MOTOR BENSIN 4 LANGKAH 110 cc DENGAN MODIFIKASI KATUP MASUK DAN KATUP BUANG Tugas Akhir - Motor bensin 4 langkah 110 cc dengan modifikasi katup masuk dan katup buang - USD Repository

  MOTOR BENSIN 4 LANGKAH 110 cc DENGAN

MODIFIKASI KATUP MASUK DAN KATUP BUANG

  

Tugas Akhir

  Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin

  

Disusun oleh :

Nama : Arief Hermawan

NIM : 035214054

  

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2009

  i

  

THE 110cc 4 STROKE GASOLINE ENGINE

WITH INLET VALVE AND OUTLET VALVE

MODIFICATION

  

Final Project

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

  In Mechanical Engineering ii by:

  

Arief Hermawan

035214054

Mechanical Engineering Study Program

Mechanical Engineering Department

  

Science And Engineering Faculty

Sanata Dharma University

Yogyakarta

2009 iii

iv

  

PERNYATAAN

Dengan ini kami menyatakan bahwa dalam tugas Tugas akhir tidak

terdapat karya yang pernah diajukan disuatu perguruan tinggi, dan sepanjang

pengetahuan kami tidak terdapat karya dan pendapat yang pernah ditulis

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

ini dan dusebutkan dalam daftar pustaka.

  Yogyakarta, Januari 2009 Arief Hermawan v

  

INTISARI

  Motor bensin adalah salah satu jenis motor pembakaran dalam yang banyak digunakan sebagai sumber tenaga dari kendaraan. Banyak cara yang dilakukan untuk meningkatkan daya dan torsi diantaranya dalam penelitian ini yang bertujuan untuk mengamati pengaruh penggantian diameter katup terhadap daya, tors dan komsumsi bahan bakar pada motor bensin.

  Pada penelitian ini katup standar dengan ukuran diameter katup hisap 23,5 mm dan katup buang 19 mm diganti dengan ukuran diameter 28 mm untuk katup hisap dan 24 mm untuk katup buang. Untuk mendapatkan hasil daya dan torsi digunakan alat dynotest sedangkan untuk mendapatkan perbandingan pemakaian komsumsi bahan bakar digunakan test uji jalan. Dimana didalam penelitian ini motor sebelumnya sudah mengalami modifikasi pada noken as, koil, karburator dan knalpot.

  Hasil pengujian menunjukan bahwa daya mengalami kenaikan 7,3 % yaitu dari 15,0 hp menjadi 16,1 hp sedangkan untuk torsi mengalami kenaikan 2,8 %, yaitu dari 12,46 N.m menjadi 12,81 N.m. Dari hasil pengujian didapat bahwa komsumsi bahan bakar dengan mengunakan katup diameter besar, komsumsi bahan bakar lebih besar.

  Pada kecepatan 40 km/jam kenaikan bahan bakar 2.8 %, 60 km/jam adalah 1.9 %, dan 90 km/jam adalah 6 %. vi

  

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN

PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

  Yangbertandatangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma Nama : Arief Hermawan Nomor Mahasiswa : 035214054 Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya inmiah yang berjudul :

  Motor Bensin 110 cc Dengan Modifikasi Katup Masuk Dan Katup Buang

  Beserta perangkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelola dalam bentuk pangkalan dat, mendistribusikan secara terbatas, dan mempublikasikannyadi internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royaltikepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.

  Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya. Dibuat da Yogyakarta Pada tanggal 30 Januari 2009 Yangmenyatakan ( Arief Hermawan ) vii

KATA PENGANTAR

  viii

  Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa, atas karunia dan rahmatn-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas Akhir. Dengan judul “MOTOR BENSIN 110 cc 4 LANGKAH DENGAN MODIFIKASI KATUP MASUK DAN KATUP BUANG”. Tugas akhir ini merupakan salah satu mata kuliah prasyarat untuk memperoleh gelar sarjana.

  Dalam tugas akhir ini penulis membahas mengenai hasil penelitian torsi,daya dan komsumsi bahan bakar yang dihasilkan dari motor bensin 4 langkah 110 cc sebelum modifikasi katup dan setelah memodifikasi katup masuk dan katup buang

  Dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih atas segala bantuan , saran, fasilitas, sehingga tugas akhir ini dapat terselesaikan. Penulis mengucapkan terima kasih kepada:

  1. Budi Sugiharto, S.T.,M.T. Selaku ketua program studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  2. Yosef Agung Cahyanta,S.T.,M.T. selaku dosen pembimbing I dalam Tugas Akhir yang selalu membimbing kami dalam menyelesaikan Tugas akhir ini.

  3. Ir.FX.Agus Unggul Santosa selaku dosen pembimbing II dalam Tugas Akhir yang selalu membimbing kami dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

  4. Orang tua dan keluarga yang selalu memberikan dorongan moril dan material 5. Kekasihku Devi Hermawati yang telah memberikan dukungan dan do,anya.

  6. Temen-temen bengkel Jhony Andong, Pak dhe Embul, Andex, Gugun, Alit, Bennjo, Yanto dan Putri terima kasih untuk bantuan, dukungan serta semangat kalian dan teruskan perjuangan kita.

  7. Rekan-rekan mahasiswa Teknik Mesin angkatan 2003 dan 2004.

  8. Semua pihak yang telah membantu terselesainya tugas akhir ini. Kami menyadari bahwa penulisan ini banyak sekali kekurangan, sehingga kami mohon kritik dan saran yang sifatnya membangun. Dan kami berharap semoga penulisan ini dapat bermanfaat.

  Yogyakarta, Januari 2009 Penulis ix

  DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL ......................................................................................... i HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING ............................................. iii HALAMAN PENGESAHAN............................................................................ iv

LEMBAR PERSETUJUAN PUBLIKASI....................................................... vii

KATA PENGANTAR........................................................................................ viii

DAFTAR ISI ..................................................................................................... x

DAFTARGAMBAR.......................................................................................... xiii

DAFTAR TABEl................................................................................................ xv BAB I PENDAHULUAN

  1

1.1 Latar Belakang...............................................................................

  1

1.2 Permasalahan ................................................................................

  2

1.3 Tujuan Perancangan.....................................................................

  2 BAB II TEORI MESIN BENSIN 4 2.1 Tinjauan Pustaka...................................................................................

  4 2.2 Uraian ...................................................................................................

  4 2.3 Klasifikasi Motor Bensin.......................................................................

  5

2.3.1 Susunan dan Jumlah Silinder......................................................

  5

2.3.2 Macam-Macam Ruang Bakar.....................................................

  6

2.3.3 Sistem Pendinginan.......................................................................

  7

2.3.4 Sistem Penyalaan..........................................................................

  8

2.3.5 Katup..............................................................................................

  8

  x

  xi 2.3.6 Pegas Katup...................................................................................

  2.6.2 Bahan Bakar............................................................................... 27

  3.1.2 Langkah Penelitian.................................................................... 37

  3.1.1 Alat dan Bahan........................................................................... 32

  3.1 Penilitian Daya dan Torsi...................................................................... 33

  33

  BAB III METODE PENELITIAN

  2.7.2 Sistem Pembuangan................................................................... 31

  2.7.1 Sistem Pengisian......................................................................... 30

  2.7 Sistem Pengisian dan Pembuangan...................................................... 31

  2.6.3 Proses Penyalaan........................................................................ 29

  25

  9

  23 2.6.1 Proses Pembakaran...................................................................

  21

2.6 Pembakaran...........................................................................................

  18

2.5 Siklus Motor Empat Langkah..............................................................

  2.4.1 Siklus Ideal Motor Otto Empat Langkah................................... 17

2.4.2 Prinsip Kerja Motor Empat Langkah........................................

  16

  15

2.4 Siklus Motor Otto Empat Langkah.....................................................

  2.3.11 Letak Poros Nok.......................................................................... 14

2.3.12 Jumlah Langkah Tiap Proses....................................................

  13

  2.3.9 Letak Katup................................................................................... 12

2.3.10 Sistem Pembukaan Katup.........................................................

  2.3.7 Dudukan Katup............................................................................. 10 2.3..8 Bushing Pengantar Katup dan Oil Seal..................................... 11

  3.2 Peelitian Konsumsi Bahan Bakar......................................................... 38

  3.2.1 Alat dan Bahan........................................................................... 39

  3.2.2 Langkah Penelitian.................................................................... 40

  BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

  41

  

4.1 Daya dan Torsi....................................................................................... 42

  

4.2 Konsumsi Bahan Bakar......................................................................... 48

  BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

  51

  

5.1 Kesimpulan............................................................................................. 51

  

5.2 Saran....................................................................................................... 51

DAFTAR PUSTAKA

  52 LAMPIRAN

  53

  xii

  DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 torak dari mekanisme engkol .....................................................

  3 Gambar 2.2 Pendinginan Motor ......................................................................

  7 Gfambar 2.3 Mekanisme katup........................................................................

  8 Gambar 2.4 Mekanisme Pegas Katup .............................................................

  9 Gambar 2.5 Mekanisme dudukan katup ........................................................ 10 Gambar 2.6 Macam -Macam Susunan Katup ...............................................

  11 Gambar 2.7 Mekanisme Pembukaan Katup .................................................. 12

Gambar 2.8 Letak Poros Nok Pada Blok Slinder .......................................... 14Gambar 2.9 Letak Poros Nok Overhead cam ................................................ 14Gambar 2.10 Diagram P vs V Siklus Volume Konstan ................................. 16 Gambar 2.11 Prinsip Kerja Mesin Empat Langkah .....................................

  17 Gambar 2.12 Torak Pada TMB dan TMA ..................................................... 19 Gambar 2.13 Diagram Pengaturan Katup Dengan Grafik P vs V...............

  22 Gambar 2.14 Perjalanan Pembakaran ..........................................................

  24 Gambar 3.1 Roler Dynotest yang Diputar Roda Belakang ........................

  32 Gambar 3.2 Katup Standar..............................................................................

  35 Gambar 3.3 Katup Besar .................................................................................

  35 Gambar 3.4 Persiapan memasang Motor di atas Dynotest ..........................

  36 Gambar 3.5 Pengambilan Data .......................................................................

  37 Gambar 3.6 Gelas ukur Bahan Bakar ............................................................

  38 Gambar 3.7 Head Silinder dengan Modifikasi Katup ................................... 39

  xiii

Gambar 4.1 Roler Dynotest..............................................................................

  41 Gambar 4.2 Daya katup Standar dan Modifikasi .........................................

  42 Gambar 4.3 Torsi Katup Standar dan Modifikasi ........................................

  43 Gambar 4.4 Daya dan Torsi Standar .............................................................. 44 Gambar 4.5 Daya dan Torsi Modifikasi..........................................................

  45 Gambar 4.6 Suhu Exahust ...............................................................................

  47 Gambar 4.7 Grafik Konsumsi Bahan Bakar.................................................. 48

  xiv

  DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Pembukaan dan Penutupan Katup.................................................

  13 Tabel 4.1 Daya Katup Standar Dan Modifikasi.............................................. 41

Tabel 4.2 Torsi katup satandar dan Modifikasi.............................................. 42 Tabel 4.3 Daya dan Torsi Standar...................................................................

  43 Tabel 4.4 Daya dan Torsi Modifikasi............................................................... 44 Tabel 4.5 Suhu Exhaust Katup Standar dan Modifikasi...............................

  46 Tabel 4.6 Konsumsi Bahan Bakar Katup Standar.........................................

  47 Tabel 4.7 Konsumsi Bahan Bakar Katup Modifikasi....................................

  48

  xv

   BAB

  I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

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

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

  Sejalan dengan perkembangan ilmu dan teknologi banyak terjadi penyempurnaan dan pengembangan baik dengan cara memodifikasi maupun dengan cara penambahan komponen-komponen pendukung pada motor bensin untuk mendapatkan hasil yang lebih maksimum dari motor bensin yang sudah ada sebelumnya. Penyempurnaan dan pengembangan motor bensin antara lain untuk mendapatkan motor dengan daya yang besar.

  Melihat perkembangan di bidang otomotif yang demikian pesatnya, maka dalam penelitian ini penulis ingin meningkatkan daya pada motor bakar dengan cara menganti diameter katup isap dan katup buang dengan ukuran diameter katup yang lebih besar.

  1.2 Permasalahan

  Dari latar belakang di atas maka penulis mencoba untuk memodifikasi komponen motor 110 cc, yaitu dengan cara mengganti diameter katup standar menjadi lebih besar baik katup isap maupun katup buang. Perlu diketahui bahwa motor sebelumya sudah mengalami perubahan yaitu dengan modifikasi pada noken as, pengantian karburator koil dan knalpot.hal ini banyak diterapkan untuk kompetisi balap. Untuk itu penulis ingin mengetahui pangaruh penggantian diameter katup terhadap torsi dan daya yang dihasilkan mesin tersebut, dimana kondisi standar yang dimaksud adalah kondisi dimana motor dari awal sudah mengalami pengantian komponen di atas tetapi katup isap dan katup buang masih dalam ukuran standar sedangkan yang modifikasi hanya mengalami penggantian katup isap dan katup buang dengan diameter yang lebih besar.

  1.3 Tujuan penelitian

  Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui perbandingan unjuk kerja mesin modifikasi dan mesin standar.

  1. Mengetahui perbedaan daya yang dihasilkan dari motor standar dan motor modifikasi dengan pemgantian diameter katup.

  2. Mengetahui perbedaan torsi yang dihasilkan dari motor standar dan motor modifikasi dengan pemgantian diameter katup.

  3. Mengatahui perbandingan konsumsi bahan bakar motor modifikasi dari motor standar dan motor modifikasi .

BAB II TEORI MESIN BENSIN

  1.2 Tinjauan pustaka

  Telah banyak cara yang dilakukan oleh orang untuk meningkatkan daya mesin bensin. Salah satu cara yang telah diteliti oleh Pandu Sunarendro mahasiswa Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma adalah memodifikasi motor bakar 4 langkah-125 cc, yaitu penelitian yang berjudul Peningkatan Unjuk Kerja

  

Motor Bakar Empat Langkah 125cc . Modifikasi tersebut meliputi berikut,

  menambah tinggi angkat katup dari 7,2 mm menjadi 8 mm, memperbesar diameter katup masuk dan buang dari 23 mm dan 21 mm menjadi 24 mm dan 22 mm.

  Dengan penelitian yang telah dilakukan tersebut didapat data sebagai berikut, daya yang dihasilkan dari motor modifikasi yaitu 13,1148 Ps, lebih tinggi 19,23 % dari daya motor standar yang menghasilkan daya 10,936 Ps, konsumsi bahan bakar motor modifikasi juga mengalami peningkatan seiring dengan peningkatan daya. Motor standar 1,784 kg/jam dan motor modifikasi 1,8629 kg/jam. Kenaikan yang terjadi sebanyak 4,423%, memperbesar perbandingan kompresi dari 9 : 0 menjadi 12,5 : 1.

  2.2 Uraian

  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. Energi panas tersebut diperoleh dengan cara sebagai berikut :

  Silinder Torak Batang torak Poros engkol

Gambar 2.1 Torak dengan mekanisme engkol.

  Pada saat torak bergerak keatas, campuran tersebut dikompresikan, akibatnya terjadilah tekanan dan temperature yang tinggi. Selanjutnya api dari busi dipercikkan sehingga mengakibatkan timbulnya energi panas, akibatnya terdoronglah torak kebawah, menekan batang torak dan menggerakkan poros engkol. Gerakan turun-naik (bolak-balik) dari torak diubah menjadi gerak putar oleh poros engkol. Poros engkol dihubungkan dengan roda belakang melalui system pemindah daya, sehingga pada saat poros engkol berputar, roda belakang juga berputar dan kendaraan bergerak.

2.3 Klasifikasi Motor Bensin

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

2.3.1 Susunan dan Jumlah Silinder

  Pada umumnya motor penggerak yang digunakan pada kendaraan (sepeda motor) di Indonesia mempunyai satu silinder tetapi adapula yang lebih dari satu, misalnya 2, 3, 4 dan 5. Semakin banyak silinder yang dipakai maka getaran yang ditimbulkan motor akan lebih kecil dibandingkan dengan yang bersilinder sedikit.

  Hal ini disebabkan karena motor yang bersilinder banyak pembagian tenaganya lebih merata dibanding yang bersilinder sedikit.

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

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

  2. Motor dengan susunan silinder berbentuk V.

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

  Susunan silinder motor segaris membentuk garis lurus satu arah dan sejajar dengan poros engkol.

  Motor dengan susunan silinder V, susunan silindernya membentuk huruf V yang merupakan dua barisan silinder di sisi kiri dan kanan, dari poros engkol membentuk sudut dari 60 derajat sampai 90 derajat.

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

2.3.2 Macam-macam Ruang Bakar

  1. Hemispherical Combution Chamber Ruang model setengah bulat (Hemispherical Combution Chamber) ini mempunyai permukaan yang kecil di banding jenis ruang bakar jenis yang lain yang sama kapasitasnya. Ini berarti panas yang hilang sedikit (Efisiensi panas tinggi) di banding model yang lain. Disampig itu memungkinkan efisiensi pemasukan dan pembuangan lebih tinggi.Ruang bakar ini lebih sempurna tapi penempatan mekanisme katup yangnya yang rumit.

  2. Wedge type Combution Chamber Ruang bakar model baji (Wedge type Combution Chamber) ini kehilangan panasnya juga kecil konstrukasi mekanisme katupnya lebih sederhana bila dibandingkan dengan ruang bakar model setengah bulat (Hemispherical Combution Chamber)

  3. Bathtup type Combution Chamber Ruang bakar model bak mandi (Bathtup type Combution Chamber) konstruksi sederhana dan biaya produksinya murah. Hal ini disebabkan diameter katupnya lebih kecil, sehingga pada waktu penghisapan bahan bakar dan pembuangan sisa pembakaran kurang sempurna jika dibandingkan dengan ruang bakar jenis lain.

  4. Pent Roof type Combution Chamber Ruang bakar model Pent Roof ini umumnya digunakan pada mesin yang jumlah katupnya lebih dari 2 dalam tiap-tiap silinder, yang disusun sedemikian rupa antara katup dan poros noknya, disebut Pent Roof sebab membentuk segi empat, baik tegak atau mendatar. Bila dihubungkan ke titik pusat akan membentuk suatu atap bangunan. Model ini selain memberi efek semburan yang lebih baikdan cepat terbakar juga penempatan busi di tengah-tengah ruang bakar.

2.3.3 Sistem Pendinginan

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

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

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

Gambar 2.2 Pendinginan motor

  

( Sumber : Suyanto, , 1989, Hal 12 )

  2.3.4 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.

  2.3.5 Katup

  Katup terbuat dari baja khusus (special steel), karena katup berhubungan langsung dengan tekanan dan temperatur yang sangan tinggi. Mekanisme katup dapat diperlihatkan pada Gambar 2.3 sebagai berikut :

Gambar 2.3 Mekanisme Katup.

  

( Sumber : Astra Isuzu Training Center )

  Katup berfungsi sebagai pintu yang akan memasukan campuran udara dan bahan bakar keruang bakar dan membuang sisa-sisa pembakaran ke luar. Katup dibuka dan di tutup oleh Chamshaft (noken as). Pada umumnya besar katup hisap lebih besar dari pada katup buang hal ini dikarenakan pemasukan campuran bahan bakan dan udara ke dalam silinder hanya dengan perbedaan tekanan dalam dan luar silinder. Agar katup dapat menutup rapat pada dudukan katup, maka permukaan pada sudut katup (valve safe angle) dibuat pada 44,5° atau 45,5°.

  Katup yang digunakan untuk penelitian ini berdiameter 28 mm untuk hisap dan 24 mm untuk buang.semakin lebar diameter katup maka makin luas permukaan sehingga makin banyak campuran bahan bakar dan udara yang masuk kedalam ruang bakar semakin banyak campuran bahan bakar dan udara yang masuk ke ruang bakar maka energi kalor yang tercipta dari hasil pembakaran akan lebih besar, lama pembukaan dan penutupan katup juga akan mempengaruhi bayaknya campuran bahan bakar dan udara yang masuk keruang bakar.

2.3.6 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 2.4 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 gerakan cam saat putaran tinggi. Pegas dengan jarak picth yang berbeda type

  asymetrical dipasang dengan bagian yang lebih renggang pada posisi atas.

  2.3.7 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.

  Mekanisme Dudukan Katup.

  Gambar 2.5

( Sumber : Astra Isuzu Training Center )

  2.3.8 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, mekanisme tersebut disebut sebagai katup macet (valve stingking).

  Oil seal berfungsi untuk mencegah oli mesin masuk ke ruang bakar melalui bushing katup, bila oil seal rusak maka akan meyebabkan oli masuk ke dalam ruang bakar, akibatnya oli menjadi boros. Biasanya lebih mudah masuk ke ruang bakar melalui katup masuk.

2.3.9 Letak Katup

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

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

  Konstruksi ini sangat sederhana namun tidak bisa dipakai pada motor dengan kompresi yang tinggi. Jenis T adalah mirip dengan jenis L, tetapi katupnya berada di dua sisi silinder.

  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 2.6 Macam-macam susunan katup

  

( Sumber : Suyanto , 1989, Hal 16 )

2.3.10 Sistem Pembukaan Katup

  Sudah dijelaskan diatas bahwa pada motor bakar torak yang sebenarnya, katup tidak dibuka dan ditutup sekaligus pada titik matinya. Dengan menggunakan poros cam, katup itu dibuka dan ditutup secara berangsur-angsur (Gambar 2.7) tanpa menimbulkan kerugian yang terlalu besar sehingga dapat menghasilkan kerja per siklus yang maksimum. Hal ini bisa dicapai berdasarkan eksperimen tetapi pada dasarnya hal itu ditentukan oleh tekanan isap dan tekanan buang, konstruksi katup dan kecepatan rata-rata torak.

  Semua gas pembakaran yang sudah tidak terpakai lagi diusahakan dapat dikeluarkan selama langkah buang, sedangkan campuran udara dan bahan bakar diusahakan dapat dimasukkan sebanyak-banyaknya selama langkah isap. Jadi, bagi setiap mesin itu ditetapkan saat yang tepat kapan katup itu membuka atau menutup. Tabel 2.1 menunjukkan saat katup isap dan katup buang menutup dan membuka pada motor bakar torak yang umum dipakai.

Gambar 2.7 Mekanisme pembukaan katup

  

( Sumber : Arismunandar, Hal 12 )

Tabel 2.1 Saat pembukaan dan penutupan katup isap dan katup buang

  

( Sumber : Arismunandar, Hal 35 )

2.3.11 Letak Poros Nok

  Klasifikasi motor berdasarkan susunan atau letak poros nok (poros kem) sangat erat hubungannya dengan letak katup. Klasifikasi motor bakar dengan letak poros nok ini ada dua macam yakni poros nok berada pada blok silinder dan poros nok yang berada pada kepala silinder (overhead cam). 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 (disebut overhead

  

cam ), sehingga dapat mengatasi kelemahan pada jenis pertama. Overhead cam

  biasa disingkat OHC, ada dua macam motor dengan susunan overhead cam yang digunakan yaitu Single Overhead Cam (SOHC) dan Double Overhead Cam (DOHC).

Gambar 2.8 Letak poros nok pada blok silinder

  

( Sumber : Suyanto, 1989, Hal 18 )

Gambar 2.9 Letak poros nok overhead cam

  

( Sumber : Suyanto, 1989, Hal 18 )

2.3.12 Jumlah Langkah Tiap Proses

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

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

2.4 Siklus Motor Otto Empat Langkah 2.4 .1 Siklus Ideal Motor Otto Empat Langkah

  Proses termodinamika dan kimia yang terjadi di dalam motor bakar sangat kompleks untuk di analisis 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 :

  1. Urutan proses,

  2. Perbandingan kompresi,

  3. Pemilihan temperatur dan tekanan pada suatu keadaan dan 4. 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 2.10.

Gambar 2.10 Diagram P vs. V siklus volume konstan

  

( Sumber : Arismunandar , Hal 1 ) Keterangan : _{2 3 3} P = Tekanan fluida kerja ( ) = Volume langkah torak ( ) ₃ kg/cm

  V m atau cm _{L 3 3} v = volume spesifik ( m /kg )

  V = Volume sisa ( m atau cm ) _s

  = Jumlah kalor masuk (kcal/kg) TMA = Titik mati atas q _m q = Jumlah kalor keluar (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 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 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.

2.4.2 Prinsip Kerja Motor Empat Langkah

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

  V _{L s} V dengan :

• TMB, volume ruang ini adalah yang terbesar yaitu

V = Volume langkah _L

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

  V . Mesin bensin empat langkah menjalani satu siklus yang tersusun atas _s empat tahap/ langkah seperti Gambar 2.11 berikut:

Gambar 2.11 Prinsip kerja mesin 4 langkah

  

( Sumber : Arismunandar , Hal 8 )

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

  a) Langkah isap Campuran udara dan bahan bakar dihisap ke dalam ruang bakar. Piston bergerak dari titik mati atas (TMA) menuju titik mati bawah (TMB). Katup isap terbuka dan katup buang tertutup. Di dalam silinder terjadi kehampaan akibat gerakan piston ke bawah tersebut. Disebabkan karena adanya tahanan aliran yang dialami campuran baru yang mengalir melalui sistem isap, maka isiannya tidak pernah mencapai 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. Mesin bensin memerlukan percikan bunga api (spark) untuk mengawali pembakaran didalam 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 _s V akan _L semakin besar pemampatannya. Hal ini sangat tergantung pada perbandingan pemampatan ( perbandingan kompresi).

  Pebandingan pemampatan adalah perbandingan antara dua macam volume, yaitu :

  1. Volume di atas piston pada kedudukan TMB

  2. Volume di atas piston pada kedudukan TMA (Gambar 2.12)

Gambar 2.12 Isi diatas torak; torak pada TMB, torak pada TMA

  

( Sumber : Berenschot, Hal 8 ) Perbandingan pemampatan dinyatakan dengan symbol r, dalam persamaan menjadi :

• V _{L s}

  V r = 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 mencapai _c TMB, katup terbuka, gas hasil pembakaran mengalir keluar dan tekanan dalam ruang bakar turun dengan cepat.

  d) Langkah buang 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 yang _c besar akan memperbaiki keadaan tersebut. Di samping itu periode overlapping mempunyai peranan penting. Periode overlapping adalah periode dimana katup isap dan katup buang terbuka secara bersamaan yang dikarenakan perpanjangan pembukaan katup selama proses pengisapan dan pembuangan.

2.5 Siklus Motor Otto Empat Langkah

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

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

  2. Pembukaan dan penutupan katup tidak tepat di TMA dan TMB karena pertimbangan dinamika mekanisme 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 gerakan torak. Dengan demikian proses pembakaran harus sudah dimulai beberapa derajat sudut engkol sebelum torak mencapai TMA dan berakhir beberapa derajat sudut engkol sesudah torak bergerak kembali dari TMA ke TMB. Jadi proses pembakaran tidak berlangsung pada volume konstan. Disamping itu pada kenyataannya tidak pernah terjadi pembakaran sempurna, sehingga daya dan efisiensinya sangat tergantung pada perbandingan campuran bahan bakar dan udara, Fluida pendingin diperlukan untuk mendinginkan bagian-bagian mesin yang menjadi panas akibat proses pembakaran, untuk mencegah kerusakan pada bagian- bagian mesin tersebut

  6. Terdapat kerugian energi kalor yang dibawa oleh gas buang dari dalam silinder ke udara luar. Energi tersebut tidak dapat dimanfaatkan untuk melakukan kerja mekanik

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

  8. volume untuk motor empat langkah.kesempurnaan bahan bakar dan udara Berdasarkan hal-hal diatas, bentuk diagram PV dari siklus sebenarnya tidak sama dengan bentuk diagram siklus ideal. Siklus yang sebenarnya tidak pernah merupakan siklus volume konstan (untuk motor bensin). Gambar 2.13. Menunjukkan bentuk diagram PV dari sebuah motor torak 4 langkah yang sebenarnya.

  

Gambar 2.13

  Hubungan diagram pengatururan katup dengan grafik tekanan dan timing penyalaan

  ( Sumber : Suyanto, 1989, Hal 19 ) 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.

2.6 Pembakaran

  Pembakaran diawali dengan loncatan api busi pada akhir pemampatan. Pada keadaan biasa kita mendapatkan pembakaran teratur dimana selalu terdapat dua tahapan ialah bagian yang tidak terbakar dan bagian yang terbakar, keduanya dibatasi oleh api pembakaran (fron api). Suhu pembakarannya berkisar antara 2100 K sampai 2500 K.

  Pada pembakaran teratur yang lamanya kira-kira tiga milidetik (0,003 s), terjadi juga perjalanan tekanan teratur diatas piston dan dalam beberapa kasus, suhu dari gas yang belum terbakar menjadi terlalu tinggi sehingga dapat menyebabkan pembakaran sendiri dimana sebagian dari isi silinder terbakar dalam waktu yang sangat singkat (Gambar 2.14). Disebabkan oleh singkatnya pembakaran, tekanan dalam seluruh ruang bakar tidak sama sehingga terjadi gangguan keseimbangan, dengan tekanan tinggi setempat.

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

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

  Detonasi dapat dicegah dengan beberapa cara yaitu :

  1. Mengurangi tekanan dan temperatur bahan bakar dan udara yang masuk ke ruang bakar

  2. Mengurangi perbandingan kompresi

  3. Memperlambat saat penyalaan

  4. Mempertinggi angka oktan bensin

  5. Pendinginan gas yang belum terbakar

  6. Desain ruang bakar yang sesuai dan kompak sehingga tidak terjadi pembakaran sempurna..

  7. Busi ditempatkan di pusat ruang bakar yaitu di antara katup buang (bagian yang panas) dan katup isap (tempat kemungkinan besar terdapat campuran yang kaya)

  8. Menaikkan kecepatan torak atau putaran poros engkol untuk memperoleh arus turbulen pada campuran di dalam silinder yang mempercepat rambatan nyala api