MOTOR BENSIN 4 LANGKAH 70 cc DENGAN MODIFIKASI SISTEM PENGAPIAN

  

MOTOR BENSIN 4 LANGKAH 70 cc

DENGAN MODIFIKASI SISTEM PENGAPIAN

TUGAS AKHIR

  Untuk memenuhi sebagian persyaratan Mencapai derajad sarjana S-1

  Disusun oleh:

  

KRISTIAN EDDY WIBOWO

025214021

  Kepada:

  

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

JURUSAN TEKNIK MESIN

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

  

Four Stroke 70 cc Gasoline Engine

with Ignition Modification

Final Project

  Presented as particial fulfillment of the requirement As to the Sarjana Teknik Degree

  In Mechanical Engineering by:

  

KRISTIAN EDDY WIBOWO

025214021

  To:

  

Mechanical Engineering Department

Sains And Technology Faculty

Sanata Dharma University

Yogyakarta

  

MOTOR BENSIN 4 LANGKAH 70 cc

DENGAN MODIFIKASI SISTEM PENGAPIAN

Tugas Akhir

  Disusun oleh : Nama : Kristian Eddy Wibowo

  NIM : 025214021 Telah disetujui oleh :

  

Tugas Akhir

MOTOR BENSIN 4 LANGKAH 70 cc

DENGAN MODIFIKASI SISTEM PENGAPIAN

  Dipersiapkan dan disusun oleh: Nama : Kristian Eddy Wibowo

  NIM : 025214021

  Yogyakarta, 13 November 2007

  

Pernyataan

  Bahwa di dalam Tugas Akhir ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi dan 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 Oktober 2007 Penulis

  

INTISARI

  Pada penelitian ini digunakan sistem pengapian CDI sebagai sumber tegangan yang digunakan sebagai sarana pembakaran bahan bakar pada mesin bensin empat langkah 70cc.

  Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui perbedaan yang terjadi jika penggantian sistem pengapian dilakukan. Yang meliputi : perbandingan konsumsi bahan bakar tiap mesin dan unjuk kerja mesin dari motor standar dan motor modifikasi.

  Dari hasil penelitian ini didapatkan bahwa Dengan menggunakan sistem pengapian CDI kecepatan akselerasi dan konsumsi bahan bakar menjadi lebih baik daripada sistem pengapian platina. Dengan sistem pengapian platina pada kecepatan 20 Km/jam motor dapat menempuh jarak rata-rata 3269,2 m, pada kecepatan 30 Km/jam motor dapat menempuh jarak rata-rata 2939,3 m, dan pada kecepatan 40 Km/jam motor dapat menempuh jarak rata-rata 2656,7 m. Sedangkan pada motor yang menggunakan sistem pengapian CDI pada kecepatan

  20 Km/jam dapat menempuh jarak rata-rata 3430,6 m, pada kecepatan 30 Km/jam motor dapat menempuh jarak rata-rata 3236,7 m, dan pada kecepatan rata-rata 40 Km/jam motor dapat menempuh jarak rata-rata 3180,7 m. Dari hasil yang diperoleh, dapat diketahui bahwa motor yang menggunakan sistem pengapian CDI, konsumsi bahan bakar menjadi lebih irit sebesar 11,59 % daripada motor yang menggunakan sistem pengapian platina.

  Pada pengujian akselerasi antara motor yang menggunakan sistem pengapian platina dan motor yang menggunakan sistem pengapian CDI, dapat dilihat bahwa kecepatan akselerasi pada motor yang menggunakan sistem pengapian CDI mempunyai catatan waktu yang lebih baik daripada motor yang menggunakan sistem pengapian platina. Pada motor yang menggunakan sistem pengapian platina, motor dapat menempuh jarak 201m pada waktu rata-rata 18,31 detik menggunakan sistem CDI menempuh jarak 201m diperlukan waktu rata-rata 17,51 detik. Sehingga motor yang telah dimodifikasi dengan sistem pengapian CDI mengalami peningkatan waktu 4,4 % lebih cepat daripada motor yang sebelum dimodifikasi.

  .

  

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN

PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

  Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma : Nama : KRISTIAN EDDY WIBOWO Nomor Mahasiswa : 025214021

  Demi perkembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul : “MOTOR BENSIN 4 LANGKAH 70cc DENGAN MODIFIKASI SISTEM

  PENGAPIAN”

  Beserta perangkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengolahnya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dan mempublikasikannya di Internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis. Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya. Dibuat di Yogyakarta Pada tanggal : 1 Mei 2008 Yang menyatakan (Kristian Eddy Wibowo)

KATA PENGANTAR

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

  Bensin 4 Langkah 70 cc Dengan Modifikasi Sistem Pengapian”

  Penulisan Tugas Akhir ini tidak akan berhasil tanpa bantuan dan dukungan dari berbagai pihak, baik yang terlihat secara langsung maupun tidak langsung. Oleh karena itu, penulis menyampaikan banyak terima kasih secara khusus kepada:

  1. Dekan Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma Bapak 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. Bapak Raden Benedictus Dwiseno Wihadi S.T., M.T., yang telah bersedia menjadi pembimbing akademik saya selama ini.

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

  4. Dosen Pembimbing Tugas Akhir, Bapak 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. Mas Tri, Terima kasih selama ini banyak membantu dan memberi kemudahan.

  7. Bapak dan Ibu, tanpa bapak dan ibu saya tidak bisa menyelesaikan tugas akhir ini, doa dan dukungan bapak dan ibu sudah membuahkan hasil.

8. Semua temanku yang tak dapat kusebut namanya khususnya seluruh teman Teknik Mesin angkatan’02. Thanks for all…..

  Saya merasa penelitian ini jauh dari sempurna. Karena itu penulis menerima kritik dan saran yang membangun demi peningkatan dalam penelitian selanjutnya.

  Akhir kata saya mengucapkan terima kasih.

  Penulis

  

DAFTAR ISI

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

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

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

  1 1.2 Permasalahan……………………………………….

  2

  1.3 Batasan Masalah……………………………………. 2

  1.4 Tujuan Penelitian.....………………………………... 3

  BAB II DASAR TEORI………………………………………... 4

  2.1 Landasan Teori………………………………........... 5

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

  2.2.1 Susunan dan Jumlah Silinder..……….......... 5 2.2.2 Sistem Pendinginan......................................

  7 2.2.3 Sistem Penyalaan.........................................

  7 2.2.4 Susunan Katup.............................................

  8 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 4 Langkah................ 11

  35 2.5.1 Pengapian Konvensional dan Elektronik.....

  3.4.1 Keterangan Penelitian.................................... 41

  41

  41 3.4 Jalannya Penelitian……………………………….…..

  41 3.3 Alat pengujian.........………………………………….

  3.1 Diagram Alur Penelitian……………………………... 40 3.2 Lokasi Penelitian……………………………………..

  DAN PERHITUNGAN................................................... 40

  39 BAB III METODOLOGI PENELITIAN

  2.5.2 Koil Penyalaan.............................................. 38 2.5.3 Busi...............................................................

  2.5.1.2 Pengapian CDI.............................. 36

  2.5.1.1 Pengapian Platina.......................... 35

  35

  34 2.5 Sistem Pengapian.......................................………...

  2.3.2 Prinsip Kerja Motor 4 Langkah..................... 13

  33 2.4.3 Batang Piston...............................................

  32 2.4.2.2 Pena Piston....................................

  32 2.4.2.1 Pegas Piston...................................

  2.4.1 Silinder dan Blok Silinder............................. 31 2.4.2 Piston dan Perlengkapannya........................

  2.4 Komponen Mesin Bensin…………………………... 31

  2.3.3.1 Siklus Kerja Mesin Bensin............. 30

  2.3.3 Siklus Sebenarnya Motor Otto 4 Langkah..... 27

  2.3.2.5 Langkah Buang............................... 27

  2.3.2.4 Langkah Ekspansi........................... 26

  2.3.2.3 Langkah Usaha............................... 26

  2.3.2.2 Langkah Kompresi......................... 19

  2.3.2.1 Langkah Isap.................................. 14

  3.4.2 Penyetelan Mesin.......................................... 43

  3.4.3.1 Akselerasi....................................... 44

  3.4.3.2 Konsumsi Bahan Bakar.................. 44

  3.5 Kesulitan Selama Penelitian.……………………….... 44

  3.6 Data kendaraan…………………………………….…

  45

  3.7 Perhitungan.................................................................. 45

  BAB IV PEMBAHASAN..............................................…………. 60 4.1 Pembahasan..................................................................

  60

  4.1.1 Hasil Pengujian Konsumsi Bahan Bakar....... 60

  4.1.2 Hasil Pengujian Akselerasi............................ 61

  BAB V KESIMPULAN DAN SARAN…………………………. 63 5.1 Kesimpulan…………………………………………...

  63

  5.1.1 Hasil Perhitungan Siklus................................ 63

  5.1.2 Kesimpulan Pengujian.................................... 64 5.2 Saran…………………………………………………..

  64 DAFTAR PUSTAKA

  

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Mekanisme Torak dan Engkol........……………………….. 4Gambar 2.2 Susunan Silinder.............................……………………….. 6Gambar 2.3 Pendinginan Motor................……………………………… 7Gambar 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 2.10 Hubungan Antara Diagram Pengatur Katup Dengan Grafik

  Tekanan Vs Volume Untuk Motor 4 Langkah..................... 29

  Gambar 2.11B Blok Silinder dengan Pendinginan Sirip.............................. 32

Gambar 2.12 Konstruksi Piston................................................................. 32Gambar 2.13 Pegas Piston......................................................................... 33Gambar 2.14 Pena Piston......................................................................... 34Gambar 2.15 Batang Piston...................................................................... 34Gambar 2.16 Skema Sistem Platina AC................................................... 35Gambar 2.17 Skema Sistem Platina DC..................................................... 36Gambar 2.18 Skema Sistem Rangkaian CDI AC..................................... 37Gambar 2.19 Skema Sistem Rangkaian CDI DC..................................... 37Gambar 2.20 Koil Penyalaan..................................................................... 38Gambar 2.23 Busi...................................................................................... 39Gambar 3.1 Komponen-komponen Modifikasi........................................ 42Gambar 3.2 Pemasangan fulser................................................................. 42Gambar 3.3 Lilitan kumparan generator CDI........................................... 43Gambar 3.4 Koil 12V Honda Astrea Grand.............................................. 43Gambar 4.1 Konsumsi bahan bakar........................................................... 61Gambar 4.2 Kecepatam akselerasi pada jarak 201 m................................ 62

  DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Sifat-sifat udara pada tekanan atmosfir............................... 47Tabel 3.2 Komposisi elementari dan karakteristik dari bensin dan solar..................................................................................... 50Tabel 3.3 Kapasitas panas jenis molar dan gas................................... 52Tabel 3.4 Energi internal hasil pembakaran........................................ 54Tabel 3.5 Faktor rugi-rugi mekanis...................................................... 57Tabel 4.1 Pengujian dengan sistem pengapian CDI............................. 61Tabel 4.2 Pengujian dengan sistem pengapian platina........................ 61Tabel 4.3 Kecepatan akselerasi pada jarak 201 m............................... 62

  

DAFTAR NOTASI

_{a in}

  kecepatan piston maksimum (m/s) A p : luasan piston (m

  : temperatur saluran isap ∆T

  in

  S : panjang langkah (m) N : putaran mesin (rpm) T

  : tinggi angkat katup motor standar α : sudut dudukan katup

  d : diameter throat katup isap (m) r : jari-jari piston (m) _max h : tinggi angkat katup maksimum (m) h

  )

  2

  p max :

  ρ dan ρ : kerapatan muatan pada saluran isap dan di dalam silinder.

  V

  )

  2

  ζis : koefisien tahanan saluran isap berdasarkan pada potongan kecil. A is : luasan lewat katup (m

  V _cyl Vcyl adalah kecepatan udara didalam silinder pada potongan melintang berdasar pertimbangan.

  Vis

  (m/s) H in dan H a : permukaan referensi ( nol ) dari sumbu saluran isap dan sumbu katup isap Β :

  Vin : kecepatan udara pada saluran masuk (m/s) Vis : kecepatan rata – rata udara selama proses isap pada katup isap

  : penambahan suhu campuran segar karena melewati saluran isap

  : koefisien kapasitas gas panas residu ϕ

  ε : perbandingan kompresi T res : koefisien kapasitas residu

  γ : Koefisien gas buang _res A : Kebutuhan udara untuk membakar 1 kg bahan bakar dalam mol _th

  

U " : Energi yang dikandung 1 kmol hasil pembakaran pada temperatur

_Z

  maksimum ξ : Koefisien pemakaian panas _Z

  λ : Rasio penambahan tekanan P z ’ : Tekanan maksimum pada akhir langkah pembakaran T b : Temperatur akhir langkah ekspansi P i : Tekanan indikasi rata-rata actual W Tenaga yang dihasilkan

  t :

  N i : daya yang dihasilkan : volume kerja silinder (Liter)

  V _h V : kecepatan piston rata-rata (m/s) _P

  : Efesiensi mekanis η _mech g i : Pemakaian bahan bakar spesifik g Konsumsi bahan bakar efektif pengereman

  b :

  : Efisiensi indikator η _i η : Efesiensi thermal efektif _b g f : Konsumsi bahan bakar perjam

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

  Motor bensin adalah salah satu jenis motor pembakaran dalam yang banyak digunakan sebagai penggerak kendaraan darat. Sejalan dengan perkembangan ilmu dan teknologi kendaraan bermotor, banyak dilakukan pengembangan dan penyempurnaan baik dengan cara memodifikasi ataupun dengan cara menambah komponen-komponen pendukung untuk mendapatkan hasil yang lebih maksimum dari hasil yang sudah pernah didapat sebelumnya.

  Teknologi efisiensi dari sepeda motor merupakan salah satu pilihan inovasi yang berkembang. Kebutuhan bahan bakar minyak bumi yang semakin menipis dimuka bumi, merupakan alasan yang tepat mengapa efisiensi bahan bakar begitu diutamakan di berbagai pabrik pembuat sepeda motor. Salah satu cara meningkatkan efesiensi kebutuhan bahan bakar motor bakar adalah dengan memaksimalkan pembakaran dalam ruang bakar. Dengan pengaturan waktu pembakaran yang tepat maka motor bakar dapat lebih efisien.

  Pada mesin bensin agar tenaga yang dihasilkan dapat optimal, ada syarat yang harus dipenuhi :

1. Kompresi yang tinggi.

  2. Waktu pengapian yang tepat dan percikan bunga api dari busi yang kuat.

  3. Campuran bahan bakar dan udara yang sesuai.

  Dengan berkembangannya ilmu dan teknologi banyak penelitian dan pengembangan motor bensin yang telah dilakukan untuk mendapatkan mesin dengan efisiensi yang tinggi. Salah satu cara untuk meningkatkan efisiensi suatu mesin adalah dengan cara mengganti sistem pengapian konvensional platina menjadi sistem pengapian elektronik CDI.

  Fungsi sistem pengapian adalah untuk menghasilkan tegangan tinggi yang diperlukan untuk membuat percikan api diantara elektroda busi, sehingga campuran bahan bakar dan udara dapat terbakar walaupun dengan kecepatan yang berubah-ubah. Dengan pengapian yang tepat, maka semua campuran bahan bakar dan udara dapat terbakar dengan sempurna. Pembakaran yang sempurna dapat meningkatakan waktu tempuh dan efisiensi yang dihasilkan mesin.

  1.2. Permasalahan

  Dari latar belakang diatas, maka penulis ingin mengetahui seberapa besar pangaruh penggantian sistem pengapian standar platina menjadi sistem pengapian modifikasi CDI terhadap motor bensin 4 langkah 70cc.

  1.3. Batasan Masalah

  Penulis membatasi permasalahan yang dibahas pada konsumsi bahan bakar dan waktu tempuh motor akibat perubahan sistem pengapian platina menjadi sistem pengapian CDI.

1.4. Tujuan Penelitian

  Tujuan dari penulisan / penelitian ini adalah untuk mengetahui : 1. Konsumsi bahan bakar dari mesin yang menggunakan pengapian standar dan mesin yang pengapiannya sudah dimodifikasi.

  2. Waktu tempuh motor yang menggunakan sistem pengapian platina dan motor yang menggunakan sistem pengapian CDI.

  3. Rekalkulasi siklus kerja mesin standar.

BAB II DASAR TEORI

2.1. Landasan Teori

  Motor/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/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. Gambar 2.1 menggambarkan mekanisme torak dan engkol pada motor bensin.

  Silinder Torak Batang torak Poros engkol

Gambar 2.1. Mekanisme Torak Dan Engkol

  Pada saat torak bergerak ke atas, campuran tersebut dikompresikan, akibatnya terjadilah tekanan dan temperatur yang tinggi. Selanjutnya api dari busi terdoronglah torak ke bawah, 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 system pemindah daya, sehingga pada saat poros engkol berputar, roda belakang juga berputar dan kendaraan bergerak.

   Klasifikasi Motor Bensin 2.2.

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

2.2.1. Susunan dan Jumlah Silinder

  Pada umumnya motor penggerak yang digunakan pada kendaraan (mobil) mempunyai silinder lebih dari satu, misalnya 2, 3, 4, 6, dan 8. 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.

  Silinder-silinder dari motor tersebut diatur dengan bermacam posisi atau bentuk, yang pada umumnya terdiri dari empat susunan, yaitu :

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

3. Motor dengan susunan silinder miring (slant engine).

  4. Motor dengan susunan silinder berlawanan/horisontal yang sering disebut pancake engine .

  5. Motor dengan susunan silinder radial.

  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 miring (slant engine). Sesuai dengan namanya maka susunan silinder motor ini miring, baik kekiri maupun kekanan.

  Jenis yang keempat 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. Pada motor dengan susunan silinder radial, sumbu silindernya terletak radial terhadap sumbu poros engkol. Gambar 2.2 menunjukkan macam-macam susunan silinder.

Gambar 2.2. Susunan Silinder

  2.2.2. Sistem Pendinginan

  Ada dua macam motor dengan klasifikasi sistem pendinginan ini, yaitu pendinginan dengan cairan (gambar 2.3A) dan pendinginan dengan udara (gambar

  2.3B). Pada motor dengan pendingin 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 2.3. Pendinginan Motor

  (Sumber : Suyanto, W, 1989, Hal: 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 bakar.

2.2.4. Susunan Katup

  Ada beberapa jenis susunan katup yang dipakai untuk mengklasifikasikan motor bakar, yaitu: jenis F, I, L ,T (gambar 2.4) dan Over Head Cam. Jenis F adalah susunan katup mirip dengan bentuk huruf F, dimana satu katup terletak dibawah dan satu katup yang lain terletak diatas. Jenis I mempunyai ciri-ciri kedua katupnya berada diatas silinder. Jenis I biasa dipakai untuk motor dengan kompresi yang tinggi dan digerakkan dengan satu poros nok. Jenis L mempunyai ciri-ciri susunan letak katup membentuk huruf L, dengan susunan katup masuk dan keluar saling berdampingan pada blok silinder dan hanya pada satu sisi silinder. Konstruksi katup jenis L sangat sederhana namun tidak bisa dipakai pada motor dengan kompresi yang tinggi. Jenis T mempunyai ciri-ciri mirip dengan jenis L, tetapi katupnya berada di dua sisi silinder.

  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.

Gambar 2.4. Macam-Macam Susunan Katup

  (Sumber : Suyanto, W, 1989, Hal: 16)

2.2.5. Letak Poros Nok

  Klasifikasi motor berdasarkan susunan atau letak poros nok (gambar 2.5) sangat erat hubungannya dengan letak katup. Klasifikasi motor bakar menurut letak poros nok ada dua macam, yakni poros nok berada pada blok silinder dan poros nok yang berada pada kepala silinder (overhead cam). 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. Sedangkan pada jenis yang kedua antara poros nok dan katup-katupnya berhubungan langsung tidak perlu batang penumbuk, sehingga dapat mengatasi kelemahan pada jenis pertama. Overhead cam (gambar 2.6) biasa disingkat OHC. Ada dua macam motor dengan susunan overhead cam yang digunakan, yaitu Single Overhead Cam (SOHC) dan Double Overhead Cam (DOHC).

Gambar 2.5. Letak Poros Nok pada Blok Silinder

  (Sumber : Suyanto, W, 1989, Hal: 18)

Gambar 2.6. Letak Poros Nok Overhead Cam

  (Sumber : Suyanto, W, 1989, Hal: 18)

2.2.6. Jumlah Langkah Tiap Proses

  Jumlah langkah tiap 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.

   Motor Otto Empat Langkah 2.3.

2.3.1. Siklus Ideal Motor Otto Empat Langkah

  Proses termodinamika yang terjadi di dalam motor bakar sangat kompleks untuk dianalisis menurut teori. Untuk memudahkan teori tersebut di asumsikan suatu keadaan yang ideal. Tetapi makin 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
• 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 : Arismunandar, W, 2002, Hal:15) Keterangan: ₂ P = Tekanan fluida kerja ( kg/cm ) _{3 3} V = Volume langkah torak ( m atau cm ) _{L 3} v = volume spesifik ( m /kg ) _{3 3} m atau cm

  V = Volume sisa ( ) _s

  q = Jumlah kalor masuk (kcal/kg) _m q = Jumlah kalor keluar (kcal/kg) _k

  TMA = Titik mati atas 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.

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

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

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

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

2.3.2. Prinsip Kerja Motor Empat Langkah

  Motor Otto empat langkah 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 TMB, volume ruang ini

  V _{L s} V , dengan :

• 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 atau langkah seperti gambar 2.8 berikut:

Gambar 2.8. Prinsip Kerja Mesin 4 Langkah

  

(Sumber : Arismunandar, W, 2002, Hal: 8)

  Keterangan: KI = Katup isap KB = Katup buang TMB = Titik mati bawah TMA = Titik mati atas Kecepatan piston maksimum dihitung dengan menggunakan persamaan (Kovakh, 1979, Hal 89)

  S .n

  V = ..............................................................................................................(2.1)

  p

  30 Langkah Isap 2.3.2.1.

  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. Sejumlah muatan udara segar mengalir pada saat langkah hisap. Hal ini terjadi karena adanya perbedaan tekanan antara udara luar ( tekanan atmosfer ) dengan tekanan dalam silinder.

  Efisiensi pengisian silinder adalah perbandingan antara jumlah muatan segar aktual W e yang dikompresi di dalam silinder dengan jumlah muatan luar W o yang akan diisikan di dalam volume kerja silinder V d pada tekanan dan suhu udara luar (P o dan T o ). Pada mesin tanpa supercarger, P o dan T o menyatakan tekanan dan suhu udara luar. Temperatur campuran muatan segar dan gas-gas residu (T a ) pada akhir proses isap, lebih tinggi dibanding temperatur pada saluran isap (T ), tetapi

  in lebih rendah dibanding temperatur gas-gas residu.

  Faktor yang mempengaruhi besarnya muatan yang masuk ke dalam silinder:

  1. Adanya sisa hasil pembakaran didalam silinder yang mendiami sebagian volume silinder.

  2. Pemanasan campuran udara-bahan bakar oleh permukaan dinding saluran hisap dan ruang diluar silinder sebesar T ∆ yang akan mengurangi kerapatan campuran.

  Adanya tahanan atau gesekan di dalam saluran isap akan mengurangi jumlah muatan segar yang terhisap ke dalam silinder karena kerapatan muatan berkurang.

  Pengaruh tahanan hidraulik muatan dapat dicari bila diketahui rugi–rugi tekanan dalam sistem hisap atau tekanan P pada saat proses penghisapan berakhir.

  a a

  ∆P Tekanan di dalam silinder selama proses pengisian dapat dicari secara tepat bila prosesnya stabil.

  Luasan piston dihitung dengan menggunakan persamaan (Kovakh, 1979, Hal 165) ₂ A = π r ………………………………………….……..……………….…...(2.2) _p Kecepatan rata-rata udara selama proses isap pada katup isap dihitung dengan persamaan (Kovakh, 1979, Hal 89)

  A _p V = _{is p} V × .....................................................................................................(2.3) A _is

  Tekanan akhir proses pengisapan dihitung dengan persamaan (Kovakh, 1979, Hal 596) _{2 2 is ) is −}

• P = P − [ × ρ ×
_{a o o} 10 ] ................................................................(2.4)

  V ₆

  β ξ

  (

  2 Untuk mesin 4-langkah tanpa supercharging, P = P dan . _{in o in o} ρ = ρ

  1. P = P = , 1013 Mpa _{in o}

  o

  2. ρ = ρ udara pada T o = 32 C = 305 K _{in o 3} ρ = _o 1 , 159 kg m (tabel A-5 Hollman, Hal 589) ² V ^{2 6}

• 3.

  

( )

^{is is −}

  2 ,

  5 4 ,

  10 β ξ = − P = P − [ × ρ × ] + ^{2 β ξ}

  ( is ) a o o

  2 4. ∆ ): P

  Drop pressure yang terjadi ( _a ∆ P = P − P ...............................................................................................(2.5) _{a in a}

  Temperatur akhir langkah isap dihitung dengan persamaan (Kovakh, 1979, Hal 93)

  T T _{in ∆T}

  ϕ γ _{res res} T a = (K).............................................................................(2.6)

• 1 γ _{res o res}

  ∆ + T T P

  γ _res = × ................................................. (Kovakh, 1979, Hal 97)

  T ε P − P _{res a res}

  1 ,

  1 1 , 25 .............................................................. (Kovakh, 1979, Hal 93)

  P = ( − ) P _{res o}

  Dengan; T : temperatur saluran isap

  in o

  ≈ C ∆T : penambahan suhu campuran segar karena melewati saluran isap 15

  o

  :

  15 C = 288 K : koefisien kapasitas gas panas residu = 1

  ϕ ε : perbandingan kompresi = 8,8:1

  T koefisien kapasitas residu = (750 1000) K.......(Kovakh, 1979, Hal 92)

  res : →

  0,06 → 0,10 )........................(Kovakh, 1979, Hal 91) γ : koefisien gas buang ( _res

  T : (310 350) K......................................................(Kovakh, 1979, Hal 94)

  a →

  Efisiensi pengisian langkah hisap dihitung dengan persamaan (Kovakh, 1979, Hal 96)

  P T _{a in} ε = ϕ . . ............................................................................(2.7) η ^{v 1} − +

  1 P T (1 ) ε γ _{in a res}

  Pada mesin 4 langkah saat mencapai kecepatan dan daya rata-rata P a , tekanan akhir langkah hisap dihitung dengan persamaan (Kovach, 1979, Hal 88) _{in in a is is 2 2 2} P (V ) P (V ) (V ) _{in is a} ²

g.H g.H

  = = + + + + _{in a}

β ξ

  2

  2

  2 ρ ρ

  Dengan; _{in a} dan : kerapatan muatan pada saluran isap dan di dalam silinder.

  ρ ρ V : kecepatan udara pada saluran masuk (m/s)

  in

  V is : kecepatan rata-rata udara selama proses isap pada katup isap (m/s) H dan H : permukaan referensi (nol) dari sumbu saluran dan sumbu katup isap

  in a

  V _cyl , V cyl adalah kecepatan udara didalam silinder pada potongan

  β : Vis melintang berdasar pertimbangan.

  : koefisien tahanan saluran isap berdasarkan pada potongan kecil. ζis Diasumsikan V in = 0, ketinggian H in = H a , dan rapat muatan segar ketika melewati saluran hisap diabaikan , maka persamaan diatas menjadi: _{in a} ( ρ = ρ ) _{2 in a}

  P P _{2 ⎛ ⎞ V is} = × + +

  β ξ

  ⎜⎜ ⎟⎟ ( is ) _{2 in a} ⎝ ⎠

  ρ ρ Persamaan kontinuitas untuk potongan melintang dari saluran isap dan bagian silinder dihitung dengan persamaan (Kovakh, 1979, Hal 89) V is . A is = V p max . A p Dengan;

2 A is : luasan lewat katup (m )

  V kecepatan piston maksimum (m/s)

  p max :

2 A p : luasan piston (m ) Untuk mesin 4-langkah tanpa supercharging, dan .

  P = P ρ = ρ _{in o in o} P = P = , 1013 Mpa _{in o}

A = d h Cos .............................................................................................(2.8)

_is π max α A = π d h Cos α _is

2 A is : luasan lewat katup (m )

  d : diameter throat katup isap (m) r : jari-jari piston (m)

  : tinggi angkat katup maksimum (m)

  h _max h : tinggi angkat katup motor standar (m) o

  α : sudut dudukan katup = 32 S : panjang langkah (m) n : putaran mesin (rpm)

   Langkah Kompresi 2.3.2.2.

  Kedua katup tertutu pada saat 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. Mesin bensin memerlukan percikan bunga api (spark) untuk mengawali pembakaran didalam silinder maka sering disebut spark ignition engine.

  Temperatur dan tekanan pada akhir langkah kompresi menggunakan eksponen polytropik (n

  1 ), ekponen ini konstan selama proses berlangsung.

  n

  1 = ( 1,3 – 1,37 )

  Tekanan akhir langkah kompresi dihitung dengan persamaan (Kovakh, 1979, Hal 111) _{n 1}

  (Mpa).........................................................................................(2.9)

  P = P × ε _{com a}

  Temperatur akhir langkah kompresi dihitung dengan persamaan (Kovakh, 1979, Hal 111) _{n 1 1} −

  

T = T × ................................................................................................(2.10)

_{com a} ε

  Kebutuhan udara untuk membakar 1 kg bahan bakar dalam massa secara teoritis dihitung dengan persamaan (Kovakh, 1979, Hal 51)

  1

  8 ⎛ ⎞ _{th ⎜ o f ⎟} = + a C

  8 H − O …………………...…………..….………...….(2.11) ,

  23

  3 ⎝ ⎠

  Kebutuhan udara untuk membakar 1 kg bahan bakar dalam mol secara teoritis dihitung dengan persamaan (Kovakh, 1979, Hal 51)

  O ⎛ f ⎞

  1 C H _th + A = − …………..…….....……………….....…………(2.12) ⎜⎜ ⎟⎟ , 209

  12

  4

  32 ⎝ ⎠

  Jumlah udara aktual di dalam pembakaran dari 1 kg bahan bakar untuk ( =

  1 − 1 . 3 ) dihitung dengan persamaan (Kovakh, 1979, Hal 52)

  α

  a

  = ……………….......……………..…………………………...…….....(2.13) α

  a _th

  Koefisien teoritis dari perubahan molekul dihitung dengan persamaan (Kovakh, 1979, Hal 595)

  M ₁

  µ = …...………………......…………………………………………....(2.14) _th

  M ₂ Koefisien molar aktual dihitung dengan persamaan (Kovakh, 1979, Hal 596)