Upload
jaya-sukmana
View
189
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
untuk laporan
Citation preview
BAB III
TINJAUAN PUSTAKA
3.1 Motor Bakar
Motor bakar (combustion engine) adalah salah satu jenis dari mesin kalor,
yaitu mesin yang mengubah energi thermal untuk melakukan kerja mekanik atau
dengan kata lain dapat disebut sebagai mesin yang mengubah energi kimia bahan
bakar menjadi energi mekanis melalui proses pembakaran. berdasakan proses
kerjanya, motor bakar dapat dibedakan menjadi dua jenis, yaitu mesin pembakaran
dalam (internal combustion engine) dan mesin pembakaran luar (external combustion
engine).
A. Mesin Pembakaran Dalam (Internal Combustion Engine)
Mesin pembakaran dalam merupakan salah satu jenis mesin kalor dimana
dalam proses kejanya terjadi di dalam mesin itu sendiri, sehingga gas hasil
pembakaran yang terjadi dimanfaatkan secara langsung sebagai fluida kerja untuk
menggerakkan komponen mesin tersebut. Berdasarkan prinsip kerjanya, mesin
pembakaran dalam dapat dibedakan dalam 3 jenis, yaitu mesin 2 langkah, mesin 4
langkah dan mesin rotary wankle. Berdasarkan jenis bahan bakarnya, mesin
pembakaran dalam dapat dibedakan menjadi tiga jenis, yaitu mesin premium, diesel,
dan gas. Meskpun demikian, pada prinsipnya, apapun jenis bahan bakar yang
digunakan pada mesin pembakaran dalam akan terlebih dahulu dirubah dalam bentuk
gas agar dapat terbakar dengan mudah.
1. Mesin dua langkah
Mesin dua langkah adalah mesin yang memerlukan dua kali langkah piston
dan satu kali putaran poros engkol untuk memperoleh tenaga dalam satu kali siklus
usaha.
Sebelum mesin memulai siklus kerjanya, harus terlebih dahulu diberikan gerak awal.
Gerak awal dapat dilakukan dengan bantuan mekanis secara langsung melalui engkol
(manual), atau dengan menggunakan motor starter.
a. Siklus kerja mesin dua langkah bensin / premium
Langkah pertama
Piston bergerak dari titik mati bawah atau selanjutnya disebut TMB menuju
titik mati atas atau selanjutnya disebut TMA. Maka campuran bahan bakar, udara dan
pelumas terhisap masuk ke dalam ruang engkol (crank case). Percampuran antara
bahan bakar, udara dan pelumas ini dilakukan oleh karburator atau sistem injeksi
(Lihat Sistem bahan bakar). Pada saat yang bersamaan, ketika piston melewati
saluran masuk dan saluran buang, piston melakukan langkah kompresi campuran
bahan bakar, udara dan pelumas dalam silinder.
Gambar 2.1. langkah pertama
Langkah kedua
Piston bergerak dari TMA ke TMB. beberapa saat sebelum piston mencapai
TMA, busi memercikkan bunga api listrik dan membakar campuran bahan bakar,
udara dan pelumas, sehingga terjadilah proses pembakaran. Akibat proses pembakaran
tersebut, manimbulkan ledakan dan efek dorongan terhadap piston, sehingga piston
bergerak dari TMA menuju TMB sebagai langkah usaha untuk menggerakkan
komponen lain dalam mesin. Bersamaan dengan gerak piston menuju TMB, Saluran
buang yang berada pada salah satu sisi dinding silinder terbuka dan gas hasil
pembakaran di dalam silinder keluar melalui saluran buang. Beberapa saat kemudian,
piston akan melewati saluran masuk yang berada pada sisi silinder lainnya. (Posisi
masing-masing lubang tergantung dari desain perancang yang umumnya saluran
buang berada lebih tinggi dibandingkan saluran masuk, sehingga lebih dulu terbuka
sebelum saluran masuk terbuka). Semakin jauh piston meninggalkan TMA menuju
TMB, tekanan di ruang engkol semakin meningkat. Pada saat saluran masuk terbuka,
campuran bahan bakar, udara, dan pelumas yang berada diruang engkol mengalami
tekanan sehingga terpompa masuk ke dalam ruang bakar sekaligus mendorong gas
yang ada dalam ruang bakar keluar melalui lubang pembuangan, dan selanjutnya
siklus akan terus berulang.
Gambar 2.2. Langkah kedua
b. Siklus kerja mesin dua langkah solar / disel
Langkah pertama
Piston bergerak dari TMB menuju TMA. Ketika piston melewati saluran
masuk udara yang berada pada dinding silinder, terjadilah proses kompresi terhadap
udara yang ada diruang silinder.
Gambar 2.3. langkah pertama
Langkah kedua
Beberapa saat sebelum piston mencapai TMA, bahan bakar di injeksikan
kedalam silinder oleh injektor. Meski tanpa menggunakan busi, bahan bakar akan
terbakar dengan sendirinya karena ketika bahan bakar di injeksikan, temperatur udara
yang telah dikompresikan didalam ruang silinder sudah cukup untuk membuat bahan
bakar terbakar dan terjadilah proses pembakaran. Akibat proses pembakaran tersebut,
manimbulkan ledakan berupa pemuaian campuran bahan bakar dan udara yang
dimampatkan dalam tekanan dan temperatur tinggi, dan menimbulkan efek dorongan
terhadap piston, sehingga piston bergerak dari TMA menuju TMB sebagai langkah
usaha untuk menggerakkan komponen lain dalam mesin. Beberapa saat sebelum
piston mencapai salusan masuk udara, katup buang terbuka. Dan ketika saluran
masuk udara terbuka, udara bertekanan dari turbo charger atau blower masuk ke
dalam ruang silinder sekaligus mendorong gas sisa hasil pembakaran keluar dari ruang
silinder melalui saluran keluar. Dan selanjutnya siklus berulang.
Gambar 2.4. langkah kedua
2. Mesin empat langkah
Mesin empat langkah adalah mesin yang memerlukan empat kali langkah
piston dan dua kali putaran poros engkol untuk memperoleh tenaga dalam satu kali
langkah usaha.
a. Siklus kerja mesin empat langkah mesin bensin / premium
Langkah hisap
Katup masuk terbuka sedangkan katup buang tertutup. Piston bergerak dari
TMA menuju TMB. Pada saat yang bersamaan, campuran bahan bakar dan udara
terhisap masuk kedalam silinder akibat adanya kevakuman pada ruang silinder yang
disebabkan oleh pergerakan pison dari TMA ke TMB yang menimbulkan peningkatan
volume silinder secara cepat dan menimbulkan efek kevakuman karna tekanan yang
rendah pada ruang silinder.
Gambar 2.5. langkah hisap
Langkah kompresi
Kedua katup tertutup. Piston bergerak dari TMB menuju TMA. Campuran
udara dan bahan bakar yang ada di dalam silinder di kompresikan oleh piston
sehingga terjadi peningkatan temperatur dan tekanan dalam silinder.
Gambar 2.6. langkah kompresi
Langkah usaha
Kedua katup masih tertutup. Diakhir langkah kompresi, beberapa saat sebelum
piston mencapai TMA, busi memercikkan bunga api listrik dan membakar campuran
bahan bakar dan terjadilah proses pembakaran. Akibat proses pembakaran tersebut,
menimbulkan ledakan berupa pemuaian campuran bahan bakar dan udara yang
dimampatkan dalam tekanan dan temperatur tinggi, dan menimbulkan efek dorongan
terhadap piston, sehingga piston bergerak dari TMA menuju TMB sebagai langkah
usaha untuk menggerakkan komponen lain dalam mesin.
Gambar 2.7. langkah usaha
Langkah Buang
Katup masuk masih tertutup sedangkan katup buang terbuka. Piston bergerak
dari TMB menuju TMA. Gas sisa hasil pembakaran terdorong oleh piston dan keluar
dari silinder melalui saluran pembuangan, Dan selanjutnya siklus kerja akan terus
berulang.
Gambar 2.8. langkah buang
b. Siklus kerja mesin empat langkah mesin diesel
Langkah hisap
Katup masuk terbuka sedangkan katup buang tertutup. Piston bergerak dari
TMA menuju TMB. Pada saat yang bersamaan, udara terhisap masuk kedalam
silinder akibat adanya kevakuman pada ruang silinder yang disebabkan oleh
pergerakan pison dari TMA menuju TMB yang menimbulkan peningkatan volume
silinder secara cepat dan menimbulkan efek kevakuman karna tekanan yang rendah
pada ruang silinder.
Gambar 2.9. langkah hisap
Langkah kompresi
Kedua katup tertutup. Piston bergerak dari TMB menuju TMA. Udara yang
ada di dalam silinder di kompresikan oleh piston sehingga terjadi peningkatan
temperatur dan tekanan pada udara yang di kompresikan di dalam silinder.
Gambar 2.10. langkah kompresi
Langkah usaha
Kedua katup masih tertutup. Diakhir langkah kompresi, beberapa saat sebelum
piston mencapai TMA, bahan bakar di injeksikan kedalam silinder oleh injektor.
Meski tanpa menggunakan busi, bahan bakar akan terbakar dengan sendirinya karena
ketika bahan bakar di injeksikan, temperatur di ruang silinder sudah cukup untuk
membuat bahan bakar terbakar dan terjadilah proses pembakaran. Akibat proses
pembakaran tersebut, menimbulkan ledakan berupa pemuaian campuran bahan bakar
dan udara yang dimampatkan dalam tekanan dan temperatur tinggi, dan menimbulkan
efek dorongan terhadap piston, sehingga piston bergerak dari TMA menuju TMB
sebagai langkah usaha untuk menggerakkan komponen lain dalam mesin.
Gambar 2.11. langkah usaha
Langkah Buang
Katup masuk masih tertutup sedangkan katup buang terbuka. Piston bergerak
dari TMB menuju TMA. Gas sisa hasil pembakaran terdorong oleh piston dan keluar
dari silinder melalui saluran pembuangan, Dan selanjutnya siklus kerja akan terus
berulang.
Gambar 2.12. langkah buang
3. Mesin rotary wankle
Mesin wankel atau disebut juga mesin rotary adalah mesin pembakaran dalam
yang digerakkan oleh tekanan yang dihasilkan oleh pembakaran diubah menjadi
gerakan berputar pada rotor yang menggerakkan sumbu.
Gambar 2.13. mesin rotary wankle
Mesin ini dikembangkan oleh insinyur Jerman Felix Wankel. Yang memulai
penelitiannya pada tahun 1950 di NSU Motorenwerke AG (NSU) dan prototypenya
yang bisa bekerja pada tahun 1957. NSU selanjutnya melisensikan konsepnya kepada
beberapa perusahaan lain di seliruh dunia untuk memperbaiki konsepnya.
Karena mesin wankel sangat kompak, ringan, mesin ini banyak digunakan pada
berbagai kendaraan dan peralatan seperti pada mobil balap, pesawat terbang, go-
kart, speed boat.
a. Siklus kerja mesin rotary wankle
Langkah hisap
Sewaktu ujung rotor (triangular rotor) melewati saluran masuk, campuran bahan
bakar dan udara terhisap masuk ke ruang rotor akibat gaya hisapan tinggi dari gaya
perputaran rotor mengelilingi gigi sumbu (gaya orbit).
Gambar 2.14. langkah hisap
Langkah kompresi
Seketika rotor melanjutkan putaran, campuran bahan bakar dan udara dibawa ke sisi
ruang rotor lainnya. Campuran bahan bakar dan udara pada sisi ruang rotor ini
termampatkan oleh kekuatan gaya orbit rotor.
Gambar 2.14. Langkah hisap
Langkah usaha
Pada saat campuran bahan bakar dan udara dalam keadaan mampat/terkompressi busi
memercikan bunga api listrik dan membakar campuran bahan bakar dan udara,
sehingga terjadi peningkatan tekanan udara dan menekan sisi rotor sehingga berputar
dan memotar poros rotor.
Gambar 2.15. Langkah Usaha
Langkah Buang
Rotor terus bergerak akibat gaya dorong hasil langkah usaha, salah satu sisi rotor yang
bergerak membuka salurang buang, sisi rotor lainyya mendorong gas sisa hasil
pembakaran menuju salurang buang, dan gas sisa hasil pembakaran pun keluar dari
ruang rotor melalui saluran buang, dan seterusnya siklus berulang.
Gambar 2.16. langkah buang
Dari penjelasan diatas, dapat diketahui bahwa dalam satu kali gerakan rotor terjadi 3
proses kerja secara bersamaan. Hal ii dikarenakan bentuk rotor yang menyerupai
segitiga dimana setiap sisinya melakukan proses kerja yang berbeda pada setiap kali
gerakan rotor.
Gambar 2.17.
Keterangan gambar: 1. salah satu sisi rotor melakukan langkah hisap
2. sisi lain rotor melakukan langkah kompresi
3. sisi rotor lainnya melakukan langkah buang
3.2 Sistem Bahan Bakar
A. Karburator
Karburator adalah sebuah alat yang mencampur udara dan bahan bakar sebagai
salah satu sistem suplai bahan bakar pada mesin pembakaran dalam. Hingga saat ini
karburator masih banyak digunakan sebagai suplai sistem bahan bakar karena
harganya yang relatif lebih murah dibandingkan sisitem suplai bahan bakar yang lebih
moderen seperti injeksi, saat ini karburator digunakan terutama oleh mesin
berkapasitas kecil seperti sepeda motor.
Karburator pertama kali ditemukan oleh Karl Benz pada tahun 1885 dan dipatenkan
pada tahun 1886. Pada tahun 1893 insinyur kebangsaan Hungaria bernama János
Csonka dan Donát Bánki juga mendesain alat yang serupa. Adalah Frederick William
Lanchester dari Birmingham, Inggris.
Pada dasarnya karburator bekerja menggunakan Prinsip Bernoulli: semakin cepat
udara bergerak maka semakin kecil tekanan statis-nya namun makin tinggi tekanan
dinamis-nya. Pedal gas sebenarnya tidak secara langsung mengendalikan besarnya
aliran bahan bakar yang masuk kedalam ruang bakar. Pedal gas sebenarnya
mengendalikan katup dalam karburator untuk menentukan besarnya aliran udara yang
dapat masuk kedalam ruang bakar. Udara bergerak dalam karburator inilah yang
memiliki tekanan untuk menarik serta bahan bakar masuk kedalam ruang bakar.
Berdasarkan aliran udaranya, karburator dapat dibedakan menjadi 3 jenis, yaitu jenis
aliran naik (up draft), aliran samping (side draft) dan alitan turun (down draft).
1. Karburator Aliran Naik (up draft)
Gambar 2.18. Karburator aliran naik (up draft)
Adapun sistem kerjanya adalah dimana udara masuk melalui bagian bawah karburator
lalu keluar melalui bagian atas. Keuntungan desain ini adalah dapat menghindari
terjadinya mesin banjir, karena kelebihan bahan bakar. Bahan bakar cair akan
langsung tumpah keluar karburator dan tidak sampai masuk kedalam intake mainfold.
Gambar 2.19. Skema sistem kerja pada karburator aliran naik
2. Karburator Aliran Samping (side draft)
Gambar 2.19. Karburator aliran samping (side draft)
Karburator jenis ini memiliki sistem kerja dimana aliran udaranya searah horisontal.
Karburator jenis ini kebanyakan di gunakan untukmesin 4 langkah dengan kapasitas
silinder kecil seperti sepeda motor.
Gambar 2.20. skema sitem kerja pada karburator aliran samping
3. Karburator Aliran Turun (down draft)
Gambar 2.21 Karburator aliran turun (down draft)
Dinamakan karburator aliran turun karena udara masuk dari bagian atas karburator
lalu keluar melalui bagian bawah karburator. Adapun tujuan dibuatnya aliran turun ini
adalah untuk memanfaatkan adanya grafitasi bumi, supaya aliran udara yang terjadi
dalam karburator bisa lebih cepat karena mendapat percepatan dari gaya grafitasi
bumi. Namun pada jenis karburator ini sangat rawan terjadi banjir bahan bakar, karna
jika terjadi suplay bahan bahkar berlebih pada karburator, bahan bakar cair akan turun
dan masuk kedalam ruang silinder.
Gambar 2.22. skema sitem kerja pada karburator aliran turun
B. Injeksi
Sistem bahan bakar injeksi adalah sebuah teknologi yang digunakan dalam
mesin pembakaran dalam untuk mencampur bahan bakar dengan udara sebelum
dibakar. Penggunaan injeksi bahan bakar akan meningkatkan tenaga mesin bila
dibandingkan dengan penggunaan karburator, karena injektor membuat bahan bakar
tercampur secara homogen. Hal ini, menjadikan injeksi bahan bakar dapat mengontrol
pencampuran bahan bakar dan udara yang lebih tepat, baik dalam proporsi dan
keseragaman.
Sistem bahan bakar injeksi dapat berupa sistem injeksi mekanis, elektronik atau
gabungan dari keduanya. Awal mula sistem injeksi berupa sistem injeksi mekanis,
namun sekitar tahun 1980-an mulai banyak menggunakan sistem elektronik. Sistem
elektronik modern menggunakan banyak sensor untuk memonitor kondisi mesin, dan
sebuah unit kontrol elektronik untuk menghitung jumlah bahan bakar yang diperlukan.
Oleh karena itu, injeksi bahan bakar dapat meningkatkan efisiensi bahan bakar dan
mengurangi polusi, dan juga memberikan tenaga keluaran yang lebih.
Secara umum, sistem injeksi dapat di bedakan dalam 3 jenis, yaitu injeksi mekanis,
injeksi elektronik, dan kombinasi keduanya. Pada sistem injeksi mekanis, sumber
energi berupa tekanan yang diperlukan untuk menginjeksikan bahan bakar berasal dari
tenaga mekanis putaran mesin, dan waktu penyemprotan bahan bakarnya ditentukan
secara mekanis berdasarkan gerakan poros engkol atau poros nok. Selanjutnya sitem
injeksi Pada sistem injeksi elektronik, sumber energi berupa tekanan yang diperlukan
untuk menginjeksikan bahan bakar berasal dari pompa yang digerakan oleh energi
listrik, begitu pula dengan waktu penyemprotan bahan bakarnya dilakukan
berdasarkan sinyal yang diberikan oleh sensor tertentu. Jenis sistem injeksi ini
digunakan pada mesin bensin, karena pada mesin bensin bahan bakar di injeksikan
pada saluran masuk (intake manifold), sehingga tidak dibutuhkan energi yang besar
untuk memompa dan meng-injeksikan bahan bakar. Dan ketiga yaitu jenis kombinasi
antara injeksi mekanis dan elektrik, dimana sistem mekanis digunakan sebagai sumber
energy untuk menggerakkan penekan (plunger) pada injektor, dan sistem elektrik
digunakan sebagai sistem pengatur waktu penyemprotan bahan bakar dengan
mengatur besaran volume bahan bakar yang diinjeksikan kedalam ruang silinder
berdasarkan sinyal dari sensor – sensor tertentu. Sistem injeksi ini banyak digunakan
oleh mesin disel dengan kapasitas besar seperti lokomotif atau mesin industri.
Sistem injeksi elektronik diciptakan untuk meningkatkan efisiensi kerja dari system
bahan bakar. Oleh karena itu, sistem injeksi memiliki beberapa keunggulan, namun
juga tetap memiliki kelemahan dibandingkan sistem bahan bakar sebelumnya.
a. Keunggulan sistem bahan bakar injeksi elektronik
Emisi gas buang rendah dan daya lebih besar
Pencampuran bahan bakar lebih homogen, sehingga pembakaran yang terjadi pada
ruang bakar lebih baik dibandingkan system bahan bakar karburator, sehingga emisi
gas buang yang dihasilkan relatif lebih sedikit terlebih jika menggunakan knalpot
yang dilengkapi catalic converter.
Lebih hemat bahan bakar
Perbandingan udara dan bahan bakar (Air-fuel ratio) atau disebut AFR, sangat
mempengaruhi kesempurnaan pembakaran pada mesin. Motor bakar memiliki standar
AFR sesuai Janis bahan bakar yang digunakan. AFR dapat berubah-ubah, misalnya
pada saat kondisi mesin dingin, pada saat idle, akselerasi, dan pada saat pemakaian
ekonomis. Sistem injeksi elektronik mampu menyesuaikan perbandingan
penggunakan bahan bakar dengan bantuan sensor – sensor yang ada, Sehingga
konsumsi bahan bakar pada motor injeksi elektronik lebih irit dibandingkan
karburator.
Tidak memerlukan cok (choke)
Sistem injeksi bahan bakar elektronik dilengkapi sensor temperatur yang akan
melaporkan suhu mesin ke engine control module (ECM) yang akan memerintahkan
injektor untuk memperkaya campuran bensin pada suhu mesin dingin.
Perawatan yang lebih praktis
Teknologi sistem bahan bakar injeksi elektronik berkonsep bebas perawatan.
Perawatan hanya busi, dan pengaturan kerenggangan katup masuk dan katup buang.
b. Kelemahan sistem bahan bakar injeksi elektronik
Akselerasi kurang responsif
Terjadinya proses yang panjang dari sensor untuk pengatur AFR dan debit aliran
bahan bakar serta dari sensor-sensor lainnya, sehingga membutuhkan waktu yang
lebih lama untuk berakselerasi.
Sensitif terhadap benturan/guncangan
Hampir semua perangkat terutama ECM menggunakan sistem elektronik, sehingga
rentan terjadi kerusakan apabila mengalami guncangan keras. Pada saat terjadi hal
tersebut, kendaraan beresiko tidak bisa dihidupkan kembali, selain itu, biaya
perbaikan membutuhkan biaya yang relatif mahal.
Sensitif bahan bakar
Lubang nosel pada injektor berukuran mikro, sehingga sistem injeksi bahan bakar
mudah terjadi penyumbatan jika bahan bakar yang digunakan kotor. Hal ini akan
mempengaruhi kinerja kendaraan.
Sensitif kelistrikan
Kondisi mesin selalu dipantau oleh sensor, dan sensor terhubung ke ECM untuk
memberikan signal menggunakan kabel berkonektor. Kabel dan konektor sangat
rawan terhadap korosi atau korsleting jika terkena air, sehingga signal dari sensor
menuju ECM bisa terganggu. Hal ini akan mengakibatkan ECM tidak berfungsi
dengan baik dan dapat mengakibatkan kerusakan yang disebabkan aliran listrik yang
tidak stabil.
Seluruh kelemahan pada bahan bakar injeksi elektronik hanya terjadi karena faktor
manusia yang tidak hati saat menggunakan atau merawat kendaraan kecuali pada poin
pertama.
3.3 Bahan Bakar
Bahan bakar adalah suatu materi apapun yang bisa diubah menjadi energi
panas. Bahan bakar mengandung energi panas yang dapat dilepaskan dan
dimanipulasi. Kebanyakan bahan bakar digunakan manusia melalui
proses pembakaran dimana bahan bakar tersebut akan melepaskan panas setelah
direaksikan dengan oksigen.
Berdasarkan bentuk materianya, bahan bakar dapat dibedakan menjadi tiga macam,
yaitu:
A. Bahan bakar padat
Bahan bakar padat merupakan bahan bakar berbentuk padat, yang digunakan secara
langsung dan pada lingkungan terbuka. Misalnya kayu dan batubara. Energi panas
yang dihasilkan bisa digunakan untuk memanaskan air menjadi uap untuk
menggerakkan peralatan dan menyediakan energi.
B. Bahan bakar cair
Bahan bakar berbentuk cair sangat beragam namun yang banyak digunakan
adalah bahan bakar minyak atau disebut BBM seperti bensin, solar, pertamax dan
minyak tanah. Selain bisa digunakan untuk memanaskan air menjadi uap sebagai
energi penggerak, bahan bakar cair biasa digunakan langsung sebagai fluida kerja
seperti pada motor bakar jenis pembakaran dalam (internal combustion engine).
C. Bahan bakar gas
Bahan bakar gas ada dua jenis, yakni Compressed Natural Gas (CNG) dan Liquid
Petroleum Gas (LPG). CNG pada dasarnya terdiri dari metana sedangkan LPG adalah
campuran dari propana, butana dan bahan kimia lainnya. LPG yang digunakan untuk
kompor rumah tangga, sama bahannya dengan Bahan Bakar Gas yang biasa
digunakan untuk sebagian kendaraan bermotor.