1. Home
  2. Lainnya

MOTOR BENSIN 125 cc DENGAN INJEKSI BAHAN BAKAR

  MOTOR BENSIN 125 cc DENGAN INJEKSI BAHAN BAKAR Nomor Soal : 804 / TA / FT-USD / TM / Agustus / 2007

TUGAS AKHIR

  Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat sarjana S-1

  Program Studi Teknik Mesin Jurusan Teknik Mesin

  Diajukan oleh :

  Chandra Treliawan Witanto 015214034

  Kepada

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2008

  

125 cc GASOLINE ENGINE WITH FUEL

  

INJECTION

FINAL PROJECT

Presented as Partial Fulfillment of the Requirments

To Obtain the Sarjana Teknik Degree

in Mechanical Engineering

  

By

Chandra Treliawan Witanto

Student Number : 015214034

to

  

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2008

TUGAS AKHIR

  

MOTOR BENSIN 125cc DENGAN INJEKSI BAHAN BAKAR

  Yang dipersiapkan dan disusun oleh : Nama : Chandra Treliawan Witanto NIM : 015214034

  Yogyakarta, 25 Agustus 2008 Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma

  Yogyakarta Dosen Pembimbing

TUGAS AKHIR

  

MOTOR BENSIN 125cc DENGAN INJEKSI BAHAN BAKAR

  Yang dipersiapkan dan disusun oleh : Nama : Chandra Treliawan Witanto NIM : 015214034

  Telah dipertahankan di depan dewan penguji pada tanggal 25 Agustus 2008 dan dinyatakan memenuhi syarat

  Susunan Dewan Penguji 1. Ketua : Ir. YB. Lukiyanto, M.T.

2. Anggota : Ir. PK. Purwadi, M.T 3. Anggota : Yosef Agung Cahyanta, S.T.,M.T.

  Tugas akhir ini telah diterima sebagai salah satu persyaratan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Yogyakarta, 25 Agustus 2008 Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma

  Yogyakarta Dekan Ir. Greg. Heliarko,SJ.,SS.,B.ST.,MA.,M.SC.

  

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN

PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

  Yang bertanda tangan dibawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma : Nama : Chandra Treliawan Witanto Nomor Mahasiswa : 015214034 Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul :

  

MOTOR BENSIN 125 cc DENGAN INJEKSI BAHAN BAKAR

  Beserta perangkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelolamya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dan mempublikasikan di Internet atau media lain untuk kepentingan akademis dengan ijin dari saya maupun memberi royalti kepada saya selama teta mencantumkan nama saya sebagai penulis.

  Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya. Dibuat di Yogyakarta Pada tanggal : 4 Agustus 2008 Yang menyatakan (Chandra Treliawan Witanto)

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

  Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam tugas akhir ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan disuatu perguruan tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.

  Yogyakarta, 25 Agustus 2008 (Chandra Treliawan Witanto)

KATA-KATA MUTIARA

  ♦ Tuhan tidak akan membawa aku sejauh ini hanya untuk meninggalkan aku

♦ Seuntai harapanku mungkin takkan mampu

mewakili diriku, namun seuntai puisi aku harapkan

mampu mengisyaratkan untaian pertemanan kita

yang tiada pernah terputus

  ♦ Sahabat ibarat satu janji, tak dapat ditulis, tak

dapat dibaca, namun takkan terpisah oleh jarak ,

takkan berubah oleh waktu, dan takkan sirna oleh

jaman

  ♦ Indahnya cinta begitu mempesona, namun indahnya persahabatan akan abadi selamanya

  I dedicat e my Final Proj ect simply t o:

  

Tuhan Yesus Kristus yang selalu memberi

kasih, kekuatan, dan membentuk hidupku menjadi lebih indah. Ajarilah aku untuk selalu bersyukur atas semua itu.

  

Gunawan dan Suparnik, terima kasih untuk

doa, dukungan dan kasih sayang serta perhatian Bapak dan Ibu.

Kakakku yang juga saudara kembarku (Indra)

dan adikku (David) terima kasih atas semua sayang yang telah mewarnai hari-hari di rumah.

Semua teman-teman seperjuangan disaat-saat

terakhir kita, terima kasih banyak tanpa kalian mungkin aku tidak akan seperti sekarang ini. Kalian terbaik buat aku.

Almamaterku Teknik Mesin Sanata Dharma,

disinilah aku menemukan jati diriku.

KATA PENGANTAR

  Puji syukur kepada Tuhan Yesus atas berkat rahmat dan kasih karunia- Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir dengan judul “Motor

  bensin 125 cc dengan injeksi bahan bakar ”

  Penulisan Tugas Akhir ini tidak akan berhasil tanpa bantuan dan dukungan dari berbagai pihak, baik yang secara langsung maupun tidak langsung. Oleh karena itu, penulis menyampaikan banyak terima kasih secara khusus kepada: 1. Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Ir. Greg.

  Heliarko, SJ., SS., B.ST., MA., M.SC yang telah mendukung pembuatan Tugas Akhir ini dan membimbing saya hingga dapat menyelesaikan studi.

  2. I Gusti Ketut Puja, S.T.,M.T. yang telah bersedia menjadi pembimbing akademik saya selama ini.

  3. Dosen pembimbing pertama Tugas Akhir, Yosef Agung Cahyanta S.T., M.T. yang telah memberikan bimbingan dan arahan sehingga Tugas Akhir ini dapat terselesaikan.

  4. Dosen pembimbing Tugas Akhir, Ir. FX. Agus Unggul Santoso yang telah memberikan bimbingan, arahan, masukan dan perbaikan sehingga Tugas Akhir ini dapat terselesaikan.

  5. Seluruh dosen Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma yang tidak dapat saya sebutkan satu persatu, tetapi telah banyak membantu dan mengajarkan banyak hal kepada saya.

  6. Sekretariat Program Studi Teknik Mesin yang telah membantu selama saya menjadi mahasiswa.

  7. Bapak dan Ibu, doa dan dukungan bapak dan ibu selau menyertai setiap langkah hidup saya.

  8. Semua teman-temanku yang tak dapat kusebut namanya dan juga seluruh teman-teman Teknik Mesin angkatan 2000-2002.

  Penulis merasa penelitian ini jauh dari sempurna. Karena itu penulis menerima kritik dan saran yang membangun demi peningkatan dalam penelitian selanjutnya. Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih.

  Penulis

  

INTISARI

  Motor bensin adalah mesin yang banyak digunakan dalam kendaraan bermotor sebagai sarana transportasi saat ini. Pada perkembangannya mesin bensin telah menggunakan berbagai macam teknologi untuk memaksimalkan kinerja mesin. Salah satunya motor bensin dengan menggunakan sistem injeksi bahan bakar. Tujuan dari Tugas Akhir ini adalah untuk mengetahui besarnya konsumsi bahan bakar tiap jam, perhitungan elemen-elemen mesin untuk motor bensin 125cc dengan injeksi bahan bakar.

  Dari hasil perhitungan didapatkan besarnya konsumsi bahan bakar adalah 1,738 kg/jam. Hasil ini didapat dari putaran mesin sebesar 7500 rpm. Untuk daya yang dihasilkan sebesar 8,48 kW atau 11,37 Hp, maka dapat disimpulkan motor bensin dengan sistem injeksi bahan bakar dapat menghasilkan efisiensi bahan bakar dan daya yang lebih besar daripada sistem karburator.

  DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL ……………………………………………………. i HALAMAN PENGESAHAN ………………………………………….. ii PERNYATAAN KEASLIAN KARYA………………………………... iii HALAMAN MOTTO…………………………………………….......... iv HALAMAN PERSEMBAHAN……………………………………….. v KATA PENGANTAR…………………………………………………. vi

  5 2.2.2 Sistem pendinginan......................................

  17 2.3 Motor otto empat langkah.........................................

  16 2.2.6 Jumlah langkah tiap proses..........................

  11 2.2.5 Letak poros nok...........................................

  8 2.2.4 Letak katup..................................................

  7 2.2.3.1 Pembakaran......................................

  6 2.2.3 Sistem penyalaan.........................................

  5 2.2.1 Susunan dan jumlah silinder…………........

  INTISARI……………………………………………………………….. viii DAFTAR ISI……………………………………………………………. ix DAFTAR GAMBAR …………………………………………………… xi DAFTAR TABEL………………………………………………………. xi BAB I PENDAHULUAN……………………………………..

  3 2.2 Klasifikasi mesin bensin…………………………...

  2 BAB II DASAR TEORI……………………………………….. 3 2.1 Uraian………………………………………...........

  1.3 Tujuan perancangan ………………………………

  1.2 Batasan masalah …………………………………… 2

  1

  1 1.1 Latar Belakang Masalah…………………………...

  18

  2.3.1 Siklus ideal motor empat langkah................

  18 2.3.2 Prinsip kerja motor empat langkah..............

  20 2.3.3 Siklus sebenarnya motor empat langkah......

  30 2.4 Sistem pembukaan katup............………………….

  32 2.4.1 Sistem pengisian dan pembuangan..............

  33 2.5 Injeksi............………………...................................

  36 2.5.1 Kelebihan dan kekurangan injeksi...............

  39 2.6 Silinder dan kepala silinder......................................

  40 2.6.1 Tebal dinding silinder...................................

  40 2.6.2 Piston dan bahan piston................................

  41 BAB III PERANCANGAN............................................................. 49

  3.1 Data awal perancangan..............……………………... 49 3.2 Perhitungan........……………………………………..

  49 BAB IV KESIMPULAN DAN SARAN.........……..............……. 83 4.1 Kesimpulan..........…………………………………....

  83 4.2 Saran.............................................................................

  85 DAFTAR PUSTAKA

  DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.11 Mekanisme pembukaan katup.............................................. 33

  62 Tabel 3.6 Konstanta ..........................................................................

  59 Tabel 3.5 Faktor Rugi-Rugi Mekanis................................................

  57 Tabel 3.4 Energi Internal Hasil Pembakaran.....................................

  55 Tabel 3.3 Kapasitas Panas Jenis Molar Gas......................................

  51 Tabel 3.2 Komposisi Elementari dan Karakteristik Bahan Bakar.....

Tabel 2.1 Saat pembukaan dan penutupan katup…………………... 33 Tabel 3.1 Sifat-sifat Udara Pada Tekanan Atmosfer.........................

  DAFTAR TABEL

Gambar 2.12 Sensor unit dan Thottle Body…………………………….. 38Gambar 2.10 Diagram PV untuk motor empat langkah............................. 32Gambar 2.1 Torak dari mekanisme engkol ……………………………. 3Gambar 2.9 Isi diatas torak pada TMB dan TMA.................................... 24Gambar 2.8 Prinsip kerja mesin empat langkah....................................... 20Gambar 2.7 Diagram P vs V siklus volume konstan................................ 19Gambar 2.6 Letak poros nok overhead cam............................................ 17Gambar 2.5 Letak poros nok pada blok silinder...................................... 17Gambar 2.4 Macam–macam susunan katup.........……………….......... 15Gambar 2.3 Perjalanan pembakaran dalam silinder.....………………... 10Gambar 2.2 Pendinginan motor................…………………………….. 7

  80 Tabel 3.7 Koefisien kesetabilan......................................................... 81

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

  Motor bensin adalah salah satu jenis motor pembakaran dalam yang banyak digunakan untuk menggerakkan atau sebagai sumber tenaga dari kendaraan darat.

  Motor bensin menghasilkan tenaga dari pembakaran bahan bakar di dalam silinder, dimana dengan pembakaran campuran udara dan bahan bakar ini akan menghasilkan panas yang sekaligus akan mempengaruhi gas yang ada di dalam silinder untuk mengembang. Karena gas tersebut dibatasi oleh dinding silinder dan kepala silinder, maka tekanan di dalam silinder akan naik. Tekanan inilah yang kemudian dimanfaatkan untuk menghasilkan tenaga yang akhirnya dapat menggerakkan kendaraan.

  Sejalan dengan perkembangan ilmu dan teknologi, banyak terjadi penyempurnaan dan pengembangan baik dengan cara memodifikasi maupun dengan cara penambahan komponen-komponen pendukung pada motor bensin untuk mendapatkan hasil yang lebih maksimum dari motor bensin yang sudah ada sebelumnya. Dewasa ini sudah banyak kendaraan yang menggunakan sistem injeksi bahan bakar sebagai pengganti karburator dengan pertimbangan sebagai berikut :

  • Sistem karburator tidak mampu mengalirkan campuran udara dan bahan bakar dengan perbandingan yang optimal.
  • Uap bahan bakar akan mengalami kesulitan ketika mengalir melalui belokan dan sudut-sudut tajam dari saluran isap. Dengan sistem injeksi, bahan bakar yang dikabutkan langsung masuk ke dalam saluran isap, karena posisi injeksi lebih dekat dengan katup isap.
  • Dengan sistem injeksi bahan bakar yang dikabutkan akan lebih presisi pengaturnya, karena dalam prosesnya sistem ini langsung diatur oleh sensor-sensor sebagai fungsi dari operasi mesin.

  1.2. Batasan Masalah

  Agar penulisan tidak menyimpang, maka dibuat batasan seperlunya untuk mempermudah analisa masalah, penulis membatasi permasalahan yang dibahas adalah perancangan : • Mesin yang menggunakan injeksi bahan bakar.

  • Perancangan dihitung pada putaran mesin pada daya maksimal, sekitar 7500 rpm.

  1.3. Tujuan perancangan

  Tujuan dari penulisan / perancangan ini adalah untuk menentukan : • Menentukan dimensi elemen-elemen mesin.

  • Menghitung hasil unjuk kerja mesin pada 7500 rpm.
  • Menghitung konsumsi bahan bakar per jam.
  • Mengetahui karakteristik pemasukan bahan bakar ke dalam ruang bakar

BAB II TEORI MOTOR BENSIN

2.1. Uraian

  Motor atau mesin adalah bagian utama dari suatu alat atau kendaraan yang menggunakan mesin penggerak. Motor tersebut merubah suatu jenis tenaga menjadi tenaga mekanik. Karena tenaga yang dihasilkan inilah alat atau kendaraan dapat bergerak serta dapat mengatasi keadaan, jalan, udara dan sebagainya.

  Motor bensin bekerja karena adanya energi panas yang diperoleh dari pembakaran campuran udara dan bensin. Energi panas tersebut diperoleh dengan cara sebagai berikut :

  Silinder Torak Batang torak Poros engkol

  Gambar 2-1. Torak dari mekanisme engkol. Pada saat torak bergerak keatas, campuran tersebut dikompresikan, akibatnya terjadilah tekanan dan temperatur yang tinggi. Selanjutnya api dari busi dipercikkan sehingga mengakibatkan timbulnya energi panas, akibatnya terdoronglah torak kebawah, menekan batang torak dan menggerakkan poros engkol. Gerakan turun-naik (bolak-balik) dari torak diubah menjadi gerak putar oleh poros engkol. Poros engkol dihubungkan dengan roda belakang melalui sistem pemindah daya, sehingga pada saat poros engkol berputar, roda belakang juga berputar dan kendaraan bergerak. Perhitungan tenaga yang terjadi dapat dihitung dengan persamaan : (sumber; Maleev Internal Combustion Engine, hal

  553 )

  33000 x ihp x Δe

  ...............................................................................(2.1) ΔE = n

  Dengan ihp : gaya indikasi = daya yang diindikasikan (Ni/eff.mekanis) Ni : 120,5 HP, eff.mekanis mesin = 0,7 ihp : 120,5/ (0,7) = 172,1 n : putaran motor rata-rata = 3000 rpm

  : konstanta kelebihan tenaga = 0,03-0,04 (tipe of engine single acting, Δe

  o o

  vertikal 180 dan 90 ) dipilih 0.035 Karena adanya fluktuasi kecepatan, maka perubahan tenaga piston sebesar: 2 2

  = (w . k . n ) / 2935 m ΔE

  Dengan w : berat roda gila n : putaran motor m : koefisien kestabilan = 100 (automobile engine–normal speed) 2 2935 x 100 x 66,25 w.k = 2 2 500

  = 2 , 16 lb − ft

  Jika diameter roda gila yang direncanakan (drg) = 15 in., maka drg k = , maka

  4 2,16 w = 2

  , 3125

3 Jika berat jenis bahan = 450 lb/ft (sumber ; J. Alferd, Applied Strength Of Materials, hal 305 ), maka tebal roda gila.

  w t = A .

  ρ

2.2. Klasifikasi Motor Bensin

  Motor bakar diklasifikasikan berdasarkan susunan dan jumlah silinder, sistem pendinginan, sistem penyalaan, letak katup, letak poros nok dan jumlah langkah per proses.

2.2.1. Susunan dan Jumlah Silinder

  Pada umumnya motor penggerak yang digunakan pada kendaraan (sepeda motor) mempunyai satu silinder tetapi ada pula yang lebih dari satu, misalnya 2, 3, 4 dan 5. Semakin banyak silinder yang dipakai maka getaran yang ditimbulkan motor akan lebih kecil dibandingkan dengan yang bersilinder sedikit. Hal ini disebabkan karena motor yang bersilinder banyak pembagian tenaganya lebih merata dibanding yang bersilinder sedikit.

  Untuk motor dengan jumlah silinder lebih dari satu, silinder-silinder dari motor tersebut diatur dengan bermacam posisi atau bentuk, yang pada umumnya terdiri dari tiga susunan, yaitu :

  1. Motor dengan susunan silinder segaris atau sering disebut dengan inline engine.

2. Motor dengan susunan silinder berbentuk V.

  3. Motor dengan susunan silinder berlawanan/horisontal yang sering disebut pancake engine atau boxer.

  Susunan silinder motor segaris membentuk garis lurus satu arah dan sejajar dengan poros engkol. Motor dengan susunan silinder V, susunan silindernya membentuk huruf V yang merupakan dua barisan silinder di sisi kiri dan kanan, dari poros engkol membentuk sudut dari 60 derajat sampai 90 derajat.

  Jenis yang ketiga adalah motor dengan susunan silinder berlawanan arah (pancake) adalah motor dimana susunan silindernya saling belawanan arah satu sama lain. Motor jenis ini dibuat apabila ruangan vertikal yang ada sempit.

2.2.2. Sistem Pendinginan

  Ada dua macam motor dengan klasifikasi sistem pendinginan ini yaitu pendinginan dengan cairan (Gambar 2.2A) dan pendinginan dengan udara (Gambar 2.2B). Sistem pendinginan dengan cairan terutama air, pendinginannya lebih baik dari pada pendinginan dengan udara.

  Pendinginan dengan cairan, bagian-bagian yang didinginkan dikelilingi cairan pendingin. Cairan pendingin ini kemudian menyerap sebagian panas akibat pembakaran.

  Untuk motor berpendingin udara, bagian-bagian yang didinginkan hanya dilewati udara dan udara ini akan akan mengambil sebagian panas. Bagian-bagian yang didinginkan biasa dilengkapi dengan sirip-sirip untuk memperluas penampang yang bersinggungan dengan udara sehingga memperbaiki proses pendinginan.

Gambar 2.2 Pendinginan motor

  

Sumber : Drs. Wardan Suyanto MA. Teori Motor Bensin, 1989. Halaman 12

2.2.3. Sistem Penyalaan

  Ada dua sistem penyalaan yang digunakan untuk menyalakan bahan bakar didalam silinder (ruang bakar) yaitu dengan bunga api dan dengan udara panas (udara yang dikompresikan). Motor dengan penyalaan bunga api menggunakan loncatan bunga api yang dihasilkan oleh busi untuk membakar bahan bakar yang ada dalam ruang bakar. Motor dengan penyalaan udara panas memanfaatkan panas udara yang dimampatkan oleh piston pada saat kompresi, udara yang dimampatkan didalam silinder cukup panas untuk memulai pembakaran bahan bakar sehingga tidak perlu lagi peralatan pembantu untuk menyalakan bahan

2.2.3.1. Pembakaran Pembakaran diawali dengan loncatan api busi pada akhir pemampatan.

  Pada keadaan biasa kita mendapatkan pembakaran teratur dimana selalu terdapat dua tahapan ialah bagian yang tidak terbakar dan bagian yang terbakar, keduanya dibatasi oleh api pembakaran (front api). Suhu pembakarannya berkisar antara 2100 K sampai 2500 K.

  Pada pembakaran teratur yang lamanya kira-kira tiga milidetik (0,003 s), terjadi juga perjalanan tekanan teratur diatas piston dan dalam beberapa kasus, suhu dari gas yang belum terbakar menjadi terlalu tinggi sehingga dapat menyebabkan pembakaran sendiri dimana sebagian dari isi silinder terbakar dalam waktu yang sangat singkat seperti ditunjukkan pada (Gambar 2.3) disebabkan oleh singkatnya pembakaran, tekanan dalam seluruh ruang bakar tidak sama sehingga terjadi gangguan keseimbangan, dengan tekanan tinggi setempat.

  Pembakaran yang tidak teratur mengakibatkan pembebanan terlalu berat dari mekanismenya. Gerakan dari gas terhadap logamnya memberi suara seperti pukulan yang disebut detonasi. Penyebab utama detonasi adalah suhu yang terlalu tinggi dari gas yang dimanfaatkan atau ruang bakar tidak memenuhi syarat.

  Detonasi yang berulang-ulang dalam waktu yang lama dapat merusak bagian ruang bakar, terutama bagian tepi kepala torak tempat detonasi terjadi. Di samping itu detonasi mengakibatkan bagian ruang bakar (misalnya busi atau kerak yang ada) sangat tinggi temperaturnya, atau pijar, sehingga dapat menyalakan campuran bahan bakar dan udara sebelum waktunya. Penyalaan yang terlalu awal ini dapat mengurangi daya dan efisiensi mesin, sedangkan tekanan maksimum gas pembakaran juga akan bertambah tinggi.

  Detonasi dapat dicegah dengan beberapa cara yaitu :

  • Mengurangi tekanan dan temperatur bahan bakar dan udara yang masuk ke ruang bakar.
  • Mengurangi perbandingan kompresi.
  • Memperlambat saat penyalaan.
  • Mempertinggi angka oktan bensin.
  • Pendinginan gas yang belum terbakar.
  • Membuat konstruksi ruang bakar yang sedemikian rupa sehingga bagian yang terjauh dari busi mendapat pendinginan yang lebih baik.
  • Menaikkan kecepatan torak atau putaran poros engkol untuk memperoleh arus turbulen pada campuran di dalam silinder yang mempercepat rambatan nyala api.
Gambar 2.3 Perjalanan pembakaran normal (a-d)

  dan selama pembakaran terjadi pembakaran sendiri (e-h)

  Sumber : H. Berenschot. Hal. 60

  Proses pembakaran dikatakan normal apabila pembakaran didalam silinder terjadi karena nyala api ditimbulkan oleh percikan bunga-bunga api oleh busi, dengan bunga api ini proses terbakarnya bahan bakar berlangsung hingga seluruh bahan bakar yang ada di dalam silinder terbakar habis dengan kecepatan yang relatif konstan. Proses pembakaran tidak akan terjadi bila tidak ada oksigen di dalam silinder. Baik buruknya proses pembakaran ditentukan juga oleh banyak sedikitnya jumlah oksigen yang ada di dalam silinder. Apabila campuran bahan bakar dan udara yang masuk ke dalam silinder sesuai antara jumlah hidrokarbon dengan jumlah oksigen (campurannya homogen) maka dimungkinkan terjadinya

2.2.4. Letak Katup

  Ada beberapa jenis letak katup atau susunan katup yang dipakai untuk mengklasifikasikan motor bakar, yaitu : jenis F, I, L, T dan Over Head Cam.

  Kecepatan aliran gas buang melalui katup buang dihitung dengan persamaan (Sumber : N.Petrosvky, Marine Internal Combustion Engines, hal.414).

  C × A m

  W mo = ....................................................................................................(2.2)

  a max 2 Dengan:

  W = Kecepatan aliran gas buang

  mo

  C m = Kecepatan piston pada putaran maksimum = 2 . S . n / 60 S = Panjang langkah n = Putaran maksimum mesin A = Luasan lubang silinder atau luasan piston a max2 = Luasan lewat katup buang maksimum untuk 1 buah katup = π × d × h × cos α thr max h = Tinggi angkat maksimum katup

  max d thr

  = 4 cos

  ( × α ) o

  α = Sudut dudukan katup = 45 d thr = Diameter throat katup buang = 22 mm 2

  2 S n / 60 × π r

  W = mo d thr

  ( cos ) π d × × α thr 4 × cos α

  2

  2 S n / 60 r × π

  W = mo d thr

  ( d × ) π thr

  4 Untuk referensi perhitungan ukuran katup menggunakan diameter throat katup yang terbesar.

  • Diameter throat katup hisap (d thi ) = 24 mm

  ) = 22 mm

  • Diameter throat katup buang (d thr Diameter kepala maksimum dapat dihitung menggunakan persamaan (Sumber :

  M.Kovakh, hal 523)

  d = (1,06 − 1,16)d ..........................................................................................(2.3) 2 th Jenis F adalah susunan katup mirip dengan bentuk huruf F, dimana satu katup terletak dibawah dan satu katup yang lain terletak diatas. Jenis I kedua katupnya berada diatas silinder. Jenis ini biasa dipakai untuk motor dengan kompresi yang tinggi dan digerakkan dengan satu poros nok. Jenis L di antara ruang bakar dengan silinder membentuk huruf L dengan susunan katup masuk dan keluar saling berdampingan pada blok silinder dan hanya pada satu sisi silinder.

  Konstruksi ini sangat sederhana namun tidak bisa dipakai pada motor dengan kompresi yang tinggi. Jenis T adalah mirip dengan jenis L, tetapi katupnya berada di dua sisi silinder. Luasan lewat katup dihitung dengan persamaan (Sumber :

  M.Kovakh, hal 90) 3 3 − −

  A = is 3 , 14 × 24 . 10 × 7 , 2 . 10 × Cos 32 ..............................................................(2.4)

  Kecepatan masuk katup hisap 50 – 130 m/s………...…….…...(M.Kovakh, hal 90)

  Kecepatan masuk udara melalui katup hisap dihitung dengan persamaan (Sumber

  : Petrosvky, hal.414) C A m ×

  W = ............................................................... ............................................ (2.5)

  mi a max

  Dengan: W mi = Kecepatan aliran masuk katup hisap C = Kecepatan piston pada putaran maksimum

  m

  = 2 . S . n / 60 S = Panjang langkah n = Putaran maksimum mesin A = Luasan lubang silinder atau luasan piston a = Luasan lewat katup isap maksimum untuk 1 buah katup

  max

  = π × d × h × cos α thi max h max = Tinggi angkat maksimum katup

  d thi

  =

  (

  4 × cos α )

  o

  α = Sudut dudukan katup = 45 d thi = Diameter throat katup hisap = 24 mm 2

  2 S n / 60 × π r

  W = mi d thi

  2 × ( π d × × cos α ) thi 4 × cos 2 α

  2 S n / 60 × π r

  W = mi d thi

  2 ( ) × π d × thi

  4

  Jenis yang paling banyak digunakan adalah jenis overhead cam dimana mekanisme penggerak katupnya lebih ringkas dan ketepatan pembukaan dan penutupannya menjadi relatif lebih tepat karena antara poros nok langsung menyinggung katup. Poros nok pada overhead cam berada pada kepala silinder.

  Diameter kepala minimum dapat dihitung menggunakan persamaan (Sumber :

  M.Kovakh, hal 523)

  d = (0,95 − 1,0)d ............................................................................................(2.6) 1 th Lebar dudukan katup dapat dihitung menggunakan persamaan (Sumber :

  M.Kovakh, hal 523 )

  b = ( , 10 − , 12 ) d .............................................................................................(2.7) th Tinggi bahu kepala dapat dihitung menggunakan persamaan (Sumber : M.Kovakh,

  hal 523 )

  h = ( 0,025 − , 045 )d .....................................................................................(2.8) 1 th Tinggi total kepala dapat dihitung menggunakan persamaan (Sumber : M.Kovakh,

  hal 523)

  h = ( 0,10 − , 2 th 13 )d .........................................................................................(2.9) Diameter tangkai katup hisap dapat dihitung menggunakan persamaan ds = ( ,18 - 0,23 )d .....................................................................................(2.10) in thi

  Diameter tangkai katup buang dapat dihitung menggunakan persamaan (Sumber :

  M.Kovakh, hal 523)

  ds = ( ,22 - 0,28 )d ....................................................................................(2.11) ex thr

  Tinggi dudukan katup dapat dihitung menggunakan persamaan (Sumber :

  M.Kovakh, hal 523)

  h = ( 0,18 − , s th 25 )d .......................................................................................(2.12) Diameter dudukan katup dapat dihitung menggunakan persamaan (Sumber :

  M.Kovakh, hal 523)

  • d = ( 1,2 1,26 )d ............................................................................................(2.13) th

Gambar 2.4 Macam-macam susunan katup

  

Sumber : Drs. Wardan Suyanto MA. Teori Motor Bensin, 1989. Halaman 16

  Tinggi angkat maksimum katup dapat dihitung menggunakan persamaan (Sumber

  : M.Kovakh, hal 89) o =

  45 α i ...............................................................................................(2.14) maks(i) dth h = 4 cos

  α

  Diameter lingkar pegas dihitung menggunakan persamaan (Sumber : Petrovsky,

  hal 414)

  Dp = (0,6 − 0,7) dth i Dpi = 0,7 x dth ...................................................................................(2.15) r

  Dpr = 0,7 x dth

2.2.5. Letak Poros Nok

  Klasifikasi motor berdasarkan susunan atau letak poros nok (poros kem) sangat erat hubungannya dengan letak katup. Klasifikasi motor bakar dengan letak poros nok ini ada dua macam yakni poros nok berada pada blok silinder dan poros nok yang berada pada kepala silinder (overhead cam). Diameter poros Camshaft dihitung menggunakan persamaan (Sumber : M.Kovakh, hal 518)

  D 93mm =

  ........................................................................................(2.16) dcs (0,28 0,35)D = −

  Diameter bubungan dihitung dengan persamaan (Sumber : Petrovsky, Marine

  Internal Combustion Engine, hal 415) i

  d1 = (1,3 - 2)dcs ……………………………...………………….………...…(2.17) Jenis yang pertama, antara poros nok dan katup diperlukan alat bantu yang berupa tapet, batang penumbuk, dan pelatuk (disebut overhead valve). Dengan adanya pengantar ini maka akan dapat mempengaruhi ketepatan pembukaan dan penutupan katup terutama pada putaran tinggi. Diameter kawat pegas dihitung menggunakan persamaan (Sumber : Petrovsky, hal 414)

  Dp = (4 − 10)dp Dp = 7dp ................................................................................................(2.18)

  1 dp = Dp

  7 Sedangkan pada jenis yang kedua antara poros nok dan katup-katupnya berhubungan langsung tidak perlu batang penumbuk (disebut overhead cam), sehingga dapat mengatasi kelemahan pada jenis pertama. Overhead cam biasa digunakan yaitu Single Overhead Cam (SOHC) dan Double Overhead Cam (DOHC).

Gambar 2.5 Letak poros nok pada blok silinder

  

Sumber : Drs. Wardan Suyanto MA. Teori Motor Bensin, 1989. Halaman 18

Gambar 2.6 Letak poros nok overhead cam

  

Sumber : Drs. Wardan Suyanto MA. Teori Motor Bensin, 1989. Halaman 18

2.2.6. Jumlah Langkah Tiap Proses

  Jumlah langkah per proses motor bakar diklasifikasikan menjadi dua yaitu motor dua langkah (motor dua tak) dan motor empat langkah (motor empat tak).

  Pada motor dua langkah untuk menghasilkan satu kali tenaga atau langkah tenaga diperlukan dua langkah kerja atau dengan kata lain setiap dua langkah dari torak motor ini menghasilkan satu kali tenaga. Sedangkan pada motor empat langkah keseluruhan motor empat langkah lebih ekonomis dalam penggunaan bahan bakar dibanding motor dua langkah, sehingga motor empat langkah lebih banyak digunakan.

2.3. Motor Otto Empat Langkah

2.3.1. Siklus Ideal Motor Otto Empat Langkah

  Proses termodinamika yang terjadi di dalam motor bakar sangat kompleks untuk di analisis menurut teori. Untuk memudahkan teori tersebut di asumsikan suatu keadaan yang ideal. Tetapi semakin ideal suatu keadaan, maka akan semakin jauh menyimpang dari keadaan sebenarnya. Pada umumnya untuk menganalisis motor bakar digunakan siklus udara sebagai siklus yang ideal. Siklus udara menggunakan beberapa keadaan yang sama dengan siklus sebenarnya, misalnya mengenai :

  • Urutan proses,
  • Perbandingan kompresi,
  • Pemilihan temperatur dan tekanan pada suatu keadaan dan, • Penambahan kalor yang sama per satuan berat udara.

  Pada mesin yang ideal proses pembakaran yang dapat menghasilkan gas bertekanan dan bertemperatur tinggi itu dimisalkan sebagai proses pemasukan panas ke dalam fluida kerja di dalam silinder.

  Siklus udara volume konstan (siklus Otto) dapat digambarkan dengan Grafik PV seperti yang terlihat pada Gambar 2.7.

Gambar 2.7 Diagram P vs. V siklus volume konstan

  

Sumber : Wiranto Arismunandar, Penggerak Mula Motor Bakar Torak, Halaman 15

  Keterangan :

  P = Tekanan fluida kerja ( ) = Volume langkah torak ( ) 2

  kg/cm L

  V 3 3

  cm atau m

  v = volume spesifik ( ) = Volume sisa ( ) /kg m 3 s

  V 3 3 cm atau m m

  q = Jumlah kalor masuk (kcal/kg) TMA = Titik Mati Atas k q = Jumlah kalor keluar (kcal/kg) TMB = Titik Mati Bawah

  Sifat ideal yang digunakan serta keterangan mengenai proses siklusnya adalah sebagai berikut :

1. Fluida kerja dianggap sebagai gas ideal dengan kalor spesifik yang konstan.

  2. Langkah isap (0-1) merupakan proses tekanan konstan 3.

  Langkah kompresi (1-2) ialah proses isentropik

  4. Proses pembakaran pada volume konstan (2-3) dianggap sebagai proses pemasukan kalor pada volume konstan.

  6. Proses pembuangan (4-1) dianggap sebagai proses pengeluaran kalor pada volume konstan.

  7. Langkah buang (1-0) ialah proses tekanan konstan.

  8. Siklus dianggap tertutup, artinya siklus ini berlangsung dengan fluida kerja yang sama.

2.3.2. Prinsip Kerja Motor Empat Langkah

  Motor Otto empat langkah atau motor bensin menghisap campuran udara dan bensin sebagai bahan bakar pada saat terjadi langkah isap. Terjadi perubahan tekanan pada proses kerja di dalam ruang di atas piston. Bila piston berada di

  V L s V dengan :

  • TMB, volume ruang ini adalah yang terbesar yaitu

  V = Volume langkah L

  V = Volume ruang sisa s Bila piston berada di TMA, volume ruang di atas piston adalah yang terkecil yaitu

  V . Mesin bensin empat langkah menjalani satu siklus yang tersusun atas s empat tahap/ langkah seperti Gambar 2.8 berikut: Keterangan : KI = Katup Hisap TMA = Titik Mati Atas KB = Katup Buang TMB = Titik Mati Bawah

  a) Langkah hisap Campuran udara dan bahan bakar dihisap ke dalam ruang bakar. Piston bergerak dari titik mati atas (TMA) menuju titik mati bawah (TMB). Katup isap terbuka dan katup buang tertutup. Di dalam silinder terjadi kehampaan akibat gerakan piston ke bawah tersebut. Tekanan akhir langkah hisap dihitung dengan persamaan (Sumber: M.Kovach,, hal 88)

  Persamaan Bernaulli: in in a is is 2

2

2 P (V ) P (V ) 2 in is a (V ) = g.H = g.H

  

β ξ

  • in a

  2

  2

  2 ρ ρ

  Dengan in a dan : kerapatan muatan pada saluran isap dan di dalam silinder.

  ρ ρ Vin : kecepatan udara pada saluran masuk (m/s) Vis : kecepatan rata–rata udara selama proses isap pada katup isap (m/s) H in dan H a : permukaan referensi ( nol ) dari sumbu saluran isap dan sumbu katup isap

  V cyl : Vcyl adalah kecepatan udara didalam silinder pada potongan

  β Vis melintang berdasar pertimbangan.

  : koefisien tahanan saluran isap berdasarkan pada potongan kecil. ζis Diasumsikan Vin = 0, ketinggian Hin = Ha, dan rapat muatan segar ketika melewati saluran hisap diabaikan ( ρ = ρ ) , maka persamaan diatas menjadi: in a (Sumber : Kovakh hal 88) in a 2 P P 2 ⎛ ⎞ V is

  = + + × β ξ ⎜⎜ ⎟⎟

  ( is ) 2 in a ⎝ ⎠

  ρ ρ Persamaan kontinuitas untuk potongan melintang dari saluran isap dan bagian silinder persamaan (Sumber : Kovakh hal 89) V is . A is = V p max . A p Dengan

  2 A : luasan lewat katup (m ) is

  V p max : kecepatan piston maksimum (m/s)

2 A p : luasan piston (m )

  Temperatur campuran muatan segar dan gas-gas residu (T a ) pada akhir proses isap lebih tinggi dibanding temperatur pada saluran isap (T in ), tetapi lebih rendah dibanding temperatur gas-gas residu (T ). Temperatur akhir dapat dihitung

  res

  dengan persamaan (Sumber : Kovakh hal 93)

  T ϕ γ + + T in ΔT res res

  T = (K)...........................................................................(2.19)

  a

  • 1 γ res o res
  • T T P

  Δ

  γ res = × ε

  T P − P res a res P = ( res o 1 , 1 − 1 , 25 ) P

  Dengan T : temperatur saluran isap

  in

  : koefisien kapasitas gas panas residu = 1 ϕ

  ε : perbandingan kompresi = 9:1 T koefisien kapasitas residu = (750 1000) K............. (Kovakh hal 92)

  res : → (Kovakh hal 91) 0,06 → 0,10 )............................

  γ : Koefisien gas buang ( res

  (Kovakh hal 94) T a : (310 → 350) K............................................................

  Pada mesin tanpa supercharger, P dan T menyatakan tekanan dan suhu udara luar, efisiensi pengisian untuk langkah hisap ( η ) dapat dihitung dengan v persamaan (Sumber : Kovakh hal 96)

  P T a in ε

= ϕ . . ..........................................................................(2.20)

η v 1

  1 P T (1 ) ε − γ + in a res

  Tekanan akhir proses pengisapan untuk mesin 4-langkah tanpa supercharging,

  

P = P dan . dihitung dengan menggunakan persamaan (Sumber :

in o in o ρ = ρ Kovakh hal 90 )

  1. P = P = , 1013 Mpa in o

  o

  2. udara pada T = 32 C = 305 K ρ = ρ o in o 3

  = 1 , 159 kg m ρ o 2 + 3.

  = 2 , 5 −

  4 β ξ

  ( is )

  β ξ 2 2

  • V

  ( is ) is − 6

  10 .................................................................(2.21)

  P = P − × ρ × a o o

  2 Drop pressure yang terjadi ( P Δ ): a

  Δ P = P − P ...................................................................................................(2.22) a in a

  b) Langkah kompresi

  Kedua katup tertutup, piston bergerak menuju TMA. Sesaat sebelum piston mencapai TMA, bunga api dipercikan oleh busi dan bahan bakar mulai terbakar.

  Pembakaran terjadi pada volume hampir tetap (dianggap tetap) sampai tekanan maksimum. Pembakaran didalam silinder ini sering disebut spark ignition engine.

  Bunga api dipercikan dalam ruang bakar sebelum torak mencapai titik mati atas (TMA), sehingga terjadi pembakaran yang diikuti oleh naiknya energi kalor gas dalam ruang bakar. Makin kecil ruang

  V terhadap ruang s L V akan semakin besar pemampatannya, hal ini sangat tergantung pada perbandingan pemampatan (perbandingan kompresi).

  Pebandingan pemampatan adalah perbandingan antara dua macam volume, yaitu :

  • Volume di atas piston pada kedudukan TMB
  • Volume di atas piston pada kedudukan TMA (Gambar 2.9)

Dokumen yang terkait