PENGARUH VARIASI PENGGUNAAN BAHAN BAKAR PADA MESIN EMPAT LANGKAH

  

PENGARUH VARIASI PENGGUNAAN BAHAN BAKAR

PADA MESIN EMPAT LANGKAH

No : 668 / TA / FT-USD / TM / Februari / 2006

TUGAS AKHIR

  

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Jurusan Teknik Mesin

  

Disusun Oleh:

ALBERTUS WAHYU WIDYATMOKO

NIM : 015214009

  

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

  

THE EFFECT OF USING FUEL VARIATIONS

ON FOUR CYCLE ENGINE

No : 668 / TA / FT-USD / TM / Februari / 2006

FINAL PROJECT

  

Presented as Partial fulfillment of the Requirements

To Obtain the Sarjana Teknik Degree

In Mechanical Engineering

  

By

ALBERTUS WAHYU WIDYATMOKO

Student Number : 015214009

  

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

ENGINEERING FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

  

PERNYATAAN

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 tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah

ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali secara tertulis diacu dalam naskah ini

dan disebutkan dalam daftar pustaka.

  

Yogyakarta, 22 Maret 2007

Penulis

Albertus Wahyu Widyatmoko

KATA PENGANTAR

  Puji dan syukur kehadirat Tuhan Yesus Kristus, yang telah memberikan bimbingan dalam hidup dan telah memberikan berkat, semangat, rahmat dan cinta Tugas akhir ini merupakan salah satu syarat yang harus dipenuhi bagi

Mahasiswa Teknik Mesin sebelum dinyatakan Lulus sebagai Sarjana Teknik. Dalam

pelaksanaan dan penulisan tugas akhir ini tidak lepas dari bantuan berbagai pihak,

baik berupa material, bimbingan, kerja sama serta dukungan moril. Dalam

kesempatan ini penulis mengucapkan terimakasih kepada:

  1. Ir.Greg Heliarko, S.J., S.S., B.S.T., MA., M.Sc., selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Sanata DharmaYogyakarta.

  2. Bapak Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T., selaku Kaprodi Teknik Mesin dan dosen pembimbing Tugas Akhir.

  

3. Bapak Ir. Agus Unggul Santoso selaku dosen pembimbing dua.

  4. Seluruh Dosen dan Karyawan/i Fakultas Teknik, Universitas Sanata Dharma.

  5. Mas Ronny dan semua Laboran lainnya.

  

6. Semua pihak yang membantu dalam penulisan tugas akhir ini.

  

Yogyakarta, 22 Maret 2007

Penulis

  

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL...................................................................................................i

TITLE...........................................................................................................................ii

HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING.......................................................iii

HALAMAN PENGESAHAN....................................................................................iv

KATA PENGANTAR................................................................................................vi

DAFTAR ISI..............................................................................................................vii

  

INTISARI....................................................................................................................x

DAFTAR GAMBAR..................................................................................................xi

DAFTAR TABEL.....................................................................................................xiv

  BAB I PENDAHULUAN

  1.1 Latar belakang......................................................................................1

  1.2 Perumusan masalah..............................................................................2

  1.3 Tujuan penelitian..................................................................................2

  1.4 Manfaat................................................................................................3

  BAB II TINJAUAN PUSTAKA

  2.1 Dasar teori............................................................................................4

  2.2 Klasifikasi Motor Bensin.....................................................................5

  

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

  

2.2.3 Sistem penyalaan.........................................................................8

  

2.2.4 Letak katup..................................................................................9

  

2.2.5 Letak poros Nok..........................................................................9

  

2.2.6 Jumlah langkah Tiap Proses......................................................10

  2.3 Motor otto Empat Langkah................................................................11

  

2.3.1 Siklus Ideal Motor Otto Empat Langkah..................................11

  

2.3.2 Prinsip Kerja Motor Empat Langkah........................................13

  

2.3.3 Siklus sebenarnya Motor Otto Empat Langkah........................17

  2.4 Sistem Pembukaan katup...................................................................19

  2.5 Pembakaran........................................................................................20 .

  

2.5.1 Proses Pembakaran...................................................................22

  

2.5.2 Bahan Bakar..............................................................................25

  

2.5.3 Proses Penyalaan.......................................................................26

  2.6 Sistem Pengisian dan Pembuangan....................................................27

  

2.6.1 Sistem Pengisian........................................................................27

  

2.6.2 Sistem Pembuangan...................................................................28

  BAB III METODE PENELITIAN

  3.1 Diagram alir penelitian.......................................................................31 .

  3.2 Definisi operasional...........................................................................31

  3.3 Lokasi penelitian................................................................................32

  3.4.1 Mesin Bensin..............................................................................33

  3.4.2 Dinamometer..............................................................................36

  3.4.3 Jenis bensin................................................................................36

  3.5 Langkah kerja.....................................................................................37

  3.6 Parameter dalam perhitungan motor bakar........................................40

  BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

  4.1 Data Perhitungan................................................................................52

  4.1.1 Perhitungan Premium............................................................... 52

  4.1.2 Perhitungan Pertamax................................................................59

  4.1.3 Perhitungan Pertamax +............................................................66

  4.2 Hasil Perhitungan dan Grafik.............................................................73

  4.2.1 Tabel Hasil Perhitungan............................................................73 .

  4.2.2 Grafik........................................................................................76

  BAB V PENUTUP

  5.1 Kesimpulan..........................................................................................83

  5.2 Saran....................................................................................................83 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

  

INTISARI

Penelitian ini membahas pengaruh variasi penggunaan bahan bakar pada mesin

empat langkah.Pada penelitian ini bahan bakar yang digunakan adalah bahan bakar

bensin premium, pertamax, dan pertamax + .Peneliti mencoba melihat dampak yang

ditimbulkan apabila sebuah mesin menggunakan bahan bakar dengan nilai oktan yang

berbeda-beda.

  Penelitian ini dilakukan berdasarkan pengamatan sehari-hari tentang lahirnya

jenis bakar namun pengguna tidak mendapatkan informasi yang jelas tentang

spesifikasi bahan bakar itu sendiri dan pemakaiannya terhadap mesin.

  Hasil penelitian menunjukkan bahwa pengaruh penggunaan pertamax membuat

mesin menjadi panas, kenaikan suhu mesin berkisar 6 %, hal ini disebabkan karena

pembakaran yang lebih sempurna. Sedangkan dalam perbandingannya dengan

premium, konsumsi pemakaian bahan bakar pertamax juga lebih irit yaitu sebesar

1,1% dan untuk pemakaian pertamax + penghematan yang didapat sebesar 1,5 %.

  

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Skema pengelompokan motor.................................................................5Gambar 2.2 Susunan silinder.......................................................................................7Gambar 2.3 Sistem Pendinginan..................................................................................8Gambar 2.4 Macam-macam Susunan Katup...............................................................9Gambar 2.5 Letak Poros nok Pada blok silinder.......................................................10Gambar 2.6 Letak poros nok pada overhead cam.....................................................10Gambar 2.7 Diagram P vs V Siklus volume konstan................................................12Gambar 2.8 Prinsip Kerja Mesin 4 Langkah............................................................14Gambar 2.9 Isi torak: Torak pada TMB dan pada TMA………………..…………15Gambar 2.10 Hubungan antara diagram katup dengan grafik P vs v.........................19Gambar 2.11 Mekanisme buka tutup katup................................................................20Gambar 2.12 Perjalanan proses pembakaran normal dan dengan sendirinya............22Gambar 2.13 Intake manifold.....................................................................................28Gambar 2.14 Exhaust manifold..................................................................................29Gambar 2.14 Exhaust Muffer.....................................................................................29Gambar 3.1 Diagaram alir penelitian..........................................................................31Gambar 3.2 Mesin Toyota 5-K.................................................................................33Gambar 3.3 Engine testbed.......................................................................................34Gambar 3.4 Dinamometer.........................................................................................35Gambar 4.1 Grafik Putaran vs Torsi.........................................................................76Gambar 4.2 Grafik Putaran vs Daya efektif.............................................................76Gambar 4.3 Grafik Putaran vs Daya Indikasi...........................................................76Gambar 4.4 Grafik Putaran vs Daya Mekanis..........................................................77Gambar 4.5 Grafik Putaran vs Tekanan Efektif Rata-rata.......................................77Gambar 4.6 Grafik Putaran vs Tekanan Indikasi.....................................................77Gambar 4.7 Grafik Putaran vs Tekanan Mekanis................................................... 78Gambar 4.8 Grafik Putaran vs Aliran Udara Masuk................................................78Gambar 4.9 Grafik Putaran vs Reynold Number.....................................................79Gambar 4.10 Grafik Putaran vs Efisiensi Pengisian..................................................80Gambar 4.11 Grafik Putaran vs Efisiensi Bahan Bakar.............................................81Gambar 4.12 Grafik Putaran vs Perbandingan Udara dan Bahan Bakar...................82Gambar 4.13 Grafik Putaran vs Konsumsi Bahan Bakar Spesifik Efektif................83Gambar 4.14 Grafik Putaran vs Konsumsi Bahan Bakar Spesifik Indikasi...............84Gambar 4.15 Grafik Putaran vs Energi dalam gas buang..........................................85Gambar 4.16 Grafik Putaran vs Kalor Ekivalen Pemakaian Bahan Bakar................86Gambar 4.17 Grafik Putaran vs Prosentase Kehilangan energi Melalui Gas Buang............................................................................................87Gambar 4.18 Grafik Putaran vs Kehilangan energi Melalui air Pendingin...............87Gambar 4.19 Grafik Putaran vs Prosentase Kehilangan energi Melalui Air pendingin.......................................................................................88Gambar 4.20 Grafik Putaran vs Efisiensi efektif.......................................................89Gambar 4.21 Grafik Putaran vs Efisiensi Termal Indikasi........................................90

  

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Waktu pembukaan dan penutupan katup isap dan buang………….…20Tabel 4.1 Tabel hasil perhitungan mesin menggunakan bahan bakar Premium..............................................................................................73Tabel 4.2 Tabel hasil perhitungan mesin menggunakan bahan bakar Pertamax..............................................................................................74Tabel 4.3 Tabel hasil perhitungan mesin menggunakan bahan bakar Pertamax +...........................................................................................75

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar belakang

  Motor bensin merupakan salah satu jenis motor pembakaran dalam yang banyak digunakan untuk menggerakkan atau sebagai sumber tenaga dari sebuah kendaraan. Motor bensin menghasilkan tenaga yang diperoleh dari proses pembakaran bahan bakar di dalam silinder, dimana pembakaran terjadi karena adanya campuran udara dan bahan bakar. Karena adanya tekanan didalam silinder tersebut maka menghasilkan tenaga yang akhirnya dapat menggerakkan mobil.

  Seiring berkembangnya pengetahuan dan teknologi maka banyak terjadi penyempurnaan kualitas bahan bakar yang dimaksudkan untuk mendapatkan hasil pembakaran yang lebih baik dan sempurna dari bahan bakar sebelumnya. Penyempurnaan kualitas bahan bakar ini antara lain untuk mendapatkan motor dengan kualitas gas buang yang lebih ramah lingkungan tanpa harus mengurangi unjuk kerja mesin.

  Melihat perkembangan di dunia otomotif yang demikian pesatnya, maka dalam penelitian ini penulis ingin menunjukkan pengaruh variasi penggunaan bahan bakar (Premium, Pertamax, dan Pertamax +) dengan cara mengganti penggunaan bahan bakar pada sebuah mesin.

  Penggantian bahan bakar ini bertujuan untuk melihat unjuk kerja dari mesin yang digunakan dan melihat seberapa jauh pengaruh yang ditimbulkan akibat dari penggantian jenis bahan bakar dan juga belum banyaknya informasi yang didapat dari masyarakat tentang dampak variasi penggunaan bahan bakar pada mesin empat langkah.

  1.2 Perumusan masalah

  Dari latar belakang diatas maka penulis mencoba untuk meneliti pengaruh yang terjadi pada mesin apabila mengganti-ganti bahan bakar yang dimaksud.

  Dalam permasalahan ini penulis menggunakan mesin kijang yang pada kesehariannya menggunakan bahan bakar premium yang mempunyai nilai oktan

  88. Untuk itu penulis melakukan penggantian bahan bakar premium, pertamax, dan pertamax + untuk melihat dampak / pengaruh yang terjadi pada mesin tanpa merubah setingan mesinnya. Karena adanya penggantian bahan bakar ini tentunya akan berdampak pada mesin tersebut.

  1.3 Tujuan penelitian

  Tujuan dari penulisan / penelitian ini adalah untuk mengetahui:

• Daya yang dihasilkan dari masing-masing pemakaian bahan bakar pada berbagai putaran.
• Konsumsi bahan bakar dari masing-masing penggunaan bahan bakar pada berbagai putaran • Efek yang ditimbulkan dari masing-masing pemakaian bahan bakar.

1.4 Manfaat

  Manfaat yang didapat adalah:

• Memberikan informasi kepada masyarakat tentang pengaruh yang dihasilkan dari masing-masing pemakaian bahan bakar bensin dengan angka oktan yang berbeda-beda.
• Agar sasaran dalam pemakaian bahan bakar bensin menjadi tepat bagi pengguna kendaraan.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Dasar teori

  Motor merupakan bagian utama dari sebuah alat atau kendaraan yng menggunakan sumber penggerak berupa mesin. Motor tersebut merubah merubah suatu jenis tenaga menjadi tenaga mekanik. Karena mmiliki kemampuan ini maka kendaraan dapat bergerak dan mengatasi segala medan dan lain sebagainya.

  Mesin yang ada saat ini dikelompokkan menjadi dua yaitu: mesin panas dan mesin bukan panas (heat engine and non heat engine). Heat engine adalah mesin yang merubah tenaga panas menjadi tenaga mekanik, sedangkan non heat engine mesin yang merubah tenaga bukan panas menjadi tenaga mekanik. Mesin panas dikelompokkan lagi menjadi dua, yaitu mesin pembakaran luar dan mesin pembakaran dalam. Sedangkan mesin bukan panas tidak dikelompokkan lagi.

  Mesin pembakaran dalam dan mesin pembakaran luar bekerja mengubah tenaga panas menjadi tenaga mekanik namun dalam hal ini prosesnya berbeda.

  Mesin pembakaran dalam bekerja dengan jalan memproduksi panas bertekanan tinggi didalam mesin itu sendiri. Mesin ini membakar bahan bakar didalammesin itu sendiri kemudian panas yang dihasilkan dari pembakaran tersebut dirubah menjadi tenaga mekanik. Sedangkan mesin pembakaran luar bekerja dari memanfaatkan panas dan tekanan yang dihasilkan oleh mesin lain diluar mesin pembakaran luar itu sendiri. Mesin yang termasuk dalam kategori mesin pembakaran luar adalah: mesin uap, mesin turbin uap, dan mesin nuklir.

  Secara garis besar pengelompokkan mesin penggerak dapat dilihat pada skema 2.1 dibawah ini.

Gambar 2.1 Skema pengelompokkan motor

  

Sumber:Drs. Wardan Suyanto MA. 1989.Teori Motor Bensin. Halaman 6

2.2 Klasifikasi Motor Bensin

  Motor bakar diklasifikasikan berdasarkan : Susunan dan jumlah silinder, system pendinginan, system penyalaan, letak katup, letak poros nok dan jumlah langkah per proses.

2.2.1 Susunan dan Jumlah Silinder

  Pada umumnya motor penggerak yang biasa digunakan pada kendaraan mempunyai silinder lebih dari satu, misalnya 2, 3, 4, 6, dan 8. Semakin banyak jumlah silinder maka getaran yang dihasilkan akan lebih kecil dibandingkan dengan jumlah silinder yang sedikit. Hal ini disebabkan karena motor yang memiliki jumla silinder yang banyak pembagian tenaganya akan lebih merata dibandingkan dengan jumlah silinder sedikit.

  Biasanya susunan silinder tersebut diatur dengan posisi dan bentuk yang beragam, yaitu:

  1. Motor dengan susunan silinder berbentuk V.

  2. Motor dengan susunan silinder segaris / inline egine.

  3. Motor dengan susunan silinder miring.

  4. Motor dengan susunan silinder berlawanan/horizontal.

  5. Motor dengan susunan silinder radial.

  Motor dengan susunan silinder berbentuk V, susunan silindernya berbentuk V yang merupakan barisan silinder yang terletak di sebelah kanan dan sebelah kiri poros engkol yang membentuk sudut antara 60 derajat sampai 90 derajat.

  Susunan silinder motor segaris membentuk garis lurus satu arah sejajar poros engkol. Selanjutnya motor dengan susunan silinder miring mempunyai susunan silinder motor dengan posisi miring, baik kekiri maupun kekanan.

  Jenis posisi silinder yang keempat adalah motor dengan susunan silinder belawanan dimana susunan silindernya saling berlawanan arah satu dengan yang lain. Jenis posisi silinder yang terakhir adalah silinder radial, dimana silindernya terletak radial terhadap sumbu poros engkol.

Gambar 2.2 Susunan silinder

  

Sumber:Drs. Wardan Suyanto MA. 1989.Teori Motor Bensin. Halaman 6

2.2.2 Sistem pendinginan

  Terdapat dua macam pendinginan yang sering dijumpai yaitu pendinginan dengan cairan dan pendinginan dengan udara. Sistem pendinginan dengan media zat cair terutama air mempunyai sifat pendinginan yang lebih baik dibandingkan udara.

  Pendinginan dengan cairan, pada bagian-bagian mesin selalu dikelilingi atau dilewati cairan pendingin. Cairan ini lalu menyerap sebagian panas yang timbul akibat proses pembakaran.

  Untuk mesin berpendingin udara, bagian-bagian yang didinginkan hanya dilalui udara dan udara tersebut hanya mengambil sebagian panas. Sistem pendinginan menggunakan udara biasanya mengandalkan sirip-sirip sebagai media pelepas panas.

Gambar 2.3 sistem pendinginan

  

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

2.2.3 Sistem Penyalaan

  Terdapat dua system penyalaan yang biasa dijumpai dalam menyalakan bahan bakar didalam ruang bakar, yaitu dengan menggunakan bunga api dan dengan udara panas (udara yang dikompresikan). Motor dengan penyalaan bunga api biasanya menggunakan loncatan bunga api yang dihasilkan dari busi untuk membakar bahan bakar yang terdapat di ruang mesin (ruang bakar). Sedangkan penyalaan motor dengan menggunakan udara panas dihasilkan dari udara yang dimampatkan oleh piston pada saat kompresi, udara yang dimampatkan ini cukup panas sehingga menimbulkan pembakaran dari pencampuran udara panas dan bahan bakar.

  2.2.4 Letak katup

  Letak katup yang sering dijumpai adalah jenis overhead cam dimana mekanisme penggerak katupnya lebih sederhana dan ketepatan pembukaan dan penutupan menjadi lebih tepat, hal ini disebabkan karena antara poros nok langsung menyinggung katup. Poros nok pada overheat cam berada persisi pada kepala silinder.

  Jenis yang lain adalah jenis I, dimana letak kedua katupnya berada diatas silinder. Jenis ini biasanya dipakai untuk motor dengan kompresi tinggi dan digerakkan dengan satu poros nok.

Gambar 2.4 Macam-macam susunan katup

  2.2.5 Letak Poros Nok

  Klasifikasi motor bakar dengan letak poros nok ada dua macam yaitu poros nok berada pada blok silinder dan poros nok yang berada pada kepala silinder.

  Jenis yang pertama, antara poros nok dan katup dibutuhkan sebuah alat bantu yang disebut tapet, batang penumbuk dan pelatuk (overhead valve). Dengan adanya beberapa alat diatas maka akan tepat dalam pembukaan maupun penutupan katup terutama pada putaran mesin yang tinggi. Sedangkan pada jenis batang penumbuk (overhead cam). Overhead cam sering disebut OHC, dan terdapat dua macam motor dengan susunan overhead cam yaitu Single Overhead

  Cam (SOHC) dan Double Overhead Cam (DOHC).

Gambar 2.5 Letak poros nok pada blok silinder

  

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

Gambar 2.6 Letak poros nok overhead cam

  

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

2.2.6 Jumlah Langkah Tiap Proses

  Jumlah langkah tiap proses motor bakar dikelompokkan menjadi dua, yaitu motor dua langkah (2 Tak) dan motor empat langkah (4 Tak). Pada motor dua dengan kata lain setiap dua langkah kerja torak menghasilkan satu kali tenaga. Sedangkan pada motor empat langkah diperlukan empat langkah torak untuk menghasilkan satu tenaga. Secara mekanisme motor empat langkah lebih ekonomis dalam penggunaan bahan bakar dibandingkan dengan motor dua langkah.

2.3 Motor otto Empat Langkah

2.3.1 Siklus Ideal Motor Otto Empat Langkah

  Proses termodinamika dan kimia yang terjadi di dalam motor bakar sangat kompleks untuk di analisa menurut teori. Untuk memudahkan teori tersebut diasumsikan suatu keadaan yang ideal. Tetapi makin ideal suatu keadaan maka akan semakin jauh menyimpang dari keadaan sebenarnya. Pada umumnya untuk menganalisa 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 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: _{2 3 3} P = Tekanan Fluida kerja (kg/cm ) V = volume langkah torak (m ataucm ) _{3 L 3 3} V = Volume spesifik (m /kg) V =Volume sisa (m atau cm ) _S q = Jumlah kalor yang masuk (kcal/kg) TMA =Titik mati atas _m q = Jumlah kalor (kcal/kg) TMB =Titik mati bawah _k

  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 hisap (0-1) merupakan proses tekanan konstan

  3. Langkah kompresi (1-2) ialah proses isentropic

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

  5. Langkah kerja (3-4) ialah proses isentropic

  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 / motor bensin menghisap campuran udara dan bensin sebagai bahan bakar pada saat terjadi langkah hisap . Terjadi perubahan tekanan pada proses kerja di dalam ruang di atas piston. Bila piston berada di TMB, volume ruang ini adalah yang terbesar yaitu V + V dengan : _{L S}

  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:

Gambar 2.8 Prinsip kerja mesin 4 Langkah

  

Sumber : Wiranto Arismunandar, Penggerak Mula Motor Bakar Torak, Halaman 8

  Keterangan: KI = Katup isap TMA = Titik mati atas KB = Katup buang TMB = Titik mati bawah

  a) Langkah hisap Campuran udara dan bahan bakar dihisap ke dalam ruang bakar. bergerak dari titik mati atas (TMA) menuju titik mati bawah (TMB). Katup isap terbuka dan katup buang tertutup. Di dalam silinder terjadi kehampaan akibat gerakanpiston kebawah tersebut. Disebabkan karena adanya tahanan aliran yang dialam campuran baru yang mengalir melalui system isap, maka isiannya tidak pernahmencapai 100%. Pada frekuensi putar yang lebih tinggi tekanan tersebut akan semakin rendah sehingga peningkatan daya yang diberikan tidak dapat sebanding dengan frekuensi putarnya. b) Langkah kompresi Kedua katup tertutup. Piston bergerak menuju TMA. Sesaat sebelum piston Mencapai TMA, bunga api dipercikan dan bahan bakar mulai terbakar.

  Pembakaran terjadi pada volume hampir tetap (dianggap tetap) sampai tekanan maksimum.

  Mesinbensin memerlukan percikan bunga api (spark) untuk mengawali pembakaran di dalam silinder maka 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 V akan semakin besar _{S L} pemampatannya. Hal ini sangat tergantung pada perbandingan pemampatan (perbandingan kompresi).

  Perbandingan 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)

Gambar 2.9 Isi diatas torak ; torak pada TMB, torak pada TMA Perbandingan Pemampatan dinyatakan dengan symbol r, dalam persamaan menjadi:

• V _{L S}

  V

  r = ...........................................................................................(2.1)

  V _S

  c) Langkah Usaha Setelah mencapai TMA, piston akan didorong oleh gas bertekanan tinggi menuju TMB. Tekanan mekanis ini diteruskan ke poros engkol. Penghentian pembakaran gas terjadi pada TMA atau sedikit sesudahnya. Ini disebabkan oleh pengembangan gas terbesar akibat suhu tertinggi terjadi pada volume terkecil (V ) sehingga piston mendapatkan tekanan terbesar. Sesaat sebelum piston _C mencapai TMB, katup terbuka, gas hasil pembakaran mengalir keluar dan tekanan dalam ruang bakar turun dengan cepat.

  d) Langkah buang Pada saat ini piston bergerak dari TMB menuju TMA serta mendorong gas di dalam silinder ke saluran buang lewat katup buang. Tidak semua gas bekas dapat dikeluarkan. Ruang bakar yang kecil (V ) atau perbandingan pemampatan _C yang besar akan memperbaiki keadaan tersebut. Periode overlapping adalah periode dimana katup hisap dan katup buang terbuka secara bersamaan yang dikarenakan perpanjangan pembukaan katup selama proses pengisapan dan pembuangan.

2.3.3 Siklus Sebenarnya Motor Otto Empat Langkah

  Dalam kenyataannya terjadi penyimpangan dari siklus udara (ideal) kerena terjadi kerugian antara lain disebabkan karena hal berikut:

  1. Kebocoran fluida kerja karena penyekatan oleh cincin torak dan katup tidak sempurna.

  2. Pembukaan dan penutupan katup dan kelembaman fluida kerja. Kerugian tersebut dapat diperkecil bila saat pembukaan dan penutupan katup disesuaikan dengan besarnya beban dan kecepatan torak.

  3. Fluida kerja bukanlah udara yang dianggap sebagai gas ideal dengan kalor spesifik yang konstan selama proses siklus berlangsung.

  4. Pada motor bakar torak yang sebenarnya, pada waktu torak berada di TMA, tidak terdapat proses pemasukan kalor seperti pada siklus udara, kenaikan tekanan dan temperatur fluida kerja disebabkan oleh proses pembakaran bahan bakar dan udara di dalam silinder.

  5. Proses pembakaran memerlukan waktu (tidak berlangsung sekaligus). Hal ini mengakibatkan proses pembakaran berlangsung pada volume ruang bakar yang berubah-ubah karena pergerakan torak. Dengan demikian proses pembakaran dimulai beberapa derajat sudut engkol sesudah torak bergerak kembali dari TMA ke TMB. Jadi proses pembakaran tidak berlangsung pada volume konstan. Disamping itu pada kenyataanny tidak pernah terjadi pembakaran sempurna, sehingga daya dan efisiensinya tergantung pada perbandingan campuran bahan bakar dan udara, kesempurnaan bahan bakar dan udara tersebut bercampur dan timing penyalaan.

  6. Terdapat kerugian kalor yang disebabkan oleh perpindahan kalor dari fluida kerja ke fluida pendingin, terutama pada langkah kompresi, ekspansi dan pada waktu gas buang meninggalkan silinder, perpindahan kalor tersebut karena terdapat perbedaan temperatur antara fluida kerja dengan fluida pendingin. Fluida pendingin diperlukan untuk mendinginkan bagian-bagian mesin yang menjadi panas akibat proses pembakaran, untuk mencegah kerusakan pada bagian-bagian tersebut.

  7. Terdapat kerugian energi kalor yang dibawa oleh gas buang dari dalam silinder ke udara luar. Energi tersebut tidak bisa dipakai untuk melakukan kerja mekanik.

  8. Terdapat kerugian karena gesekan antara fluida kerja dengan dinding salurannya.

  Berdasarkan hal-hal diatas, bentuk diagram PV dari siklus sebenarnya tidak sama dengan bentuk diagram siklus ideal. Gambar 2.10 Menunjukkan bentuk diagram PV dari sebuah motor torak empat langkah yang sebenarnya.

  

Gambar 2.10

  Hubungan antara diagram pengatur katup dengan grafik tekanan vs volume untuk motor empat langkah.

  

Sumber : Wiranto Arismunandar, Penggerak Mula Motor Bakar Torak, Halaman 8

2.4 Sistem pembukaan katup

  Sistem kerja katup dapat dilihat pada gambar 2.11 dimana katup tidak dibuka dan ditutup pada satu titik matinya. Kerja motor sangat kompleks sehingga membutuhkan poros cam yang berangsur-angsur membuka dan menutup katup.

  Gas pembakran yang dihasilkan dan tidak terpakai lagi secara otomatis akan keluar selama langkah buang, sedangkan campuran udara dan bahan bakar diusahakan dapat masuk sebanyak-banyaknya dn setepat mungkin selama langkah hisap, Jadi pada dasarnya setiap mesin mempunyai saat atau waktu sendiri untuk kapan katup itu terbuka dan kapan katup tertutup. Tabel 2.11 menunjukkan saat katup isap dan katup buang tertutup dan terbuka pada motor yang umumnya kita

Gambar 2.11 Mekanisme buka tutup katup

  

Sumber : Wiranto Arismunandar, Penggerak Mula Motor Bakar Torak, Halaman 12

Tabel 2.1 Waktu pembukaan dan penutupan katup isap dan buang

  

Sumber : Wiranto Arismunandar, Penggerak Mula Motor Bakar Torak, Halaman 35

2.5 Pembakaran

  pembakaran terjadi karena adanya loncatan bunga api pada saat akhir pemampatan udara dan bahan bakar. Pembakaran dikatakan normal apabila dalam perjalanannya semua gas yang masuk habis terbakar. Namun dalam beberapa kasus suhu gas yang terlalu tinggi menyebabkan pembakaran sendiri didalam silinder, hal ini disebabkan karena singkatnya pembakaran dimana tekanan dalam seluruh ruangan tidak sama.

  Terjadinya detonasi yang terus menerus dan dalam waktu yang lama dapat merusak komponen mesin, terutama ruang bakar bagian tepi kepala torak.

  Pembakaran yang tidak teratur mengakibatkan pembebanan yang berat dan tidak seimbang pada mekanismnya. Gerakan dari gas terhadap logamnya dapat memberi suara tumbukan yang sering biasa disebut detonasi. Penyebab utama dari detonasi adalah suhu yang terlalu tinggi dari gas yang masuk dan terkadang juga disebabkan karena kondisi ruang bakar yang tidak memenuhi syarat.

  Detonasi juga bisa disebabkan karena penyalaan yang terlalu awal yang nantinya dapat mengurangi daya dan efisiensi mesin.

  Pencegahan terjadinya detonasi antara lain:

• Mengurangi tekanan dan temperatur bahan bakar dan udara yang masuk ke dalam ruang bakar.
• Menurunkan perbandingan kompresi.
• Mempertinggi angka oktan bahan bakar.
• Membuat atau merancang kontruksi ruang bakar sedemikian rupa sehingga bagian yang terjauh dari pusat pembakaran dapat memperoleh pendinginan yang baik.
• Meletakkan pusat pembakarn atau sumber bunga api di antara katup buang dan katup hisap.
• Memundurkan saat penyalaan (timming pembakaran) • Meningkatkan putaran poros engkol.

Gambar 2.12 Perjalanan proses pembakaran normal (a-d)

  dan proses pembakaran yang terjadi dengan sendirinya (e-h)

  

Sumber : BPM. Arends, H. Berenschot. Motor Bensin. Halaman 60

2.5.1 Proses pembakaran

  Proses dikatakan normal apabila pada proses pembakaran di dalam silinder terjadi karena nyala api ditimbulkan oleh percikan bunga api oleh busi, dengan bunga api ini nantinya proses terbakarnya bahan bakar berlangsung hingga bahan bakar yang terdapat didalam silinder terbakar habis. Proses pembakaran tidak terjadi bila tidak ada oksigen didalam silinder. Baik atau buruknya proses pembakaran ditentukan pula oleh banyak / sedikitnya jumlah oksigen yang ada didalam silinder. Apabila campuran bahan bakar dan udara yang masuk ke dalam silinder sesuai antara jumlah hidrokarbon dengan jumlah oksigen (campuran homogen) maka dimungkinkan terjadinya pembakaran sempurna.

  Bahan bakar yang diambil hidrokarbonnya (C +H ) dan jika _{8 18} pembakarannya sempurna maka hasil pembakarannya menjadi CO dan H O. _{2 2} Jadi kalau ditulis dalam persamaan menjadi: C H + O + N → CO + H O + N _{8 18 2 2 2 2 2} Pembakaran di dalam ruang bakar pada motor adalah hal yang sangat mnentukan besarnya tenaga yang dihasilkan oleh mesin dengan disuplainya sejumlah bahan bakar kedalam silinder. Dengan pembakaran inilah tenaga utama motor dihasilkan. Dengan adanya pembakaran ini maka temperatur ruang bakar meningkat yang akhirnya tekanan dalam ruang bakar ikut naik dan memungkinkan adanya gerakan torak akibat tekanan tersebut.

  Pembakaran adalah reaksi kimia yang terjadi secara tepat antara udara dan bahan bakar yang mudah terbakar yang ditandai dengan timbulnya cahaya dan menghasilkan panas. Pembakaran dikatakan sempurna apabila semua bagian yang dapat terbakar didalam campurab tersebut membentuk CO , H O serta gas SO _{2 2 2} sehingga tidak ada bahan bakar yang tersisa. Pembakaran yang terjadi didalam silinder dapat dibedakan menjadi dua yaitu pembakaran normal dan pembakaran tidak terkontrol (detonasi) Proses pembakaran yang sering kita jumpai tidaklah sama untuk kendaraan satu dengan lainnya, hal ini disebabkan karena adanya perbedaan sistem pemasukan udara dan bahan bakar mesin tempo dulu dan masa sekarang. Hal ini disebabkan karena semakin majunya teknologi yang ada sehingga mau tidak mau kebutuhan akan power yang besar menjadi hal yang bukan lagi hal biasa.

  Sistem pemasukan bahan bakar dibagi menjadi dua, yaitu:

  1. Sistem karburatur dan

  2. Sistem injeksi Sistem injeksi lebih banyak dipakai oleh mobil-mobil yang ada sekarang ini, namun sistem karburator juga masih sering kita jumpai. Namun masing masing sistem memiliki dan kekurangan dan kelebihan. Sebagai contoh mekanisme sistem injeksi masih terlalu mahal, hal ini disebabkan karena mekanisme ini menggunakan (ECU) yang fungsinya mengatur banyaknya bahan bakar yang masuk kedalam silinder namun mesin yang memiliki sistem ini memiliki power yang besar karena prosesnya yang cepat saat bahan bakar masuk kesilinder dan cenderung tepat (tidak lebih juga tidak kurang).

  Untuk mesin yang menggunakan sistem karburator tidaklah semahal sistem injeksi namun terkadang kita kesulitan dalam menyetel keadaan yang pas dan tepat antara bahan bakar dan udara, dan biasanya mesin dengan menggunakan sistem karburator harus rutin memeriksa kebersihan dan ketepatan campuran udara dan bahan bakar.

2.5.2 Bahan bakar

  Sampai sekarang ini bahan bakar yang umumya dipakai pada mesin bensin adalah premium atau sering disebut dengan gasoline, tetapi ada juga mesin yang menggunakan bahan bakar gas.

  Disini hanya menjelaskan bahan bakar bensin secara umum: a.Sifat utama dari bensin

  Bensin mengandung hidrokarbon hasil sulingan minyak mentah. Bensin mengndung zat yang mudah terbakar. Bahan bakar ini digunakan oleh tipe mesin dengan pengapian busi. Sifat-sifat utama yang dimiliki oleh bensin adalah:

• Mudah menguap pada temperatur normal
• Mempunyai titik nyala berkisar antara –10 sampai 15 C • Mempunyai berat jenis rendah (0,60 sampai 0,78)
• Dapat melarutkan oli dan karet • Sedikit meninggalkan karbon setelah dibakar. b.Syarat – syarat bensin

  Kualitas berikut diperlukan oleh bensin untuk memberikan hasil kerja yang baik terhadap mesin:

• Mudah terbakar Pembakaran serentak didalam ruang bakar dengan sedikit knocking.
• Mudah menguap Bensin harus mampu membentuk uap dengan mudah untuk memberikan campuran udara-bahan bakar dengan tepat saat menghidupkan mesin yang masih dingin.

• bersifat pembersih dan tidak beroksidasi Sedikit perubahan kualitas dan perubahan bentuk selama disimpan. Selain itu juga bensin harus mencegah pengendapan pada sistem intake maupun exchause. c.Nilai oktan (oktan number)

  Nilai oktan atau tingkatan dari bahan bakr adalah mengukur bahan bakar bensin terhadap anti-knock characteristic. Bensin dengan nilai oktan tinggi akan tahan terhadap timbulnya engine knocking dibandingkan dengan nilai oktan yang rendah.

2.5.3 Proses Penyalaan

  Untuk memaksimalkan proses pembakaran yang baik diperlukan juga tegangan yang cukup besar untuk dapat terjadinya pembakaran yang baik. Baik tidaknya pembakaran yang terjadi dipengaruhi beberapa factor, yaitu: • Perbandingan campuran bahan bakar dan udara.

• Jarak antara kedua elektroda serta bentuk elektroda.

  Pada umumnya disediakan tegangan yang lebih besar agar menjamin selalu terjadi loncatan bunga api, misalnya antara 10.000 – 20.000 volt. Makin padat udara bahan bakar maka tegangan yang diperlukan akan semakin tinggi pada jarak elektroda yang sama. Terutama apabila tekanan campuran yang masuk kesilinder itu tinggi dan loncatan listrik ditentukan pada waktu berada lebih dekat dengan TMA.

  Makin besar jarak elektroda maka makin besar pula perbedaan tegangan yang diperlukan untuk memperoleh intensitas api listrik yang sama. Maka baik tidaknya proses pembakaran ditentukan oleh jarak elektroda.

  Intensitas loncatan bunga api listrik juga ditentukan oleh jarak antara kedua elektroda. Jarak elektroda yang optimum adalah antara 0,6 – 0,8 mm. Selain itu penentuan tempat/posisi busi didalam ruang bakar juga penting. Agar selalu terdapat campuran bahan bakar dan udara yang mudah terbakar diantara kedua elektroda, tempat yang sangat tepat adalah dekat katup isap. Tetapi jika ditinjau dari kemungkinan terjadinya detonasi, sebaiknya busi ditempatkan pada bagian terpanas yaitu pada katup buang. Sebagai contoh untuk system penyalaan konvensional (penyalaan dengan menggunakan platina), struktur pengapian terdiri dari baterai sebagai sumber energi listrik, kontak penyalaan (platina), kumparan penyalaan (koil), tahanan distributor (yang didalamnya terdapat pemutus arus, kam, rotor), kabel busi tinggi dan rendah, busi. Selain penyalaan secara konvensional, terdapat pula penyalaan system elektronik.

2.6 Sistem pengisian dan pembuangan

2.6.1 Sistem pengisian

  Sistem pengisian adalah system yang berfungsi untuk memungkinkan mengalirnya campuran udara dan bahan bakar ke dalam silinder.