (komposisi gas hasil pembakaran) dibuat seideal mungkin! sehingga tekanan gas hasil pembakaran bisa

maksimal menekan torak dan mengurangi terjadina detonasi. 1omposisi bahan bakar dan udara dalam silinder akan menentukan kualitas pembakaran dan akan berpengaruh terhadap  performance mesin dan emisi gas buang. Sebagaimana telah diketahui baha bahan bakar bensin mengandung unsur&unsur karbon dan hidrogen.

+erdapat  (tiga) teori mengenai pembakaran hidrogen tersebut aitu :

b. %idrokarbon terbakar bersama&sama dengan oksigen sebelum karbon bergabung dengan oksigen.

c. 1arbon terbakar lebih dahulu daripada hidrogen.

+. Senaa hidrokarbon terlebih dahulu bergabung dengan oksigen dan membentuk senaa (hidrolisasi) ang kemudian dipecah secara terbakar. (Oasaki! 1! ,//#).

'alam sebuah mesin terjadi beberapa tingkatan pembakaran ang digambarkan dalam sebuah grafik dengan hubungan antara tekanan dan perjalanan engkol. Berikut adalah gambar dari grafik tingkatan pembakaran

Proses atau tingkatan pembakaran dalam sebuah mesin terbagi menjadi empat tingkat atau periode ang terpisah. Periode&periode tersebut adalah :

1. 1eterlambatan pembakaran (Delay Periode)

Periode pertama dimulai dari titik , aitu mulai disemprotkanna bahan bakar sampai masuk kedalam silinder! dan berakhir pada titik 2. perjalanan ini sesuai dengan perjalanan engkal sudut a. Selama periode ini berlangsung tidak terdapat kenaikan tekanan ang melebihi kompresi udara ang dihasilkan oleh torak! dan selanjutna bahan bakar masuk terus menerus melalui nosel.

2. Pembakaran cepat

Pada titik 2 terdapat sejumlah bahan bakar dalam ruang bakar! ang dipecah halus dan sebagian menguap kemudian siap untuk dilakukan pembakaran. 1etika bahan bakar dinalakan aitu pada titik 2! akan menala dengan cepat ang mengakibatkan kenaikan tekanan mendadak sampai pada titik  tercapai. Periode ini sesuai dengan perjalanan sudut engkol b. ang membentuk tingkat kedua.

. Pembakaran +erkendali

Setelah titik ! bahan bakar ang belum terbakar dan bahan bakar ang masih tetap disemprotkan (diinjeksikan) terbakar pada kecepatan ang tergantung pada kecepatan penginjeksian serta  jumlah distribusi oksigen ang masih ada dalam udara pengisian. Periode inilah ang disebut dengan periode terkendali atau disebut  juga pembakaran sedikit demi sedikit ang akan berakhir pada titik # dengan berhentina injeksi. Selama tingkat ini tekanan dapat naik! konstan ataupun turun. Periode ini sesuai dengan pejalanan engkol sudut c! dimana sudut c tergantung pada beban ang dibaa beban mesin! semakain besar bebanna semakin besar c.

4. Pembakaran pasca (after burning)

Bahan bakar sisa dalam silinder ketika penginjeksian berhenti dan akhirna terbakar. Pada pembakaran pasca tidak terlihat pada diagram! dikarenakan pemunduran torak mengakibatkan turunna tekanan meskipun panas panas ditimbulkan oleh pembakaran bagian akhir bahan bakar.

'alam pembakaran hidrokarbon ang biasa tidak akan terjadi gejala apabila memungkinkan untuk proses hidrolisasi. %al ini hana akan terjadi bila pencampuran pendahuluan antara bahan bakar dengan udara mempunai aktu ang cukup sehingga memungkinkan masukna oksigen ke dalam molekul hidrokarbon. (Oasaki. 1! ,//#)

Bila oksigen dan hidrokarbon tidak bercampur dengan baik maka terjadi proses cracking dimana akan menimbulkan asap. Pembakaran semacam ini disebut pembakaran tidak sempurna.

 +da  -dua. kemungkinan yang ter%adi pada pembakaran mesin berbensin, yaitu/ Pembakaran ang terjadi pada motor bensin terdapat 2 (dua) kemungkinan ang terjadi aitu :

a. Pe&akaran noral

Pembakaran normal terjadi bila bahan bakar dapat terbakar seluruhna pada saat dan keadaan ang dikehendaki. Mekanisme pembakaran normal dalam motor bensin dimulai pada saat terjadina loncatan bunga api pada busi! kemudian api membakar gas bakar ang berada disekitarna sehingga semua partikelna terbakar habis. 'idalam pembakaran normal! pembagian nala api terjadi merata diseluruh bagian. Pada keadaan ang sebenarna pembakaran bersifat komplek! ang mana berlangsung pada beberapa  phase. 'engan timbulna energi panas! maka tekanan dan temperatur naik secara mendadak! sehingga piston terdorong menuju +MB.

Pembakaran normal pada motor bensin dapat ditunjukkan pada gambar grafik dibaah sebagai berikut :

+a&ar 2.0. Pe&akaran 'ap*ran *)ara&ensin )an

per*&a$an tekanan )i)ala silin)er (<e +raning Manual! P+.  +oota Astra Motor! ,//)

3ambar grafik diatas dengan jelas memperlihatkan hubungan antara tekanan dan sudut engkol! mulai dari penalaan sampai akhir pembakaran. 'ari grafik diatas dapat dilihat baha beberapa derajat sebelum piston mencapai +MA! busi memberikan percikan bunga api sehingga mulai terjadi pembakaran! sedangkan lonjakan tekanan dan temperatur mulai point 2! sesaat sebelum piston mencapai +MA! dan pembakaran point  sesaat sesudah piston mencapai +MA.

&. Pe&akaran ti)ak noral

Pembakaran tidak normal terjadi bila bahan bakar tidak ikut terbakar atau tidak terbakar bersamaan pada saat dan keadaan ang dikehendaki. Pembakaran tidak normal dapat menimbulkan detonasi (knocking) ang memungkinkan timbulna gangguan dan kesulitan&

kesulitan pada motor bakar bensin. >enomena&fenomena ang menertai pembakaran tidak sempurna! diantarana :

1. Detonasi

Seperti telah diterangkan sebelumna! pada peristia pembakaran normal api menebar keseluruh bagian ruang bakar dengan kecepatan konstan dan busi berfungsi sebagai pusat penebaran. 'alam hal ini gas baru ang belum terbakar terdesak oleh gas ang sudah terbakar! sehingga tekanan dan suhuna naik sampai mencapai keadaan hampir terbakar. 8ika pada saat ini gas tadi terbakar dengan sendirina! maka akan timbul ledakan (detonasi) ang menghasilkan gelombang kejutan berupa suara ketukan (knocking noise)

2. %al$al -an# en-e&a&kan terja)in-a Detonasi

Pada lapisan ang telah terbakar akan berekspansi. Pada kondisi lapisan ang tidak homogen! lapisan gas tadi akan mendesak lapisan gas lain ang belum terbakar! sehingga tekanan dan suhuna naik. Bersamaan dengan adana radiasi dari ujung lidah api! lapisan gas ang terdesak akan terbakar tiba&tiba. Peristia ini akan menimbulkan letupan mengakibatkan terjadina gelombang tekanan ang kemudian menumbuk piston dan dinding silinder sehingga terdengarlah suara ketukan (knocking) aitu ang disebut dengan detonasi.

%al&hal ang menebabkan terjadina detonasi antara lain sebagai berikut :

a) Perbandingan kompresi ang tinggi! tekanan kompresi! suhu pemanasan campuran dan suhu silinder ang tinggi.

b) Masa pengapian ang cepat.

c) Putaran mesin rendah dan penebaran api lambat.

d) Penempatan busi dan konstruksi ruang bakar tidak tepat! serta jarak penebaran api terlampau jauh.

Proses terjadina detonasi dapat ditunjukkan pada (gambar 2.?) dibaah :

+a&ar 2.. Proses terja)in-a )etonasi

3ambar diatas menjelaskan baha detonasi (knocking) terjadi karena bahan bakar terbakar sebelum aktuna. %al ini terjadi pada saat piston belum mencapai posisi pembakaran! tetapi bahan bakar telah terbakar lebih dahulu.