MOTOR DIESEL 2800 CC DENGAN INJEKSI LANGSUNG

  MOTOR DIESEL 2800 CC DENGAN INJEKSI LANGSUNG TUGAS AKHIR Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Sains dan Teknologi Program Studi Teknik Mesin Oleh: Hilarion Chitri Gangga NIM: 005214021

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

  2800 CC DIESEL ENGINE WITH DIRECT INJECTION FINAL PROJECT Presented as partial fulfilment of the requirement as to obtain the Sarjana Sains and Technology Degree in Mechanical Engineering by: Hilarion Chitri Gangga Student Number: 005214021

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

SAINS AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

  

INTISARI

  Motor diesel banyak digunakan dalam dunia industri dan otomotif karena keuntungannya dan perbedaannya dengan motor lainnya. Dalam tugas akhir ini, penulis melakukan perhitungan karakteristik motor diesel dan perhitungan elemen-elemen mesin dengan menggunakan data dari spesifikasi kendaraan dengan motor diesel 2800 CC. Tujuan perhitungan ini adalah untuk mengetahui karakteristik motor diesel 2800 CC dengan injeksi langsung.

  Metode yang digunakan untuk mengetahui karakteristik motor diesel 2800 CC dengan injeksi langsung adalah perhitungan ulang. Berdasarkan data spesifikasi kendaraan dengan motor diesel 2800 CC.

  Hasil perhitungan menunjukkan bahwa karakteristik motor diesel 2800 CC dengan injeksi langsung sedikit berbeda dengan data spesifikasi kendaraan karena pemilihan koefisien.

  Karakteristik kerja mesin diesel dengan menggunakan injeksi langsung adalah sebagai berikut: Kebutuhan bahan bakar tiap jam = 5,86 kg/jam Efisiensi Mekanis = 69% Brake Thermal Efisiensi =85,70%

KATA PENGANTAR

  Puji dan syukur kepada Bapa di Surga atas segala cinta kasih yang telah diberikan kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan skripsi ini. Penulisan skripsi ini bertujuan untuk memenuhi salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana pada Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.

  Dalam menyelesaikan skripsi ini, penulis mendapat bantuan, bimbingan dan arahan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terima kasih yang tak terhingga kepada :

  1. Romo Dr. Ir. P. Wiryono P., S.J. selaku Rektor Universitas Sanata Dharma Yogyakarta yang telah memberikan kesempatan untuk belajar dan mengembangkan kepribadian kepada penulis.

  2. Romo Ir. Greg. Heliarko S.J., S.S., B.S.T., M.Sc., M.A. selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  3. Bapak Budi Sugiharto, S.T., M.T selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  4. Bapak Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T. selaku Pembimbing I yang telah membantu dan membimbing penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.

  5. Bapak Ir. FX. Agus Unggul Santoso, selaku Pembimbing II yang telah sabar membimbing penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.

  6. Bapak Ir. YB. Lukiyanto, M.T selaku Pembimbing Akademik yang telah memberikan dorongan dan pengarahan.

  7. Para dosen Program Studi Teknik Mesin yang telah membimbing dan memberikan segenap ilmunya.

  8. Bapak, Bunda, Adik yang memberikan doa dan semangat

  9. Irine Meilina Sari dan keluarga yang telah memberikan kasih sayang, doa, semangat, bantuan, dan perhatian untukku.

  10. Saudara sepupuku Hubertus Tri Adi Nugroho Valentinus Hari Murti yang bersedia memberikan bantuan pikiran dan komputernya.

  11. Teman-teman seperjuangan angkatan 2000 Teknik Mesin.

  12. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu yang telah membantu dengan berbagai hal dan cara sehingga dapat menyelesaikan skripsi ini. Penulis menyadari bahwa dalam penulisan skripsi ini masih banyak terdapat kesalahan dan kekurangan. Oleh karena itu, penulis menerima dan berterima kasih atas segala kritik serta saran yang diberikan demi perbaikan selanjutnya. Akhir kata, penulis berharap semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi pembaca di masa sekarang maupun di masa yang akan datang.

  Yogyakarta, 30 September 2008 Penulis

  DAFTAR ISI Halaman

  HALAMAN JUDUL............................................................................... i TITLE PAGE .......................................................................................... ii HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING ..................................... iii DAFTAR PANITIA PENGUJI .............................................................. iv PERNYATAAN...................................................................................... v

  INTISARI................................................................................................ vi LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS................. vii KATA PENGANTAR ............................................................................ vii DAFTAR ISI........................................................................................... ix BAB I PENDAHULUAN ...................................................................

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

  1 1.2. Perumusan Masalah ..................................................

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

  2 1.4. Batasan Perancangan.................................................

  2 BAB II LANDASAN TEORI ...............................................................

  3 2.1. Motor Diesel .............................................................

  3

  2.3. Macam-macamRuang Bakar.....................................

  21 2.4.4. Piston.........................................................................

  26 2.4.4.8. Batang Piston ............................................................

  25 2.4.4.7. Pena Piston ................................................................

  24 2.4.4.6. Celah Ujung Pegas ....................................................

  24 2.4.4.5. Pegas Pengontrol Oli.................................................

  24 2.4.4.4. Pegas Kompresi.........................................................

  23 2.4.4.3. Pegas Piston ..............................................................

  2.4.4.2. Celah Piston (Celah Antara Piston dengan Silinder).....................

  22

  22 2.4.4.1. Konstruksi Piston ......................................................

  20 2.4.3. Gasket Kepala Silinder..............................................

  8 2.3.1. Tipe Injeksi Langsung...............................................

  20 2.4.2.4. Bushing Pengantar Katup dan Oil Seal.....................

  19 2.4.2.3. Dudukan Katup .........................................................

  18 2.4.2.2. Pegas Katup...............................................................

  17 2.4.2.1. Katup .........................................................................

  17 2.4.2. Silinder Head.............................................................

  16 2.4.1. Silinder Blok dan Silinder Liner ...............................

  2.3.3. Tipe Kamar Pusar (Swirl Chamber Type)................. 15 2.4. Konstruksi Mesin Diesel ...........................................

  13

  9 2.3.2. Tipe Ruang Bakar Kamar Depan ..............................

  27

  2.4.6. Poros Engkol dan Bantalan Poros Engkol ................

  37 3.1.2. Langkap Isap .............................................................

  3.1.7. Koefisien Perubahan Molar Karena Adanya Gas Hasil Pembakaran......................................................

  .................. 48

  µ

  3.1.6. Koefisien Kimia Penambahan Molar

  43

  43 3.1.5. Temperatur Akhir Kompresi .....................................

  39 3.1.4. Tekanan Akhir Kompresi..........................................

  3.1.3. Tekanan dalam Silinder Selama Proses Penghisapan ...................................................

  38

  36 3.1.1. Data Kendaraan.........................................................

  29 2.4.7. Roda Penerus.............................................................

  36 3.1. Siklus Mesin Diesel ..................................................

  35 BAB III PERHITUNGAN SIKLUS KERJA MESIN ...........................

  33 2.4.9.6. Celah Katup...............................................................

  33 2.4.9.5. Valve Timing Diagram..............................................

  2.4.9.3. Batang Penekan (Push Rod)...................................... 32 2.4.9.4. Rocker Arm dan Shaft................................................

  2.4.9.2. Pengangkat Katup (Teppet Valve)............................. 32

  31

  31 2.4.9.1. Metode Penggerakkan Katup ....................................

  30 2.4.9. Mekanisme Katup .....................................................

  29 2.4.8. Bak Oli (Oil Pan) ......................................................

  49

  3.1.8. Kapasitas Molar Rata-rata Dari Gas Volume Konstan ................................................

  56 3.2. Tekanan Indikasi Rata-rata ........................................

  3.9. Kebutuhan Bahan Bakar Spesifik Berdasarkan Brake Horsepower......................................................

  62

  61 3.8. Kebutuhan Bahan Bakar Tiap Jam.............................

  61 3.7. Kebutuhan Bahan Bakar ............................................

  59 3.6. Tekanan Efektif Rata-rata ..........................................

  58 3.5. Daya Indikasi Horsepower.........................................

  58 3.4. Kerja Indikasi .............................................................

  57 3.3. Tekanan Indikasi Rata-rata Sesungguhnya ................

  55 3.1.17. Temperatur Akhir Langkah Ekspansi .......................

  50 3.1.9. Kapasitas Panas Molar Isokronik Rata-rata Udara ....

  3.1.16. Perhitungan Tekanan dan Temperatur pada Akhir Langkah Ekspansi ............................................

  55

  55 3.1.15. Perbandingan Ekspansi Akhir ....................................

  54 3.1.14. Perbandingan Ekspansi Awal.....................................

  52 3.1.13. Proses Ekspansi Awal ................................................

  51 3.1.12. Tekanan Akhir Pembakaran.......................................

  3.1.10. Kapasitas Molar Isokronik Udara pada Akhir Kompresi .................................................................... 51 3.1.11. Perhitungan Temperatur Proses Pembakaran.............

  51

  63

  3.11. Efisiensi Panas Indikasi..............................................

  70 4.2.4. Tegangan Karena Tekanan Gas Silinder....................

  74 4.4. Piston dan Perlengkapannya ......................................

  73 4.3.4. Tegangan Total...........................................................

  73 4.3.3. Tegangan Karena Perbedaan Suhu.............................

  72 4.3.2. Tegangan Karena Tekanan Gas .................................

  72 4.3.1. Tebal Kepala Silinder.................................................

  71 4.3. Kepala Silinder...........................................................

  71 4.2.6. Tegangan Total pada Permukaan Luar Silinder.........

  70 4.2.5. Tegangan Total pada Permukaan Dalam Silinder......

  69 4.2.3. Tegangan pada Bagian Dalam Silinder......................

  64 3.12. Kebutuhan Bahan Bakar Spesifiknya ........................

  68 4.2.2. Tegangan Karena Perbedaan Silinder ........................

  68 4.2.1. Tegangan Tangensial .................................................

  67 4.2. Tegangan pada Dinding Silinder................................

  4.1.3. Tebal Rongga Antara Silinder Liner dengan Dinding Mantel Air ....................................................

  67

  66 4.1.2. Tebal Dinding Mantel Air Pendingin.........................

  66 4.1.1. Tebal Dinding Silinder...............................................

  66 4.1. Silinder dan Kepala Silinder ......................................

  64 BAB IV PERHITUNGAN ELEMEN MESIN ......................................

  74

  4.4.1.1. Diameter Kepala Piston ............................................

  79 4.4.2.1. Lebar Cincin Piston………………………………...

  83

  82 4.4.2.8. Panjang Pena Piston………………………………..

  82 4.4.2.7. Perbandingan diameter luar dan dalam Pena……….

  82 4.4.2.6. Diameter luar Pena………………………………….

  82 4.4.2.5. Pena Piston………………………………………….

  81 4.4.2.4. Cincin Piston Pelumas……………………………...

  4.4.2.3. Jarak sela cincin piston pada saat sebelum terpasang dan pada saat terpasang………………….

  81

  80 4.4.2.2. Tebal Cincin Piston………………………………...

  79 4.4.2. Cincin Piston……………………………………….

  74 4.4.1.2. Diameter Badan Piston..............................................

  78 4.4.1.11. Jarak Cincin Satu dengan yang lain………………..

  78 4.4.1.10. Tinggi Land Teratas………………………………..

  78 4.4.1.9. Tinggi Badan Torak………………………………..

  77 4.4.1.8. Jarak Sumber Pena Piston dengan Alas Piston……..

  77 4.4.1.7. Tinggi Piston……………………………………….

  76 4.4.1.6. Tebal Dinding Bagian Badan Piston .........................

  76 4.4.1.5. Tebal Dinding Beralur Untuk Cincin Piston.............

  75 4.4.1.4. Tebal Sirip-sirip Dalam Torak ..................................

  75 4.4.1.3. Tebal Kepala Piston ..................................................

  4.4.2.9. Gaya yang diterima oleh Pena Piston akibat

  4.4.2.10. Momen Maksimum yang berkerja…………………..

  4.4.4. Perhitungan Mekanisme Katup dan Perlengkapannya………………………………..

  5.1. Kesimpulan………………………………………... 103

  BAB V PENUTUP................................................................................ 103 ..

  4.4.7. Roda Gila………………………………………….. 100

  97

  97 4.4.6. Poros Engkol……………………………………….

  96 4.4.5. Perhitungan Kem…………………………………...

  88 4.4.4.2. Pegas Katup………………………………………...

  88 4.4.4.1. Katup……………………………………………….

  88

  84

  4.4.3.4. Panjang Pena Engkol Besar…………………………

  87

  87 4.4.3.3. Diameter Lubang Engkol…………………………...

  4.4.3.2. Perhitungan Batang Piston………………….………

  86

  86 4.4.3.1. Diameter Pena Engkol………………………….…..

  86 4.4.3. Conecting rod.............................................................

  85 4.4.2.12. Tegangan lengkung yang terjadi…………………….

  4.4.2.11. Modulus penampang pena piston……………………

  DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

  Pada saat ini, mesin diesel sangat banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Selain untuk kepentingan industri (mesin-mesin produksi) juga banyak digunakan dalam dunia otomotif dan transportasi, diantaranya: kendaraan pribadi, kendaraan angkutan (niaga), kereta api dan kapal laut. Mesin berbahan bakar solar ini mempunyai kelebihan yang menguntungkan bagi penggunanya. Hal ini dikarenakan karakteristik utama dari mesin diesel ini. Yang membedakan motor diesel dari motor bakar lainnya adalah metode penyalaan bahan bakar.

  Dalam mesin diesel bahan bakar diinjeksikan ke dalam silinder mesin yang mengakibatkan suhu udara di dalam silinder meningkat. Ketika bahan bakar yang telah dikabutkan bersinggungan dengan udara panas maka akan terjadi pembakaran. Dalam mesin diesel tidak dibutuhkan alat penyalaan lain dari luar.

  Mesin diesel mempunyai efisiensi panas yang lebih tinggi daripada mesin panas yang lain dan menggunakan sedikit bahan bakar untuk penyediaan daya yang sama serta menggunakan bahan bakar yang lebih murah daripada bensin. Penulis melakukan perhitungan ulang untuk karakteristik mesin diesel injeksi langsung karena ingin mengetahui berapa konsumsi bahan bakar untuk tiap jam dan perhitungan elemen mesin untuk mesin diesel 2800 cc dengan injeksi langsung.

  1.2 Tujuan

  Tujuan perancangan ini adalah untuk mengetahui karakteristik kerja mesin diesel dengan injeksi langsung serta perancangan elemen mesin.

  1.3 Batasan Perancangan

  Dalam tugas akhir ini penulis membatasi perancangan dikhususkan pada perhitungan untuk kebutuhan bahan bakar motor diesel 2800cc dengan injeksi langsung dengan spesifikasi : Jumlah silinder : 4 silinder segaris Diameter silinder (bore) : 93 mm (0,093 m) Panjang langkah (stroke) : 102 mm (0,102 m) Perbandingan kompresi : 1:18,2 Daya : 77PS pada 3600 rpm Torsi : 17,8 Nm pada 2000 rpm

BAB II DASAR TEORI

2.1. Motor Diesel

  Motor diesel yang digunakan sebagai penggerak kendaraan menurut putaran poros engkolnya digolongkan menjadi tiga macam yaitu mesin diesel putaran rendah, mesin diesel putaran sedang, dan mesin diesel dengan putaran tinggi. Mesin diesel putaran rendah kecepatan putar poros engkol lebih rendah dari 500 rpm. Mesin diesel sedang memiliki putaran poros engkol antara 500- 1000 rpm. Dan mesin diesel putaran tinggi memiliki kecepatan putar poros engkol lebih dari 1000 rpm. Mesin diesel putaran rendah sebagian besar digunakan sebagai penggerak alat transportasi yang membutuhkan daya yang besar dan tidak memerlukan kecepatan yang tinggi. Mesin diesel dengan kecepatan tinggi digunakan sebagai penggerak kendaraan yang memerlukan kecepatan sehingga dapat menghemat waktu. Pada saat ini mesin diesel juga banyak dipergunakan dan dikembangkan sebagai penggerak kendaraan pribadi.

  Pada mesin diesel, udara didalam silinder dikompresikan hingga menjadi panas. Bahan bakar diesel kemudian disemprotkan ke dalam ruang bakar melalui nozel dalam bentuk kabut. Bahan bakar ini kemudian dibakar oleh panas udara yang telah dikompresikan di dalam silinder. Untuk memenuhi kebutuhan pembakaran tersebut, temperatur udara yang dikompresi di dalam ruang bakar harus mencapai 500°C atau lebih. Oleh karena itu, mesin diesel memiliki perbandingan kompresi yang lebih tinggi jika dibandingkan dengan mesin bensin dapat dibuat terlalu tinggi karena pada mesin bensin dibatasi adanya detonasi.

Gambar 2.1 Mesin diesel putaran tinggi

  (Sumber: ISUZU Training Center, hal 2) Keuntungan mesin diesel:

  1. Mesin diesel memiliki efisiensi panas yang lebih tinggi. Hal ini berarti bahwa penggunaan bahan bakar lebih ekonomis daripada mesin bensin. Pemakaian bahan bakar diesel kira-kira 25% lebih rendah dibandingkan dengan mesin bensin, harga bahan bakarnya lebih murah dari pada bensin.

  2. Mesin diesel lebih tahan lama dan tidak memerlukan electric igniter. Hal ini berarti bahwa kemungkinan kesulitan lebih kecil dibandingkan mesin bensin.

  3. Momen pada mesin diesel tidak berubah pada jenjang tingkat kecepatan yang luas. Hal ini berarti bahwa mesin diesel lebih fleksibel dan mudah dioperasikan. Kerugian mesin diesel:

  1. Tekanan pembakaran maksimum hampir dua kali lebih besar dibandingkan mesin bensin. Hal ini berarti suara dan getaran mesin diesel lebih keras. lebih kuat dan kokoh sehingga dengan daya kuda yang sama mesin diesel lebih berat dan pembuatannya lebih mahal.

  3. Mesin diesel memerlukan sistem injeksi bahan yang presisi. Dan ini berarti harganya lebih mahal dan memerlukan perawatan yang teliti.

  4. Mesin diesel memiliki perbandingan kompresi yang tinggi dan memerlukan gaya yang besar untuk memutarnya. Hal ini berarti diperlukan motor starter dan baterai yang lebih besar.

2.2 Prinsip Kerja Motor Diesel Prinsip kerja motor diesel putaran tinggi dapat dilihat pada gambar 2.2.

  Piston yang bergerak secara translasi (bolak-balik) di dalam silinder dihubungkan dengan pena engkol melalui perantaraan batang penggerak atau batang penghubung. Campuran bahan bakar dan udara dibakar di dalam ruang bakar, yaitu ruangan yang dibatasi oleh dinding silinder, kepala piston dan kepala silinder. Gas pembakaran yang terjadi itu mampu menggerakkan piston dan selanjutnya menggerakkan atau memutar poros engkol. Pada kepala silinder terdapat katup hisap dan katup buang. Katup hisap berfungsi memasukkan udara segar ke dalam silinder, sedangkan katup buang berfungsi mengeluarkan gas pembakaran yang sudah tidak terpakai dari dalam silinder ke udara luar (atmosfer).

  Jika piston berada pada posisi terjauh dari kepala silinder, seperti terlihat pada gambar 2.2(2), katup hisap dan katup buang ada pada posisi tertutup, maka

  (langkah kompresi). Gerakan tersebut akan mengakibatkan kenaikan tekanan dan temperatur udara yang dikompresikan tersebut.

Gambar 2.2 Prinsip Kerja Motor Diesel

  (Sumber: ISUZU Training Center, hal 3) Pada saat piston mencapai posisi terdekat dengan silinder (gambar 2.2(3)), maka tekanan dan temperaturnya berturut-turut dapat mencapai kurang lebih 30

  2 o

  kg/cm dan 550 C (Arismunandar, 2002: 4). Namun beberapa saat sebelum piston mencapai posisi 3 (tiga) atau langkah power, bahan bakar disemprotkan ke dalam silinder dan terjadilah proses pembakaran. Karena proses pembakaran tersebut memerlukan waktu maka tekanan maksimum dan temperatur maksimumnya terjadi beberapa saat setelah piston mulai bergerak ke bawah. Pada peristiwa ini gas hasil pembakaran mendorong piston bergerak ke bawah (langkah ekspansi), dan selanjutnya memutar poros engkol. Beberapa saat piston sebelum mencapai posisi 4 (empat) atau langkah buang, katup buang mulai terbuka sehinga gas hasil pembakaran keluar dari dalam silinder. Selanjutnya, gas hasil pembakaran dipaksa

  Beberapa saat piston sebelum mencapai posisi 1 (satu) atau langkah intake, katup hisap mulai terbuka dan beberapa saat setelah piston mulai bergerak ke bawah lagi katup buang sudah menutup. Dalam hal ini, gerakan piston ke bawah akan mengakibatkan udara segar dari luar (atmosfer) akan terhisap masuk ke dalam silinder (langkah hisap). Proses tersebut di atas terjadi secara berulang-ulang.

  Pada posisi 3 (tiga) dan 4 atau langkah power dan buang, piston seolah- olah berhenti atau dengan kecepatan nol. Posisi di mana terjadi pada keadaan tersebut disebut dengan nama “titik mati”. Piston pada saat berada pada posisi 3 (tiga) atau langkah power di mana piston berada pada posisi paling dekat dengan kepala silinder disebut dengan “Titik Mati Atas” (TMA). Sedangkan pada saat piston berada pada posisi 4 (empat) atau langkah buang di mana piston berada pada posisi terjauh dari kepala silinder disebut dengan “Titik Mati Bawah” (TMB). Jarak antara titik mati atas (TMA) dengan TMB disebut dengan “panjang langkah” (langkah). Contoh proses yang diberikan di atas meliputi: langkah kompresi, langkah ekspansi, langkah buang dan langkah hisap, terjadi selama gerakan piston dari TMB-TMA-TMB-TMA-TMB, atau selama dua putaran poros engkol. Mesin yang dalam satu siklusnya meliputi langkah kompresi, langkah ekspansi, langkah buang dan langkah hisap selama dua putaran poros engkol disebut dengan mesin empat langkah. Dalam hal ini, gas hasil pembakaran mendorong piston pada saat langkah ekspansi saja, selebihnya ketiga langkah yang lain terjadi hal yang sebaliknya. Untuk memungkinkan hal tersebut di atas bisa terjadi, maka sebagian energi gas hasil pembakaran selama proses ekspansi

  Mesin yang dalam satu siklus kerjanya dengan satu putaran poros engkol disebut dengan mesin dua langkah. Dalam hal ini kira-kira 1/3 gerakan piston dari TMA ke TMB yang terakhir dan 1/3 gerakan piston dari TMB ke TMA yang pertama digunakan untuk mengeluarkan gas hasil pembakaran dari dalam silinder dan untuk memasukkan udara segar dari atmosfer (dan bahan bakar pada motor bensin) ke dalam silinder. Proses pembuangan gas hasil pembakaran sudah tak terpakai dan pengisian udara segar ke dalam silinder disebut dengan pembilasan. Motor diesel penggerak (propeller) kapal-kapal besar biasanya bersiklus dua langkah. Demikian juga dengan motor bensin berukuran kecil, biasanya juga bekerja dengan siklus dua langkah. Namun motor diesel dengan putaran tinggi tidak pernah bekerja dengan siklus dua langkah.

2.3 Macam-macam Ruang Bakar

  Ruang bakar mesin diesel merupakan bagian yang terpenting untuk menentukan kemampuan mesin diesel. Berbagai macam konfigurasi ruang bakar mesin diesel dikembangkan untuk menjamin bahan bakar yang disemprotkan ke dalamnya agar dapat mengurangi, mengabut, dan bercampur dengan udara. Cara yang digunakan dengan pembentukan ruang masuk ke dalam silinder atau menambahkan ruang bakar bantu yang dapat mempercepat ekspansi gas pada tahap pembakaran awal untuk meningkatkan efisiensi pembakaran. Ruang bakar yang digunakan pada mesin diesel adalah sebagai berikut :

  1. Ruang bakar langsung, tipe ruang bakar injeksi langsung (Direct Injection) a. Tipe ruang bakar kamar depan.

  b. Tipe ruang bakar kamar pusar.

2.3.1 Tipe Injeksi Langsung (Direct Injection)

  Ruang bakar tipe injeksi langsung dapat dilihat pada gambar 2.3. Bahan bakar disemprotkan oleh injection nozzle ke dalam precombustion chamber.

  Sebagian akan terbakar di tempat dan sisa bahan bakar yang tidak terbakar bergerak melalui saluran kecil antara ruang bakar kamar depan dan ruang bakar utama dan selanjutnya akan terurai menjadi partikel yang halus dan terbakar habis di dalam ruang bakar utama (maincombustion).

Gambar 2.3 Tipe Injeksi Langsung (Direct injection)

  (Sumber: Astra Isuzu Training Center, hal 5) Macam-macam ruang injeksi langsung:

  3. Sperical

Gambar 2.4 Macam-macam Ruang Injeksi Langsung

  (Sumber: Astra Isuzu Training Center, Informasi Umum Automotif) Ruang bakar yang berada di atas piston merupakakan salah satu bentuk yang dirancang untuk menyempurnakan pembakaran. Mesin diesel putaran tinggi yang menggunakan ruang bakar jenis ini bekerja dengan piston yang mempunyai puncak berongga supaya diperoleh pusaran udara, seperti terlihat pada gambar

  2.5. Pusaran tersebut juga dinamai “penggilasan” karena perhitungan kompresi yang lebih tinggi pada puncak piston dibandingkan pada dasar rongga. Pusaran yang terjadi adalah semacam pusaran yang bertekanan. Bentuk-bentuk rongga bertekanan dapat dilihat pada gambar 2.6.

Gambar 2.6 Beberapa Bentuk Rongga pada Kepala Piston Motor Diesel Putaran Tinggi dengan Ruang Bakar Terbuka

  (Sumber: Arismunandar, 2002: 85) Untuk membuat pusaran tanpa penggilasan, biasanya udara yang dimasukkan ke dalam silinder dibuat berputar mengelilingi sumbu silinder, seperti terlihat pada gambar 2.7(a) dan (b). Untuk ruang bakar dengan rongga piston yang dangkal, banyak digunakan pusaran induksi. Gambar 2.8 menunjukkan “katup berkelok” atau “katup berselubung” yang terpasang pada system tersebut pada gambar 2.7(a). Konstruksi katup ini bertujuan untuk menahan aliran melalui kira- kira separuh keliling katup, dengan menggunakan “kedok” atau ”selubung”. Namun konstruksi katup berkelok menurunkan effisiensi volumetric. Pada gambar 2.7(b) pipa isap dibuat sedikit miring dan dalam arah tangensial terhadap dinding silinder. Gambar 2.9 menunjukkan aliran melalui lubang spiral, yaitu bentuk yang sebaik-baiknya untuk membentuk pusaran udara.

  Dua jenis pusaran diatas lebih lemah jika dibandingkan dengan gerakan karena itu, perlu ada usaha memperbaiki pencampuran bahan bakar dan udara dengan mengandalkan penyemprotan bahan bakar, Untuk hal itu, hendaknya penyemprotan bahan bakar berlubang banyak diletakkan di tengah-tengah silinder, seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.6(a) sampai dengan (h).

Gambar 2.7 Pusaran Induksi

  (Sumber: Arismunandar, 2002: 86)

Gambar 2.9 Aliran Udara Melalui Lubang Spiral

  (Sumber: Arismunandar, 2002: 86) Keuntungan: a. Efisiensi panas tinggi (tidak memerlukan glow plug).

  b. Konstruksi silinder head sederhana.

  c. Karena kerugian panas kecil, perbandingan kompresi dapat diturunkan. Kerugian: a. Pompa injeksi harus menghasilkan tekanan yang tinggi.

  b. Kecepatan maksimum lebih rendah.

  c. Suara lebih besar (berisik).

  d. Bahan bakar harus bermutu tinggi.

2.3.2. Tipe Ruang Bakar Kamar Depan

  

chamber. Sebagian akan terbakar di tempat dan sisanya yang tidak terbakar akan

  bergerak melalui saluran kecil antara ruang bakar kamar depan dan ruang bakar utama dan selanjutnya akan terurai menjadi partikel yang halus dan terbakar habis di ruang bakar utama (main chamber).

Gambar 2.5 Tipe Ruang Bakar Kamar Depan

  (Sumber: Astra Isuzu Training Center, hal 6) Keuntungan:

  a. Pemakaian bahan bakar lebih luas, bahan bakar yang relatif kurang baik dapat digunakan dengan asap pembakaran yang tidak pekat.

  b. Karena pada tipe mesin ini digunakan tipe nozzle trotle, maka diesel knock dapat dikurangi dan kerja mesin lebih tenang c. Mudah pemeliharaannya karena tekanan injeksi bahan bakarnya relatif rendah dan mesin tidak terlalu peka terhadap perubahan timing injeksi.

  Kerugian: a. Bentuk kepala silinder lebih rumit dan biaya pembuatan mahal.

  b. Diperlukan starter yang lebih besar, mesin sulit distarter sehingga memerlukan glow plug.

  c. Pemakaian bahan bakar lebih boros.

2.3.3. Tipe Kamar Pusar (Swirl Chamber Type)

  Ruang bakar tipe kamar pusar dapat dilihat pada gambar 2.11. Kamar pusar mempunyai bentuk spherical. Udara yang dikompresikan piston memasuki kamar pusar dan membentuk aliran turbulensi. Sebagian akan terbakar di tempat dan sisanya yang tidak terbakar akan dibakar habis di main combustion chamber.

  Keuntungan: a. Dapat dicapai kecepatan mesin yang tinggi karena turbulensi kompresi tinggi.

  b. Gangguan pada nozzle lebih kecil karena menggunakan nozzel tipe pin.

  c. Operasi mesin lebih halus dengan tingkat kecepatan yang lebih luas sehingga banyak digunakan sebagai mobil penumpang atau armada.

  Kerugian: a. Konstruksi cylinder head dan silinder block lebih rumit.

  b. Efisiensi panas dan konsumsi bahan bakarnya lebih buruk dari pada mesin injeksi langsung .

  c. Masih menggunakan glow plug (busi pijar), tidak efektif untuk kamar pusar

2.4 Konstruksi Mesin Diesel Konstruksi mesin diesel dapat dilihat pada gambar 2.7.

Gambar 2.11 Tipe Kamar Pusar

  (Sumber: Astra Isuzu Training Center, hal 7)

2.4.1. Silinder Block dan Silinder Liner

  Silinder block terbuat dari besi tuang dan berfungsi untuk dudukan komponen-komponen mesin dan terdapat water jacket untuk tempat aliran air pendingin. Cylinder liner adalah silinder yang dapat dilepas. Silinder linier dibagi menjadi dua macam yaitu :

  a. Dry type

  b. Tite type

Gambar 2.13 Macam-macam Silinder Linier

  (Sumber: Astra Isuzu Training Center)

2.4.2. Cylinder Head

  Ruang bakar lebih kecil dan lebih rumit jika dibandingkan dengan ruang bakar untuk mesin bensin karena perbandingan kompresinya lebih tinggi.

  

Cylinder heat terbuat dari besi buang dan berfungsi sebagai dudukan mekanisme

Gambar 2.14 Cylinder Head

  (Sumber: Astra Isuzu Training Center)

2.4.2.1. Katup

  Katup terbuat dari baja khusus (special steel) karena katup berhubungan langsung dengan tekanan dan temperatur yang sangat tinggi. Mekanisme katup dapat dilihat pada gambar 2.15.

Gambar 2.15 Mekanisme Katup

  (Sumber: Astra Isuzu Training Center) Pada umumnya besar katup hisap lebih besar daripada katup buang. Agar katup dapat menutup rapat pada dudukan katup, permukaan pada sudut katup

2.4.2.2. Pegas Katup

  Pegas katup (Valve Spring) digunakan untuk menutup katup. Pada umumnya mesin menggunakan 1 pegas untuk setiap katupnya, tetapi ada juga mesin yang menggunakan 2 pegas untuk 1 katup.

Gambar 2.16 Mekanisme Pegas Katup

  (Sumber: Astra Isuzu Training Center) Penggunaan pegas yang jarak pitch-nya berbeda (Uneved Pitch Spring) atau pegas ganda (double Spring) adalah untuk mencegah agar katup tidak melayang. Katup melayang adalah gerakan katup yang tidak seirama dengan

  2.4.2.3. Dudukan Katup

  Dudukan katup (valve seat) dipasang dengan cara dipres pada kepala silinder. Valve seat berfungsi sebagai dudukan katup sekaligus memindahkan panas dari katup ke kepala silinder. Dudukan katup terbuat baja khusus yang mempunyai sifat karakteristik tahan panas dan aus. Lebar persinggungan katup adalah 1,2 sampai 1,8 mm.

Gambar 2.17 Mekanisme Dudukan Katup

  (Sumber: Astra Isuzu Training Center)

  2.4.2.4. Bushing Pengantar Katup dan Oil Seal

  Bushing pengantar katup terbuat dari besi tuang dan berfungsi untuk mengarahkan katup agar dudukan katup tepat pada valve seat. Gerakan katup yang tidak lembut atau batang katup yang macet pada bushing pengantar katup, Bila oil seal rusak maka akan menyebabkan oli masuk ke dalam ruang bakar, akibatnya oli menjadi boros. Oli biasanya lebih mudah masuk ke ruang bakar melalui katup masuk.

2.4.3. Gasket Kepala Silinder

  Gasket kepala silinder (Heat Cylinder Gasket) terletak diantara blok silinder dan kepala silinder yang berfungsi untuk mencegah kebocoran gas pembakaran (kompresi), air pendingin dan oli. Umumnya gasket terbuat dari gabungan karbon dan lempengan baja (Carbon Clad Sheet Steel) atau steel

  laminated.

Gambar 2.18 Gasket Kepala Silinder

  (Sumber: Astra Isuzu Training Center)

2.4.4. Piston

2.4.4.1. Konstruksi Piston

  Piston bergerak naik turun di dalam silinder untuk melakukan langkah hisap, kompresi, usaha, dan buang. Fungsi utama dari piston adalah untuk menerima tekanan pembakaran dan meneruskan ke poros engkol melalui

  

connecting rod. Piston terbuat dari aluminium alloy (paduan aluminium) karena

  bahan tersebut ringan dan radiasi panasnya baik. Konstruksi piston dapat dilihat pada gambar 2.19.

  Pada piston mesin diesel tipe injeksi langsung terdapat lubang yang berfungsi sebagai ruang bakar. Pada sebagian piston, kepalanya diberi head dam dan ada pula yang pada ring slot pertamanya dibuat dari FRM (Fiber Reinforced

  

Metal) yang merupakan paduan antara aluminium dengan ceramic fiber. Kedua

  cara ini bertujuan untuk mencegah perubahan bentuk piston pada groove nomor 1 karena panas.

  Pada beberapa piston terdapat offset dan cooling channel. Offset berfungsi untuk mencegah keausan kesatu sisi yang berlebihan. Cooling channel berfungsi sebagai pendingin piston. Piston slap adalah benturan ke samping akibat tenaga dorong pembakaran.

2.4.4.2. Celah Piston (Celah antara Piston dengan Silinder)

  Saat piston menjadi panas akan terjadi sedikit pemuaian dan mengakibatkan diameternya bertambah, maka diantara silinder dibuat celah yang disebut piston clearance. Pada umumnya celah piston antara 0,02 – 0,12 mm. Bentuk piston saat dingin, diameter kepala piston lebih kecil daripada bagian bawahnya. Celah piston dapat dilihat pada gambar 2.20.

  2.4.4.3. Pegas piston

  Pegas piston (piston ring) dipasang dalam ring groove. Ring piston terbuat dari baja khusus, pada piston terdapat 3 buah ring piston. Pegas piston dapat dilihat pada gambar 2.21.

Gambar 2.21 Pegas Piston

  (Sumber: Astra Isuzu Training Center) Ring piston berfungsi untuk: 1. Mencegah kebocoran selama langkah kompresi dan usaha.

  2. Mencegah oli yang melumasi piston dan silinder masuk ke ruang bakar.

  3. Memindahkan panas dari piston ke dinding silinder

  2.4.4.4. Pegas kompresi

  Pada setiap piston terdapat 2 pegas kompresi. Pegas kompresi ini disebut dengan top compression ring dan second compression ring.

  2.4.4.5. Pegas Pengontrol Oli

  Pegas pengontrol oli (oil control ring) diperlukan untuk membentuk lapisan oli tipis (oil film) antara piston dan dinding silinder. Pegas oli ini disebut Ada 2 (dua) tipe pegas oli, yaitu:

  1. Tipe integral

  2. Tipe segment

Gambar 2.22 Pegas Kompresi

  (Sumber: Astra Isuzu Training Center)

Gambar 2.23 Pegas Pengontrol Oli

  (Sumber: Astra Isuzu Training Center) ring piston harus terdapat celah yang disebut ring end gap. Besarnya celah biasanya sebesar 0,2 – 0,5 mm pada temperatur ruangan, dan diukur pada 10 mm dan 120 mm dari atas silinder. Celah ujung pegas dapat dilihat pada gambar 2.24.

Gambar 2.24 Celah Unjung Pegas

  (Sumber: Astra Isuzu Training Center)

2.4.4.7. Pena Piston

  Pena piston (piston pin) menghubungkan dengan bagian ujung yang kecil dari connecting rod kemudian meneruskan tekanan pembakaran yang berlaku pada torak ke connecting rod. Pena piston berlubang di dalamnya untuk mengurangi berat yang berlebihan dan kedua ujung ditahan oleh bushing pena

  

torak (Piston pin boss). Pena piston dapat dilihat pada gambar 2.25 dan macam-

macam sambungan piston dan connection rod dapat dilihat pada gambar 2.26.

  Piston dan connecting rod dapat dihubungkan dengan 4 (empat) cara, yaitu:

  1. Tipe fixed

  2. Tipe full-floating

  3. Tipe bolted

Gambar 2.25 Pena Piston

  (Sumber: Astra Isuzu Training Center)

Gambar 2.26 Macam-macam Sambungan Piston dan Conecting rod

  (Sumber: Astra Isuzu Training Center)

2.4.4.8. Batang Piston

  Batang piston (connecting rod) berfungsi untuk meneruskan tenaga yang berhubungan dengan piston pin disebut small end, dan bagian yang berhubungan dengan poros engkol disebut big end. Pada connecting rod terdapat oil hole yang berfungsi untuk memercikkan oli untuk melumasi piston. Batang piston dapat dilihat pada gambar 2.27.

Gambar 2.27 Batang Piston

  (Sumber: Astra Isuzu Training Center)

2.4.5. Poros Nok

  Poros nok berfungsi untuk menggerakkan mekanisme katup dan pompa oli. Untuk mesin bensin ditambah menggerakkan pompa bahan bakar dan distributor. Poros nok dapat dilihat pada gambar 2.28.

  2.4.6. Poros Engkol dan Bantalan Poros Engkol

  Poros engkol (crankshaft) terbuat dari baja karbon dan berfungsi untuk merubah gerak naik turun piston menjadi gerak putar. Bantalan poros engkol terbuat dari logam putih (baja ditambah timah, timah hitam dan seng), logam kelmet (baja ditambah tembaga dan timah hitam), logam aluminium (baja ditambah aluminium dan timah). Pada bantalan terdapat locking lip yang berfungsi untuk mencegah bantalan agar tidak ikut berputar. Thrust washer berfungsi untuk mencegah gerak aksial (maju mundur) yang berlebihan. Poros engkol dan bantalan poros engkol dapat dilihat pada gambar 2.29.

Gambar 2.29 Poros Engkol dan Bantalan Poros Engkol

  (Sumber: Astra Isuzu Training Center)

  2.4.7. Roda Penerus

  Roda penerus atau flywheel terbuat dari baja tuang dan berfungsi untuk berfungsi untuk perkaitan dengan gigi pinion motor starter. Roda penerus dapat dilihat pada gambar 2.30.

Gambar 2.30 Roda Penerus

  (Sumber: Astra Isuzu Training Center, Informasi Umum Automotif)

2.4.8. Bak Oli (Oil Pan)

  Oil pan terbuat dari baja dan dilengkapi separator untuk menjaga agar

  permukaan oli tetap rata ketika kendaraan dalam posisi miring. Penyumbat oli (drain plug) letaknya dibagian bawah oil pan yang berfungsi untuk mengeluarkan oli mesin bekas. Bak oli dapat dilihat pada gambar 2.31.

2.4.9. Mekanisme Katup

2.4.9.1. Metode Menggerakkan Katup

  Camshaft digerakkan oleh crank shaft dengan 3 (tiga) cara, yaitu :

  1. Timing Gear

  2. Timing Chain

  3. Timing Belt

2.4.9.2. Pengangkat Katup (Teppet Valve)

  Pengangkat katup (Valve Lifter) berfungsi untuk meneruskan gerakan

  

camshasf ke push rod. Pada mesin yang menggunakan lifter konfensional celah

  katupnya harus distel, tetapi ada mesin yang menggunakan hidraulic lifter tidak perlu melakuan penyetelan celah katup karena celahnya selalu 0 mm. Pengangkat katub dapat dilihat pada gambar 2.33.

Gambar 2.33 Pengangkat Katup

  (Sumber: Astra Isuzu Training Center) ke rocker arm. Batang penekan dapat dilihat pada gambar 2.34.

Gambar 2.34 Batang Penekan

  (Sumber: Astra Isuzu Training Center)

  2.4.9.4. Rocker Arm dan Shaft Rocker arm berfungsi untuk menekan katup saat tertekan ke atas oleh push

rod. Rocker arm dilengkapi skrup dan mur pengunci untuk penyetelan celah

  katup. Pada mesin yang menggunakan lifter hidraulis tidak dilengkapi skup dan mur pengunci. Rocker arm dan shaft dapat dilihat pada gambar 2.35.

  2.4.9.5. Valve Timing Diagram Valve timing diagram adalah diagram waktu kerja katup. Valve timing

diagram dipengaruhi oleh bentuk cam dan celah katup. Valve timing diangram

Gambar 2.35 Rocker Arm dan Shaft

  (Sumber: Astra Isuzu Training Center)

2.4.9.6. Celah Katup

  Celah katup adalah celah yang terdapat pada mekanisme katup (dari camshaft sampai katup). Pada saat mesin panas dan tidak terdapat celah katup pada mekanisme katup, maka akan terjadi pemuaian yang menyebabkan katup tidak dapat menutup rapat. Celah katup dapat dilihat pada gambar 2.37.

Gambar 2.37 Celah Katup

  (Sumber: Astra Isuzu Training Center)

BAB III PERHITUNGAN SIKLUS KERJA MESIN

3.1. Siklus Mesin Diesel

  Siklus kerja mesin diesel ada tiga macam :

  1. Siklus ideal

  2. Siklus aktual

  3. Siklus gabungan Analisa siklus kerja pada tugas akhir ini, penulis menggunakan siklus aktual dan ada juga beberapa langkah siklus yang nantinya akan dibahas dengan siklus gabungan. Pada siklus aktual hambatan hidrolik (rugi-rugi gesekan fluida) yang timbul pada sistem pemasukan akan menurunkan tekanan udara yang masuk kedalam ruang bakar. Karena gerakan piston yang tidak seragam menyebabkan proses pengisisan ruang bakar juga bervariasi.