Buku Pegangan Kuliah
DASAR-DASAR MOTOR BENSIN KONVENSIONAL
Ir. Husin Bugis, M.Si.
Pendidikan Teknik Mesin
Jurusan Pendidikan Teknik dan Kejuruan
Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
BUKU PEGANGAN KULIAH
DASAR-DASAR MOTOR BENSIN KONVENSIONAL
BIDANG KEAHLIAN TEKNIK MESIN
PROGRAM PENDIDIKAN TEKNIK MESIN
Penyusun:
Ir. Husin Bugis, M.Si.
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
Perihal: Permohonan Bantuan Insentif Buku Ajar
Kepada:
Yth. Dekan FKIP UNS Di Surakarta
Dengan hormat,
Yang bertanda tangan di bawah ini saya: Nama : Ir. Husin Bugis, M.Si.
NIP : 19581003 198811 1001
Jabatan Fungsional : Pembina/ IV-a
Unit Kerja : PTM JPTK FKIP UNS
Berdasarkan Keputusan Rektor No.104/H27/KU/2011 tentang Pemberian Stimulan/ Insentif Karya Ilmiah/ Buku Ajar Bagi Dosen UNS, dengan ini saya mengajukan permohonan untuk dapat diberikan bantuan / insentif penulisan buku saya yang berjudul: Dasar-dasar motor bensin konvensional
Demikian permohonan ini saya buat, mohon kiranya dapat dikabulkan. Atas perhatian dan dikabulkannya permohonan ini saya sampaikan terimakasih.
Surakarta, 27 Mei 2013 Mengetahui,
Ketua Prodi PTM Penyusun Buku
Yuyun Estriyanto, S.T., M.T. Ir. Husin Bugis, M.Si. NIP.19780113 200212 1 009 NIP.19581003 198811 1001
KATA PENGANTAR
Untuk meningkatkan kualitas pendidikan kejuruan. Salah satunya saat ini telah diterapkan pendekatan kompetensi atau sering dikenal dengan pembelajaran berbasis kompetensi. Untuk mendukung proses pembelajaran berbasis kompetensi tersebut, maka diperlukan adanya buku modul. Melalui modul ini, maka kini kecepatan belajar mahasiswa secara pribadi dapat dipacu lebih cepat. Dalam arti mahasiswa yang belajarnya cepat tidak terhambat karena harus menunggu kecepatan mahasiswa yang memang lambat.
Modul ini disusun sedemikian rupa dengan harapan peserta didik dapat mempelajari secara mandiri dengan baik. Penjelasannya disertai dengan gambar-gambar sehingga akan membantu mempermudah peserta didik dalam memahami permasalahan dalam modul.
Modul motor bakar ini menggunakan Pembelajaran Berbasis Kompetensi sebagai pendekatan untuk mendapatkan keterampilan yang sesuai di tempat kerja. Pembelajaran Berbasis Kompetensi memfokuskan pada keterampilan seseorang yang harus di-miliki di tempat kerja. Fokusnya adalah pada pencapaian keterampilan dan bukan berapa lama waktu yang dibutuhkan untuk menyelesaikannya.
Modul pembelajaran ini disusun berdasarkan pada Standar Kompetensi. Standar Kompetensi adalah mengenal, mengidentifikasi bagian utama motor bakar dan sistem kelengkapanya. Modul ini dapat digunakan untuk mahasiswa Program Teknik Mesin.
Penyusun menyadari banyak kekurangan dalam penyusunan modul ini, sehingga saran dan masukan yang konstruktif sangat penyusun harapkan. Semoga modul ini banyak memberikan manfaat.
Surakarta, Mei 2013
DAFTAR ISI
□ HALAMAN SAMPUL...i
□ HALAMAN FRANCIS...ii
□ KATA PENGANTAR…...iii
□ DAFTAR ISI...iv
□ PETA KEDUDUKAN MODUL...v
□ GLOSARIUM...viii
BAB I. DASAR-DASAR MOTOR
I. Pendahuluan...1II. Uraian Materi A. Uraian Materi 1. Jenis Motor... 1
1. Motor pembakaran luar...1
2. Motor pembakaran dalam...2
3. Bentuk –bentuk motor...2
4. Macam-macam silinder...3
5. Urutan pengapian dan bentuk poros engkol...4
6. Pengolongan motor Motor 4 tak dan 2 tak...6
7. Beberapa istilah dalam motor...14
B. Uraian Materi 2. Data Utama Motor...15
1. Volume silinder ( volume langkah )...15
2. Perbandingan Kompresi...16
3. Momen putar...17
4. Daya... 17
5. Efisiensi...18
6. Efisiensi termis...19
7. Tekanan Efektif Rata-rata (Brake Mean Pressure - BMEP)...19
9. Tekanan Efektif Rata-Rata motor bakar (Bmep)...19
10. Air Fuel Ratio (AFR)...19
11. SFC motor bakar...20
12. Efisiensi motor bakar...21
13. Besaran Satuan dan Konversi dalam Satuan Lain...22
III. Evaluasi...24
BAB II. BAGIAN UTAMA MOTOR
I. Pendahuluan...25II. Uraian Materi A. Fungsi komponen dari bagian utama motor yang bergerak 25 1. Torak (Piston)………26
2. Cincin torak (Ring Piston)………28
3. Batang torak (Connecting Rod)………30
4. Pena Torak...31
5. Poros Engkol (Crank shaft)...32
6. Katup dan Kelengkapan ...33
a. Mekanisme Katup Sisi...33
b. Mekanisme Katup Kepala...34
1. Over Head Valve (OHV)...34
2. Over Head Cam (OHC)...35
3. DOHC(Dual Over Head Camshaft)... 36
B. Uraian Materi 2. Fungsi komponen utama motor yang tidak bergerak…...41
1. Kepala Silinder...42
2. Blok Silinder...43
3. Karter...44
4. Sluran masuk dan Buang...45
BAB III. SISTEM KELENGKAPAN MOTOR
I. Pendahuluan ... ..47
II. Uraian Materi A. Uraian Materi 1. Sistem Pengapian ... 48
1. Macam-macam sistem pengapian ... 49
a. Sistem pengapian baterai ... 51
b. Sistem pengapian elektronik magnet ... 55
c. Sistem pengapian CDI ... 56
2. Proses pembakaran ... 57
a. Pembakaran sempurna ... 58
b. Pembakaran tidak sempurna ... 59
B. Uraian Materi 2. Sistem Pelumasan ... 60
1. Fungsi sistem pelumasan ... 60
2. Macam-macam sistem pelumasan ... 61
C. Uraian Materi 3. Sistem Pendinginan ... 63
1. Fungsi sistem pendinginan... 63
2. Macam-macam sistem pendinginan... 63
D. Uraian Materi 4. Sistem Starter ... 65
1. Fungsi motor starter ... 65
2. Prinsip kerja motor starter... 66
E. Uraian Materi 5. Sistem Pengisian ... 70
1. Fungsi alternator ... 70
2. Komponen sistem pengisian ... 71
F. Uraian Materi 6. Sistem Bahan Bakar ... 74
1. Bahan bakar bensin ... 74
2. Bahan bakar diesel ... 83
III. Evaluasi... 94 DAFTAR PUSTAKA
PETA KEDUDUKAN MODUL
PAKET KOMPETENSI MOTOR BAKAR
PROGRAM KOMPETENSI
SUB KOMPETENSI
A. Unit Kompetensi kel. Mesin
PENDID IKAN TE KNIK M E S IN
A.1. Mengetahui dasar-dasar motor A.1.1. Menjelaskan macam-macam motor A.1.1. Menjelaskan penggolongan motor
A.2. Mengetahui bagian utama motor A.2.1. Mengidentifikasi bagian utama motor yang bergerak
A.2.1. Mengidentifikasi bagian utama motor yang tidak bergerak
A.3. Memeriksa/menyetel katup A.3.1. Menyetel katup sesuai prosedur
A.4. Membersihkan/menyetel Karburator
A.4.1. Menjelaskan komponen-kompo- nen Karburator
A.4.2 Melaksanakan pembongkaran / Pemasangan kembali karburator A.4.3.Melaksanakan penyetelan Karburator
A.4.4.Melaksanakan pemeriksaan Kabel gas dan choke A.4.5.Melaksanakan pemeriksaan Saringan udara
B. Unit Kompetensi kel.
Kelistrikan
B.1. Memeriksa Sistem Starter B.1.1. Menjelaskan konstruksi, cara kerja & rangkaian kelistrikan motor stater B.1.3. Melaksanakan pemeriksan komponen sistem starter
B.2. Memeriksa sistem pengisian B.2.1. Menjelaskan rangkaian, komponen sistem pengisian
B.2.2. Melaksanakan pemeriksaan komponen sistem pengisian
B.3. Memeriksa sistem pengapian B.3.1. Menjelaskan rangkaian dan komponen komponen pengapian dengan platina B.3.2. Menjelaskan rangkaian dan komponen komponen pengapian dengan CDI B.3.3. Melaksanakan pemeriksaan komponen komponen pengapian dengan platina B.3.4. Melaksanakan pemeriksaan komponen komponen pengapian dengan CDI
GLOSARIUM
ISTILAH
KETERANGANBusi bagian dari sistem pengapian yang
memercikan bunga api didalam silinder CDI Condensator Discharge Ignition , bagian dari
sistem pengapian tanpa platina sebagai penguat arus primer
exhaust manifold saluaran pembuangan pada motor. FO (Fireing Order) urutan pengapian pada setiap silinder
Inlet port saluran masuknya bahan bakar keruang bakar
pada motor 2tak
In take manifold saluran masuk bahan bakar keruang bakar pada motor 4tak
Karter penampung minyak pelumas
Long Stroke Engine langkah torak lebih besar diameter silinder Over Square Engine langkah torak lebih kecil dari diameter silinder Overlapping keadaan dimana posisi katup in dan ex
membuka bersamaan.
Pulser pembangkit tegangan pemicu bekerjanya SCR
dalam unit CDI
Platina bagian dari sistem pengapian yang berfungsi untuk memutus-hubungkan arus primer
Pre-ignition peristiwa pembakaran yang terjadi sebelum sampai pada waktu yang dikehendaki.
Tegangan induksi
tegangan yang dibangkitkan oleh sebuah kumparan karena terjadi perubahan medan magnet pada inti kumparanBAB I
DASAR-DASAR MOTOR A. Pendahuluan
Motor bakar adalah suatu pesawat yang digunakan untuk merubah energi kimia bahan bakar menjadi energi panas (termal), dan menggunakan energi tersebut untuk melakukan kerja mekanik.
1. Proses Pembakaran
Pembakaran di dalam silinder adalah reaksi kimia tu reaksi persenyawaan bahan bakar dengan udara (oxygen), yang diikuti dengan timbulnya panas. Panas yang dilepas selama proses pembakaran inilah yang digunakan untuk tenga/power. Mekanisme pembakaran dipengaruhi oleh keseluruhan proses pembakaran di mana atom-atom dari bahan bakar dapat bereaksi dengan oxigen dan membentuk gas. Perbandingan campuran kira-kira 12 sampai 15 berbading 1, artinya 12 – 15 kg udara dalam 1 kg bahan bakar.
Pada motor bensin menggunakan bahan bakar bensin yang mudah terbakar dan mudah menguap. Campuran udara dan bensin yang masuk kedalam silinder dan dikompresikan oleh torak pada tekanan 8-15 bar atau 8-15 kg/cm2 dinyalakan oleh loncatan bunga api listrik (busi). Kecepatan pembakaran 10 -25 m/det, suhu udara naik hingga 2000-25000 C , tekanan pembakaran berkisar 30- 40 bar.
Proses pembakaran pada motor bensin dapat terjadi apabila : a. Campuran bahan bakar udara masuk kedalam silinder. b. Campuran dikompresikan.
c. Bahan bakar dinyalakan dengan bunga api listrik (busi).
Bensin mengandung unsur-unsur carbon dan hydrogen yang dapat terbakar apabila : a. Hydrocarbon terbakar bersama oxygen sebelum carbon bergabung dengan
oxygen.
b. Carbon terbakar lebih dahulu daripada hydrogen.
c. Senyawa hydrocarbon terlebih dahulu bergabung dengan oxygen dan membentuk senyawa (senyawa hydroxilasi) dan kemudian terbakar (thermis). Jika pembakaran berlangsung, diperlukan :
1. Bahan bakar dan udara dimasukan kedalam silinder. 2. Baha bakar dipanaskan hingga suhu nyala.
Dalam pembakaran hydrocarbon yang normal tidak akan terjadi jelaga jika kondisinya memungkinkan untuk proses hydroxilasi. Hal ini dimungkinkan bila pencampuran pendahuluan (premixture) antara bahan bakar dan udara mempunyai waktu yang cukup untuk memasukan oxygen kedalam molekul hydrocarbon.
Bila oxygen dan hydrogen tidak bercampur dengan baik, maka akan terjadi proses cracking di mana pada nyala akan timbul asap. Pembakaran semacam ini disebut pembakaran tidak sempurna.
Ada 2 kemungkinan yang dapat terjadi pada pembakaran motor bensin, yaitu:
1. Pembakaran sempurna (normal), di mana bahan bakar dapat terbakar seluruhnya pada saat dan kondisi beban yang dikehendaki.
2. Pembakaran tidak sempurna (tidak normal), di mana sebagian bahan bakar tidak ikut terbakar, atau atau tidak terbakar bersama-sama pada saat dan kondisi yang dikehendaki.
a. Pembakaran Sempurna (normal)
Grafik pembakaran sempurna dapat dilihat pada gambar di bawah ini:
Gambar 1.1. Grafik Pembakaran Sempurna. Sudut engkol (derajad) TDC 40 15 0 15 40 60 60 1 2 3. Tak ana n pem bak aran mek sim um 4 Te ka na n (kg/c m 2 ) 60 50 40 30 20 10 0
Pada gambar memperlihatkan suatu grafik yang menunjukan hubungan antara tekanan dari sudut engkol mulai dari saat penyalaan sampai akir pembakaran. Dari grafik tersebut dapat dilihat bahwa beberapa derajat setelah TMA.
Mekanisme pembakaran normal dalam motor bensin dimulai pada saat terjadinya loncatan bunga api pada busi. Selanjutnya api membakar gas bakar yang berada di sekelilingnya dan terus menjalar ke seluruh bagian sampai semua partikel gas bakar terbakar habis. Mekanisme pembakaran normal dalam motor bensin dimulai pada saat terjadinya loncatan api pada busi. Selanjutnya api membakar gas bakar yang berada disekelilingnya dan terus menjalar sampai seluruh partikel terbakar. Pada saat gas bakar dikompresikan , tekanan dan suhunya naik sehingga terjadi reaksi kimia dimana molekul hidro karbon terurai dan bercampur dengan oxygen dan udara. Bentuk ruang bakar yang dapat menimbulkan turbulensi pada gas tadi akan membuat gas dapat bercampur secara homogen.
b. Pembakaran Tidak Sempurna (Autoignition)
Pembakaran tidak sempurna merupakan proses pembakaran dimana sebagian bahan bakar tidak ikut terbakar, atau tidak terbakar bersama pada saat keadaan yang dikehendaki. Bila oxygen dan hdrokarbon tidak bercampur dengan baik maka akan terjadi proses pembakaran tidak normal timbul asap. Pembakaran semacam ini disebut pembakaran tidak sempurna. Akibat pembakaran tidak sempurna yaitu: Detonasi, dan Pre-ignition
1). Detonasi
Dalam hal ini gas baru yang belum terbakar terdesak oleh gas yang yang telah terbakar, sehingga tekanan dan suhu naik sampai keadaan hampir tebakar. Jika pada saat ini gas terbakar dengan sendirinya maka akan timbul ledakan (detonasi) yang menghasilkan gelombang kejutan (explosip) berupa suara ketukan (knocking noise) yang terjadi pada akhir pembakaran. Tekanan pembakaran dalam silinder lebihcept dari 40kg/cm2 tiap 0,001 detik. Akibatnya tenaga mesin berkurang dan akan memperpendek umur mesin. Hal-hal yang menyebabkan knocking adalah:
a. Perbandingan kompresi yang tinggi, tekanan kompresi, suhu pemanasan campuran, dan suhu silinder yang terlalu tinggi.
b. Pengapian yang terlalu cepat.
c. Putaran mesin rendah dan penyebaran api lambat.
d. Penempatan busi dan konstruksi ruang bakar tidak tepat, serta jarak penyebaran api terlampau jauh.
Penyebab detonasi pada motor bensin terbagi dalam dua jenis :
a). Detonasi karena campurab bahan bakar sudah menyala sebelum busi mengeluarkan bunga api.. Hal ini disebabkan karena kotoran-kotoran arang yang tertimbun diatas kepla torak dan ruang bakar dan menyala terus menerus.. Untuk menghilangkannnya kotoran-kotoran yang menenpel perlu dibersihkan. b). Detonasi karena kecepatan pembakaran bahan bakar di sekitar busi sangat tinggi.
Hal ini mengakibatkan bahan bakar tidak dapat terbakar secara sempurna dan meninggalkan sisa bahan bakar yang belum terbakar terkompresikan, menyebabka suhu pembakaran naik. Bahan bakar terbakar dengan sendiirinya tanpa melalui busi. Artinya pembakaran bahan bakar lebih cepat daripada pembakaran normal. Detonasi Pembakaran normal Paenapian Hanya kompresi P T TDC
Detonasi motor bensin
Gambar 1. 2. Garafik Detonasi motor.
2). Pre-ignition
Gejala pembakaran tidak sempurna adalah pre-ignation peristiwanya hampir sama dengan knocking tetapi terjadi hanya pada saat busi belum memercikan bunga api.
Pre-ignition
Gambar 1. 3. Grafik Pre Ignation motor.
Bahan bakar terbakar dengan sendirinya sebagai akibat dari tekanan dan suhu yang cukup tinggi sebelum terjadinya percikan bunga api pada busi.
Jadi pre-ignation adalah peristiwa pembakaran yang terjadi sebelum sampai pada waktu yang dikehendaki.
C. Pembakaran tidak lengkap
Pembakaran tidak lengkap yaitu apabila saat terjadinya loncatan bunga api pada busi untuk membakar semua hydrogen dan oxygen yang terkandung dalam campuran bahan bakar masih ada kelebihan atau kekurangan oxygen atau hydrogebn.
2. Penggolongan Motor bakar torak.
Jika ditinjau dari cara memperoleh energi termal ini (proses pembakaran bahan bakar), maka motor bakar dapat dibagi menjadi 2 golongan yaitu: motor pembakaran luar dan motor pembakaran dalam.
1). Motor Pembakaran Luar
Motor pembakaran luar yaitu motor yang proses pembakaran bahan bakar terjadi di luar motor, sehingga untuk melaksanakan pembakaran digunakan mekanisme tersendiri. Panas dari hasil pembakaran bahan bakar tidak langsung
diubah menjadi tenaga gerak, tetapi melalui media penghantar, kemudian diubah menjadi tenaga mekanik. Misalnya mesin uap dan turbin uap.
2). Motor Pembakaran Dalam
Motor pembakaran dalam yaitu motor yang proses pembakaran bahan bakar terjadi di dalam motor, sehingga panas dari hasil pembakaran langsung diubah menjadi tenaga mekanik. Misalnya: turbin gas, motor bakar torak dan mesin propulasi pancar gas.
B. Jumlah dan Penempatan silinder 1). Jumlah silinder
Jika ditinjau dari jumlah silinder, motor bakar terbagi atas : motor bakar satu silinder dan motor dengan lebih dari satu silinder (2, 3, 4, 6, 8, dst).
Gambar 1 menunjukan motor bakar dengan 1 silinder dan gambar 2 menunjukan motor bakar dengan 4 silinder
Alasan motor dibuat lebih dari satu silinder
Motor lebih tenang, karena gaya penggerak poros engkol lebih merata. Getaran kecil, karena gaya-gaya torak saling menyeimbangkan
Gambar 1.4 Motor satu siinder Gambar 1.5 Motor
silinder banyak
Jika ditinjau dari susunan silinder, motor bakar torak dapat dibagi menjadi : a). Sebaris
Siinder-silinder sebaris ditempatkan dalam sebuah deretan seperti terlihar pada gambar 5.
Keuntungannya :
Konstruksi sederhana Tak banyak getaran Perawatan mudah
Bila jumlah silinder lebih dari 4 konstruksi terkesan panjang Keseimbangan getaran jelek jika jumlah silinder kurang dari 4
Gambar 1. 6. Silinder Sebaris.
b). “V”
Motor bentuk “V” adalah motor yang silinder-silinder disusun dalam dua baris dengan medengan membentuk sudut satu sama membentuk sudut satu sama lain seoerti terlihat pada gambar 6
Gambar 1.7. Silinder “V.”
Keuntungannya :
Konstruksi pendek untuk silinder banyak
Poros engkol sederhana ( dua batang torak pada satu pena ) Perlu 2 kolektor gas buang
Keseimbangan getaran lebih buruk dari motor sebaris
c). Boxer (tidur)
Adalah motor bakar torak yang silinder-silindernya dalam sebuah motro rata (Flat) ditempatkan sejajar betentangan seperti terlihat pada gambar 7.
Gambar 1. 8. Silinder Boxer.
Keuntungannya :
Konstruksi pendek dan rendah
Keseimbangan getaran lebih baik dari lainnya Perlu 2 kolektor gas buang
Saluran isap panjang jika hanya satu karburator
C. Jenis Motor Bakar torak
Motor bakar torak terbagi menjadi dua jenis utama, yaitu Motor Bensin (Otto) dan Motor Diesel. Perbedaan kedua yaitu motor bensin menggunakan bahan
bakar bensin (premium), sedangkan motor diesel menggunakan bahan bakar solar. Perbedaan yang utama juga terletak pada sistem penyalaannya, di mana pada motor bensin digunakan busi sebagai sistem penyalaannya sedangkan pada motor diesel memanfaatkan suhu kompresi yang tinggi untuk dapat membakar bahan bakar solar.
a). Prinsip Kerja Motor Bensin
Pada motor bensin, bensin dibakar untuk memperoleh energi termal. Energi ini selanjutnya digunakan untuk melakukan gerakan mekanik. Prinsip kerja motor bensin, secara sederhana dapat dijelaskan sebagai berikut: campuran udara dan bensin dari karburator diisap masuk ke dalam silinder, dimampatkan oleh gerak naik torak, dibakar untuk memperoleh tenaga panas, dan dengan terbakarnya gas-gas akan mempertinggi suhu dan tekanan dalam silinder motor. Bila torak bergerak turun naik di dalam silinder dan menerima tekanan tinggi akibat pembakaran, memungkinkan torak terdorong ke bawah. Bila batang torak dan poros engkol dilengkapi untuk merubah gerakan turun naik menjadi gerakan putar, torak akan menggerakkan batang torak dan akan memutarkan poros engkol. Torak juga diperlukan untuk membuang gas-gas sisa pembakaran dan penyediaan campuran udara bensin pada saat yang tepat untuk menjaga agar torak dapat bergerak secara periodik dan melakukan kerja tetap.
Kerja periodik di dalam silinder dimulai dari pemasukan campuran udara dan bensin ke dalam silinder, kompresi, pembakaran dan pengeluaran gas-gas sisa pembakaran dari dalam silinder inilah yang disebut dengan “siklus motor”. Pada motor bensin terdapat dua macam tipe yaitu:
1). Motor bakar 4 tak (4 langkah atau 4 gerakan) .Pada motor 4 tak, untuk melakukan satu siklus kerja memerlukan 4 gerakan torak atau dua kali putaran poros engkoL
2). Motor bakar 2 tak ( 2 langkah atau 2 gerakan). Motor 2 tak, untuk melakukan satu siklus kerja memerlukan 2 gerakan torak atau satu putaran poros engkol. b. Prinsip Kerja Motor Bensin 4 Langkah
Torak bergerak naik turun di dalam silinder dalam gerakan reciprocating. Titik tertinggi yang dicapai oleh torak disebut titik mati atas (TMA) dan titik terendah disebut titik mati bawah (TMB). Gerakan dari TMA ke TMB disebut langkah torak (stroke). Pada motor 4 langkah mempunyai 4 langkah dalam satu gerakan yaitu langkah penghisapan, langkah kompresi, langkah kerja dan langkah pembuangan.
Adapun urutan proses kerja Motor Bensin 4 tak dapat dijelaskan sebagai berikut : a). Langkah hisap
Pada gerak hisap, campuran udara bensin dihisap ke dalam silinder. Bila jarum dilepas dari sebuah alat suntik dan plunyernya ditarik sambil menutup bagian ujung yang terbuka dengan jari (alat suntik akan rusak bila plunyer ditarik dengan tiba-tiba), dengan membebaskan jari akan menyebabkan udara masuk ke alat suntik dan akan terdengar suara letupan. Hal ini terjadi sebab tekanan di dalam lebih rendah dari tekanan udara luar. Hal yang sama jugaterjadi di motor, torak dalam gerakan turun dari TMA ke TMB menyebabkan kehampaan di dalam silinder, dengan
demikian campuran udara bensin dihisap ke dalam. Selama langkah torak ini, katup hisap akan membuka dan katup buang menutup.
Gambar 1.9. Langkah Hisap. b). Langkah kompresi
Dalam gerakan ini campuran udara bensin yang di dalam silinder dimampatkan oleh torak yang bergerak ke atas dari TMB ke TMA. Katup hisap dan katup buang akan menutup selama gerakan, tekanan dan suhu campuran udara bensin menjadi naik. Bila tekanan campuran udara bensin ditambah, maka tekanan serta ledakan terjadi semakin besar.
Tekanan kuat ini akan mendorong torak ke bawah. Torak sudah melakukan dua gerakan atau satu putaran, dan poros engkol berputar satu putaran.
Gambar 1. 10. Langkah Kompresi c). Langkah usaha
Dalam gerakan ini, campuran udara bensin yang dihisap telah dibakar dan menghasilkan tenaga yang mendorong torak ke bawah meneruskan tenaga penggerak yang nyata. Selama gerak ini katup hisap dan katup buang masih tertutu
Torak telah melakukan tiga langkah dan poros engkol berputar satu setengah putaran.
Gambar 1.11. Langkah Usaha d). Langkah buang
Dalam gerak ini, torak terdorong ke TMB dan naik kembali ke TMA untuk mendorong gas-gas yang telah terbakar dari silinder.
Selama gerak ini katup buang terbuka. Bila torak mencapai TMA sesudah melakukan pekerjaan seperti di atas, torak akan kembali pada keadaan untuk memulai gerak hisap. Torak motor telah melakukan 4 gerakan penuh, hisap-kompresi-kerja-buang. Poros engkol berputar 2 putaran, dan telah menghasilkan satu tenaga. Di dalam motor sebenarnya, membuka dan menutupnya katup tidak terjadi tepat pada TMA dan TMB, tetapi akan berlaku lebih cepat atau lambat, ini dimaksudkan untuk lebih efektif untuk aliran gas.
Jadi : Motor 4 Tak adalah motor yang memerluhkan 4 kali langkah torak ( 2 putaran poros engkol ) untuk menghasilkan
1 kali usaha.
Nama bagian mekanisme engkol dan katup motor 4 Tak
Gambar 1.13. Motor 4 tak. 4 1 3 11 5 6 8 9 12 2 7 10
Keterangan
1. Pena torak 7. Poros kam
2. Roda gigi poros kam 8. Tuas Katup
3. Roda gigi poros engkol 9. Batang penggerak
4. Panci oli 10. Poros engkol
5. Busi 11. Batang penekan katup
6. Katup isap 12. Karburator
C. Proses kerja Motor Bensin 2 tak
Bila torak bergerak dari TMB ke titik mati atas (TMA), maka gas yang ada diatas torak mulai dikompresikan, sehingga tekanan dan temperatur naik. Sedangkan dibawah torak terjadi proses pengisian sebab saat torak bergerak keatas ruangan dibagian bawah torak akan vacuum. Campuran bahan bakar-udara dari karburator dapat masuk melaui inlet port.
Beberapa derajat sebelum torak mencapai TMA busi memercikan bunga api, dengan demikian terjadi pembakaran yang menyebabkan tekanan, dan temperatur naik, sehingga torak terdesak kebawah ke TMB.
Dibagian bawah torak gas yang telah menempati ruang bwah torak akan tertekan keatas melalui tranfer port (saluran bilas) yang mulai terbuka. Saat mulai terjadinya pembilasan (pemasukan gas baru dan pengeluaran gas bekas).
Jadi : Motor 2 Tak adalah motor yang memerluhkan 2 kali langkah torak ( 1 putaran poros engkol ) untuk menghasilkan
Gambar 1.14. Langkah Kerja Motor 2tak. Urutan Proses Kerja Motor 2 Tak.
Langkah torak Kejadian di atas torak Kejadian di bawah torak
Torak bergerak dari TMB ke TMA ( I )
Akhir pembilasan diikuti pemampatan bahan bakar + udara
Setelah dekat TMA pembakaran dimulai.
Campuran bahan bakar dan udara baru masuk keruang engkol melalui saluran masuk
Torak bergerak dari TMA ke TMB ( II )
Akibat pembakaran, tekanan mendorong torak ke TMB. Saluran buang terbuka, gas
bekas terbuang dan didorong gas baru (pembilasan)
Campuran bahan bakar dan udara di ruang engkol tertekan dan akan naik keruang atas torak lewat saluran bilas Sal. Buang Sal. Masuk Sal. Bilas Ruang engkol
Nama bagian-bagian motor 2Tak dapat dilihat pada gambar dibawah ini :
Gambar 1.15. Motor 2 tak.
1. Kepala silinder 7. Bantalan batang
2. Saluran isap 8. Saluran buang
3. Sirip pendingin 9. Ruang engkol
4. Torak 10. Saluran bilas
5. Batang torak 11. Busi
3). Kemampuan motor (Performance)
Kemampuan motor adalah prestasi suatu motor yang hubungannya dengan daya motor yang dihasilkan serta daya guna motor tersebut. Ada beberapa faktor yang dapat mempengaruhi kemmpuan motor antara lain :
1 11 2 3 4 5 6 9 10 8 7
a. Volume langkah torak. b. Volume ruang bakar c. Perbandingan kompresi. d. Efesinsi volumetrik. e. Efesiensi pemasukan.
f. Efesiensi panas dan daya usaha.
a.Volume langkah torak (volume silinder)
Yang dimaksud dengan volume langkah torak adalah volume silinder yang dihiutng dari titik mati atas (TMA) sampai titik mati bawah (TMB). Volume ini yang mempengaruhi volume gas yang masuk keseluruh silinder yang akan menghasilkan energi pembakaran setelah gas tersebut terbakar. Apabila volume langkahnya besar, maka gas yang masuk juga banyak sehingga energi pembakarannya besar, akan menghasilakn perubahan energi panas menjadi energi mekanis juga besar. Apabila keadaannya terbalik, maka hasilnyapun akan terbalik.
Gambar 1.16. Posisi Torak.. TMA
TMB L
Keterangan :
TMA = Titik Mati Atas ( Batas teratas langkah torak ) TMB = Titik Mati Bawah ( Batas terbawah langkah torak ) L = Panjang langkah torak dari TMB ke TMA
r = Radius / Jari-jari engkol
Panjang langkah torak = 2 kali radius engkol L = 2 x r Rumus : Vs = 4 . D2 . S [Cm3] D = Diameter silinder S = Langkah torak ( L ) Vs = Volume silinder Contoh
Diketahui : Vol motor = 1800 Cm3
Jumlah silinder ( I ) = 4 ; Diameter silinder = 82 mm = 8,2 cm Ditanyakan : Langkah torak = ….
Jawab : 450cm3 4 1800 Vs mm 85 cm 5 , 8 S 24 , 67 785 , 0 450 2 D 4 / Vs S
b). Volume ruang bakar
Volume ruang bakar adalah volume yang ada diantara torak dan kepala silinder bilamana torak pada TMA. Karena bentuknya yang tidak semestris seperti volume langkah torak ,maka biasanya dihitung dengan menungkan cairan kedalam ruang bakar, kemudian dengan menggunakan gelas ukur dapat diketahui volumenya. Volume ruang bakar sering disebut juga volume kompresi. (Vk)
Umumnya volume ruang bakar dari suatu motor dinyatakan dalam Cm3 ( cc ) atau liter (l).
Gambar 1.17. Volume ruang bakar.
Berdasarkan ukuran diameter silinder dan langkah torak, motor bakar torak dibedakan menjadi :
a). Jika diameter silinder sama dengan langkah torak disebut Square Engine.
b). Jika langkah torak lebih kecil dari diameter silinder disebut Over Square Engine. c) jika langkah torak lebih besar diameter silinder disebut Long Stroke Engine
c). Perbandingan Kompresi
Perbandingan kompresi (tingkat pemampatan) adalah perbandingan antara isi silinder diatas torak saat torak di TMB dengan volume diatas torak saat torak di TMA
Volume langkah Ruang bakar
TMA TMA
Ruang bakar ( vol. Kompresi )
B : 1
Vk
TMA
inder (
Gambar 1.18. Perbandingan Kompresi. Rumus :
Vk Vk VL Vs =Vl = Vol. Langkah Vk = Vol. Kompresi Motor otto = 7 : 1 s/d 12 : 1 Motor diesel = 14 : 1 s/d 25 : 1 d).Tekanan KompresiTekanan kompresi suatu motor adalah tekanan campuran bahan bakar dan udara dalam langkah kompresi sehingga tekanan dalam silinder naik. Tekanan kompresi tergantung pada perbandingan lompresi, suhu pada permulaan langkah kompresi.
Motor otto = 10 s/d 17 bar Motor diesel = 30 s/d 50 bar e).Tekanan Pembakaran
Tekanan pembakaran sering disebut juga dengan tekanan kerja suatu motor adalah tekanan setelah pembakaran campuran bahan bakar dan udara dalam silinder. Permukaan torak menerima tekanan kerja dan merubah tekanan tersebut menjadi gaya. Gaya ini diteruskan ke batang torak yang menyebabkan berputarnya poros engkol. Berputarnya poros engkol akan menyebabkan timbul nya tenaga putar yang disebut “torsi”.
Motor otto = 30 s/d 40 bar Motor diesel = 60 s/d 90 bar
f). Tekanan Efektif Rata-rata (Brake Mean Pressure - BMEP)
Proses pembakaran udara dengan bahan bakar menghasilkan tekanan yang bekerja pada torak sehingga menghasilkan langkah kerja. Besar tekanan tersebut
berubah-ubah sepanjang langkah torak tersebut. Jika diambil suatu tekanan yang berharga konstan yang bekerja pada torak dan menghasilkan kerja yang sama, maka tekanan tersebut disebut dengan tekanan efektif rata-rata .
Tekanan efektif rata-rata yang didapatkan dengan membagi daya yang dihasilkan dengan volume perpindahan torak. Kenaikan daya tentu membuat Tekanan Efektif Rata-rata (Brake Mean Pressure - BMEP).ikut naik.
g). Momen putar (Torsi)
Proses pembakaran di dalam silindr selanjutnya menimbulkan tekanan pembakaran yang diteruskan untuk menekan torak. Akibat adanya tekanan ini torak akan merubah tekanan tersebut menjadi gaya. Gaya ini selanjutnya diteruskan ke batang torak yang nantinya akan menyebabkan berputarnya poros engkol. Berputarnya poros engkol akan menyebabkan timbulnya tenaga putar dan tenaga putar inilah yang disebut torsi.
Momen putar ( torsi ) suatu motor adalah kekuatan putar poros engkol yang akhirnya menggerakkan kendaraan.
Gambar 1.19. Ilustrasi Momen putar.
Momen putar adalah perkalian antara gaya keliling dan jari-jari.
Fk = Gaya keliling, diukur dalam satuan Newton ( N )
r = Jari-jari ( jarak antara sumbu poros engkol sampai tempat mengukur gaya keliling ), diukur dalam satuan meter ( m ).
Pada motor, gaya Fk adalah gaya yang bekerja pada batang penggerak dan r adalah lengan poros engkol atau separuh dari langkah torak. Jika langkah torak cukup panjang dan tekanan pembakaran cukup tinggi, maka akan menghasilkan torsi yang cukup besar juga. Panjang langkah torak juga akan mempengaruhi kecepatan translasi dari torak di mana untuk langkah torak yang panjang dan untuk langkah torak yang pendek pada suatu harga kecepatan putar tertentu akan menghasilkan kecepatan trnslasi yang berbeda atau untuk langkah torak yang panjang akan lebih cepat dari pada langkah torak yang pendek.
Kecepatan translasi torak terbatas pada suatu harga kecepatan tertentu sehingga untuk motor dengan langkah torak yang panjang menyebabkan putaran mesin lebih rendah dibanding dengan motor yang mempunyai langkah torak yang pendek. Dengan adanya hubingan antara kecepatan translasi torak dan langkah torak, maka bila diambil harga efesinsi volumetrik pada kecepatan translasi torak yang tertentu,efesinsi volumtrik akan maksimum pada kecepatan putar yang rendah, untuk motor dengan langkah torak panjang dan pada kecepatan putar yang tinggi untuk motor dengan langkah torak yang pendek. Demikian pula dengan torsi yang dihasilkan dimana untuk motor dengan langkah torak panjang, torsi maksimum dihasilkan pada putaran rendah dan untuk motor dengan langkah torak pendek, torsi mksimum dihasilkan pada putaran tinggi.
g). Daya
Yang dimaksud dengan daya motor adalah besar kerja motor yang diberikan ke poros penggerak..
Gambar 1.20. Ilustrasi Daya motor.
Daya adalah hasil kerja yang dilakukan dalam batas waktu tertentu [ F.c/ t ] Pada motor daya merupakan perkalian antara momen putar (Mp ) dengan
putaran mesin ( n )
Daya motor, dihitung dalam satuan kilo Watt ( Kw )
Kw
n
x
Mp
P
9550
Angka 9550 merupakan faktor penyesuaian satuan. Mp = Momen putar ( Nm )
n = Putaran mesin ( Rpm )
f). Efisiensi motor bakar
Efisiensi adalah angka perbandingan dari daya mekanis yang dihasikan oleh motor dengan daya kalor bahan bakar yang telah digunakan. Efesiensi biasanya ditunjukan dalam kaitannya dengan efesiensi motor adalah efesiensi thermal efektif atau keseluruhan efesiensi. Dari gambar 20 dapat dilihat bahwa :
1). Kerugian panas hilang sekitar 30 % melalui cairan pendingin.
2). Gas bekas yang mempunyai tekanan tertentu bila meninggalkan motor, sekitar 30 % dari persediaan tenaga panas hilang.
3). Gesekan dan radiasi mengambil panas sekitar 10 %..
Dengan demikian panas yang tersisa sekitar 30 % yang digunakan sebagai tenaga mekanik yang berguna. Distribusi panas dari hasil proses pembakaran motor inilah yang disebut keseimbangan panas.
Motor Otto ( ) = 20% ÷ 35%, Motor Diesel ( ) = 35% ÷ 55%.
Besar efisiensi motor secara umum :
Gambar 1.21. Ilustrasi Efisiensi.
Panas yang tersisa yang digunakan sebagai tenaga mekanis yang berguna disebut “Efesiensi panas”. Semakin besar efesiiensi panas dari suatu motor, maka semakin besar pula kemampuan suatu motor.
g. Efesiensi Volumetrik.
Volume campuran udara dan bahan bakar yang masuk kesilinder pada saat langkah isap secara teoritis sama dengan volume langkah torak daari titik mati atas sampai titik mati bawah. Volume ini akan menghasilkan tenaga jika terbakar. Namun kenyataannya voume yang masuk kedalam silinder lebih kecil dari volume langkah torak akibat beberapa faktor seperti tekanan udara, temperatur udara, sisi sisa gas
Input :
Daya kalor yang diberikan bahan bakar 100%
Kerugian panas pada sistem
pendinginan 30 % Kerugian gas buang panas + tekanan 30%
Gesekan + Radiasi 10 %
Daya mekanis yang dihasilkan 30 %
bekas, panjang saluran masuk (Intake manifold), bentuk saluran masuk dan kehalusan permukaan dalam saluran. Besarnya volume campuran gas yang sebenarnya masuk kedalam silinder pada langkah isap dengan volume gas yang dapat masuk dinyatakan dalam suatu angka perbandingan yang disebut efesiensi volumetrik. Untuk jelasnya :
Jumlah volume campuran gas pada tekanan dan dan temperatur sekeliling
Efesinsi volumetrik ( v ) = --- Volume langkah
h).Efesiensi Pengisian.
Dalam menetukan berat berat suatu gas, harus ditentukan dahulu patokan dari temperatur dan tekanan shingga perubahan dari volume menjadi menjadi berat dapat diketahui Sebagai patokan telah ditetapkan suatu harga temperatur dan tekanan((standard temperature and pressure), yang menetapkan bahwa :
(T0) = 15 0 C
(p0) = 1 atm = 760 mm Hg.
Dengan menggunakan rumus : p.v = n.R.T dapat dilihat hubungan antara berat, volume, tekanan dan temperatur dari suatu gas. Dalam kondisi tertetu, suatu gas dapat ditentukan beratnya dimana apabila berat gas yang masuk ke dalam silinder diperbandingkan dengan berat gas yang sebenarnya masuk ke dalam silinder disebut efesiensi voumetrik. Namun jika kondisi gas dirubah ke kondisi standart baik dalam bentuk volume maupu berat dari gas diperbandingkan yang menghasilkan suatu harga perbandingan disebut “efesiensi pengisian.”
Efesiensi pengisian adalah suatu harga perbandingan antara volume gas yang tidak dipengaruhi oleh kondisi temperatur dan tekanan sekelilingnya dengan volume langkah. Artinya volume gas yang masuk kedalam silinder harus sesuai dengan standar temperatur dan tekanan standart.
Jumlah volume campuran gas pada tekanan dan temperatur sekeliling (p dan T dirubah ke p0 dan T0
Efesiensi pengisian = --- Volume silinder
Atau
Jumlah berat campuran gas yang dapat masuk ke dalam silinder pada p dan T
Efesiensi pengisian = --- Jumlah berat campuran gas yang seharusnya masuk ke dalam
silinder pada p0 dan T0
Nilai efesiensi volumetrik dan efesiensi pengisian bila semakin besar, maka semakin banyak campuran gas yang masuk kedalam silinder. Ini berarti semakin besar daya yang dihasilkan. Nilai efesiensi volumetrik dan efesiensi pengisian juga dipengaruhi oleh bentuk dan panjang saluran isap, kehalusan permukaan dalam saluran, dan kecepatan mesin. Nilai efesiensi volumetrik dan efesiensi pengisian berkisar antara 65 – 85 %. Untuk menaikan nilai efesiensi volumetrik dan efesiensi pengisian dapat dilakukan dengan :
1). Intake manifold yang dihaluskan akan menghasilkan daya mekanis lebih tinggi dibandingkan dengan yang standard seperti terlihat pada gambar 21. Penggunaan intake manifold yang dihaluskan membuat efisiensi motor bakar meningkat rata-rata sebesar 5.24 % .
Gambar 1.22. Efisiensi motor bakar.
2). Proses pemasukan gas kedalam silinder dibantu dengan tekanan yang melebihi tekanan atmosfir (dengan supercharger) atau (turbocharger).
Supercaharging adalah proses pemasukan gas atau udara baru kedalam silinder yang menggunakan pompa yang tenaganya diambil dari mesin.
Turbocharging adalah proses pemasukan bahan bakar kedalam silinder menggunakan tekanan gas-gas bekas yang sebelum meninggalkan mesin dilewatkan melalui sebuah turbin. Pada sumbu turbin dipasangkan sebuah kipas yang menekan udara luar dengan tekanan.
Pada motor bakar torak 4 langkah maupun 2 langkah jika dilengkapi dengan dengan supercaharging maupun turbocharging akan menaikan rendemen volumetris. Pengisian dengan supercaharging maupun turbocharging disebut juga dengan pengisian tekanan dan bila dibandingkan dengan pengisian isap memiliki beberapa keuntungan antara lain :
1 m3 udara dari 150C yang bertekanan 0,9 atm, beratnya 1,07 kg (pengisian isap) 1 m3 udara dari 150C yang bertekanan 1,3 atm, beratnya 1,55 kg (pengisian tekan) Contoh :
Untuk suatu motor bakar torak yang isi silindernya 1 m3, dengan pengisian biasa (isap), silindernya dapat terisi 1,07 kg udara, sedangkan dengan pengisian tekan, silindernya dapat terisi 1,55 kg udara. Dengan demikian pengisian tekan isi silindernya kurang lebih 45 % lebih berat dari pada pengisian isap. Dengan pengisian tekan tenaga motor dapat naik sekitar 45 %.
i). Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (Specific Fuel Consumption - SFC)
Untuk mendapatkan energi panas diperlukan campuran gas yang terdiri dari udara dan bahan bakar. Banyaknya bahan bakar yang digunakan untuk menghasilkan energi panas tergantung pada besar volumu langkah torak dan efesiensi volumetrik atau pengisian. Konsumsi bahan bakar biasanya dikenal yang menyatakan jarak tempuh kendaraan tiap satu liter bahan bakar.
Konsumsi bahan bakar jika dibandingkan dengan daya mesin yang dihasilkan selama kurun waktu tertentu dikenal dengan istilah “konsumsi bahan bakar spesifik”.
Banyaknya bahan bakar yang dibakar (gr) Konsumsi bahan bakar spesifik = ---
Daya mesin yang dihasilkan dlm waktu(PS.hr
gram bahan bakar Konsumsi bahan bakar spesifik = --- Daya kuda x jam
Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (Specific Fuel Consumption - SFC) adalah indikator keefektifan suatu motor bakar torak dalam menggunakan bahan bakar yang tersedia untuk menghasilkan daya. Dengan demikian, semakin kecil SFC maka dapat dikatakan motor semakin hemat bahan bakar.
Nilai konsumsi bahan bakar spesifik bervariasi dan dipengatuhi oleh besar kecilnya harga efesiensi panas.
Pada motor bakar dengan intake manifold yang dihaluskan, aliran masuk bahan bakar mempunyai tekanan lebih tinggi karena rugi gesekan lebih kecil bila dibandingkan dengan intake manifold normal, keadaan ini membuat bahan bakar dari karburator ke ruang bakar dengan laju aliran lebih rendah atau konsumsi bahan bakar lebih rendah seperti terlihat pada gambar 21.
Hal ini berdasar prinsip dari karburator di mana bahan bakar ke luar dari tanki karena adanya beda tekanan antara tekanan bahan bakar di saluran keluaran dengan tekanan udara di karburator. Semakin rendah beda tekanan maka semakin sedikit bahan bakar yang keluar.
300 350 400 450 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Putaran (rpm) S FC ( gr/ k W .j am ) Standard Dihaluskan
j). Panas –Usaha – rendemen
Dalam motor bakar sejumlah panas diubah menjadi kerja atau usaha. Hal tersebut terlaksana karena panas pembakaran mengakibatkan pembesaran isi dan kenaikan tekanan. Pembesaran isi dan kenaikan tekanan diperlukan untuk merubah panas menjadi usaha. Panas adalah juga usaha dalam bentuk lain.
Usaha dinyatakan dengan satuan “kgm.
Usaha sebesar 1 kgm berarti usaha yang dibutuhkan untuk mengangkat beban seberat 1 kg setinggi 1 meter.
Usaha 1 kgm tiap detik disebut “daya usaha”. Jadi kgm/det adalah satuan untuk “daya usaha.
Daya usaha sebesar 75 kgm/det disebut 1 pk.
Untuk mengetahui banyaknya usaha yang dibangkitkan oleh sejumlah panas dalam proses pembakaran suatu motor.
Oleh karena 1 kcal dinyatakan sama dengan usaha sebesar 427 kgm, maka daya usaha sebesar 1 pk dibutuhkan panas sebesar :
75
---- = 0,176 kcal tiap detik, atau 427
3600 x 0,176 = 632 kcal tiap jam Jadi : 1 pk = 632 kcal/jam.
Jadi untuk membangkitkan 1 pk selama 1 jam dibutuhkan panas sebanyak 532 kcal harus dibah menjadi usaha.
Panas yang digunakan sebagai usaha pada proses pembakaran hanya sebagian kecil saja (kira 30 %), sedangkan sisanya hilang ( terbawa oleh air pendingin dan gas buang). Perbandingan antara panas yang berubah menjadi usaha dan panas yang tersedia ( dihasilkan dari pembakaran) disebut : “daya guna thermis” atau “rendemen tehermis” dan dinyatakan dengan ( t ) dibaca ta tee.
Atau :
Panas yang terubah menjadi usaha Q1 – Q2
____________________________ = t atau _________ = t Panas yang tersedia Q1
Q1 = panas yang tersedia Q2 = panas yang terbuang
Karena daya guna thermis sangat tergantung dari panas (suhu) yang tertinggi dan yang teendah dari suatu motor, maka t dapat dinyatakan dengan rumus :
T1 - T2
__________ = t T1
Contoh Soal :
Sebuah motor bakar torak diketahui : T1 (pada dinding ruang bakar) 14000 C T2 (pada pipa gas buang) 3000 C, maka :
1400 - 300
__________ = 0,785 = 78,5 % 1400
j). Air Fuel Ratio (AFR)
Air Fuel Ratio adalah faktor yang mempengaruhi kesempurnaan proses pembakaran di dalam ruang bakar. Merupakan komposisi campuran bensin dan udara yang ideal dalam motr bakar. Idealnya AFR bernilai 14,7. Artinya campura terdiri dari 1 bensin berbanding 14,7 udara atau disebut dengan istilah Stoichiometry.
Pemakaian udara yang tidak stoikiometris, dikenal istilah Equivalent Ratio (ER).
Equivalent Ratio (ER) adalah perbandingan antara jumlah (bahan bakar/ udara) yang digunakan dan jumlah (bahan bakar/ udara) stoikiometris.
Dengan demikian maka:
ris stoikiomet udara bahanbakar digunakan yang udara bahanbakar ER ) / ( ) / (
ER = 1, berarti reaksi stoikiometris tetap sama dengan harga AFR ideal. ER < 1, berarti pemakaian udara kurang dari keperluan reaksi stoikiometris. ER > 1, berarti pemakaian udara lebih dari keperluan reaksi stoikiometris.
n). Besaran Satuan dan Konversi dalam Satuan Lain 1. Tekanan
1 Atmosfir = 101,32 KPA ( kilo pascal ) = 1,0132 Bar = 1,033 Kg/cm2 = 14,696 b/In2 = 760 mm Hg = 29,92 In Hg 2 Volume 1 cc = 1 cm3 = 0,001 dm3 = 0,001 liter = 1000 mm3 = 0,6102 In3 3 Gaya 1 Kg = 9,8066 n 1 Kpm = 7,233 b ft (food pounds)
= 100,197 Nm (Newton meter) 4 Daya 1 Ps = 0,7355 kw (kilo watt) 1 hp = 0,736 kw (kilo watt) 5 Luas 1 cm2 = 100 mm2 = 0,0001 m2 = 0,155 In2 C. Urutan Pengapian
Jika ditinjau dari urutan pengapian dan bentuk poros engkol motor bakar empat langkah dapat dilihat pada tabel 2 :
Tabel 1.2. Urutan pengapian Motor 1 silinder Pe JP 720o 1 720 Motor boxer 2 silinder Pe JP 360o 2 720 Motor sebaris 2 silinder Pe JP 360o 2 720 Motor sebaris 3 silinder JP = 720 : 3 = 240° Pe
Motor sebaris 4 silinder Urutan Pengapian 1 – 3 – 4 – 2 1 – 2 – 4 – 3 Jarak pengapian : 0 180 4 720 Pe Motor boxer 4 silinder Urutan Pengapian 1 – 4 – 3 – 2 JP : 3600 2 720 Pe Motor sebaris 5 silnder Urutan Pengapian 1 – 2 – 4 – 5 – 3 JP : 1440 5 720 Pe Motor sebaris 6 silinder Urutan Pengapian 1 – 5 –3 – 6 – 2 – 4 JP : 1200 6 720 Pe Motor “V” 8 silinder Urutan Pengapian 1-8-2-7-4-5-3-6 JP : 900 8 720 Pe
720 = Derajat putaran poros engkol, untuk motor 4 lankah jumlah putaran poros engkol = 2 dimana satu putaran poros = 360 derajat.
1,2 ,3, dst = Jumlah silinder.
Urutan pengapian adalah urutan torak yang berada pada akhir langkah kompresi untuk mendapatkan percikan api dari busi.
4) Urutan langkah kerja
Adalah langkah kerja torak yang melaksanakan siklus kerja motor berdasarkan urutan pengapian yang bertujuan menjaga keseibngan putaran setiap torak.
Pada motor sebaris 4 langkah dua silinder :
langkah pertama silinder nomor 1 proses langkah kompresi (K), silinder nomor 2 proses langkah buang.
Langkah kedua silinder nomor 1 proses langkah usaha, silinder nomor dua proses langkah isap. Dan seterusnnya
Urutan langkah kerja, motor bakar berdasarkan jumlah sinder dan jenisnya. Ini dapat dilihat pada tabel 3
Tabel 1.3 Urutan langkah kerja motor Motor 1 silinder JP 720o Pe 1 720 Motor boxer 2 silinder JP 360o Pe 2 720 Motor sebaris 2 silinder JP 360o Pe 2 720 Motor sebaris 4 silinder Motor sebaris 3 silinder 1 K U B I 2 B I K U 3 I K U B FO : 1 – 3 – 4 – 2 JP = 1800 4 720 Pe FO : 1- 3 -2 JP = 720 : 3 = 240°Pe Motor boxer 4 silinder FO : 1 –4 – 3 – 2 JP = 1800 4 720 Pe 1 K U B I 2 B I K U 1 K U B I 1 K U B I 2 B I K U 1 K U B I 2 U B I K 3 I K U B 4 B I K U 1 K U B I 2 U B I K 3 B I K U 4 I K U B
Motor sebaris 5 silinder FO : 1 – 2 – 4 – 5 – 3 JP = 1440 5 720 Pe Motor sebaris 6 silinder FO = 1-5-3-6-2-4 JP = 1200 6 720 Pe Motor “V” 8 silinder FO = 1-8-2-7-4-5-3-6 JP = 900 8 720 Pe 1 K U B I 2 I K U B I 3 K K 4 K 5 K 1 K 2 K 3 K 4 K 5 K 6 K K 7 K 8 K 1 K 2 K 3 K 4 K K 5 K 6 K
MOTOR BAKAR 45 BAB II
BAGIAN UTAMA MOTOR I. Pendahuluan
Motor terdiri atas beberapa bagian yang mempunyai fungsi dan kegunaan masing-masing yang merupakan satu kesatuan yang kompak sehingga dapt menghasilkan kerja mekanik. Bagian utama dan sistem kelengkapan motor dapat dijelaskan sebagai berikut : Bagian utama terdiri dari:
A. Bagian yang bergerak meliputi : Torak, ring torak, batang torak, poros engkol, mekanisme katup dan roda penerus.
B. Bagian tak bergerak meliputi : Kepala Silinder, Blok silinder, Bak engkol, Paking, dan manifol.
A). Fungsi komponen dari bagian utama motor yang bergerak.
Seperti terlihat pada gambar 21 dibawah ini, adalah gambaran dari setiap komponen motor yang bergerak yang terdiri dari :
MOTOR BAKAR 46 1. Torak (Piston)
Torak bergerak bolak balik dari Titik Mati Atas (TMA) ke Titik Mati Bawah (TMB) dan sebaliknya menyebabkan terjadinya perubahan volume dan tekanan baik diatas maupun dibawah torak.
Torak dan ring torak berfungsi sebagai berikut :
a. Mengisap dan mengkompresikan gas bahan bakar-udara dan menekan gas sisa pembakaran keluar dari ruang bakar.
b. Merubah tenaga panas hasil proses pembakaran menjadi tenaga mekanis. c. Menyekat hubungan antara ruang diatas torak dan dibawah torak. Gambar 22 adalah gambar potongan penampang torak
Gambar 2.2. Penampang potongan torak
Torak akan selalu mengalami gesekan dan menerima panas yang tinggi saat mesin bekerja, oleh karena itu torak harus terbuat dari bahan yang memiliki sifat-sifat sebagai
MOTOR BAKAR 47 berikut : ringan, kuat dan kokoh, penghantar panas yang baik, tahan gesekan, koefiensien muai kecil.
Untuk memenuhi kondisi kerja mesin, konstruksi torak dibuat dalam empat bentuk pilihan : a. Split Piston; yaitu pada bagian badan torak dilengkapi dengan alur bentuk ”T” atau
”U” sebagai tempat pemuaian panas.
b. Slipper Piston; yaitu pada bagian bawah torak dipotong untuk mengurangi berat dan mengurangi bidang gesek.
c. Autothermis Piston; yaitu pada bagian dalam atas torak dilengkapi dengan ring baja.
d. Oval Piston; yaitu pada tebal dinding torak tidak sama, sisi lubang pena torak dibuat lebih tebal sehingga besarnya pemuaian juga akan berbeda. Bentuk oval dibuat agar pada saat menerima panas dapat menjadi bulat.
2. Cincin torak (Ring Piston)
Agar terjadi penyekatan yang baik antara ruang di atas torak dan di bawah torak maka diperlukan cincin torak (ring torak). Gambar 23 dibawah ini memperlihatkan penampang potongan cincin torak.
MOTOR BAKAR 48 Gambar 2.4. cinsin torak torak yang terpasang.
Pada keadaan bebas, diameter cincin torak lebih besar daripada didalam silindernya. pada kondisi terpasang, permukaan luar cincin torak harus bersinggungan dengan silinder namun dapat begerak bebas didalam alurnya. Cincin tarak yang terlalu longgar akan menyebabkan kebocoran kompresi dan dapat menyebabkan naiknya minyak pelumas kedalam ruang kompresi. Apabila celah cincin torak terlalu kecil dapat menyebabkan patahnya cincin torak jika terjadi pemuaian karena panas atau merusakkan dinding silinder, oleh karena itu pemakaian cincin torak harus sesuai dengan spesifikasinya.
Pada motor empat langkah (4 tak), cincin torak dapat dibedakan dua macam yaitu dua cincin kompresi dan satu cincin pelumas.
a) Cincin Kompresi
Cincin kompresi terbuat dari besi tuang kelabu dengan lapisan logam putih pada permukaan yang bersinggungan dengan dinding silinder. Pada umumnya sebuah torak memerlukan 2 cincin kompresi. Cincin kompresi yang terpasang pada bagian atas kepala torak disebut cincin kompresi satu yang memiliki dimensi lebih besar dari cincin torak dua yang terpasang dibawahnya.
Fungsinya adalah untuk menjaga kebocoran campuran udara - bahan bakar dan gas pembakaran selama langka kompresi dan langka usaha.
MOTOR BAKAR 49 b) Cincin Pelumas
Cincin pelumas letaknya dibagian paling bawah pada alur cincin torak, pada lingkaran bagian tengah terdapat alur yang menembus bagian dalam torak.
Fungsi cincin pelumas antara laian :
a). Membentuk lapisan oli (film minyak) diantara torak dan dinding silinder. b). Meratakan minyak pelumas.
c). Mengikis kelebihan pelumas agar tidak masuk ke dalam ruang bakar.
Gambar 24 dibawah ini memperlihatkan bentuk cincin kompresi dan cincin pelumas pada motor 4 tak.
Cincin torak yang dipasang pada torak ujung celah potongannya tidak boleh diletakkan pada sisi atau baris yang sama karena dapat menimbulkan kebocoran kompresi.. Bentuk potongan pada ujung celah sambungan cincin compresi seperti gambar 25 di bawah ini terdiri dari potongan lurus dan potongan sudut.
- cincin kompresi
cincin pelumas
MOTOR BAKAR 50
potongan lurus potongan sudut
Gambar 2.6. bentuk potongan ujung celah cincin kompresi.
3. Batang torak (Connecting Rod)
Batang torak berfungsi untuk menyalurkan tenaga pembakaran dari torak (piston) ke poros engkol (crank shaft). Bagian ujung batang torak yang dihubungkan dengan torak menggunakan pena torak disebut small end, sedangkan bagian pangkal yang berhubungan dengan poros engkol disebut big end. Pada small end maupun big end terdapat bantalan (bearing) untuk mencegah rusaknya big end dan small end akibat panas dan gesekan.
Pena torak
Boss pena torak
Batang torak
Bantalan luncur (metal jalan) Pangkal batang
torak (big end)
MOTOR BAKAR 51 4. Pena Torak
Pena torak menghubungkan torak dengan small end pada batang torak. Torak dan batai| torak dihubungkan dengan cara tertentu oleh pena torak. Agar pena torak tidak keluardi kedudukannya mantap pada boss pena torak maka ada beberapa cara yang dapat dilakukai antara lain sebagai berikut.
a). Fixed Type
Pada tipe ini pena torak diikat dengan baut pengikat sehingga tidak terjadi gerak. Geseki terjadi pada boss pena torak.
b. Full Floating Type
Torak yang dimasukkan dalam boss pena torak ditahan oleh snapper. Gesekan terjadi pad boss pena torak.
C Semi Floating Type
Pada cara ini torak diikatkan pada batang torak dengan baut pengikat. Gesekan terjadi pada pena torak dengan boss pena torak.
Gambar 2.8. Pena torak
Small end snapper
.Tipe full floating Tipe fixed
snapper
•baut
MOTOR BAKAR Ir Husin Bugis, M,Si.
52 5. Poros Engkol (Crank shaft).
Poros engkol berfungsi untuk merubah gerakan naik turun piston menjadi gerak putar dengan bantuan batang torak, sekaligus menjaga pergerakan torak didalam langkah-langkah selanjutnya. Poros engkol dibuat sedemikian rupa sehingga gerakan torak tidak bersamaan posisi di dalam silinder. Bagian yang berhubungan dengan batang torak disebut crank pin, sedangkan yang duduk pada blok silinder disebut crank journal. Crank journal ditopang oleh bantalan poros engkol dan berputar pada journal. Masing-masing crank journal mempunyai crank arm. Untuk menjaga keseimbangan putaran pada saat mesin beroperasi, poros engkol di lengkapi dengan balance weigth. poros engkol juga dilengkapi dengan lubang oli untuk menyalurkan minyak pelumas pada crank jurnal, bantalal-bantalan pena torak, dan lain-lain.
Bentuk poros engkol ditentukan oleh banyaknya silinder dan urutan pengapiannya. Dalam menentukan urutan pengapian suatu motor, faktor yang harus diperhatikan adalah keseimbangan gerakan karena tekanan akibat proses pembakaran di dalam silinder. Beban dari bantalan utama (main bearing) dan sudut puntiran yang terjadi pada poros engkol adalah akibat dari langkah kerja dari tiap-tiap silinder.
Poros engkol menerima beban yang besar dari batang torak dan berputar pada kecepatan yang tinggi. Oleh karena itu, harus dibuat dari bahan yang mampu menerima beban tersebut. Umumnya poros engkol terbuat dari baja karbon tinggi.
balance weighi
crank pin counter balance weight
crank journal
MOTOR BAKAR 53 6. Katup dan Kelengkapan
Bagian mesin yang menyebabkan katup membuka dan menutup pada waktu tertentu disebut mekanisme katup.Jenis mekanisme katup yang dipakai tergantung dari susunan katup pada mesin tersebut. Ditinjau dari susunan kutupnya, mekanisme katup dapat dibedakan menjadi dua macam:
1. katup sisi. 2. katup kepala. a.) Mekanisme Katup Sisi
Disebut mekanisme katup sisi karena katup terletak di sisi blok silinder. Susunan katup ini meliputi jenis T, L dan F. Ketiga jenis ini sudah tidak dikembangkan karena tidak cocok untuk motor putaran tinggi atau kompresi tinggi. Hal ini disebabkan volume ruang bakar tidak bisa dibuat lebih kecil.
Mekanisme katup ini terdiri atas poros nok, tapet (penekan), katup, dan pegas katup yang juga dikenal dengan mekanisme katup langsung. Dilihat dari segi mekanisme kerjanya, mekanisme katup sisi lebih menguntungkan karena kerja katup membuka dan menutup akan lebih cepat.
batang katup dudukan tabung pegas katup penekan poros nok nok
MOTOR BAKAR 54 b). Mekanisme Katup Kepala
Mekanisme katup ini digunakan untuk motor yang mempunyai susunan katup jeni *I* yang semua katup-katupnya berada pada kepala silinder. Karena posisi katup berada pada kepala silinder maka volume ruang bakar dapat dipersempit untuk menaikan perbandingan kompresi. Susunan katup jenis ini cocok digunakan pada motor bertenaga besar yang berkembang saat ini.
Mekanisme katup kepala dibedakan menjadi 2 jenis: 1. Over Head Valve (OHV)
2. Over Head Cam (OHC). 1. Over Head Valve (OHV)
Pada mekanisme katup Over Head Valve (OHV), posisi camshaft (poros nok) berada di blok silinder, sehingga dalam kerjanya memerlukan batang penekan.
Komponen mekanisme katup terdiri dari poros nok, tappet, pushrod, rocker arm, katup, pegas katup, dan penyetel kerenggangan. Fungsi setiap komponen adalah sebagai berikut :
- Poros nok berfungsi untuk mengubah gerak putar poros menjadi gerak lurus pada katup. - Nok (cam-profif) digunakan untuk mengatur saat pembukaan katup.
- Tappet berfungsimeneruskan tekanan dari poros nok.
- Pushrod digunakan untuk meneruskan tekanan dari tappet ke rocker arm. - Rocker arm (tuas ungkit) bertugas menekan batang katup agar membuka katup rockerarm
batang'katup.
MOTOR BAKAR 55 2. Over Head Cam (OHC).
Mekanisme katup OHC artinya camshaft (poros nok) berada di kepala silinder, Keuntungannya beberapa komponen ditiadakan sehingga dapat mempercepat kerja mekanisme katup serta keterlambatan pembukaan dan penutupan katup pada saat putaran tinggi dapat teratasi. Namun, dengan adanya camshaft di kepala silinder, ruang kepala silinder menjadi lebih rumit.
Jika pada tiap-tiap silinder hanya menggunakan dua buah katup maka cukup menggunakan satu buah camshaft sehingga dikenal dengan istilah SOHC (Single Over Head Camshaft).
Gambar 2.12. Mekanisme katup SOHC
3. DOHC (Dual Over Head Camshaft).
Untuk meningkatkan kemampuan mesin dapat dilakukan dengan cara memperbaiki sistem pemasukan gas baru ke dalam silinder. Semakin banyak gas baru masuk ke dalam silinder semakin besar tenaga yang dihasilkan. Berdasarkan prinsip tersebut dilakukan upaya menambah jumlah katup pada setiap silinder, misalnya pada setiap silinder terdapat 3 atau 4 buah katup yang bertujuan agar gas baru yang masuk kedalam silinder seoptimal mungkin, Dengan bertambahnya jumlah katup maka penggerak katupnya juga harus menyesuaikan agar kerja dari pembukaan dan penutupan katup berjalan dengan baik. Oleh karena itu, jumlah camshaft dibuat menjadi dua buah. Mekanisme katup
MOTOR BAKAR 56 dengan dua buah camshaft dikenal dengan istilah DOHC (Dual Over Head Camshaft).
Gambar 2.13 mekanisme katup DOHC
B.Fungsi setiap komponen dari bagian utama motor yang tidak bergerak. Komponen dari bagian utama motor yang tidak bergerak secar umum meliputi :
1. Kepala Silinder
Pada beberapa tipe kendaraan, salah satu camshaftnya digerakkan oleh timing belt dan camshaft yang lain digerakkan oleh scissor gear melalui camshaft yang digerakkan oleh timing belt. Kelebihan mekanisme katup ini dibanding dengan yang lain adalah suara yang lebih halus.
MOTOR BAKAR Ir Husin Bugis, M,Si. Created by JPTK PTM
57 Kepala silinder berfungsi sebagai penutup silinder dan merupakan dinding ruang bakar. Bentuk ruang bakar ada yang rata, tirus, lengkung, atau gabungan bentuk-bentuk tersebut. Pada kepala silinder juga dilengkapi lubang busi. Kepala silinder dibuat dari bahan besi tuang kelabu atau paduan aluminium. Kepala silinder dipasang di atas blok silinder menggunakan baut pengikat. Untuk motor berpendingin udara pada kepala silinder dilengkapi dengan sirip-sirip pendingin yang berguna untuk memperluas bidang pendinginan, sedangkan untuk pendinginan air pada kepala silinder dilengkapi saluran-saluran air pendingin.
Mesin yang mempunyai susunan katup "I", pada kepala silinder dilengkapi dengan lubang-lubang katup, sebab kedua katup berada pada kepala silinder. Untuk susunan katup model "T" dan "L" tidak dilengkapi lubang atau dudukan katup karena letak katup berada pada blok silinder. Permukaan kepala silinder yang akan dipasangkan di atas permukaan blok silinder harus benar-benar rata supaya tidak terjadi kebocoran pada saat mesin bekerja.
paking
MOTOR BAKAR 58 Di atas kepala silinder dilengkapi dengan tutup untuk melindungi komponen-komponen yang ada di atas kepala silinder dari kotoran dan mencegah kebocoran minyak pelumas.
Gambar 2.15 Ttup kepala silinder.
2. Blok Silinder
Blok silinder dan ruang engkol merupakan bagian utama motor dengan lubang silinder yang berdinding halus tempat torak bergerak bolak-balik. Blok silinder merupakan dudukan komponen-komponen lain, misalnya distributor, pompa bahan bakar, motor stater, dan altemator. Blok silinder dilengkapi dengan mantel-mantel air apabila mesin tersebut menggunakan pendingin air, mekanisme katup dengan dudukan katup.
Bentuk dan konstruksi blok silinder tergantung dari beberapa faktor : jumlah silinder, susunan silinder, susunan katup, cara pendinginan, dan mekanisme katup. Blok silinder terbuat dari bahan yang biasanya sama dengan bahan kepala silinder.
MOTOR BAKAR 59 Gambar 2.16. Blok silinder
Untuk motor besar lubang silinder biasanya menggunakan tabung silinder yang dipasangkan pada blok silinder. Apabila terjadi keausan yang berlebihan karena gesekan torak dapat diganti dengan yang baru untuk penghematan. Tabung silinder dibedakan menjadi dua jenis :
1. Tabung basah, tabung basah maksudnya tabung silinder itu langsung berhubungan dengan air.
MOTOR BAKAR 60 Gambar 2.17. Blok silinder dengan tabung silinder dapat dilepas
Gambar 2.18. Tabung silinder 3. Karter (Panci Minyak)
Fungsi Karter (panci minyak) adalah untuk menutup blok silinder di bagian bawah, menampung minyak pelumas, dan mendinginkan minyak pelumas. Di bagian dalam panci minyak dilengkapi dengan separator (pelat pembatas) yang berfungsi sebagai pencegah goncangan minyak pelumas apabila kondisi jalan tidak rata sehingga sistem pelumasan tidak terganggu.
Gambar 2.19. Karter. 4.Saluran Masuk dan Buang.
Fungsi saluran masuk (Intake Manifold) merupakan tempat laluan dari muatan segar yang akan masuk ke dalam silinder. Saluran buang (Exhaust Manifold) merupakan tempat laluan dari sisa gas hasil pembakaran. Saluran masuk ditempatkan di antara karburator dengan lubang katup masuk pada kepala silinder.
Saluran buang ditempatkan di antara lubang katup buang dengan knalpot. Untuk membantu separator
