DASAR TEORI Arif Pratama I8609006

commit to user 4

BAB II DASAR TEORI

2.1 GAMBARAN UMUM TENTANG MESIN DIESEL 2.1.1. Penjelasan Mesin Diesel Diesel berasal dari nama seorang insinyur dari Jerman yang menemukan mesin ini pada tahun 1893, yaitu Dr. Rudolf Diesel. Ia mendapatkan paten RP 67207 berjudul Arbeitsverfahren und für Ausführungsart Verbrennungsmaschinen . Pada waktu itu mesin tersebut tergantung pada panas yang dihasilkan ketika kompresi untuk menyalakan bahan bakar.Bahan bakar ini diteruskan ke silinder oleh tekanan udara pada akhir kompresi. Pada tahun 1924, Robert Bosch, seorang insinyur dari Jerman, mencoba mengembangkan pompa injeksi daripada menggunakan metode tekanan udara yang akhirnya berhasil menyempurnakan ide dari Rudolf Diesel.Keberhasilan Robert Bosch dengan mesin dieselnya tersebut sampai saat ini digunakan oleh masyarakat. Motor diesel adalah motor bakar yang berbeda dengan motor bensin, proses penyalaan bukan dengan loncatan bunga api listrik. Pada langkah hisap hanyalah udara saja yang masuk ke dalam silinder. Pada waktu torak hampir mencapai titik mati atas TMA bahan bakar disemprotkan ke dalam silinder. Terjadilah proses penyalaan bahan bakar, pada saat udara di dalam silinder sudah bertemperatur tinggi. Persyaratan ini dapat dipenuhi apabila digunakan tekanan udara kompresi yang cukup tinggi, dan bahan bakar harus berkabut dengan halus. Untuk mengkabutkan bahan bakar dengan halus digunakan peralatan injeksi bahan bakar. Alat ini digunakan untuk mengkabutkan bahan bakar pada ruang bakar dengan volume dan saat penyemprotan tertentu sesuai dengan putaran mesin. Selain itu juga berfungsi membagikan bahan bakar pada tiap-tiap silinder sesuai urutan pengapian mesin. Sistem injeksi bahan bakar diesel berfungsi untuk melayani kebutuhan bahan bakar selama motor diesel tersebut bekerja. commit to user Proses pembakaran tidak terjadi sekaligus tetapi memerlukan waktu dan terjadi dalam beberapa tahap. Di samping itu pembakaran akan berlangsung antara 30-40 derajat sudut engkol. Gambar 2.1 merupakan grafik tekanan dengan sudut poros engkol yang menggambarkan secara grafis periode saat pembakaran. Gambar 2.1 Proses pembakaran motor diesel Proses pembakaran dibagi menjadi 4 periode: a Periode 1 Waktu pembakaran tertunda ignition delay A -B Pada periode ini disebut fase persiapan pembakaran, karena partikel-partikel bahan bakar yang diinjeksikan bercampur dengan udara di dalam silinder agar mudah terbakar. b Periode 2 Perambatan api B-C Pada periode 2 ini campuran bahan bakar dan udara tersebut akan terbakar di beberapa tempat. Nyala api akan merambat dengan kecepatan tinggi sehingga seolah-olah campuran terbakar sekaligus, sehingga menyebabkan tekanan dalam silinder naik. Periode ini sering disebut pembakaran letup. commit to user c Periode 3 Pembakaran langsung C-D Akibat nyala api dalam silinder, maka bahan bakar yang diinjeksikan langsung terbakar. Pembakaran langsung ini dapat dikontrol dari jumlah bahan bakar yang diinjeksikan, sehingga periode ini sering disebut periode pembakaran dikontrol. d Periode 4 Pembakaran lanjut D-E Injeksi berakhir di titik D, tetapi bahan bakar belum terbakar semua. Jadi walaupun injeksi telah berakhir, pembakaran masih tetap berlangsung. Bila pembakaran lanjut terlalu lama, temperatur gas buang akan tinggi menyebabkan efisiensi panas turun. Dibandingkan dengan motor bensin pada motor diesel mempunyai keuntungan dan kerugian sebagai berikut : Keuntungan a. Mesin diesel tidak memerlukan electric igniter karena proses pembakaran dilakukan oleh udara bertekanan tinggi. Hal ini berarti mesin diesel memiliki tingkat kesulitan lebih kecil dari pada mesin bensin. b. Penggunaan bahan bakar pada mesin diesel lebih ekonomis daripada mesin bensin, hal ini dikarenakan rasio kompresinya lebih tinggi dari pada mesin bensin sehingga kemungkinan bahan bakar terbakar sempurna lebih tinggi dari pada bensin. Kerugian a. Tekanan pembakaran maksimum lebih besar dari mesin bensin. Hal ini berarti bahwa suara dan getaran mesin diesel lebih besar. b. Tekanan pembakarannya yang lebih tinggi, maka mesin diesel harus dibuat dari bahan yang tahan tekanan tinggi dan harus mempunyai struktur yang sangat kuat. Hal ini berarti bahwa untuk daya kuda yang sama,mesin diesel jauh lebih berat dari pada mesin bensin dan biaya pembuatannya pun jadi lebih lama dan mahal daripada mesin bensin. commit to user c. Mesin diesel memerlukan sistem injeksi bahan bakar yang presisi. Dan ini berarti bahwa harganya lebih mahal dan memerlukan pemeliharaan yang lebih cermat dibanding mesin bensin. d. Mesin diesel mempunyai perbandingan kompresi yang lebih tinggi dan membutuhkan gaya lebih besar untuk memutarnya. Oleh karena itu mesin diesel memerlukan alat pemutar seperti motor stater dan baterai yang berkapasitas lebih besar. Terdapat beberapa alasan mengapa mesin diesel tidak hanya menyaingi mesin motor bakar yang lain tetapi dalam banyak hal mengusai medan. Kelas pelayanan adalah faktor penting dalam banyak kasus.Salah satu penggunaan yang menonjol dari mesin diesel adalah transportasi, di darat dan di air, pada truck, kereta rel, lokomotif, perahu dan kapal. Dalam banyak hal instalasi ukuran kecil dan sedang, pada pertanian dan perusahaan indrusti kecil, maka kesederhanaan dan biaya rendah dari operasi menentukan bahwa pemakaian mesin diesel sangat cocok digunakan karena konsumsi bahan bakar diesel lebih hemat dan memerlukan biaya operasional yang lebih murah. 2.1.2 Cara Kerja Mesin Diesel Seperti pada motor empat tak dengan bahan bakar bensin, motor diesel empat tak juga dalam empat langkah selama dua putaran poros engkol 720°. Berturut-turut dalam silinder terdapat langkah hisap, langkah kompresi, langkah pembakaran dan langkah buang. Cara kerja dari motor diesel yaitu pada langkah hisap, udara dimasukkan ke dalam silinder. Piston membentuk kevakuman di dalam silinder seperti pada motor bensin, piston bergerak ke bawah dari TMA ke TMB. Kevakuman dalam ruang bakar menyebabkan udara masuk atau terhisap ke dalam silinder melalui katup masuk yang terbuka disekitar awal langkah hisap dan akan terbuka sampai torak mencapai TMB. commit to user Pada langkah kompresi, piston bergerak dari titik mati bawah menuju titik mati atas, pada saat ini kedua katup tertutup sehingga udara yang ada dalam silinder dapat dimampatkan dengan kuat dan menyebabkan temperatur naik sekitar 500-800°C. Pada akhir langkah kompresi sebelum torak mencapai TMA, bahan bakar cair dalam bentuk halus disemprotkan kedalam udara panas dalam silinder, bahan bakar menyala dan terbakar sehingga menaikkan takanan dalam silinder, langkah ini disebut langkah kerja. Gas panas mendorong torak menuju TMB, gas mengembang dari volume silinder yang kemudian meneruskan energi yang timbul pada batang torak dan poros yang kemudian dirubah menjadi gerak putar memberi tenaga pada mesin. Gambar 2.2 adalah cara kerja mesin diesel. Gambar 2.2 Cara Kerja Mesin Diesel Pada langkah buang katup pembuangan terbuka. Torak bergerak dari TMB ke TMA dan mendorong gas-gas hasil pembakaran ke luar melalui katup buang yang terbuka. Selama mesin menyelesaikan empat langkah hisap, kompresi, pembakaran dan buang poros engkol berputar dua kali dan menghasilkan satu tenaga. Ini disebut dengan siklus diesel empat langkah. commit to user Tabel 1 menunjukkan perbandingan antara mesin diesel dengan mesin bensin. Tabel 1 Perbandingan Mesin Diesel Dengan Mesin Bensin Item Mesin Bensin Mensin Diesel Langkah Hisap Campuran udara bahan bakar dihisap ke dalam Hanya udara yang dihisap masuk Langkah Kompresi Piston mengkompresikan campuran udara bahan bakar Piston mengkompresikan udara untuk menaikkan tekanan dan temperatur Langkah Pembakaran Busi menyalakan campuran udara yang bertekanan Bahan bakar disemprotkan ke dalam udara yang bertemperatur dan bertekanan tinggi sehingga terbakar sendirinya Langkah Buang Piston mendorong gas buang ke luar silinder Piston mendorong gas buang ke luar silinder Pengatur Output Tenaga Diatur oleh banyaknya campuran udara dan bahan bakar yang dimasukkan Diatur oleh banyaknya bahan bakar yang diinjeksikan 2.2 BAGIAN-BAGIAN MESIN DIESEL 2.2.1. Komponen mesin bagian luar Bagian luar mesin dapat dilihat seperti pada gambar 2.3 dan gambar 2.4 commit to user Gambar 2.3 Komponen mesin bagian luar kiri Keterangan : 1. Pengukur ketinggian oli 2. Alternator 3. Intake manifold 4. Exhaust manifold 5. Tutup silinder head 6. Fly wheel commit to user Gambar 2.4 Komponen mesin bagian luar kanan Keterangan : 1. Kipas pendingin 2. Fan belt 3. Puli kipas 4. Pipa udara 5. Pipa injeksi 6. Nosel injeksi 7. Water hose 8. Saringan oli 9. Ventilasi udara 10. Water hose 11. Thermostat commit to user 2.3.2. Komponen mesin bagian dalam Bagian dalam mesin dapat diperiksa seperti pada gambar 2.5 berikut Gambar 2.5 Komponen mesin bagian dalam Keterangan : 1. Tappet 2. Poros engkol dan bantalannya 3. Metal samping 4. Main bearing 5. Sil oli 6. Plat belakang 7. Fly wheel 8. Plat depan 9. Poros kam 10. Piston dan tangkai piston 11. Metal jalan 12. Oiling jet 13. Pompa oli 14. Crank case 15. Gasket 16. Silinder head 17. Push rod 18. Rangkaian rocker arm commit to user 2.3 Cylinder head Kepala Silinder Cylinder Head ditempatkan di atas blok silinder. Pada bagian bawah kepala silinder terdapat ruang bakar dan katup – katup. Karena perbandingan kompresinya lebih tinggi, ruang bakar motor diesel lebih kecil dari pada ruang bakar motor bensindan konstruksi nya lebih rumit. Kepala silinder harus tahan terhadap temperatur dan tekanan yang tinggi selama mesin bekerja. Oleh sebab itu umumnya kepala silinder di buat dari besi tuang. Cylinder head berfungsi sebagai dudukan mekanisme katup, injektor, dan glow plug juga sebagai ruang bakar. Gambar 2.6 merupakan tipe-tipe cylinder head Gambar 2.6 Kepala silinder Dalam mesin diesel, kita mengenal ada 2 jenis ruang bakar, yaitu ruang bakar langsung dan ruang bakar tambahan. Ruang bakar Ruang bakar langsung Ruang bakar tambahan Tipe injeksi langsung Tipe ruang bakar kamar depan Tipe kamar pusar commit to user a. Tipe Injeksi langsung Direct Injection Injection nozzle menyemprotkan bahan bakar langsung ke ruang bakar utama main combustion yang terdapat diantara cylinder head dan piston. Ruang bakar yang ada pada bagian atas piston merupakan salah satu bentuk yang dirancang untuk meningkatkan efisiensi pembakaran. Gambar 2.7 merupakan ruang bakar tipe langsung. Keuntungan 1 Penampang permukaan ruang injeksi langsung yang kecil dapat mengurangi kerugian panas, sehingga dapat menaikkan temperatur udara yang dikompresikan dan menyempurnakan pembakaran. Pada tipe ini pemanasan awal tidak diperlukan untuk menghidupkan mesin dengan suhu udara sekitarnya normal. Efisiensi panas yang tinggi dapat juga meningkatkan output dan menghemat bahan bakar. 2 Struktur cylinder head yang lebih sederhana dibandingkan tipe lainnya, sehingga kemungkinan terjadinya deformasi karena panas akan lebih kecil. Kerugian 1 Pompa injeksi harus mampu menghasilkan tekanan tinggi yang diperlukan untuk mengatomisasikan bahan bakar dengan memaksanya keluar dari nosel tipe berlubang banyak. injektor Ruang bakar Gambar 2.7 Ruang Bakar Pembakaran commit to user 2 Kecepatan maksimumnya lebih rendah karena pusaran campuran bahan bakar lebih kecil dari pada tipe ruang bakar kamar depan. 3 Tekanan pembakaran yang tinggi menimbulkan suara yang lebih keras dan resiko diesel knocking lebih besar. 4 Mesin sangat peka terhadap kualitas bahan bakar, biasanya diperlukan bahan bakar yang bermutu tinggi. b. Tipe Injeksi Tak Langsung Dengan Ruang Bakar Kamar Depan Bahan bakar disemprotkan oleh nosel injeksi ke kamar depan. Sebagian akan terbakar di tempat, dan sisa bahan bakar yang tidak terbakar ditekan melalui saluran kecil antara ruang bakar kamar depan dan ruang bakar utama dan selanjutnya terurai menjadi partikel yang halus dan terbakar habis di ruang bakar utama. Gambar 2.8 adalah ruang bakar tipe kamar depan. Gambar 2.8 Ruang Bakar Kamar Depan Keuntungan 1 Pemakaian jenis bahan bakar lebih luas. Bahan bakar yang relatif kurang baik dapat digunakan dengan asap pembakaran yang tidak pekat. 2 Mudah pemeliharaanya karena tekanan injeksi bahan bakar relatif rendah dan mesin tidak begitu peka terhadap perubahan timing injeksi. 3 Kerja mesin lebih tenang dan resiko diesel knocking dapat dikurangi. commit to user Kerugian 1 Biaya pembuatannya lebih tinggi karena bentuk silindernya lebih rumit. 2 Starter mesin sulit oleh karena itu diperlukan glow plug . 3 Pemakaian bahan bakar lebih boros. c. Tipe Injeksi Tak Langsung Dengan Ruang Bakar Tipe Kamar Pusar Kamar pusar di kontruksi miringtangensial. Udara yang dikompresikan oleh piston memasuki kamar pusar dan membentuk aliran turbulensi di tempat bahan bakar yang dinjeksikan. Sebagian dari bahan bakar yang belum terbakar akan mengalir ke ruang utama melalui saluran transfer untuk menyelesaikan pembakaran. Gambar 2.9 merupakan ruang bakar tipe kamar pusar. Gambar 2.9 Tipe Ruang Bakar Kamar Pusar Keuntungan 1 Dapat dicapai kecepatan mesin yang tinggi karana turbulensi kompresinya tinggi. 2 Tingkat kecepatan mesin lebih tinggi dan operasinya yang halus membuatnya banyak digunakan untuk mobil penumpang. Kerugian 1 Diesel knocking akan lebih besar pada kecepatan rendah. 2 Menggunakan busi pijar, tetapi kurang efektif untuk kamar pusar yang besar, karena mesin tidak mudah dihidupkan. Bagian – bagian : 1. Injektor 2. Busi pijar 3. Ruang bakar 4. saluran Penghubung commit to user 2.3.1 Mekanisme katup 2.3.1.1 Cara kerja mekanisme katup Gambar 2.10 Mekanisme Katup Pada gambar 2.10 ketika poros engkol berputar, maka akan menyebabkan roda gigi antara ikut berputar. Karena roda gigi antara menghubungkan poros engkol dengan cam shaft, maka cam shaft juga akan ikut berputar. Berputarnya cam shaft pada saat tertentu akan menyebabkan nok mendorong tappe t naik menekan push rod yang ada di atas nya . Push rod akan menekan rocker arm, sehingga katup akan terbuka. Jika cam shaft terus berputar, maka nok juga akan berputar sehingga tappet dan push rod akan bebas dan akan kembali ke bawah karena adanya tekanan pegas pada katup. Setiap cam shaft berputar satu kali, akan membuka dan menutup katup hisap dan katup buang satu kali pada setiap 2 putaran poros engkol. Langkah ini terjadi pada katup hisap maupun katup buang saat membuka dan menutupnya daun katup yang mempunyai waktu berbeda sesuai dengan langkah mesin. Untuk mesin diesel katup masuk terbuka kurang lebih 10 derajat putaran sudut engkol sebelum TMA dan menutup pada 49 derajat setelah TMB. Sedang katup buang terbuka 46 derajat sebelum TMB dan menutup 13 derajat sesudah TMA. commit to user Kelambatan menutup katup masuk ini dimaksudkan agar kelambatan masuknya udara dapat dimanfaatkan sebesar-besarnya. Saat membukanya katup buang juga dipercepat untuk memaksimalkan pembuangan gas sisa pembakaran. Gambar 2.11 adalah diagram kerja motor diesel. Gambar 2.11 Diagram Kerja Motor Diesel 2.3.1.2 Mekanisme penggerak katup Pada saat ini, terdapat 3 jenis mekanisme penggerak katup, yaitu timing belt, timing gear, dan timing chain . Pada mesin diesel metode penggerakan katup hanya menggunakan timing gear dan timing chain saja, hal ini dikarenakan pada mesin diesel tenaga yang dihasilkan pembakaran lebih besar dari pada motor bensin, sehingga apabila menggunakan timing belt tidak akan awet. a Tipe timing belt Pada tipe ini untuk memutar camshaft digunakan sabuk yang dihubungkan ke poros engkol. Timing belt terbuat dari fiberglass yang diperkuat dengan karet. Keuntungannya adalah tidak membutuhkan pelumasan dan relatif lebih halus suaranya dibanding tipe lainnya. Gambar 2.12 adalah mekanisme katup tipe timing belt. commit to user Gambar 2.12 Mekanisme katup tipe timing belt b Tipe timing gear Tipe ini digunakan pada mekanisme katup jenis mesin OHV over head valve , yang letak cam shaft nya di dalam blok silinder. Timing gear biasanya menimbulkan bunyi yang paling berisik diantara tipe-tipe lainnya. Gambar 2.13 merupakan mekanisme katup tipe timing gear . Gambar 2.13 Mekanisme katup tipe timing gear c Tipe timing chain Pada tipe ini cam shaft digerakkan oleh rantai dan hanya sedikit menimbulkan bunyi dibanding dengan timing gear dan jenis ini amat populer. commit to user Tipe ini digunakan pada mesin OHC over head camshaft dan DOHC double overhead camshaft .C am shaft terletak diatas kepala silinder dan digerakkan oleh rantai dan roda gigi sprocket yang dilumasi dengan oli. Gambar 2.14 adalah mekanisme katup tipe timing chain . Gambar 2. 14 Mekanisme katup tipe timing chain 2.3.2 Komponen-komponen cylinder head dan mekanisme katup a Gasket cylinder head Gambar 2.15 gasket cylinder head Gasket kepala silinder cylinder head gasket terletak diantara blok silinder dan kepala silinder, dan berfungsi untuk mencegah kebocoran gas pembakaran kompresi, air pendingin dan minyak pelumas. Umumnya gasket terbuat dari gabungan karbon dan lempengan baja carbon clad sheet steel atau steel laminated. commit to user b Camshaft Cam shaft berfungsi untuk menggerakkan mekanisme katup dan pompa oli. Untuk motor bensin ditambah menggerakkan pompa bahan bakar dan distributor. Gambar 2.16 adalah gambar poros kam. Gambar 2. 16 Poros kamnok camshaft c Pengangkat katup tappet valve Gambar 2.17 Pengangkat katup Pengangkat katup valve lifter valve tappet adalah komponen yang berbentuk silinder pada mesin OHV, masing – masing dihubungkan commit to user dengan nok yang berhubungan dengan katup melalui batang penekan push rod . Pengangkat katup berfungsi untuk meneruskan gerakan camshaft ke push rod . Pada motor yang menggunakan lifter konvensional celah katupnya harus distel, tetapi ada mesin yang menggunakan hydraulic lifter pada mesin OHV dan katup last adjuster terdapat pada mesin tipe OHC tidak perlu melakukan penyetelan celah katup karena celahnya selalu 0 mm. d Batang penekan push rod Batang penekan push rod berfungsi untuk meneruskan gerakan lifter ke rocker arm. Gambar 2.18 adalah komponen-komponen mekanisme katup. Gambar 2.18 Push rod e Rocker arm dan shaft Rocker arm berfungsi untuk menekan katup saat tertekan ke atas oleh push rod. Rocker arm dilengkapi sekrup dan mur pengunci untuk penyetelan celah katup. Pada motor yang menggunakan lifter hidraulis tidak dilengkapi sekrup dan mur pengunci commit to user Gambar 2.19 rocker arm dan shaft f Celah katup Celah katup adalah celah yang terdapat pada mekanisme katup dari cam shaft. Apabila tidak terdapat celah katup akan menyebabkan katup tidak menutup rapat. Gambar 2.20 merupakan celah katup. Gambar 2.20 celah katup g Katup Katup terbuat dari baja khusus special steel , karena katup berhubungan dengan tekanan dan temperatur tinggi. Pada umumnya katup masuk lebih besar dari katup buang. Agar katup menutup rapat pada dudukannya, maka commit to user permukaan sudut katup valve face angle dibuat pada 44,5° atau 45,5°. Gambar 2.21 adalah gambar katup. Gambar 2.21 Katup h Pegas katup Gambar 2.22 Pegas katup Pegas katup gambar 2.22 digunakan untuk menutup katup. Pada umumnya motor menggunakan satu pegas katup untuk tiap katupnya, tetapi ada juga yang menggunakan 2 pegas. Penggunaan pegas yang jarak pitch nya berbeda uneven pitch spring pegas ganda double spring commit to user adalah untuk mencegah katup melayang. Katup melayang adalah gerakan katup yang tidak seirama dengan gerakan cam saat putaran tinggi. Pegas dengan jarak pitch berbeda tipe asymetrical dipasang dengan bagian yang lebih renggang pada posisi atas. i Dudukan katup valve seat Dudukan katup dipasang dengan cara dipres pada kepala silinder. Dudukan katup berfungsi untuk dudukan katup sekaligus memindahkan panas dari katup ke kepala silinder. Dudukan katup terbuat dari baja khusus tahan panas dan aus. Lebar persinggungan katup adalah 1,2 – 1,8 mm. Gambar 2.23 adalah dudukan katup. Gambar 2.23 Dudukan katup j Bushing Pengantar Katup dan Oil Seal Bushing pengantar katup terbuat dari besi tuang dan berfungsi untuk mengarahkan katup agar duduk tepat pada dudukan katup. Gerakan katup yang tidak lembut atau batang katup yang macet pada bushing penghantar katup disebut katup macet valve stinking . Oil seal berfungsi untuk mencegah oli motor masuk ke ruang bakar melalui bushing katup. Bila oil seal rusak akan menyebabkan oli masuk ke dalam ruang bakar , akibatnya oli menjadi boros. Biasanya lebih mudah masuk ke ruang bakar melalui katup masuk. commit to user 26

BAB III PERENCANAAN DAN GAMBAR