Jadi mesin pembakaran dalam adalah mesin kalor yang menggunakan gas panas hasil pembakaran bahan bakar di dalam mesin untuk menghasilkan kerja mekanis. Hasil pembakaran bahan bakar tersebut akan menimbulkan gaya tekan pada piston sehingga memungkinkan untuk memutar poros engkol. Piston bergerak naik dari TMA ke TMA dan mendorong campuran bahan bakar dan udara ke dalam silinder sehingga menyebabkan tekanan udara di dalam silinder meningkat.
Sebelum piston mencapai TMA, campuran bahan bakar dan udara bertekanan tinggi dibakar oleh busi. Pada saat usaha berjalan, busi yang bereaksi dengan campuran bahan bakar dan udara bertekanan tinggi akan menimbulkan ledakan. Campuran bahan bakar dan udara ditarik ke dalam bak mesin karena tekanan vakum yang tercipta saat piston bergerak ke atas.
Saat mendekati titik mati bawah, saluran masuk terbuka dan campuran bahan bakar dan udara masuk ke dalam silinder. Pada saat yang sama, masuknya campuran bahan bakar dan udara mendorong keluar sisa hasil pembakaran melalui saluran pembuangan di sisi berlawanan dari lubang masuk. Selanjutnya piston bergerak ke atas dan mendorong campuran bahan bakar dan udara. pada saat yang sama langkah masuk berikutnya terjadi di bagian bawah piston).
Saat busi mendekati titik mati atas, busi akan menyala dan menyulut campuran bahan bakar/udara sehingga menimbulkan ledakan yang akan mendorong piston ke bawah.
Perbedaan Desain Mesin Dua Tak dengan Mesin Empat Tak
Mesin dua langkah memerlukan campuran oli dan bahan bakar (oli samping/oli dua langkah) untuk melumasi silinder mesin. Kedua hal di atas mengakibatkan biaya pengoperasian mesin dua langkah lebih tinggi dibandingkan biaya pengoperasian mesin empat langkah. Sepeda motor berbahan bakar bensin memulai pembakaran dengan menyuplai listrik bertegangan tinggi, yang menyebabkan percikan api di antara celah busi sehingga gas mulai terbakar.
Pada rasio kompresi yang sangat tinggi, yaitu hingga 20:1, tekanan akan meningkat secara tiba-tiba (berlangsung dalam beberapa milidetik) dan suhu dapat mencapai C]. Menjelang akhir langkah kompresi, bahan bakar solar disemprotkan ke udara yang sangat panas agar bahan bakar tidak langsung terbakar. Karena pembakaran terjadi akibat tekanan kompresi yang sangat tinggi, maka mesin diesel disebut dengan “Mesin Pengapian Kompresi”.
Pada sepeda motor berbahan bakar bensin, bahan bakar dan udara dicampur di luar silinder, masing-masing di karburator dan intake manifold. Sebaliknya pada mesin diesel tidak terjadi pra-pencampuran antara udara dan bahan bakar di luar silinder, hanya udara bersih yang dimasukkan ke dalam silinder melalui saluran intake. Rasio kompresi yang tinggi pada mesin diesel menyebabkan suhu udara naik cukup tinggi untuk menyalakan bahan bakar tanpa percikan api.
Hal ini menjamin mesin diesel memiliki efisiensi yang tinggi karena kompresi yang tinggi mengakibatkan ekspansi gas pembakaran yang besar di dalam silinder. Efisiensi tinggi yang dihasilkan dari pembakaran mesin diesel harus diimbangi dengan kekuatan komponen-komponennya agar mampu menahan gaya pembakaran yang sangat tinggi. Pada mesin bensin, campuran bahan bakar dan udara dimasukkan ke dalam silinder dalam bentuk gas dan dibakar oleh percikan api dari busi.
Sebaliknya pada mobil diesel, hanya udara murni yang dimasukkan ke dalam silinder kemudian dikompresi hingga mencapai tekanan dan suhu tinggi. Karena tekanan dan temperatur udara tekan yang tinggi, sekitar 500[°C] dengan perbandingan kompresi 15 – 20, maka bahan bakar akan terbakar dengan sendirinya dan terjadi proses pembakaran. Padahal sepeda motor diesel ini tidak membutuhkan sistem pengapian, melainkan dibutuhkan pompa injeksi dan alat penyemprot untuk mencampur bahan bakar dengan udara bertekanan.
ANALISA HUKUM PERTAMA SIKLUS MESIN
Sesuai dengan hukum pertama termodinamika yang menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, melainkan hanya diubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya. Dalam mesin pembakaran internal, bahan bakar dimasukkan ke dalam ruang bakar dan dibakar di udara, mengubah energi kimia bahan bakar menjadi panas. Energi panas yang diubah menjadi daya pada langkah ini disebut Indicated Power yang dilambangkan dengan ip.
Selain itu, sebagian energi yang tersedia digunakan untuk menggerakkan peralatan tambahan seperti pompa pengisian, mekanisme katup, dll. Energi yang tersisa merupakan energi mekanik berguna yang disebut daya pengereman dan dilambangkan dengan bp. Proses perubahan energi dari proses pembakaran hingga menghasilkan tenaga pada poros mesin pembakaran melalui beberapa tahapan, dan tidak mungkin perubahan energi tersebut dapat 100%.
Selalu ada kerugian akibat proses perubahan, hal ini sesuai dengan hukum kedua termodinamika yaitu “tidak mungkin membuat suatu mesin yang mengubah seluruh masukan panas atau energi menjadi kerja”.
KESEIMBANGAN ENERGI PADA MOTOR BAKAR
PARAMETER UNJUK KERJA MESIN (ENGINE PERFORMANCE PARAMETERS)
Efisiensi termal indikator (ηith) adalah perbandingan antara energi daya indikator, ip, dan energi bahan bakar. Efisiensi termal rem (ηbth) merupakan perbandingan antara energi daya rem, bp, dan energi masukan bahan bakar. Ini adalah salah satu parameter terpenting yang dapat menentukan performa mesin empat langkah.
Mesin empat langkah mempunyai langkah isap, sehingga efisiensi volumetrik menunjukkan kapasitas isap mesin. Efisiensi volumetrik didefinisikan sebagai laju aliran volumetrik udara dalam sistem intake dibagi dengan laju aliran volumetrik udara yang dapat dipindahkan melalui sistem. Tekanan efektif rata-rata adalah tekanan rata-rata di dalam silinder mesin pembakaran dalam yang digunakan sebagai dasar penghitungan dan pengukuran keluaran daya.
Untuk mesin tertentu, yang beroperasi pada kecepatan dan keluaran tenaga yang diketahui, akan terdapat indikator tekanan efektif rata-rata (imep) tertentu dan terkait dengan tekanan efektif rata-rata rem (bmep). Cara lain untuk mendapatkan rata-rata tekanan pengukur efektif adalah dengan terlebih dahulu mengetahui diagram pengukur mesin (diagram p-V). Daya spesifik dapat ditunjukkan sebanding dengan produk dari tekanan efektif rata-rata dan kecepatan piston rata-rata.
Karakteristik konsumsi bahan bakar suatu mesin umumnya dinyatakan sebagai konsumsi bahan bakar spesifik dalam kg bahan bakar per kilowatt jam [kg/kWh]. Konsumsi bahan bakar spesifik pengereman (bsfc) dan konsumsi bahan bakar spesifik indikator (ISFC) adalah konsumsi bahan bakar spesifik berdasarkan bp dan ip. Keseimbangan relatif bahan bakar dan udara dalam suatu mesin sangat penting dari sudut pandang pembakaran dan efisiensi mesin.
Pada mesin CI, pada kecepatan tertentu, aliran udara tidak berubah terhadap beban, namun aliran bahan bakar akan berubah secara langsung terhadap beban. Campuran yang mempunyai lebih banyak bahan bakar daripada yang digunakan untuk pembakaran sempurna disebut campuran kaya. Sedangkan campuran yang mengandung lebih sedikit bahan bakar (atau udara berlebih) disebut campuran lean.
Nilai kalor suatu bahan bakar adalah energi panas (termal) yang dilepaskan per satuan jumlah bahan bakar ketika bahan bakar terbakar sempurna dan hasil pembakaran didinginkan kembali ke suhu awal campuran pembakaran. Nilai kalor bahan bakar yang rendah adalah energi panas yang dilepaskan ketika uap air hasil pembakaran tidak mengembun dan dibiarkan tetap berbentuk uap.
4500 rpm
