DASAR TEORI
1. Klasifik Klasifikasi asi Motor Motor Bakar Moto Motorr bakar bakar dapat dapat dikl diklas asif ifik ikasi asika kan n menj menjadi adi 2 (dua) (dua) maca macam. m. Adapun pengklasifikasian motor bakar adalah sebagai berikut: a.
Berdasar Sistem Pembakaranna
a ).
Mesin bakar dalam Pada mesin pembakaran dalam fluida kerja ang dihasilkan pada pada mesi mesin n itu itu send sendir iri! i! sehi sehing ngga ga gas gas hasi hasill pemb pembak akar aran an ang terjadi sekaligus berfungsi sebagai fluida. "ontoh : mesin pembakaran dalam aitu motor bakar torak misalna motor 2 tak dan motor # tak.
b) .
Mesin bakar luar Pada mesin pembakaran luar fluida kerja ang dihasilkan terdap terdapat at di luar luar mesin mesin terseb tersebut. ut. $nergi $nergi therma thermall dan gas hasi hasill pemb pembaka akara ran n dipi dipind ndah ahkan kan ke dala dalam m mesi mesin n mela melalu luii beberapa dinding pemisah. %al&hal ang dimiliki pada mesin pembakaran luar aitu : a.
'apat memakai semua bentuk bahan bakar.
b.
'apat memakai bahan bakar bermutu rendah. c.
"oc "ocok unt untuk mela elaan anii beb beban&b an&be eban ban bes besar dal dalam satu poros.
d.
ebih cocok dipakai untuk daa tinggi. "ontoh : mesin pembakaran luar aitu pesaat tenaga uap! pelaksa pelaksanaa naan n pembaka pembakaran ran bahan bahan bakar bakar dilakuk dilakukan an diluar mesin.
b. a ).
Berdasar Sistem Penalaan Motor bensin Motor bensin dapat juga disebut sebagai motor otto. Motor ters terseb ebut ut dile dileng ngka kapi pi deng dengan an busi busi dan dan karb karbur urat ator or.. Bu Busi si
mengha menghasil silkan kan loncat loncatan an bunga bunga api listr listrik ik ang ang memba membakar kar cam campur puran baha bahan n cend cende erung ung
baka bakarr
dise diseb but sp spar ark k
dan udar udara a
kar karena ena
igni igniti tion on engi engine ne..
motor otor ini
Pembak Pembakara aran n
bahan bakar dengan udara ini menghasilkan daa. 'i dalam siklus otto (siklus (siklus ideal) ideal) pembakaran pembakaran tersebut dimisalkan sebagai pemasukan panas pada *olume konstanta.
b) .
Motor diesel Moto Motorr dies diesel el adal adalah ah moto motorr baka bakarr tora torak k ang ang berb berbed eda a deng dengan an
moto motorr
ben bensin. sin.
Proses oses
pen penal alaa aann nna a
bukan ukan
menggunakan loncatan bunga api listrik. Pada aktu torak hampir mencapai titik +MA bahan bakar disemprotkan ke dalam dalam ruang ruang bakar bakar.. +erj +erjadi adila lah h pemb pembaka akara ran n pada pada ruang ruang bakar kar
pada ada
saat
bert bertem empe pera ratu turr
udara ara
ting tinggi gi..
udara ara
Pers Persa ara rata tan n
dalam alam ini ini
silinder
sudah
dapat dapat terp terpen enuh uhii
apabi apabila la perb perband andin ingan gan komp kompre resi si ang ang digu diguna nakan kan cuku cukup p tinggi! aitu berkisar ,2&2-. (iranto Arismunandar! ,/00: 0/)
1.2. Prinsip Kerja Motor Bakar Torak Berdasa Berdasarka rkan n prinsi prinsipn pna! a! terdap terdapat at 2 (dua) (dua) prinsi prinsip p kerja kerja motor motor bakar torak! aitu : # (empat) langkah dan 2 (dua) langkah. Adapun prinsi prinsip p kerja kerja motor motor bakar
# (empat) (empat) langkah langkah dan 2 (dua) langkah langkah
adalah sebagai berikut:
1.2. 1.2.1. 1.
Pri Prinsi nsip Kerja erja Motor Bakar kar 4 (ep (epat at!! "an#k an#ka$ a$ Moto Motorr bakar bakar # (emp (empat at)) lang langka kah h adal adalah ah bila bila , (satu (satu)) kali kali
proses pembakaran bahan bakar memerlukan # (empat) langkah gerakan gerakan piston piston dan 2 (dua) (dua) kali kali putara putaran n poros poros engkol engkol.. Siklus Siklus motor bakar # (empat) (empat) langkah adalah sebagai berikut :
a!. a!. "an# "an#ka ka$ $ %isa %isap p Proses ang terjadi pada langkah isap adalah :
mengha menghasil silkan kan loncat loncatan an bunga bunga api listr listrik ik ang ang memba membakar kar cam campur puran baha bahan n cend cende erung ung
baka bakarr
dise diseb but sp spar ark k
dan udar udara a
kar karena ena
igni igniti tion on engi engine ne..
motor otor ini
Pembak Pembakara aran n
bahan bakar dengan udara ini menghasilkan daa. 'i dalam siklus otto (siklus (siklus ideal) ideal) pembakaran pembakaran tersebut dimisalkan sebagai pemasukan panas pada *olume konstanta.
b) .
Motor diesel Moto Motorr dies diesel el adal adalah ah moto motorr baka bakarr tora torak k ang ang berb berbed eda a deng dengan an
moto motorr
ben bensin. sin.
Proses oses
pen penal alaa aann nna a
bukan ukan
menggunakan loncatan bunga api listrik. Pada aktu torak hampir mencapai titik +MA bahan bakar disemprotkan ke dalam dalam ruang ruang bakar bakar.. +erj +erjadi adila lah h pemb pembaka akara ran n pada pada ruang ruang bakar kar
pada ada
saat
bert bertem empe pera ratu turr
udara ara
ting tinggi gi..
udara ara
Pers Persa ara rata tan n
dalam alam ini ini
silinder
sudah
dapat dapat terp terpen enuh uhii
apabi apabila la perb perband andin ingan gan komp kompre resi si ang ang digu diguna nakan kan cuku cukup p tinggi! aitu berkisar ,2&2-. (iranto Arismunandar! ,/00: 0/)
1.2. Prinsip Kerja Motor Bakar Torak Berdasa Berdasarka rkan n prinsi prinsipn pna! a! terdap terdapat at 2 (dua) (dua) prinsi prinsip p kerja kerja motor motor bakar torak! aitu : # (empat) langkah dan 2 (dua) langkah. Adapun prinsi prinsip p kerja kerja motor motor bakar
# (empat) (empat) langkah langkah dan 2 (dua) langkah langkah
adalah sebagai berikut:
1.2. 1.2.1. 1.
Pri Prinsi nsip Kerja erja Motor Bakar kar 4 (ep (epat at!! "an#k an#ka$ a$ Moto Motorr bakar bakar # (emp (empat at)) lang langka kah h adal adalah ah bila bila , (satu (satu)) kali kali
proses pembakaran bahan bakar memerlukan # (empat) langkah gerakan gerakan piston piston dan 2 (dua) (dua) kali kali putara putaran n poros poros engkol engkol.. Siklus Siklus motor bakar # (empat) (empat) langkah adalah sebagai berikut :
a!. a!. "an# "an#ka ka$ $ %isa %isap p Proses ang terjadi pada langkah isap adalah :
,.
+orak bergerak dari +MA ke +MB. 2. 1atup masuk terbuk terbuka! a! katup katup buang tertutup. tertutup. .
"amp "ampur uran an baha bahan n baka bakarr deng dengan an udar udara a ang ang tela telah h
tercampur
di dalam karburator! masuk kedalam silinder
melalui katup masuk. #.
Saat aat torak berada di +MB katu atup masu suk k akan
tertutup.
&!. "an#ka "an#ka$ $ Kopre Kopresi si Proses ang terjadi pada langkah kompresi adalah : ,.
+orak bergerak dari +MB ke+MA. 2.
1atub
masuk
dan
katup
buang
kedua&duana
tertut tertutup up sehing sehingga ga gas ang ang telah telah dihisa dihisap p tidak tidak keluar keluar pada pada akt aktu u di teka tekan n oleh oleh tora torak k ang ang meng mengak akib ibat atka kan n tekanan gas akan naik. .
Beber eberap apa a saat saat sebe sebellum tor torak menc encapai apai +MA +MA busi busi
mengeluarkan bunga api listrik. #.
3as bahan bahan baka bakarr ang ang telah telah menca mencapai pai tekana tekanan n ting tinggi gi
terbakar. -.
Akib Akibat at pemba pembaka kara ran n baha bahan n baka bakar! r! tekan tekanan ann na a akan akan
naik menjadi kira&kira tiga kali lipat.
'!. "an#ka "an#ka$ $ Kerja Kerja Eksp Ekspans ansii Proses ang terjadi pada langkah 1erja (ekspansi) adalah : ,.
Saat ini kedua katup masih dalam keadaan tertutup. 2.
3as terbakar dengan tekan kanan ang ang tinggi akan kan
mengembang kemudian menekan torak turun ke baah dari +MA ke +MB. .
+ena +enaga ga ini disa disallurka urkan n melal elalui ui batan atang g peng pengge gera rak! k!
sela selanj njut utn na a oleh oleh poro poros s engk engkol ol diub diubah ah menj menjad adii gera gerak k berputar.
)!. "an#ka "an#ka$ $ B*an# B*an# Proses ang terjadi pada langkah buang adalah :
,.
1atup buang terbuka! katup masuk tertutup.
2.
+orak bergerak dari +MB ke +MA.. .
3as 3as hasil hasil s sis isa a pemba pembaka kara ran n akan akan terd terdor oron ong g oleh oleh tora torak k
ke luar melalui katup buang. 1er 1erja motor otor baka bakarr # (em (empat) pat) langk angkah ah dapat apat dil dilihat hat pada pada (gambar 2..) berikut :
+a&ar 1.1. Prinsip kerja otor 4 (epat! (epat! lan#ka$ (iranto Arismunandar! 2442)
1.2. 1.2.1. 1.
Moto Motor r Bens Bensin in 2 ()*a ()*a!! "an# "an#ka ka$ $ Moto Motorr bens bensin in 2 (dua) (dua) lang langkah kah adal adalah ah mesi mesin n ang ang pros proses es
pembakaranna setiap siklus terdiri dari 2 (dua) langkah piston atau , (satu) kali putaran poros engkol. Piston ang bergerak naik naik dari dari titi titik k mati mati baa baah h ke titi titik k mati mati atas atas mene eneba babk bkan an saluran bilas dan saluran buang akan tertutup. 'alam hal ini gas ang ang
ber berada ada
dal dalam
ruang uang
pemba embaka karran
diko dikom mpres presiikan. kan.
Sementara itu gas ang baru masuk ke ruang engkol! beberapa dera deraja jatt sebe sebelu lum m pist piston on menc mencap apai ai titi titik k mati mati atas atas!! busi busi akan akan
melo melonc ncat atkan kan bung bunga a api sehi sehing ngga ga akan akan terj terjadi adi pemb pembak akar aran an bahan bakar. Prinsip kerja dari motor 2 (dua) langkah tersebut adalah sebagai berikut :
a!. "an#ka "an#ka$ $ Pen#is Pen#isapa apan n Proses ang terjadi pada langkah isap adalah : ,.
+orak bergerak dari +MA ke +MB 2.
Pada ada saat saluran bilas masih sih tertutup torak! di
dalam bak
mesin mesin terjadi terjadi kompresi kompresi terhadap terhadap campuran campuran
bensin dengan udara. . 'iatas torak! gas gas sisa pembakaran pembakaran dari hasil pembakaran sebelumna sudah mulai terbuang keluar melalui saluran buang. #.
Saat Saat salu saluran ran bilas bilas sudah sudah terbuk terbuka! a! campur campuran an bensin bensin dengan udara mengalir melalui saluran bilas terus masuk kedalam ruang bakar.
&!.
"an#ka$ Kopresi Proses ang terjadi pada langkah kompresi adalah :
a.
+orak bergerak dari +MB ke +MA. b.
5ongga bil bilas dan dan ro rongga bua buang ter tertutup! ter terjadi
langkah kompresi dan setelah mencapai tekanan tinggi busi busi meme memerc rcik ikan an bung bunga a api api list listri rik k untu untuk k memb membak akar ar campuran bensin dengan udara. c.
Pada saat ang bersamaan! di baah (di dalam
bak mesin) bahan bakar ang baru masuk kedalam bak mesin melalui saluran masuk.
'!. '!. "an# "an#ka ka$ $ Kerj Kerja a Eks Ekspa pans nsii Proses ang terjadi pada langkah 1erja (ekspansi) adalah : ,. +orak kembali dari +MA ke +MB akibat adana tekanan besar ang terjadi pada aktu pembakaran bahan bakar.
,.
Saat itu torak turun sambil mengkompresi bahan
bakar baru di dalam bak mesin.
)!. "an#ka$ B*an# Proses ang terjadi pada langkah buang adalah : ,.
Menjelang
torak
mencapai +MB!
saluran buang
terbuka dan gas sisa pembakaran mengalir terbuang keluar. 2.
Pada saat ang sama bahan bakar baru! masuk
kedalam ruang bahan bakar melalui rongga bilas. .
Setelah mencapai +MB
kembali! torak mencapai
+MB untuk mengadakan langkah sebagai pengulangan dari ang dijelaskan sebelumna. 1erja motor bakar 2 (dua) langkah dapat dilihat pada (gambar 2.#.) berikut :
+a&ar 1. 2. Prinsip kerja otor 2 ()*a! lan#ka$ (Arends BPM6 % Berenschot! ,/04)
1., Siste Pen-alaan pa)a Motor Bensin
7ntuk
membangkitkan
loncatan
listrik
antara
kedua
elektroda busi diperlukan perbedaan tegangan ang cukup besar! besarna tergantung dari beberapa factor berikut : Perbandingan campuran bahan bakar udara 1epadatan campuran bahan bakar udara 8arak antara kedua elektroda serta bentuk elektroda 8umlah melekul campuran ang terdapat diantara kedua alektroda +emperatur campuran dan kondisi operasi ang lain Perbandingan ampuran bahan bakar 9 udara dapat berkisar antara 4!4 9 4!,2 untuk menalakan campuran bahan bakar udara ang miskin diperlukan perbedaan tegangan ang relati*e besar dari pada untuk campuran ang kaa. Berikut adalah diagram hubungan antara bahan bakar&udara dengan tegangan.
+a&ar 1.,. %*&*n#an antara per&an)in#an &a$an &akar*)ara )en#an te#an#an -an# )iperl*kan &*si (iranto Arismunandar! 2442)
Pada umumna
disediakan tegangan ang lebih
besar
untuk
menjamin agar terjadi loncatan bunga api listrik di dalam segala keadaan misalna! antara ,4444 9 24444 *olt. %al ini engingat juga akan kondisi ang berubah sebagai akibat keausan mesin ang tidak dapat di hindari. Makin padat campuran bahan bakar 9 udara makin tinggi tegangan ang diperlukana untuk jarak electrode ang sama. 1arena itu diperlukan tegangan ang leih tinggi bagi motor dengan kompresi ang lebih besar terutama apabila tekanan campuran ang masuk silinder itu tinggi dan loncatan listrik ditentukan pada aktu torak berada lebih dekat pada +MA. Makin besar jarak elektroda busi makin besar pula perbedaan tegangan ang diperlukan untuk memperoleh intensitas bunga api listrik ang sama. 8umlah minimum ang harus ada diantara kedua elektroda pada aktu terjadi loncatan listrik sangat menentukan apakah penalaan dapat berlangsung sebaik baikna. 1arena jumlah melekul banak bergantung pada perbandingan campuran! jumlah gas tersisa! temperature! dan kondisi operasi lain! jelas jumlah tersebut dapat berubah ubah. 'engan memperbesar jarak elektroda diharapkan jumlah minimum iti dapat tercapai alaupun keadaan operasina berubah ubah akan tetapi
!
jarak
electrode
tegangan
ang
terlalu
tinggi
tidak
menguntungkan. +egangan ang tinggi memerlukan kabel listrik ang diisolasi secara cermat sehingga hargana mahal. ;ntensitas bunga api listrik juga ditentukan oleh jarak antara kedua elektroda busi. 8arak elektroda optimum adalah antara 4! 9 4!0 mm. selain itu penentuan tempat busi diruang bakar juga penting. oncatan bunga api listrik tidak boleh terjadi ditempat lain kecuali diantara kedua electrode busi.
Supaa selalu dapat campuran bahan bakar udara
ang mudah terbakar diantara kedua electrode ! tempat ang terbaik untuk busi adalah dekat kepada katup isap. Akan tetapi dari kemungkinan terjadina detonasi ! sebaikna busi ditempatkan pada bagian ang terpanas misalna dekat pada katup buang.
1.,.1.
Siste Pen-alaan Baterai Sitem penalaan kon*ensional terdiri dari sebuah baterai
sebagai
sumber
energi
listrik!
kontak
penalaan!
kumparan
penalaan! tahanan (tidak perlu selalu diperlukan)! distributor (didalamna terdapat pemutus arus! kam! kondensor! rotor dan alat pengatur saat penalaan ) busi! serta kabel kabel tegangan tinggi dan rendah.
+a&ar 1.4. Siste pen-alaan &aterai (iranto Arismunandar! 2442)
1umparan penalaan terdiri dari dua bagian aitu kumparan primer dan kumparan sekunder. 1umparan primer mengandung kurang lebih ,44 sampai ,04 lilitan (
tahanan ang peka terhadap perubahan temperature aitu ang bertambah
besar
jika temperature
naik.
3unana
untuk
mencegah arus primer ang terlalu besar pada putaran rendah aitu pada aktu titik kontak penutup arus
menutup dalam
aktu ang relatif lama.
a)
"ara kerja sistem penalaan Pada aktu saat start kontak penalaan dalam keadaan tertutup sedangkan kam dan rotor berputar sesuai putaran mesin. Pada aktu pemutus arus menutup arus listrik dari baterai
mengalir
membangkitkan
melalui medan
kumparan
magnet.
primer
Medan
P
dan
magnet
ini
memotong kumparan primer dan dan menginduksi back emf! ang menentang arus listrik baterai sehingga memperlambat kenaikan kekuatan medan magnet itu sendiri. 'engan demikian
arus primer dan kekuatan medan magnet ang
maksimum sangat bergantung pada lamana pemutus arus pada keaadaan tertutup jadi bergantung pada kecepatan kontur kam. Pada aktu kontur membuka karna adana kondensor
arus primer akan segera terputus ! kekuatan
medan magnet pun akan segera menurun disusul oleh arus primer! ang semula melalui kontak pemutus arus mengalir menuju
kondensor.
'engan
demikian
muatan
listrik
kondensor bertambah ("$) tetapi segera menurun kembali ($>). +erjadilah arus bolak balik didalam kumparan sekunder (">3% dan seterusna) ang mengubah energ magnet menjadi energ listrik dalam kumparan sekunder. +imbul pula tegangan ang sangat tinggi (antara ,4.444 9 24.444 *olt). Sementara itu kabel kumparan sekunder oleh rotor disambungkan dengan kondensor
kabel busi. Seandaina tidak ada
= kondensor rusak maka pada
aktu pemutus
arus terbuka ! arus primer tidak dapa tdiputuskan dengan cepat
akibatna
loncatan
listrik
terjadi
antara
kedua
electrode busi. "ampuran bahan bakar udara pun tidak berhasil dinalakan.
1.,.2 Siste Ba$an Bakar 'i dalam motor bensin selalu kita harapkan bahan bakar dan udara itu sudah bercampur dengan baik sebelum dinalakan oleh busi. Banak cara memperoleh campuran ang baik itu salah satuna dengan karburator. Berikut skema penaluran bahan bakar dengan karburator.
+a&ar 1./. Skea s*at* siste pen-al*ran &a$an &akar (iranto Arismunandar! 2442)
Bahan
bakar
dari tangki penampungan
dipompa
kan
menuju
karburator meleati filter (saringan) ! ketika torak melakukan langkah isap udara atmosfer terhisap meleati saringan
dan
meleati *enturi sehingga kecepatan naik dan tekanan turun menebabkan bahan bakar pada penampungan karburator terhisap dan bercampur dengan udara atmosfir mengalir masuk kesilender tempat pembakaran.
+a&ar 1.0. Kat*p #as )ala kea)aan tert*t*p tanpa &e&an (iranto Arismunandar! 2442)
1eterangan : ,. 7dara atmosfir 2. Saluran bahan bakar tanpa beban
. Pelampung #. Bahan bakar masuk dari tangki -. "ampuran bahan bakar 9 udara melalui saluran isap . Saluran *entilasi tanpa beban ?. Saluran udara tanpa beban 0. Skrup pengatur tanpa beban /. Saluran campuran tanpa benban ,4. "adangan tanpa beban ,,. @rifis pengatur tanpa beban ,2.
+a&ar 1.. Kat*p #as ter&*ka pen*$ (iranto Arismunandar! 2442) 1eterangan : ,. 7dara atmosfir 2. +abung tekan . Pelampung #. Bahan bakar masuk -. @rifis pengatur bahan bakar . "ampuran bahan bakar 9 udara melalui saluran isap ?.
+a&ar 1.. Per&an)in#an &a$an &akar *)ara )en#an pe&*kaan kat*p #as (irannto Arismunandar! 2442
'ari grafik diatas dapat disimpulkan baha campuran ang kaa diperlukan dalam keadaan tanpa beban dan beban penuh. "ampuran miskin diperlukan ketika normal operasi! campuran berkisar 4!4 9 4!,2.
1.4
Siste Ba$an Bakar Motor Disel Ada tiga sistem penaluran bahan bakar ang sering dipakai aitu : ,. Sistem pompa pribadi 2. Sistem pompa distribusi . Sistem akumulator
a.
Siste popa pri&a)i
+a&ar 1.3. Skea siste popa pri&a)i (irannto Arismunandar! 2442 Sistem pompa pribadi menggunakan satu pompa tekanan tinggi untuk stiap silinderna! jadi setiap penemprot dilaani oleh satu pompa tekanan tinggi. Pompa ini adalah pompa pluner ang
dilengkapi dangan peralatan pengatur kapasitas
daa ang
diperlukan untuk menggerakkan pompa diambil dari daa ang dihasilkan oleh mesin itu sendiri.
1ekurangan dari sistem ini
konstruksi rumit! dan hargana lebih mahal! dan peraatan lebih susah.
&.
Siste popa )istri&*si
+a&ar 1.1. Skea siste popa )istri&*si (irannto Arismunandar! 2442 Sistem pompa distribusi menggunakan satu pompa tekanan tinggi dan mengalirkana masuk dalam distributor! distributor adalah alat untuk membagi bahan bakar kedalam setiap penemprot sesuai dengan urutan ang telah ditentukan. 8adi fungsina eki*alen dengan fungsi distributor pada motor bensin.
Pompa
tekanan tinggi pada sistem distributor dilengkapi dengan alat pengatur kapasitas. 1ekurangan dari sistem ini kerja pompa lebih berat ketika
harus melaani silinder dalam jumlah banak dan
tekanan pompa tidak konstan karena sesuai dengan putaran mesin.
'.
Siste popa ak**lator
+a&ar 1.11. Skea siste popa ak**lator (irannto Arismunandar! 2442
Sistem pompa akumulator menggunakan satu pompa tekanan tinggi
dan
mengalirkana
masuk
dalam
akumulator!
ang
dilengkapi dengan katup pengatur tekanan sehingga tekanan bahan bakar dalam akumulator dapat konstan. Apabila tekanan tersebut lebih besar dari ang ditentukan! katup pengatur akan terbuka dan bahan bakar akan mengalir kembali pada pipa hisap dari pompa tekanan tinggi. 'ari akumulator bahan bakar mengalir ke dalam alat pengatur kapasitas! baru kemudin ke penemprot lalu
masuk
kedalam
silinder
sesuai
dengan
urutan
ang
ditetepkan. 1ekurangan dari sistem ini kerja pompa lebih berat ketika harus melaani silinder dalam jumlah banak akan tetapi tekanan pompa konstan karena dilengkapi dengan pengatur tekanan! harga lebih murah dan konstruksi lebih mudah sehingga biaa peraatan murah.
1.4.1 Pen-eprot &a$an &akar Penemprot bahan bakar ke dalam
silinder dilakukan dengan
mempergunakan sebuah alat ang dinamai penemprot bahan
bakar. 'isamping peralatan lain ang diperlukan! bahan bakar ang disemprotkan itu harus habis terbakar sesuai dengan prestasi ang diharapkan . dapat dikatakan fungsi penemprotan bahan bakar adalah : ,. Memasukan bahan bakar kedalam silinder sesuai dengan kebutuhan 2. Mengabutkan bahan bakar sesuai dengan derajat pengabutan ang diminta 3. Mendistribusikan
bahan
bakar
untuk
memperoleh
pembakaran ang sempurna dalam aktu ang ditentukan +ekanan udara didalam silinder sangat tinggi (-&-4 atm)ketika bahan
bakar
disemprotkan.
'engan
sendirina
tekanan
penemprotan haruslah lebih tinggi dari tekanan udara tersebut. 1elebihan tekanan juga diperlukan untuk memperoleh kecepatan penemprotan(kecepatan bahan bakar keluar dari penemprot) tertentu! aitu sesuai dengan derajat pengabutan ang diinginkan. Berikut adalah gambar penemprot bahan bakar.
+a&ar 1.12. 5osel kat*p jar* (irannto Arismunandar! 2442 1eterangan: ,. Saluran bahan bakar masuk 2. 3aa pegas . 1atup #. 5uang tekan
Paraeter Prestasi Mesin. Pada umumna performance atau prestasi mesin bisa diketahui membaca dan menganalisis parameter ang ditulis dalam sebuah laporan atau media lain. Biasana kita akan mengetahui daa! torsi! dan bahan bakar spesifik dari mesin tersebut. Parameter itulah ang menjadi pedoman praktis prestasi sebuah mesin. Parameter prestasi mesin dapat dilihat dari berbagai hal diantara ang terdapat dalam diagram sebagai berikut : Parameter Prestasi Mesin Torsi
Daya
Laju Konsumsi Bahan Bakar
Konsumsi Bahan Bakar Spesifik
Efisiensi Bahan Bakar
+a&ar . 'iagram Alir Prestasi Mesin Secara umum daa berbanding lurus dengan luas piston sedang torsi berbanding lurus dengan *olume langkah. Parameter tersebut relatif penting digunakan pada mesin ang berkemampuan kerja dengan *ariasi kecepatan
operasi
dan
tingkat
pembebanan.
'aa
maksimum
didefinisikan sebagai kemampuan maksimum ang bisa dihasilkan oleh suatu
mesin.
Adapun
torsi
poros
pada
kecepatan
tertentu
mengindikasikan kemampuan untuk memperoleh aliran udara (dan juga bahan bakar) ang tinggi kedalam mesin pada kecepatan tersebut.
Sementara suatu mesin dioperasikan pada aktu ang cukup lama! maka konsumsi bahan bakar suatu efisiensi mesinna menjadi suatu hal ang dirasa sangat penting. (%eood! ,/00 : 02).
+a&ar . Pengetesan Prestasi Mesin
7ntuk memperoleh daa maksimum dari suatu operasi hendakna komposisi gas pembakaran dari silinder (komposisi gas hasil pembakaran) dibuat seideal mungkin! sehingga tekanan gas hasil pembakaran bisa maksimal menekan torak dan mengurangi terjadina detonasi. 1omposisi bahan bakar dan udara dalam silinder akan menentukan kualitas pembakaran dan akan berpengaruh terhadap performance mesin dan emisi gas buang. Sebagaimana telah kita ketahui sebagai bahan bakar motor bensin terutama ang mengandung unsur&unsur karbon dan hidrogen ang dikenal dengan (tiga) teori mengenai pembakaran hidrogen tersebut. ,.
%idrokarbon terbakar bersama&sama dengan oksigen
sebelum karbon bergabung dengan oksigen. 2. 1arbon terbakar lebih dahulu daripada hidrogen.
Senaa
3.
hidrokarbon
terlebih
dahulu
bergabung
dengan oksigen dan membentuk senaa (hidrolisasi) ang kemudian dipecah secara terbakar. 'alam sebuah mesin terjadi beberapa tingkatan pembakaran ang digambarkan dalam sebuah grafik dengan hubungan antara tekanan dan perjalanan
engkol.
Berikut
adalah
gambar
dari
grafik
tingkatan
pembakaran :
+a&ar . +ingkat pembakaran dalam sebuah mesin (Malee*..! ,//- : ,4) Proses atau tingkatan pembakaran dalam sebuah mesin terbagi menjadi empat tingkat atau periode ang terpisah. Periode&periode tersebut adalah : 1. 1eterlambatan pembakaran (Delay Periode)
Periode pertama dimulai dari titik , aitu mulai disemprotkanna bahan bakar sampai masuk kedalam silinder! dan berakhir pada titik 2. Perjalanan ini sesuai dengan perjalanan engkal sudut a. Selama periode ini berlangsung tidak terdapat kenaikan tekanan melebihi kompresi udara ang dihasilkan oleh torak. 'an bahan bakar masuk terus menerus melalui nosel. 2. Pembakaran cepat Pada titik 2 terdapat sejumlah bahan bakar dalam ruang bakar! ang dipecah halus dan
sebagian menguap kemudian siap untuk
dilakukan pembakaran. 1etika bahan bakar dinalakan aitu pada titik 2! akan menala dengan cepat ang mengakibatkan kenaikan tekanan mendadak sampai pada titik tercapai. Periode ini sesuai dengan perjalanan sudut engkol b. ang membentuk tingkat kedua. . Pembakaran +erkendali Setelah titik ! bahan bakar ang belum terbakar dan bahan bakar ang masih! tetap disemprotkan (diinjeksikan) pada kecepatan ang tergantung pada kecepatan penginjeksian! serta jumlah distribusi oksigen ang masih ada dalam udara pengisian. Periode inilah ang disebut dengan periode terkendali atau disebut juga pembakaran sedikit
demi
sedikit
ang akan berakhir
pada
titik #
dengan
berhentina injeksi. Selama tingkat ini tekanan dapat naik! konstan ataupun turun. Periode ini sesuai dengan pejalanan engkol sudut c! dimana sudut c tergantung pada beban ang dibaa beban mesin! semakain besar bebanna semakin besar c. 4. Pembakaran pasca (after burning)
Bahan bakar sisa dalam silinder ketika penginjeksian berhenti dan akhirna terbakar. Pada pembakaran pasca
tidak terlihat pada
diagram! dikarenakan pemunduran torak mengakibatkan turunna tekanan meskipun panas ditimbulkan oleh pembakaran bagian akhir bahan bakar. 'alam pembakaran hidrokarbon ang biasa tidak akan terjadi gejala apabila memungkinkan untuk proses hidrolisasi. %al ini hana akan terjadi bila pencampuran pendahuluan antara bahan bakar dengan udara mempunai aktu ang cukup sehingga memungkinkan masukna oksigen ke dalam molekul hidrokarbon.
+a&ar . kur*a dampak perbandingan campuran terhadap prestasi motor (prestasi dengan campuran ang ber*ariasi dari beban pada kecepatan menengah). 1ur*a diatas menunjukan hubungan antara pemakaian bahan bakar dengan kinerja
(performance)
ang
dihasilkan
pada
berbagai
perbandingan
campuran. kur*a menunjukan baha pada beban menengah perbandingan campuran sekitar ,:,. Pada beban maksimum perbandingan campuran (,2& ,):,. 'isini seluruh udara dipergunakan untuk pembakaran! dan jumlah udara ang masuk akan bertambah bila suhuna turun akibat penguapan dan bensin suhu gas bekas serta panas spesifik akan naik demikian juga pemisahan thermal lebih kecil bila campuran ,-:,.
Gambar .
Perbandingan campuran ang dibuuhkan motor
1ur*a diatas memperlihatkan karburator ang dibuat untuk mengatur agar dapat campuran udara bahan bakar ang gemuk pada beban ringan! dan campuran khusus untuk beban menengah serta campuran gemuk pada beban maksimum! ang disesuaikan dengan pembukaan katup throttle atau percepatan gerakan.
+a&ar . 'iagram kalau pengapian terlalu cepat atau terlambat
'iagram diatas memperlihatkan keadaan ini secara *isual. 3rafik ,&2&A&B&" adalah penalaan ang terlambat dan grafik ,&A&B&BC&B&" adalah penalaan ang terlalu cepat. 'alam hal terakhir tekanan dan suhu menjadi tinggi antara B dan BC! jadi kehilangan panas dan gesekan menjadi lebih besar dari biasana.
6nj*k Kerja Motor Bakar Pada motor bakar torak! daa ang berguna adalah daa poros! karena daa poros itulah ang mengerakkan beban. 'aa poros itu sendiri dibangkitkan oleh
daa
indikator
ang
merupakan
daa
gas
pembakaran
ang
menggerakkan torak. 'aa poros ang berputar ditimbulkan oleh bahan bakar ang dibakar dalam silinder ang selanjutna torak akan menggerakkan semua mekanisme pada motor bakar. 7njuk kerja motor bakar tergantung dari daa poros ang dapat ditimbulkan. 7njuk kerja ini biasana dinatakan dalam daa kuda (PS) atau 1 persatuan isi langkah. ;si langkah i D penampang silinder E langkah (m) $fisiensi *olumetric F* Djumlah udara ang dihisap dalam satu siklus : jumlah udara ang diisikan dalam silinder i pada kondisi atmosfer. 8umlah udara D 1$2#3 ×
2"3 2"3
+ t !
o
C
×
tekanan tekanannor mal
×V i!kg
'ari formula diatas dapat dilihat kalau suhuna lebih rendah! maka tekanan udara ang masuk lebih besar dan jumlah udara ang akan dihisap lebih besar pula. Sebagai hasil akan dapat dihasilkan daa ang lebih besar pula karena sejumlah bahan bakar akan dapat terbakar dengan baik (Soenarto G >uruhama ,//-). 1arena itu dalam merancang motor bakar torak! terutama motor diesel! hendaklah diusahakan agar tekanan maksimum dapat dibatasi apabila perbandingan kompresina hendak dipertinggi.
a. olume Silinder olume silinder antara +MA dan +MB disebut *olume langkah torak (,). Sedangkan *olume antara +MA dan kepala silinder (tutup silinder) disebut *olume sisa ( s). olume total ( t) ialah isi ruang antara torak ketika ia berada di +MB ampai tutup silinder. t D,Hs IIIIII..(,) olume langkah mempunai satuan ang tergantung pada satuan diameter silinder (') dan panjang langlah torak () biasana mempunai satuan centimetercubic (cc) atau cubic inch (cu.in). , D luas lingkaran E panjang langkah , D J r2 E 2
1 , D π D × L 2 'engan demikian besaran dan ukuran motor bakar menurut *olume silinder tergantung dari banakna silinder ang digunakan dan besarna *olume silinder (1iuku G Murdhana ,//0). b. Perbandingan 1ompresi %asil bagi *olume total dengan *olume sisa disebut sebagai perbandingan kompresi C =
V 1
+ V s
V s
=1 +
V 1 V s
IIII.(2)
'imana : , D *olume langkah torak s D *olume sisa 8adi! bila suatu motor mempunai *olume total - cu.in dan *olume sisa ? cu.in! maka perbandingan kompresina adalah : C =
&' "
=%
%al diatas menunjukkan baha selama langkah kompresi! muatan ang ada diatas torak dimampatkan 0 kali lipat dari *olume terakhirna. Makin tinggi perbandingan kompresi! maka makin
tinggi tekananna dan temperatur akhir kompresi. (1iuku G Murdhana! ,//0). Perbandingan kompresi tidak dapat dinaikan tanpa batas! karena motor pembakaran ang menggunakan busi akan timbul suara menggelitik
kalau
perbandingan
kompresina
terlalu
tinggi
(Soenarta G >uruhama! ,//-). +orsi dan 'aa Poros 'inamometer biasana digunakan untuk
mengukur torsi
sebuah mesin. Adapun mesin ang akan diukur torsina tersebut diletakkan
pada
dihubungkan
sebuah testbed
dengan
rotor
dan
poros
dinamometer.
keluaran
Prinsip
kerja
mesin dari
dinamometer dapat dilihat pada gambar 2.. 5otor dihubungkan secara elektromagnetik! hidrolis! atau dengan gesekan mekanis terhadap stator
ang ditumpu oleh bantalan ang mempunai
gesekan kecil. +orsi ang dihasilkan oleh stator ketika rotor tersebut berputar diukur dengan cara meneimbangkan stator dengan alat pemberat! pegas! atau pneumatik. %ambatan ini akan menimbulkan torsi (T )! sehingga nilai daa (P) dapat ditentukan sebagai berikut : P =
2π .n.T '((((
! kW IIIII............................................()
'imana : n D putaran mesin (rpm) + D torsi (
Besar nilai P, merupakan tekanan efektif
rata&rata indikator
(indicator mean effective pressure : ;M$P).
P,!
dapat
ditentukan
dengan
menggunakan
persamaan
sebagai berikut : P 1
=
W i V s
IIIIIIIIIIII.................................(#)
'engan menggunakan nilai Pi dapat memudahkan perhitungan besar usaha indikator i pada tekanan konstan selam torak pada langkah ekspansi. Pada mesin # langkah besar nilai P i terjadi setiap 2 putaran! sehingga besar nilai
putaran n dan BM$P ang berhubungan dengan tekanan gas rata& rata merupakan keluaran suatu pembakaran ang bermanfaat. BM$P adalah besar nilai ang menunjukkan daa mesin tiap satuan *olume silinder pada putaran tertentu dan tidak tergantung dari ukuran motor bakar. (Soenarta G>uruhama! ,//-). Besar nilai BM$P dapat dirumuskan dengan persamaan sebagai berikut : BMEP
=
'( . P . Z V d .n
IIIIIIII................................(?)
'imana : P D daa (k) < D putaran mesin (rpm) dD *olume langkah total silinder (m) K D sistem siklus (# langkah D2! 2 langkah D,) $fisiensi +hermis Perbandingan antara energi ang dihasilkan dan energi ang dimasukkan pada proses pembakaran bahan bakar disebut efisiensi thermis rem (brake thermal efficiency ) dan ditentukan sebagai berikut : η bt =
%'( SFC .h
×1(( !)
IIIII..................................(0)
'imana : % D nilai kalor untuk bahan bakar premium D ,4-44 kcal=kg. Minak gas D ,4#44 kcal=kg. S>" D konsumsi bahan bakar spesifik
") 1onsumsi bahan bakar spesifik (S>") ditentukan dalam g=PSh atau g=kh dan lebih umum digunakan dari pada Fbt. Besar nilai
S>" adalah kebalikan dari pada Fbt. Penggunaan bahan bakar dalam gram per jam
m f
[ kg * kWh ] IIIIIII.............................(/)
P
'imana : S>" D konsunsi bahan bakar spesifik (kg=kh) P
D daa mesin (k)
Sedang nilai mf dapat dicari dengan persamaan sebagai berikut: m f
=
b 3'(( ⋅
t 1(((
⋅ ρ bb
IIIIIIIIIIIIII.(,4)
'imana : b
D *olume buret (cc)
t
D aktu (detik)
ρbb D berat jenis bahan bakar (kg=l) mf D adalah penggunaan bahan bakar per jam pada kondisi tertentu
(
>uruhama!,//-)
Soenarta
G'r.
Shoichi
+a&ar . Prestasi motor bensin 2&langkah dan #&langkah
St*)i Ban)in# Perforansi Motor Disel Is*7* 4 8A1 Injeksi "an#s*n# Sisti 9or'e In)*'tion Den#an )an Tanpa Inter'ooler St*)i Ban)in# Perforansi Motor Disel Is*7* 48A1 Injeksi "an#s*n# Sisti 9or'e In)*'tion Den#an )an Tanpa Inter'ooler 1inerja suatu motor pembakaran dalam pada umumna dipengaruhi oleh beberapa parameter! diantarana
kapasitas
silinder dan
nisbah
kompresi. Semakin besar kapasitas silinder! semakin besar keluaran daa dihasilkan oleh motor. Salah satu upaa meningkatkan kinerja motor ang dapat
dilakukan
tanpa
mengubah
dimensi
fisik
dari
motor
adalah
menggunakan sistim induksi paksa (force induction). ;nduksi paksa merupakan suatu sistim mekanik untuk mendorong lebih banak udara ke dalam silinder dengan tekanan diatas tekanan atmosfir melalui proses pemampatan udara masukan. Proses pemampatan udara dapat dilakukan
melalui
sistim
supercharging
ang
digerakkan
oleh
mekanisme roda gigi atau sabuk ang dihubungkan ke puli poros engkol motor! atau melalui sistim turbocharging ang memanfaatkan energi dari gas buang. 1arena adana proses pemampatan udara sebelum masuk ke dalam silinder! maka kepadatan udara masuk semakin meningkat serta jumlah oksigen ang digunakan untuk berkangsungna proses pembakaran juga meningkat dibanding metode kon*ensional ang hana menarik udara segar ke dalam silinder L. 'engan meningkatna kuantitas oksigen ang masuk ke dalam silinder! lebih banak bahan bakar ang dapat terbakar dengan sempurna! sehingga meningkatkan efisiensi *olumetrik dan semakin banak energ pembakaran ang dapat dikon*ersi menjadi kerja mekanik L. Permasalahan ang timbul pada saat mengadopsi sistim induksi paksa adalah meningkatna temperatur udara masukan ang mengiringi proses pemampatan udara! sehingga tekanan di dalam silinder pada aal langkah
kompresi menjadi lebih tinggi. Peningkatan temperatur udara masukan ini akan berdampak pada peningkatan temperatur dan tekanan di dalam silinder pada siklus selanjutna! sehingga katup! silinder dan kepala torak menjadi terlalu panas dan motor menjadi overheating. 1arena alasan ini! beberapa motor ang mengadopsi sistim induksi paksa harus menurunkan nisbah kompresina. Menurunkan
nisbah
kompresi!
ternata
juga
menimbulkan
permasalahan lain! aitu menurunna efisiensi termal motor! sehingga meningkatkan konsumsi bahan bakar spesifik L?! suatu kondisi ang sangat tidak diharapkan dalam mengatasi kelangkaan dan mahalna harga bahan bakar! serta permasalahan ang berkaitan dengan pencemaran udara. 7ntuk mengatasi permasalahan dalam mengadopsi sistim induksi paksa pada motor pembakaran dalam! tanpa menurunkan nisbah kompresi ang harus mengorbankan efisiensi termal! digunakan suatu penukar kalor ang disebut dengan intercooler guna menurunkan temperatur udara termampatkan sebelum masuk ke dalam silinder.
Dasar Teori 'aa keluaran ang dihasilkan motor sebanding dengan kecepatan rotasi dan kuantitas udara ang dapat dimampatkan di dalam silinder. 'engan asumsi kecepatan rotasi motor konstan! satu&satuna upaa untuk dapat meningkatkan daa motor adalah dengan meningkatkan kuantitas udara ang masuk ke dalam silinder L. Berdasarkan persamaan gas ideal! PV
8ika
= mu RT
V R
udara! mu
(,)
konstan! dimana R D konstanta gas uni*ersal! maka massa
ang masuk silinder berbanding lurus dengan tekanan dan
berbanding terbalik dengan temperatur absolutna.
Massa udara ang masuk silinder D *olume ang dipindahkan (swept volume) oleh piston! V mu
×
kerapatan udara.
= V × ρ u
(2)
'ari persamaan (,) dan (2)! diperoleh ρ u =
1 P R T
8ika
()
ρ u1 =
P 1 RT 1
dan
ρ u 2 =
P 2
! kemudian
RT 2
T 1 ρ 1$ u1 $ P
dan
ρ u 2 $ P 2 $ T 2
berturut&turut adalah kondisi&kondisi kerapatan! tekanan dan temperatur aal (keadaan ,) dan akhir (keadaan 2)! maka
;ni
=
P 2 T 1 P 1 T 2
berarti!
menurunkan
ρ u 2 ρ u1
P 2 RT 2 P 1 RT 1
! atau
baha T 2
=
(#) dengan
meningkatkan
P 2
(tekanan
akhir)
serta
(temperatur akhir)! akan dihasilkan peningkatan kerapatan
( ρ u 2 > ρ u1 ).
Secara matematis! dalam kondisi ideal! kuantitas udara ang masuk ke dalam silinder!
mu $i
dengan kerapatan udara ideal!
ρ u $i
serta kondisi
masukan (P, T ) pada N 5pm! dinatakan dengan L,:
m u $i = V d × ρ u $i × " × ! × 12 × ' ( k g * a
(-)
dimana " jumlah langkah per siklus. =
'engan cara ang sama! pada kondisi aktual! jumlah udara ang masuk kedalam silinder dinatakan dengan:
m u $a = V d × ρ u $a × " × ! × 12 × ' ( k g * a
()
η #
=
u $a m
(?)
u $i m
Persamaan ini menunjukkan baha untuk meningkatkan efisiensi *olumetris dengan kata lain meningkatkan derajat pengisian silinder dapat dilakukan dengan meningkatkan kerapatan udara aktual di dalam silinder melalui pemampatan udara masukan. %ubungan antara efisiensi *olumetrik dengan daa! torsi dan tekanan efektif purata (mean effective pressure, mep) motor dinatakan melalui persamaan berikut L#: P =
τ
=
me'
η f η # !V d % &V ρ u $i ( F $)
(0)
2
η f η #V d % &V ρ u $i ( F $)
(/)
4π =η f η # % &V ρ u $i
dimana ( F
$)
(,4)
D nisbah bahan bakar=udara6 % &V
atas bahan bakar6 Sistim
( F $)
η f
induksi
=
efisiensi pembakaran dan V d
paksa!
baik
dengan
nilai kalor pembakaran
=
=
*olume langkah.
menggunakan supercharger
maupun turbocharger ! masing&masing memiliki keuntungan dan kerugian. Supercharger mampu beroperasi mulai pada putaran idle karena digerakkan secara langsung mengikuti putaran poros engkol motor. Turbocharger tidak beroperasi pada putaran idle karena opeasionalna memanfaatkan tekanan limbah gas buang untuk menggerakkan turbin kompresorna. 'engan
pertimbangan kemampuanna untuk beroperasi pada putaran rendah dalam percobaan ini digunakan sistim supercharging L2. 'alam percobaan ini! digunakan supercharger tipe sliding vane dengan nisbah tekanan maksimum ,!-:, atau boost pressure 4!- bar. 7ntuk meningkatkan nisbah tekanan! diameter puli supercharger dapat diperkecil! sehingga putaranna semakin tinggi dan dihasilkan tekanan dorong ang lebih besar. Akibat sampingan ang tidak dapat dihindari dari aplikasi sistim induksi paksa adalah meningkatna temperatur udara karena proses pemampatan! sehingga menurunkan kerapatan udara ang masuk ke dalam silinder dan kuantitas oksigen ang masuk silinder lebih rendah. 7ntuk mengurangi akibat sampingan ang merugikan ini! ditambahkan perangkat penukar kalor ang dikenal dengan intercooler ke dalam sistim. Intercooler ditempatkan diantara keluaran supercharger dan saluran hisap motor. Skema dari sistim beserta instalasi fluida pendinginna ditunjukkan dalam 3ambar ,.
+a&ar 1. Skema sistim induksi paksa beserta instalasi fluida pendinginna Supercharger (S) digerakkan dengan memanfaatkan putaran poros engkol motor (M) melalui mekanisme puli ang dihubungkan dengan puli poros engkol motor melalui sabuk (belt ). Intercooler udara ke air (;)! digunakan untuk mendinginkan
kembali
udara
ang
dimampatkan supercharger
sehingga temperatur udara termampatkan ang masuk ke silinder menjadi
lebih rendah. Sebagai fluida pendingin digunakan campuran air H ethlene glcol! disirkulasikan oleh pompa air (P) ang beroperasi memanfaatkan putaran poros engkol motor ke radiator ekstra (5$).
'alam percobaan ini!
digunakan intercooler tipe tabung tubular udara ke air (3ambar 2).
+a&ar 2. ;ntercooler tipe tabung tubular. 7ji prestasi motor dilakukan dengan menggunakan dinamometer rem air (water brake dynamometer ) pada bangku uji. 'aa keluaran poros motor ke dinamometer dinatakan dengan: P =
2π ! F R '(
Watt
(,,)
dimana: P D daa motor (att atau !"p)! # D pembebanan dinamometer (Newton)! dan $ D 4!/-#/ m D panjang lengan dinamometer. Atau secara langsung dinatakan dengan pembacaan terkalibrasi dinamometer: P =
! F 1((((
=
()att
! F "4'(
&'
(,2)
+orsi motor dinatakan dengan: τ
= F × R
!e)ton
− meter
(,)
1onsumsi bahan bakar spesifik (specific fuel consumption! sfc)! ang menatakan kuantitas bahan bakar ang dikonsumsi untuk menghasilkan daa , hp selama , %am dinatakan dengan: sf* =
3'(( × mbb P × t
(g * ( h' − am) (,#)
dimana P D daa ("p)! mbb
= massa
bahan bakar ang dikonsumsi (kg) dan
t = aktu ang dibutuhkan untuk mengkonsumsi mbb kg bahan bakar. $fisiensi termal! η th ! dinatakan dengan efisiensi pemanfaatan kalor dari bahan bakar untuk menghasilkan kerja mekanik. $fisiensi termal dinatakan dengan η th =
'41 $'" sf* × % &V
(,-)
dimana sfc D konsumsi bahan bakar spesifik (kg&"p'%am)! % &V
=
pembakaran (kkal&kg) ang dihitung dari persamaan: % &V
= 1''1( + 4( ° $P+ Btu=lb
(,)
1arena , Btu D ,4-# 86 , kal D #!,0# 8! dan , lb D 4!#- kg! maka: 1 Btu
lb = &&&
1(&4 ,
×
1 Btu
×
1kal 4$1%' ,
×
1lb ($4&3' kg
$(#'3 kal kg
Persamaan (,) dapat dituliskan ulang dengan: % &V
= ($&&& (1''1( + 4(° $P+ )
° $P+ =
141 $& S- ( '( ° F )
kkal * kg
(,a)
−131 $&
(,b)
dimana S3 D specific gravity bahan bakar pada 4°>. 7ntuk solar D 0,kg=m. 'ari persamaan (,a) dan (,b): % &V
141 $& = ($&&& 1''1( + 4( −131 $& %1& (,?)
= '3(3 $1 kkal
kg
Temperatur pengisian Vs Putaran 130
) C ( r u t a r e p m e T
120 110 100 90 80 70 60
+a&ar /. 1ur*a temperatur pengisian s Putaran.
50 40 30 20 0 0 4 1
0 0 8 1
0 0 2 2
0 0 6 2
0 0 0 3
Putaran (RPM)
T-kon
T-spch
T-spch+Int
+a&ar 0. 1ur*a tekanan pengisian s putaran.
+a&ar . 1ur*a 'aa s Putaran
+a&ar . 1ur*a +orsi s Putaran
+a&ar 3. 1ur*a konsumsi bahan bakar spesifik s putaran.
+a&ar 1. 1ur*a efisiensi termal s putaran.
%asil )an Pe&a$asan Pada 3ambar - dan ditunjukkan pola ang berbeda antara temperatur dan tekanan udara ang masuk ke dalam silinder. +emperatur udara ang masuk ke dalam silinder cenderung lebih rendah pada putaran tinggi (3ambar -)! sedangkan tekanan cenderung semakin meningkat (3ambar ). Peningkatan temperatur pada putaran lebih rendah disebabkan karena meningkatna friksi internal dengan bertambahna beban pada motor. Peningkatan tekanan ang terjadi pada putaran lebih tinggi disebabkan karena meningkatna kecepatan pergerakan piston di dalam silinder. +emperatur udara rata&rata meningkat sebesar 0/!0N (dalam kisaran antara ?4°" sampai dengan ,24°) dengan penambahan supercharger pada sistim. %al ini terutama disebabkan karena meningkatna tumbukan antar molekul udara ang merupakan bagian dari proses pemampatan udara. 'engan menambahkan intercooler ke dalam sistim peningkatan temperatur akibat proses pemampatan dapat ditekan menjadi #!?N! atau terjadi penurunan temperatur udara termampatkan sebesar #!#/N. +erjadi peningkatan tekanan udara rata&rata sebesar #4!4,N akibat proses
pemampatan
udara
melalui
supercharger.
'engan
adana
penambahan intercooler ke dalam sistim! sehingga terjadi penurunan temperatur udara termampatkan! maka peningkatan tekanan keluaran supercharger turun menjadi !--N! atau terjadi penurunan tekanan sebesar !#N. 1arena kerugian tekanan akibat pendinginan udara melalui intercooler ang terjadi relatif kecil (!#N) dibandingkan penurunan temperaturna (#!#/N)! maka terjadi peningkatan nisbah kerapatan udara termampatkan dengan adana penambahan intercooler. %al ini dapat diartikan baha disamping terjadi peningkatan massa udara (karena proses pemampatan
dengan supercharger)! juga terjadi peningkatan kerapatan udara (karena proses
pendinginan
udara
termampatkan
oleh
intercooler ).
'engan
meningkatna massa dan kerapatan udara! semakin banak jumlah oksigen ang dapat dimanfaatkan untuk melangsungkan proses pembakaran di dalam ruang bakar. Pada kur*a daa dan torsi s putaran (3ambar ? dan 0) ditunjukkan terjadi
peningkatan
kecepatan
daa dan
masing&masing
torsi
sebesar
rata&rata
pada berbagai
,4!4N
dengan
tingkat
menambahkan
supercharger pada sistim. 8ika temperatur udara ang masuk kedalam silinder setelah proses pemampatan diturunkan dengan menambahkan intercooler pada sistim! daa dan torsi rata&rata pada berbagai tingkat kecepatan dapat ditingkatkan lagi! masing&masing sebesar ,/!#N dan ,/!42N. Berdasarkan persamaan gas ideal (persamaan ,) ang menatakan baha massa udara berbanding lurus dengan tekanan dan berbanding terbalik dengan temperaturna! maka dengan meningkatkan tekanan udara masukan! massa udara ang masuk akan semakin besar dan pada giliranna akan meningkatkan kuantitas oksigen ang dapat dimanfaatkan untuk melakukan proses pembakaran menjelang akhir langkah kompresi. Pada sisi lain! dengan meningkatkan tekanan udara masukan serta menurunkan temperatur
udara
termampatkan
melalui
perangkat
intercooler akan
semakin meningkatkan kerapatan udara masukan! dan pada giliranna akan semakin meningkatkan derajat pengisian silinder (efisiensi *olumetrik). 'engan asumsi *ariabel&*ariabel lain pada persamaan 0 dan / konstan! meningkatna efisiensi *olumetrik motor akan menghasilkan peningkatan daa kuda rem (bhp) dan torsi pada motor. 'isamping itu dengan memampatkan udara ang masuk ke dalam silinder! periode persiapan pembakaran akan dipersingkat. Pada kur*a konsumsi bahan bakar spesifik s putaran (3ambar /)! ditunjukkan terjadi penurunan konsumsi bahan bakar spesifik rata&rata sebesar
,2!?/N
dengan
penambahan
supercharger.
8ika
temperatur
keluaran supercharger diturunkan dengan perangkat intercooler ! konsumsi bahan bakar spesifik rata&rata turun sebesar ,/!#N. %al ini terjadi karena dengan meningkatna massa dan kerapatan udara ang masuk ke dalam silinder! semakin banak oksigen ang dapat bereaksi dengan bahan bakar untuk berlangsungna proses pembakaran sehingga pembakaran dapat berlangsung jauh lebih efisien. 1ondisi ini mampu mereduksi produk hidrokarbon ang tak terbakar pada gas buang! sebagai biang borosna konsumsi bahan bakar. Pada 3ambar ,4 ditunjukan baha dengan memampatkan udara masukan ke dalam silinder terjadi peningkatan efisiensi termal sebesar ,#!0N dengan penambahan supercharger . 8 ika intercooler ditambahkan pada sistim! efisiensi termal dapat ditingkatkan lagi menjadi 2!4N. $fisiensi termal berbanding terbalik terhadap konsumsi bahan bakar spesifik (persamaan ,-). ;ni berarti baha semakin rendah konsumsi bahan bakar spesifik! semakin tinggi efisiensi termalna. Peningkatan efisiensi termal ini terjadi karena semakin banak oksigen ang dapat bereaksi dengan bahan bakar karena adana proses pemampatan udara sebelum masuk ke dalam silinder.
Kesip*lan per'o&aan )iatas •
%asil rancang bangun intercooler serta instalasi sistim pendinginna cukup efektif untuk menurunkan temperatur udara termampatkan sehingga mampu meningkatkan kinerja motor ang menggunakan sistim force induction.
•
Penggunaan
supercharger
tanpa
intercooler !
meningkatkan
temperatur udara rata&rata sebesar 0/!0N alaupun dihasilkan peningkatan tekanan udara masuk rata&rata #4!4,N •
'engan penambahan intercooler ! peningkatan temperatur udara rata& rata dapat ditekan menjadi #!?N. alaupun tekanan udara hasil
pemampatan turun menjadi !--N! tetapi masih cukup efektif untuk meningkatkan kinerja motor secara keseluruhan. •
+anpa intercooler ! rata&rata terjadi peningkatan daa keluaran poros! torsi dan efisiensi termal masing&masing sebesar ,4!4N! ,4!4N dan ,#!0N!
sedangkan penurunan rata&rata
konsumsi bahan bakar
spesifik sebesar ,2!?/N. •
'engan penambahan intercooler! rata&rata terjadi peningkatan daa keluaran poros! torsi dan efisiensi termal masing&masing sebesar ,/!#N! ,/!42N dan 2!4N! sedangkan penurunan rata&rata konsumsi bahan bakar spesifik sebesar ,/!#N.
Motor bakar terbagi menjadi 2 (dua) jenis utama! aitu motor diesel dan motor bensin. Perbedaan umum terletak pada sistem penalaan. Penalaan pada motor bensin dinalakan oleh loncatan bunga api listrik ang dipercikan oleh busi atau juga sering disebut juga spark ignition engine. Sedangkan pada motor diesel penalaan terjadi karena kompresi ang tinggi di dalam silinder kemudian bahan bakar disemprotkan oleh no((le atau juga sering disebut juga )ompression Ignition *ngine.
Proses Pe&akaran Secara umum pembakaran didefinisikan sebagai reaksi kimia atau reaksi persenaaan bahan bakar oksigen (@2) sebagai oksidan dengan temperaturna lebih besar dari titik nala. Mekanisme pembakaranna sangat dipengaruhi oleh keadaan dari keseluruhan proses pembakaran dimana atom&atom dari komponen ang dapat bereaksi dengan oksigen ang dapat membentuk produk ang berupa gas. 7ntuk memperoleh daa maksimum dari suatu operasi hendakna komposisi gas pembakaran dari silinder (komposisi gas hasil pembakaran) dibuat seideal mungkin! sehingga tekanan gas hasil pembakaran bisa
maksimal menekan torak dan mengurangi terjadina detonasi. 1omposisi bahan bakar dan udara dalam silinder akan menentukan kualitas pembakaran dan akan berpengaruh terhadap performance mesin dan emisi gas buang. Sebagaimana telah diketahui baha bahan bakar bensin mengandung unsur&unsur karbon dan hidrogen. +erdapat (tiga) teori mengenai pembakaran hidrogen tersebut aitu : b.
%idrokarbon
terbakar
bersama&sama
dengan
oksigen
sebelum karbon bergabung dengan oksigen. c.
1arbon terbakar lebih dahulu daripada hidrogen.
+.
Senaa hidrokarbon terlebih dahulu bergabung dengan
oksigen
dan
membentuk senaa
(hidrolisasi)
ang
kemudian
dipecah secara terbakar. (Oasaki! 1! ,//#). 'alam sebuah mesin terjadi beberapa tingkatan pembakaran ang digambarkan dalam sebuah grafik dengan hubungan antara tekanan dan perjalanan
engkol.
Berikut
adalah
gambar
dari
grafik
tingkatan
pembakaran
Proses atau tingkatan pembakaran dalam sebuah mesin terbagi menjadi empat tingkat atau periode ang terpisah. Periode&periode tersebut adalah :
1. 1eterlambatan pembakaran (Delay Periode)
Periode pertama dimulai dari titik , aitu mulai disemprotkanna bahan bakar sampai masuk kedalam silinder! dan berakhir pada titik 2. perjalanan ini sesuai dengan perjalanan engkal sudut a. Selama periode ini berlangsung tidak terdapat kenaikan tekanan ang melebihi kompresi udara ang dihasilkan oleh torak! dan selanjutna bahan bakar masuk terus menerus melalui nosel. 2.
Pembakaran cepat Pada titik 2 terdapat sejumlah bahan bakar dalam ruang bakar!
ang dipecah halus dan
sebagian menguap kemudian siap untuk
dilakukan pembakaran. 1etika bahan bakar dinalakan aitu pada titik 2! akan menala dengan cepat ang mengakibatkan kenaikan tekanan mendadak sampai pada titik tercapai. Periode ini sesuai dengan perjalanan sudut engkol b. ang membentuk tingkat kedua. .
Pembakaran +erkendali Setelah titik ! bahan bakar ang belum terbakar dan bahan
bakar ang masih tetap disemprotkan (diinjeksikan) terbakar pada kecepatan ang tergantung pada kecepatan penginjeksian serta jumlah distribusi oksigen ang masih ada dalam udara pengisian. Periode inilah ang disebut dengan periode terkendali atau disebut juga pembakaran sedikit demi sedikit ang akan berakhir pada titik # dengan berhentina injeksi. Selama tingkat ini tekanan dapat naik! konstan ataupun turun. Periode ini sesuai dengan pejalanan engkol sudut c! dimana sudut c tergantung pada beban ang dibaa beban mesin! semakain besar bebanna semakin besar c. 4. Pembakaran pasca (after burning)
Bahan bakar sisa dalam silinder ketika penginjeksian berhenti dan akhirna terbakar. Pada pembakaran pasca tidak terlihat pada diagram! dikarenakan pemunduran torak mengakibatkan turunna tekanan meskipun panas panas ditimbulkan oleh pembakaran bagian akhir bahan bakar.
'alam pembakaran hidrokarbon ang biasa tidak akan terjadi gejala apabila memungkinkan untuk proses hidrolisasi. %al ini hana akan terjadi bila pencampuran pendahuluan antara bahan bakar dengan udara mempunai aktu ang cukup sehingga memungkinkan masukna oksigen ke dalam molekul hidrokarbon. (Oasaki. 1! ,//#) Bila oksigen dan hidrokarbon tidak bercampur dengan baik maka terjadi proses cracking dimana akan menimbulkan asap. Pembakaran semacam ini disebut pembakaran tidak sempurna.
+da -dua. kemungkinan yang ter%adi pada pembakaran mesin berbensin, yaitu/ Pembakaran ang terjadi pada motor bensin terdapat 2 (dua) kemungkinan ang terjadi aitu :
a.
Pe&akaran noral Pembakaran normal terjadi bila bahan bakar dapat terbakar seluruhna pada saat dan keadaan ang dikehendaki. Mekanisme pembakaran normal dalam motor bensin dimulai pada saat terjadina loncatan bunga api pada busi! kemudian api membakar gas bakar ang berada disekitarna sehingga semua partikelna terbakar habis. 'idalam pembakaran normal! pembagian nala api terjadi merata diseluruh bagian. Pada keadaan ang sebenarna pembakaran bersifat komplek! ang mana berlangsung pada beberapa phase. 'engan timbulna energi panas! maka tekanan dan temperatur naik secara
mendadak!
sehingga
piston
terdorong
menuju
+MB.
Pembakaran normal pada motor bensin dapat ditunjukkan pada gambar grafik dibaah sebagai berikut :
+a&ar 2.0. Pe&akaran 'ap*ran *)ara&ensin )an per*&a$an tekanan )i)ala silin)er (
&. Pe&akaran ti)ak noral Pembakaran tidak normal terjadi bila bahan bakar tidak ikut terbakar atau tidak terbakar bersamaan pada saat dan keadaan ang dikehendaki. Pembakaran tidak normal dapat menimbulkan detonasi (knocking) ang memungkinkan timbulna gangguan dan kesulitan&
kesulitan pada motor bakar bensin. >enomena&fenomena ang menertai pembakaran tidak sempurna! diantarana :
1. Detonasi Seperti telah diterangkan sebelumna! pada peristia pembakaran normal api menebar keseluruh bagian ruang bakar dengan kecepatan konstan dan busi berfungsi sebagai pusat penebaran. 'alam hal ini gas baru ang belum terbakar terdesak oleh gas ang sudah terbakar! sehingga tekanan dan suhuna naik sampai mencapai keadaan hampir terbakar. 8ika pada saat ini gas tadi terbakar dengan sendirina! maka akan timbul
ledakan
(detonasi)
ang
menghasilkan
gelombang
kejutan berupa suara ketukan (knocking noise)
2. %al$al -an# en-e&a&kan terja)in-a Detonasi Pada lapisan ang telah terbakar akan berekspansi. Pada kondisi lapisan ang tidak homogen! lapisan gas tadi akan mendesak lapisan gas lain ang belum terbakar! sehingga tekanan dan suhuna naik. Bersamaan dengan adana radiasi dari ujung lidah api! lapisan gas ang terdesak akan terbakar tiba&tiba.
Peristia
ini
akan
menimbulkan
letupan
mengakibatkan terjadina gelombang tekanan ang kemudian menumbuk piston dan dinding silinder sehingga terdengarlah suara ketukan (knocking) aitu ang disebut dengan detonasi.
%al&hal ang menebabkan terjadina detonasi antara lain sebagai berikut : a) Perbandingan kompresi ang tinggi! tekanan kompresi! suhu pemanasan campuran dan suhu silinder ang tinggi. b) Masa pengapian ang cepat. c) Putaran mesin rendah dan penebaran api lambat. d) Penempatan busi dan konstruksi ruang bakar tidak tepat! serta jarak penebaran api terlampau jauh. Proses terjadina detonasi dapat ditunjukkan pada (gambar 2.?) dibaah :
+a&ar 2.. Proses terja)in-a )etonasi 3ambar diatas menjelaskan baha detonasi (knocking) terjadi karena bahan bakar terbakar sebelum aktuna. %al ini terjadi pada saat piston belum mencapai posisi pembakaran! tetapi bahan bakar telah terbakar lebih dahulu.
Keseta&ilan kiia )an ke&ersi$an &a$an &akar
