BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Motor Bensin
Motor bensin adalah suatu motor yang mengunakan bahan bakar bensin. Sebelum bahan bakar ini terbakar didalam silinder terlebih dahulu dijadikan gas yang kemudian dikompresikan didalam ruang bakar, yang dimaksud gas disini adalah campuran udara dan bensin.
Perbandingan campuran udara dan bensin yang tepat agar dapat dinyalakan dengan sempurna menurut ilmu kimia adalah 15 bagian udara harus dicampur, dengan 1 bagian bensin dalam ukuran berat, tetapi campuran dengan komposisi 15 : 1 ini tidak dapat menghasilkan tenaga maksimum pada berbagai kecepatan mesin, bahkan secara umum tidak membuat pemakaian bahan bakar menjadi ekonomis (Service Auto Mobil RS.Northop, hal 66). Umumnya perbandingan udara dan bensin adalah 16 : 1 ( Dengan adanya campuran bensin dan udara yang dikompresikan didalam silinder maka terjadilah ledakan yang akan mendorong torak kebawah dengan tenaga yang besar). Karena tenaga ini tidak bisa langsung digunakan maka tenaga ini diubah menjadi gerak – putar.
Bahan bakar dan udara masuk kedalam silinder dan dikompresikan oleh torak, campuran bahan bakar dan udara dibakar oleh loncatan bunga api dari busi didalam silinder. Kecepatan pembakaran campuran udara biasanya 10 – 25 m/dt. Suhu udara naik hingga 2100 – 2500° K dan tekanannya mencapai 30 – 40 kg/cm².
2.2 Siklus Motor 4 Langkah
Dalam suatu siklus motor bakar ada beberapa proses yang terjadi pada saat proses pembakaran dalam silinder :
Suatu proses yang terjadi didalam silinder dimana pada saat gas dimasukkan ke dalam silinder suhu gas akan berubah karena tekanan torak, suhu gas akan dijaga agar tetap konstan dengan jalan memanaskan dan mendinginkan silinder.
2. Proses Volume Konstan (Isochoris) Proses pembakaran atau pemasukan bahan bakar yang berlangsung sangat singkat sekali. dengan terjadinya proses pembakaran ini terjadilah kenaikan tekanan yang sangat cepat meskipun volume tetap.
3. Proses Tekanan Konstan (Isobaris)
Proses yang terjadi dimana keadaan gas dirubah dengan cara memanaskan silinder , sedang torak bergerak bebas sehingga tekanan gas dalam silinder tetap konstan.
4. Proses Politropis
Langkah buang dimana torak dari TMB ke TMA yang mendorong sisa pembakaran keluar melalui katup buang.
Motor bensin
Pada siklus pembakaran motor bensin dipengaruhi oleh Volume ( V ), tekanan ( P ), dan temperatur ( T ).
Gambar 2.1 diagram P-V
Perubahan tekanan gas didalam silinder merupakan proses secara keseluruhan. Sebuah grafik yang memperlihatkan hubungan antara tekanan dan volume disebut
diagram p-v. Untuk menjelaskan makna dari diagram p-v motor bakar torak, terlebih dahulu perlu dipakai beberapa idealisasi sehingga prosesnya dapat dipahami dengan lebih mudah. Proses siklus yang ideal itu biasanya dinamai siklus udara , dengan beberapa idealisasi sebagai berikut :
1. Fluida kerja didalam silinder adalah udara, dan dianggap sebagai gas ideal dengan konstanta kalor yang konstan.
2. Proses kompresi dan ekspansi berlangsung secara isentropic.
3. Proses pembakaran dianggap sebagai proses pemanasan fluida kerja.
4. Pada akhir proses ekspansi, yaitu pada waktu torak mencapai TMB, fluida kerja didinginkan sehingga tekanan dan temperaturnya mencapai tekanan dan temperatur atmosfir.
5. Tekanan fluida kerja didalam silinder selama langkah buang dan langkah isap adalah konstan dan sama dengan tekanan konstan.
Pada gambar diatas menunjukkan siklus volume konstan yang dianggap sebagai siklus dasar dari setiap mesin empat-langkah. Pada waktu torak berada di TMB (Titik 2)udara pada kondisi atmosfir. Gerakan torakdari TMB ke TMA (Titik 3) menyebabkan udara pada kondisi atmosfir tersebut mengalami proses kompresi isentropic sampai torak mencapai TMA,sesuai dengan idealisasi (2). Pada waktu torak berada pada TMA udara dipanasi pada volume konstan sehingga tekanannya naik, sesuai dengan idealisasi (3). Pada gambar diatas proses tersebut terakhir dilukiskan sebagai proses dari titik 3 sampai 3, dimana garis 3-3 merupakan garis vertikal. Selanjutnya , gerakan torak dari TMA ke TMB merupakan proses ekspansi isentropic dari titik 3 ke tititk 5 , sesuai dengan idealisasi (2). Pada saat torak mencapai TMB (titik 5), sesuai dengan idealisasi (3) udara didinginkan sehingga mencapai kondisi atmosfir (titik 2). Gerakan torak selanjutnya dari TMB ke TMA , yaitu dari titik 2 ke titik 1,adalah langkah buang pada tekanan konstan.
Diagram katup motor putaran rendah dan Putaran Tinggi
2.3. Prinsip Kerja Motor
Didalam motor bensin, campuran udara dan bensin dihisap kedalam silinder. Kemudian dikompresikan oleh torak saat bergerak naik. Bila campuran udara dan bensin terbakar dengan adanya loncatan bunga api dari busi, maka akan menghasilkan tekanan gas yang besar didalam silinder. Tekanan gas pembakaran ini mendorong torak kebawah, yang menggerakkan torak turun naik dengan bebas didalam silinder. Dari gerak lurus torak dirubah menjadi gerak putar pada poros engkol melalui batang torak. Gerak putar inilah yang menghasilkan tenaga pada mobil.
Posisi tertinggi yang dicapai torak didalam silinder disebut titik mati atas ( TMA ), dan posisi terendah yang dicapai torak disebut titik mati bawah ( TMB ). Jarak bergeraknya torak antara TMA dan TMB disebut langkah torak (stroke). Ada juga mesin yang tiap siklusnya terdiri dari dua langkah torak. Mesin ini disebut mesin dua langkah (2 Tak), Poros engkolnya berputar satu kali selama torak menyelesaikan dua langkah. Sedangkan mesin lainnya tiap siklus terdiri dari empat langkah torak, mesin ini disebut mesin empat langkah (4 Tak). Poros engkol berputar dua putaran penuh selama torak menyelesaikan empat langkah dalam tiap satu siklus, tetapi yang akan kita uraikan adalah mesin bensin 4 langkah.
Pada motor jenis 4 langkah dihasilkan langkah kerja untuk setiap 4 langkah atau 2 kali putaran poros engkol. langkah-langkah dari motor 4 langkah adalah langkah isap, langkah kompresi, langkah usaha dan langkah buang.
1. Langkah Isap
Dalam langkah ini torak bergerak dari TMA ke TMB, campuran udara dan bensin dihisap kedalam silinder. Katup hisap terbuka sedangkan katup buang tertutup. Waktu torak bergerak kebawah, menyebabkan ruang silinder menjadi vakum, masuknya campuran udara dan bensin ke dalam silinder disebabkan adanya tekanan udara luar (atmospheric pressure).
2. Langkah Kompresi
Dalam langkah ini campuran udara dan bensin dikompresikan. Katup hisap dan katup buang tertutup. Waktu torak mulai naik dari TMB ke TMA campuran yang dihisap tadi dikompresikan. Akibatnya tekanan dan temperaturnya naik, sehingga akan mudah terbakar. Poros engkol berputar satu kali, ketika torak mencapai TMA.
3. Langkah Usaha
Dalam langkah ini, mesin menghasilkan tenaga untuk menggerakan kendaran. Sesaat sebelum torak mencapai TMA pada langkah kompresi, busi memercikkan bunga api, sehingga terjadi ledakan di dalam silinder dan mendorong torak kebawah. Usaha ini yang menjadi tenaga mesin (engine power).
4. Langkah Buang
Dalam langkah ini, gas yang terbakar dibuang dari dalam silinder. Katup buang terbuka, torak bergerak dari TMB ke TMA, mendorong gas bekas keluar dari silinder.
Langkah hisap Langkah Kompresi Langkah Usaha Langkah Buang Gambar Prinsip Kerja motor bensin 4 langkah
2.4. BAHAN BAKAR
Bahan bakar bensin adalah zat cair yang pada umumnya diperoleh dari hasil pemurnian minyak bumi, yang didalamnya terkandung unsur karbon dan hidrogen. Pada suhu biasa bensin akan mudah menguap dan terbakar.
1. Sifat-sifat bensin
Menurut Daryanto (2000;53), sifat bensin adalah mudah menguap, mudah melarutkan lemak dan karet, mudah terbakar, warnanya jernih berbau menyengat dan mempunyai berat jenis 0,6-0,78 kg/m3 juga mampu menghasilkan panas yang besar (9500 – 10500 kkal/kg) serta anti knock yang tinggi.
2. Angka oktan
Suatu bilangan yang menunjukkkan berkemampuan terhadap knocking, besarnya angka oktan bahan bakar biasanya tergantung pada persentase iso oktan dan normal heptan yang terkandung dalam bahan bakar tersebut. Misalnya dalam suatu bahan bakar biasanya terkandung dalam bahan bakar tersebut. Misalnya dalam suatu bahan bakar terkandung 80% iso oktan dan 20% normal heptan, maka dikatakan bahwa angka oktan bahan bakar tersebut adalah 80. iso oktan mempunyai sifat tahan terhadap knocking dan nilai oktannya adalah 100. normal heptan cenderung terhadap nilai oktannya adalah nol (0).
3. Komposisi Bahan Bakar Bensin
Komposisi bahan bakar bensin meliputi Karbon (C), Hidrogen (H), Nitrogen (N), Sulfur (S), Oksigen (O), dan elemen lain seperti abu dan air. Dan susunan utama bahan bensin terdiri dari 84 – 86% Carbon 5 – 10% Hidrogen, 2%
Belerang, 0,05% kadar abu dan kandungan air tidak lebih dari 0,5% (Dariyanto, 2000:35)
4. Bahan Tambah Bensin
Untuk memperoleh kemampuan bahan bakar yang baik, maka bahan bakar perlu ditambah dengan zat-zat tertentu. Menurut Djaenidin (1988:36-46) bahan bakar yang ada pada bensin antar lain adalah sebagai berikut:
1. Aditif Anti Ketuk
Bahan tambah yang digunakan untuk mempertinggi ketahanan bahan bakar terhadap detonasi, bahan ini antara lain Tetra Ethy Lead (TEL), Tetra Methyl Lead (TML) dan Methylclopen ladenly Manganese Tricarbonly (TMM), TML dan TEL merupakan campuran bahan kimia seperti anti oksida, zat pewarna, etilina bromide dan bau, yang mampunyai kegunaan: untuk pengentalan, karena warna dan bau TEL dan TML baik dalam fase gas maupun dalam fase cair sangat beracun. Mencegah pengendapan Pb (timbal) dengan mengubahnya menjadi timbal bromida (Pb Br2) mencegah penguraian TEL dan TML selam penyimpanan dan didalam gasoline (fungsi anti oksida)
2. Aditif Anti Oksida
Anti Oksida yaitu untuk mengatasi kerusakan bensin akibat oksida olefin, yang diperkenalkan tahun 1930. Anti oksida ini adalah fenilena diamin dan hindered fenol, yang mempunyai efek terhadap bensin mampu memperpanjang periode induksi, dimana periode induksi bahan bakar adalah waktu yang dengan pengaruh temperatur dan tekan tertentu dari oksigen, bahan bakar masih masih stabil. Anti oksida ini berfungsi untuk mencegah terjadinya reaksi oksidasi. Bahan bakar yang ditambah dengan aditif anti oksidan tidak mudah terbentuk endapan walau disimpan agak lama.
3. Metal Deactivor
Bahan tambahan ini dapat membantu mencegah terjadinya substansi-substansi terbentuk karena bahan tambah dapat bereaksi dengan
metal. Efek dari terbentuknya substansi ini adalah merusak komponen mesin seperti mempercepat keausan dinding silinder dan menyumbat saluran bahan bakar aditif Metal Deactivator yang banyak dipakai adalah garam komplek dari senyawa amina. Aditif garam komplek amina yang ditambahkan kedalam bensin dengan kadar 2 – 10 ppm.
4. Aditif Pelindung Korasi
Aditif ini merupakan bahan tambahan yang berfungsi untuk melindungi sistem bahan bakar dari korosi. Aditif pelindung korosi yang ditambahkan kedalam bensin mempunyai sifat untuk membentuk lapisan tipis yang secar fisik diabsorb oleh permukaan logam. Hidroponic film yang tipis ini menghindari bersentuhnya air dengan permukaan logam sehingga proses terjadinya karat dapat dihindari. Aditif yang dipakai adalah persenyawaan anima phosphate, alcohol dan asam lemak.
5. Aditif Anti Icers
Aditif jenis ini mempunyai dua tipe yang sering digunakan, yaitu:
a. Freezing point depresent, yaitu aditif yang berfungsi untuk menekan titik beku menghalangi terbentuknya kristal es pada sistem karburator. b. Surface active anti acers yaitu berfungsi untuk membentuk lapisan
tipis (film) pada permukaan logam. Bila terbentuk kristal es maka es tersebut dihalangi untuk tidak menempel pada dinding karburator. Dengan demikian aditif ini berfungsi sebagai aditif deterjen.
6. Aditif Deterjen
Aditif ini mempunyai peranan untuk mencegah terbentuknya endapan-endapan pada bagian sistem inlet bahan bakar. Mekanisme pengaruh aditif deterjen didalam bahan bakar bensin mempunyai dua fungsi yaitu: sebagi pelindung, Sifat polar dari molekul-molekul aditif deterjen ini akan menyebabkan terbentuknya lapisan tipis dipermukaan logam sehingga merupakan lapisan pelindung dibagian tersebut dari endapan-endapan kontaminan-kontaminan. Sebagai pelarut, kemampuan daya pelarut dari aditif tergantung dari jenis hidrokarbon dan komponen
nonpolar dari aditif deterjen. Aditif deterjen yang banyak dipakai untuk bensin adalah senyawa dari amino fosfat, imidazoline, siccimid dan amida. 7. Aditif Zat Warna
Aditif ini merupakan tipe aditif yang ditambahkan kebensin. Zat warna tidak mempengaruhi kualitas bensin tetapi sebagai identitas dari bahan kimia (TEL) bensin. Aditif zat warna ditambahkan dalam bensin dengan kadar 0,20 – 0,80 gr/100 gallon bensin.
8. Aditif Pembantu Penguapan
Bahan aditif ini berfungsi untuk mengubah endapan Pb menjadi senyawa yang mudah menguap. Aditif pembantu menguapan ini antara lain trerreasyl phosphate, tripopil fosfat dan trikloro propolio phosphate. 2.4.1. Bahan Bakar Premium
Premium merupakan bahan bakar minyak jenis distilat berwarna kekuningan yang jernih, warna kuning ini disebabkan oleh zat pewarna tambahan. Adapun spesifikasi dari bahan bakar premium dapat dilihat dari tabel dibawah ini.
BATASAN
METODE TEST
No Sifat Satuan MIN MAKS ASTM LAIN
1 Angka Oktan RON 88
D-2699 2 Kandungan Timbal Gr/lt 0.3 D-3341 3 DISTILASI 74 10% Vol.Penguapan °C 125 50% Vol.Penguapan °C 88 180 90% Vol.Penguapan °C 205
Titik didih ahir °C 2
Tekanan Uap Reid pada
37,8°C Kpa 4
Getah Purwa
Mg/100
ml
Periode induksi Menit 0,2
Kandungan Belerang %
Massa 240 No.1 Korosi Bilah Tembaga 3
jam/122°F Uji Doctor % massa Belerang Merccaptan 0.002 ( pertamina : 1988 :28) keterangan tabel :
1. ASTM ( American Society for Testing and Materials ) : gabungan di Amerika Serikat untuk mempromosikan pengetahuan tengtang properi – property material – material teknik dan untuk menstandarkan rincian-rincian dan metode pengujian.
2. Distilasi : proses pemecahan berdasarkan titik didih berbagai unsure produk campuran yang dipecahkan. Ini dilaksanakan melaui peguapan dan kondensasi.
3. RON ( Reseaarch octane number ) : jumlah octane gasoline motor yang ditentukan dengan engine test laboraturium tertentu dengan syarat-syarat “kekuatan engine” ringan yang memberikan ukuran kasar property gasoline knock kecepatan rendah.
4. D adalah jenis/metode pengujian yang digunakan sesuai ASTM angka di belakang menunjukkan lembar tabel ASTM.
2.4.2. Pembakaran Bahan Bakar
Secara umum pembakaran didefinisikan sebagai reaksi kimia atau reaksi persenyawaan bahan bakar dan oksigen dengan diikuti oleh sinar dan panas (Toyota 19988 :22). Menurut daryanto (2003:25), pembakaran
merupakan proses fisik yang terjadi didalam silinder selama pembakaran berlangsung. Pembakaran diawali dengan loncatan bunga api pada busi pada akhir langkah pemampatan, pada tahapan biasa kita mendapatkan pembakaran teratur dimana selalu terdapat dua tahapan yaitu bagian yang terbakar dan bagian yang tidak terbakar, keduanya dibatasi oleh api pembakaran, suhu pembakarannya berkisar antara 2100 K sampai 2500 K.
mol WtM
Analisis percent Relatie to O2 Contituens Symbol By Vol By wt Vol Wt Mol Wt Per Mol air Oxigen O2 20,99 23,2 1 1 6,717 Nitrogen N2 28,02 76,8 21,848 Argon A2 40,0 0,376
Carbon dioxide CO2 44,0 0,013
Other gases 3,76 3,31
Total air 28,95 100,0 4,71 4,31 28,95 Sumber : (Male eve, 1999:69)
Berdasarkan tabel diatas diketahui bahwa pada setiap 100% By vol udara terdapat 20,99 % O2, 0,98% gas lain. Pada 100% Wt terdapat udara 23,2 % Wt O2, 76 % + gas lain. Apabila jumlahnya dihitung terdapat O2 maka pada 4,31 Wt udara terdapat 1 volume O2 dan 3,76 volume N2 ( unsure lain diabaikan karena terlalu kecil ) dari sini dapat pula diketahui mengapa dalam produk pembakaran ada unsur NO dan NOx, ini disebabkan karena dalam unsur udara yang dihisap sudah mulai N2. Mekanisme pembakaran bahan bakar dan udara sangat dipengaruhi keadaan dari keseluruhan proses pembakaran, dimana atom-atom dari komponen yang dapat bereaksi dengan oksigen membantu produk yang berupa gas. Sebagaimana telah diketahui bahwa bahan bakar motor bensin terutama mengandung unsur karbon dan hidrogen. Ada 3 teori mengenai terbakarnya hidro karbon yaitu :
2. Senyawa hidro karbon terlebih dahulu bergabung dengan oksigen dan membentuk senyawa (hidroksilasi) yang kemudian dipecah secara terbakar termis.
3. Hidrokarbon kemudian terbakar bersama-sama dengan oksigen sebelum karbon bergabung dengan oksigen.
Pembakaran hidrokarbon yang biasa (normal) tidak terjadi gejala bila kondisi memungkinkan untuk proses hidroksilasi. Hal ini terjadi hanya bila percampuran antara bahan bakar dan udara mempunyai waktu yang cukup, sehingga memungkinkan masuknya oksigen kedalam molekul hidrokarbon ini tidak tercampur dengan baik, maka akan terjadi proses cracking dimana pada nyala akan timbul asap. Pembakaran semacam ini disebut pembakaran tidak sempurna. Ada dua kemungkinan yang dapat terjadi dalam pembakaran motor bensin, yaitu pembakaran sempurna dan pembakaran tidak sempurna.
a. Pembakaran sempurna (Normal)
Pembakaran sempurna merupakan pembakaran dimana bahan bakar dapat terbakar secara keseluruhan pada saat dan kondisi yang dikehendaki. Mekanisme pembakaran normal dalam motor bensin dimulai pada saat terjadinya loncatan bunga api pada busi. Selanjutnya api membakar gas yang ada disekelilingnya, dan terus menjalar ke seluruh bagian sampai partikel gas terbakar habis. Dalam pembakaran normal pembagian nyala pada waktu pengapian terjadi merata di seluruh bagian.
Pada keadaan yang sebenarnya mekanisme pembakaran di dalam motor bensin bersifat kompleks, karena berlangsungnya melaui beberap fase, seperti pada diagram pembakaran dibawah ini.
(Toyota 1988 ;2-3)
Gambar diatas dapat dilihat, pada saat busi memercikan bunga api titik (1) sampai dengan titik (2) terjadi keterlibatan pembakaran bahan bakar dan dilanjutkan keseluruh bagian ruang bakar. Bila proses pembakaran ini berlangsung normal maka kecepatan perambatan agak konstan dan merata keseluruh silinder.
Tekanan pembakaran ini akan mencapai titik tertitinggi pada beberap saat setelah torak melewati TMA. Menurut obert (1993), daerah tekanan meksimum. Adalah sekitar 5 sampai 10o setelah TMA, hal ini mempunyai maksud agar tenaga yang dihasilkanoleh motor betul-betul maksimum, sebab tekanan pembakaran akan digunakan untuk mendorong torak. Daerah tekanan maksimum ini harus dipertahankan, untuk itu penyetelan motor (saat busi memercikan api) harus dimajukan, tepatnya pada saat motor berjalan cepat walaupun tekanan tertinggi dicapai pada titik (3), tetapi proses pembakaran tetap berlangsung sampai pada titik empat (4).
b. Pembakaran tidak sempurna
Pembakaran tidak sempurna merupakan proses pembakaran dimana sebagian bahan bakar tidak ikut terbakar, atau tidak terbakar bersama pada saat keadaan dikehendaki. Pembakaran tidak sempurna ini menurut Toyota (199;2-3), dibedakan menjadi dua jenis, yaitu knocking dan pre-ignition.
1. Knocking
Seperti yang telah diungkapkan diatas, pada peristiwa pembakaran normal api menyebar ke seluruh bagian ruang bakar dengan kecepatan konstan dan busi sebagai pusat penyebaran. Dalam hal ini gas baru yang belum terbakar terdesak gas yang telah terbakar sehingga tekanan dan suhunya menjadi naik. Jika saat ini gas tadi
terbakar dengan sendirinya, maka akan timbul ledakan (detonasi) yang menimbulkan gelombang kejutan berupa suara ketukan (knocking noise). Fluktuasi tekanan yang besar dan cepat ini terjadi pada akhir pembakaran. Sebagai akibatnya tenaga mesin akan berkurang dan jika sering terjadi akan memperpendek umur mesin.
Adapun hal-hal yang menyebabkan terjadinya detonasi menurut Toyota (1988;2-3) antara lain :
• Perbandingan kompresi yang tinggi, tekanan dan suhu silinder yang tinggi.
• Masa pengapian yang terlalu kecil.
• Putaran mesin yang rendah dan penyebaran api yang lambat. • Penempatan busi dan konstruksi ruang bakar yang tidak tepat
serta jarak penyebaran api yang terlalu jauh. 2. Pre-ignition
Gejala pembakaran yang tidak sempurna lainnya adalah pre-ignition. Peristiwanya hampir sama dengan knocking, tetapi terjadinya hanya pada saat busi sebelum memercikan bunga api. Disini bahan bakar terbakar dengan sendirinya sebagai akibat dari tekanan dan suhu yang cukup tinggi sebelum, memercikan bunga api. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa pre-ignition adalah peristiwa pembakaran yang tidak dapat terjadi saat yang dikehendaki.
2.5. Perhitungan Kapasitas Silinder 2.5.1. Isi Silinder
Isi silinder adalah besarnya volume langkah ditambah volume ruang bakar. Volume langkah adalah volume diatas torak saat torak berada di TMB sampai garis TMA. Sedang volume ruang bakar adalah volume diatas torak, sewaktu torak berada di TMA.
S D atau Z S D VL 0,785. . 4 2 2 ⋅ ⋅ ⋅ =π
jadi isi silinder dapat dicari dengan rumus : Vt = VL + VS
Pada motor yang mempunyai silinder lebih dari satu, misalnya motor 3 silinder, dapat dicari dengan rumus:
Vs + Vs + Vs + Vs atau 4.Vs Keterangan :
Vt = Volume silinder VL = Volume Langkah Vs = Volume ruang bakar D = Diameter Silinder S = Langkah Torak
2.5.2. Perbandingan Kompresi
Perbandingan kompresi adalah perbandingan antara volume bila torak bergerak pada TMB (volume silinder + volume ruang bakar) dengan volume sisa pada bagian atas silinder bila torak berada pada TMA. Bila perbandingan kompresi dipertinggi, tekanan pembakaran akan bertambah dari mesin akan diperoleh output yang besar. Secara umum perbandingan kompresi yang diperbolehkan pada motor bensin adalah 8-11:1. perbandingan kompresi dinyatakan dengan simbol ε dan dapat dicari dengan rumus : Vc Vs atau Vc Vs atau Vc Vc Vs+ = + − = = ε 1 ε 1 ε Keterangan : ε = Perbandingan Kompresi Vs = Volume Silinder
Vc = Volume Ruang bakar
Perbandingan kompresi biasanya dibuat tinggi dengan tujuan untuk meningkatkan tekanan dan suhu akhir pemampatan.
2.5.3. Efisien
arnya efesiensi thermis dapat diperoleh dengan perhitungan dibawah ini.
si Thermis
Adalah perbandingan antara panas yang diberikan dengan panas yang diubah kedalam bentuk efektif. Bila panas yang dihasilkan dari pembakaran campuran bahan bakar dan udara yang dimasukkan kedalam silinder adalah Q1kCak dan panas yang hilang dalam silinder serta bagian-bagian yang lain adalah Q2kCal, maka bes
% 100 1 2 1 − × = Q Q Q Thermis Efisiensi 2.5.4. Putaran ga kuda, momen dan kecepatan putaranmesin dapat dirumuskan sebagai :
Mesin
Adalah besarnya keliling poros engkol yang diukur dalam satuan rpm (rotasi per menit) dari beberapa besarnya kerja yang dapat dilakukan pada waktu tertentu. Umumnya untuk kerja dinyatakan dalam satuan TK (tenaga kuda). Bila tenaga kuda adalah jumlah kerja mesin yang dapat disalurkan pada waktu tertentu, momen dapat dijadikan sebagai ukuran kerja yang dilakukan mesin. Seperti dijelaskan bahwa waktu termasuk pada tenaga kuda sehingga kecepatan kerja dalam hal ini adalah kecepatan putar mesin merupakan suatu masalah. Jika ditarik hubungan antara tena
TK Tn P 60 , 75 . 2π = ana = Kecepatan putaran (rpm) dim : P = Daya kuda T = Momen (Kgm) n
Momen yang dimaksud adalah momen putar yang terjadi pada poros engkol, sedangkan kecepatan mesin adalah tenaga yang keluar dari poros engkol. Semakin tenaga yang keluar (P) semakin besar pula putara mesin yang dihasilkan atau semakin besar tenaga berbanding lurus dengan kecepatan putar. Momen dan pemakaian bahan bakar menunjukkan
faktor-faktor yang penting dalam kemampuan mesin. Dengan melihat gambar dibawah ini sumbu horisontal menunjukkan putaran mesin per menit dan sumbu vertikal untuk momen, sedangkan dibagian bawah sebagai kurva pemakaian bahan bakar.
Kemampuan Mesin. 2.5.5. Konsum
punyai silinder yang besar akan berarti pemakaian bahan bakarnya tinggi.
2.5.6. Keseim
gerakkan kelengkapan dan panas 2.5.7. Perbandingan Udara dan Bahan Bakar
Gbr. Grafik si Bahan Bakar
Dalam kemampuan mesin, umumnya tingkat pemakaian bensin tidak diartikan berapa kilometer (Km) mobil berjalan dengan menggunakan satu liter bensin, tetapi pengganti adalah besarnya pemakaian bensin dalam satu tenaga kuda dalam satuan satu jam dan dinyatakan dalam gram. Tingkat pemakaian bensin akan ditentukan dengan adanya hubungan antara banyaknya bensin yang diberikan dan tenaga kuda yang dihasilkan. Karena itu tidak selamanya dapat dikatakan bahwa mesin yang mem
bangan Panas
Pembagian distribusi panas ini, diketahui dengan keseimbangan panas dan grafik yang digambarkan didalam diagram keseimbangan panas. Panas yang dikeluarkan terdiri dari panas untuk kerja mesin, panas yang hilang akibat pendinginan, panas yang hilang akibat gas buang dan radiasi panas yang hilang dalam meng
Perbandingan udara dan bahan bakar berdasarkan perbandingan berat udara dengan bahan bakar, bensin harus dapat terbakar seluruhnya dalam ruang bakar untuk menghasilkan tenaga yang besar pada mesin dan dalam teorinya perbandingannya adalah 15:1, yaitu 15 untuk udara berbanding 1 untuk bensin. Tabel dibawah ini menunjukkan perbandingan yang sesuai dengan kondisi mesin. Tabel . kondisi keadaan mesin dan perbandingan campuran udara dan bensin.
Kerja kondisi keadaan mesin Perbandingan udara dan
bensin Mesin mulai hidup
Putaran idle Dengan tenaga Kecepatan ekonomis 5 kg udara : 1 kg bensin 11 kg udara : 1 kg bensin 12-13 kg udara : 1 kg bensin 16-18 kg udara : 1 kg bensin Sumber : Toyota Astra Motor (1995;3-8)
2.6. Sistem Pembakaran
Karburator adalah bagian yang memegang peranan penting untuk memudahkan mesin menjadi hidup, mengakselerasi kendaraan tanpa ragu-ragu, membuat perjalanan menjadi ekonomis dan membuat mesin tetap hidup dengan lancar pada jalanan yang padat kendaraan. Pekerjaan utama karburator adalah mencampurkan bensin dan udara dengan kompresi yang benar, sehingga bahan bakar ini dapat dinyalakan didalam ruang bakar. Bahan bakar yang dibawa kedalam ruang bakar ini bukan hanya sekedar dapat dinyalakan saja, tetapi dapat dijamin bahwa capuran bensin dan udara ini dapat dibagikan kesetiap silinder yang ada dengan kompresi yang tepat.
Proses pengolahan bahan bakar ini bukan hanya pada karburator saja, tetapi ada faktor-faktor lainya yang harus diperhitungkan, antara lain jarak antara karburator dan ruang bakar, bagaimana bentuk inlet manifoldnya, bagaimana ukuran katup masuknya dan sebagainnya. Perbandingan udara dan campura
bensin yang tepat agar dapat dinyalakan dengan sempurna menurut ilmu kimia adalah 15 bagian udara harus dicampur dengan bagian 1 bagian bensin dalam ukuran berat, tetapi campuran dengan kompresi 15 : 1 ini tidak dapat menghasilkan tenaga maksimum pada berbagai kecepatan mesin, bahkan secara umum tidak membuat pemakaian bahan bakar menjadi ekonomis.
2.6.1. Prinsip Kerja Karburator
Udara dibawa masuk kedalam lubang silinder oleh gerakan torak dari TMA (batas pembakaran paling atas) menuju TMB (batas pembakaran paling bawah) didalam langkah hisap, masuknya udara ke dalam silinder ini disebabkan terjadinya sebagian kevakuman didalam lubang silinder tersebut. Udara yang masuk kedalam lubang silinder ini melewati bagian karburator, dimana jumlah udara yang masuk kedalam lubang tersebut dapat diatur melalui katup throttle yang dihubungkan dengan pedal akselerasi didalam ruang kemudi. Untuk penyetelan karburator yang seharusnya perbandingan campuran harus terletak pada bidang yang diberi bergaris, untuk kecepatan puncak yang besar pada garis yang paling bawah, diatas bidang yang diberi bergaris, pemakaian bahan bakar yang tinggi dan berkurangnya kecepatan puncak, dibawah bidang yang diberi bergaris, sangat turunnya kecepatan puncak dan nilainya pemakaian bahan bakar.
1. Tempat masuknya udara
2. Pompa akselerator
3. Baut penyetel troutlle
4. Penghubung aselerator
5. Baut penyetel volume
6. Penghubung pedal
Gb. Karburator
Grafik Pemasukan bahan bakar pada karburator 2.6.1. Pompa Bahan Bakar
Pompa bahan bakar peranannya sangat penting didalam menyalurkan bensin dari tangki ke karburator, perlunya pompa dipasang karena penempatan tangki yang rendah dan jauh dari mesin, serta posisi karburator selalu ada dibagian yang lebih tinggi dari pada posisi tangki.
Ada 2 tipe pompa bensin yang digunakan saat ini, yaitu : pompa bensin mekanik dan pompa bensin elektrik. Pompa bensin mekanik ditempatkan pada bagian mesin, karena pompa bensin mekanik bekerja bila dihubungkan dengan tenaga putaran mesin. Ruangan pompa bensin mekanik terbagi menjadi 2 ruangan yang dipisahkan oleh membran, pada bagian atas pompa terdapat saringan bensin, mangkuk tempat mengendapkan kotoran da 2 buah buah katup yang diberi beban pegas untuk mengontrol aliran bensin. Bagian bawah pompa terdiri dari pegas yang mengatur pengisapan dan penekan bensin serta peralatan lainnya termasuk rockerarm (tuas pompa) yang digerakkan oleh dorongan bubungan pada poros bubungan (camshaft). Membran dapat menghisap dan menekan bensin dengan jalan ditarik oleh alat yang menghubungkan bagian membran dan tuas pompa, serta kembali kebagian atas untuk menekan bensin oleh kekuatan pegas. Ketika katup jarum pada karburator telah menutup saluran sebagai akibat ruangan pelampung telah penuh
bensin, maka bensin yang ada didalam saluran antara pompa dan karburator tidak dapat ditekan oleh kekuatan pegas membran, sehingga posisi membran sekarang ada dibagian bawah. Pompa bensin mekanik dapat bekerja setelah mesin dihidupkan.
Gbr. Pompa bensin mekanik
Pompa bensin elektrik bekerja dengan prinsip yang sama seperti pompa bensin mekanik, hanya membran pada pompa bensin elektrik diaktifkan oleh solenoid (elektro magnet) sebagai pengganti poros bubungan. Ketika solenoid diberi arus listrik melalui sepasang kontak platina membran akan ditarik dengan melawan beban pegas untuk menghisap bahan bakar dari tangki. Setelah langkah pengisapan kemudian kontak platinanya akan terbuka, akibat dari kontak platinanya terbuka maka pegas membran akan menekan bahan bakar menuju karburator. Bila ruangan pelampung pada karburator telah penuh terisi bensin, maka kontak platina didalam pompa ada dalam keadaan terbuka. Pompa bensin elektrik tidak tahan terhadap panas mesin, oleh sebab itu penempatannya selalu berada didekat tangki bahan bakar. Pompa bensin elektrik dapat bekerja segera setelah kunci kontak diputar, kerja pompa dapat dikenal dengan suara yang dikeluarkannya
Gbr. Pompa bensin elektrik
Penyemprotan pada tiap-tiap langkah kerja motor empat tak pada muatan penuh dalam gram :
a n N g ⋅ ⋅ × = 2 60 200 dimana :
g = berat tiap-tiap jumlah penyemprotan pada tiap-tiap
pembakaran
N = daya motor dalam tak
200 = pemakaian bahan bakar dalam gram pada tiap-tiap tkj(tenaga kuda/ jam)
n = banyaknya perputaran tiap-tiap menit
a = banyaknya silinder
sedangkan penyemprotan motor 2 Tak :
a n N g ⋅ ⋅ × = 60 200
isi bahan bakar yang disemprotkan pada tiap-tiap langkah kerja dalam cm3 : I = 83 , 0 g jenis berat g =
Pada umumnya pompa plunyer, hampir dengan tidak ada kecualinya dengan pengatur arus lebih, jarang pengatur bubungan yang miring (pada pompa bahan bakar untuk tekanan rendah, kira-kira 80 atm). Pengaturan dilakukan dengan pengatur, tetapi ada juga dilakukan dengan tegangan. Kadang-kadang (bosch) poros bubungan pompa dapat sedikit diputar terhadap pergerakan sehingga penyemprotan dapat sedikit diperlambat atau dipercepat. Pengaturan dapat disetel dari “dashboard” untuk bermacam-macam kecepatan.
b. Benda penyemprotan (pengabut)
Ada 2 macam benda penyemprot yang dipakai, yakni benda penyemprot terbuka dan benda penyemprot-penyemprot tertutup benda penyemprot terbuka tidak mempunyai tingkap atau hanya memakai tingkap yang dibebani oleh pegas ringan supaya tidak menetes. Benda penyemprot tertutup pada umumnya mempunyai tingkap-tingkap jarum yang dibebani pegas yang demikian beratnya sehingga barulah dapat dibuka setelah tercapai tekanan semprot. Untuk tekanan semprot yang rendah kebanyakan kita pakai tingkap jarum tap, disisni juga dapat dipakai benda penyemprot yang langsung mengharuskan pemakaian pengabut yang mempunyai lebih dari satu lubang gerekan yang kecil.
2.6.2. Saringan Bahan Bakar
Semua mobil modern akan selalu dilengkapi dengan saringan udara (air filter) pada saluran udara akan masuk ke karburator. Fungsi saringan ini sangat penting didalam mencegah masuknya debu dan partikel-partikel lainnya ke dalam karburator dan silinder mesin.
Saringan udara akan mempunyai efek sebagai tahanan udara yang akan masuk kedalam karburator, sehingga hal ini akan mempunyai dampak seolah-olah jet karburator tersumbat. Bila ini terjadi berarti performa mesin menjadi berkurang. Oleh sebab itu secara berkala, katakanlah setiap mobil telah menempuh jarak 20.000 km. saringan udara harus dibersihkan atau diganti dengan yang baru.
Saringan udara juga berfungsi sebagai peredam suara, dimana saringannya itu sendiri dapat menghilangkan suara mendesis udara yang masuk kedalam karburator.
Saringan udara yang banyak digunakan saat ini adalah dibuat dari elemen kertas karena dapat dengan mudah kita buang bila sudah tidak dapat digunakan lagi. Sistem penyaringan udara yang lainya adalah dengan menggunakan bak oli dan saringan metal, sedangkan model terakhir yang dipasangkan dibuat dari bahan plastik.
Ada beberapa tipe saringan udara, dari bentuk penampilannya akan segera diketahui model saringan udara tersebut. Saringan udara yang biasa digunakan adalah dari model elemen kertas, keunggulanya dari model kertas adalah mempunyai bobot yang ringan dan bentuknya lebih kompak.
Saringan udara model bak oli banyak digunakan pada mobil yang selalu digunakan didaerah yang udaranya banyak mengandung debu, contohnya daerah padang pasir.
Tipe pembersih udara yang sederhana dibuat dari jala kawat, sebelum jala kawat ini dipasang terlebih dahulu jala kawat diberi oli.
a. Pompa percepatan
Gunanya untuk menjaga supaya pada pembukaan terus yang tiba-tiba dari pemasukian gas, campuran itu tidak menjadi terlalu miskin, sehingga motor menjadi tersentak, digerakkan dengan engkol kecil pada poros tingkap gas. Hasilnya biasanya dapat diubah dengan jalan mengikatkan batang penggerak dalam sebuah lubang yang lain dari engkol (dalam musim panas harus membuat langkah yang lebih kecil dari pada dalam musim dingin).
b. Cuk
Digunakan untuk menutup hampir seluruh pemasukan udara ketika mengasut (menstarter) motor sehingga motor itu menghisap campuran yang kaya melalui perecik pengasut dan perecik utama dan menyebabkan mulai berputar dengan lancar. Kita membedakan cuk
yang digerakkan oleh sebuah tombol (cuk tangan) dan cuk gerak sendiri (otomatis), cuk yang terakhir dilayani dengan sebuah thermostat dan makin panas motornya makin bertambah terbuka dengan cara teratur.
c. Karburator pengasut
Pada beberapa karburator dipakai karburator bantu yang kecil sebagai pengganti cuk, alat ini dibangun satu dengan karburator yang normal dan dijual dengan pelayanan thermostik. Pelayanan karburator penghasut sama dengan pelayanan cuk.
Kebaikannya, campuran yang cukup dan kaya untuk dapat mengasut dengan lancar, sedikit bahaya untuk campuran yang terlampau kaya, bila kita lupa mematikan alat itu sesudah motor menjadi panas.
Karburator-karburator dengan by pass mempunyai percik utama HS dengan mana mobil dapat mencapai kira-kira 75% dari kecepatan puncak, dalam pada itu tingkap gas akan terbuka ± ¾. Dengan jalan membuka tingkap gas itu lebih lebar, by pass BS dapat dikerjakan. Engkol K menekan batang D kebawah, sehingga tingkap peluru BS dibuka dan juga dengan jalan ini bensin itu dimasukkan ke percik utama, sehingga campuran menjadi kaya dan daya motor akan naik. 2.6.3. Control terhadap emisi gas buang
Salah satu dari kemajuan sistem pengontrolan terhadap emisi ialah bagaimana caranya menyatukan antara saringan udara dan pengontrol temperatur, dimana udara yang akan dihisap oleh mesin melalui saringan tersebut selalu mempunyai temperatur yang tetap. Salah satu cara yang banyak dipakai di Eropa adalah dengan jalan melengkapi lubang pemasukan udaranya menjadi 2 buah, jadi bila musim dingin tiba, udara akan dinaikkan temperaturnya melalui salah satu lubang pemasukan yang dipanaskan oleh emisi gas buang, sedangkan bila musim panas tiba, maka salah satu lubang pemasukan tersebut akan dicabut dan emisi gas buangnya diajukan guna mendinginkan udara yang akan dihisap mesin.
