MEKANISME KATUP VARIABEL PADA MESIN BENSIN 1500 CC Tugas Akhir - Mekanisme katup variabel pada mesin bensin 1500 cc - USD Repository

  MEKANISME KATUP VARIABEL PADA MESIN BENSIN 1500 CC Tugas Akhir

  Untuk Memenuhi Salah Satu Persyaratan Mencapai Derajat Sarjana S-1

  Jurusan Teknik Mesin Diajukan Oleh:

  Rossi Ristiawan NIM : 015214022

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA

  

VARIABLE VALVE MECHANISM

AT 1500 CC GASOLINE ENGINES

Final Project

  Presented as Partial Of The Requirements To Obtain The Sarjana Teknik Degree

  In Mechanical engineering By:

  Rossi Ristiawan Student Number: 015214022

  

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

ENGINEERING FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2007

  TUGAS AKHIR Mekanisme Katup Variabel Pada Mesin Bensin 1500 CC

  Disusun oleh : Nama : Rossi Ristiawan

  NIM : 015214022 Telah disetujui oleh :

  Pembimbing I Yosef Agung Cahyanta, S.T.,M.T. Tanggal 10 Januari 2007 Pembimbing II Ir. F.X. Agus Unggul Santoso Tanggal 10 Januari 2007

  

TUGAS AKHIR

Mekanisme Katup Variabel Pada

Mesin Bensin 1500 CC

  Dipersiapkan dan ditulis oleh : Nama : Rossi Ristiawan

  NIM : 015214022 Telah dipertahankan didepan dewan penguji

  Pada tanggal 10 Januari 2007 dan dinyatakan memenuhi syarat.

  Susunan Dewan Penguji : Ketua : Ir. F.A. Rusdi Sambada, M.T. ....................................

  Sekertaris : Ir. Y.B. Lukiyanto, M.T. ....................................

  Anggota I : Yosef Agung Cahyanta, S.T.,M.T. ....................................

  Anggota II : Ir. F.X. Agus Unggul Santoso ....................................

  Yogyakarta, 10 Januari 2007 Fakultas Teknik

  Universitas Sanata Dharma Yogyakarta

  Dekan

  

PERNYATAAN

  Bahwa di dalam Tugas Akhir ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi dan 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, 10 Januari 2007 Penulis

  

INTISARI

  Mesin atau Motor bakar , yaitu mesin yang menggunakan energi hasil pembakaran untuk melakukan kerja mekanik. Energi itu sendiri diperoleh dari proses pembakaran antara campuran bahan bakar dengan udara. Mesin ini sering kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari yang biasa digunakan sebagai alat transportasi maupun industri.

  Untuk menghasilkan proses pembakaran yang optimal diputaran rendah dan tinggi, pada mesin – mesin baru saat ini sudah digunakan teknologi katup variabel. Dimana memungkinkan terjadinya perbedaan fase atau sudut bukaan katup pada putaran rendah dan tinggi, yang berpengaruh pada banyaknya campuran udara dan bahan bakar yang masuk Sehingga dimungkinkan memperoleh tenaga besar pada putaran tinggi akan tetapi tetap irit dan bertenaga pada putaran rendah.

  Dalam Tugas Akhir ini dibahas mengenai mekanisme kerja dari katup variabel, serta membandingkan daya dan konsumsi bahan bakar dari dua mesin berkapasitas sama antara mesin yang berkatup variabel dan yang tidak berkatup variabel. Juga berbagai kelebihan serta kekurangannya. Dari hasil perhitungan, didapatkan daya pada mesin berkatup variabel (76,59 Kw) lebih besar dari yang tanpa katup variabel (65,8 Kw). Pada perhitungan konsumsi bahan bakar didapatkan konsumsi bahan bakar pada mesin berkatup variabel (17,38 Kg/jam) lebih boros daripada mesin yang tanpa katup variabel (14,41 Kg/jam) pada daya maksimumnya.

KATA PENGANTAR

  Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini. Tugas akhir ini adalah sebagian persyaratan untuk mencapai derajat sarjana S-1 program studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sanata Dharma.

  Dalam Tugas Akhir ini penulis membahas tentang mekanisme pengaturan katup variabel pada mesin bensin 1500 CC, serta untuk mengetahui perbandingan banyaknya konsumsi bahan bakar tiap jamnya dan perbandingan peningkatan daya dari mesin berkatup variabel dan yang tidak berkatup variabel..

  Penulis menyadari bahwa terselesaikannya Tugas Akhir ini tidak terlepas dari bantuan banyak pihak, bantuan sekecil apapun dan dalam bentuk apapun yang sangat berarti bagi terselesaikannya tugas akhir ini.

  Oleh karena itu, pada kesempatan ini kami ingin mengucapkan trimakasih kepada :

  1. Ir. Gregorius Heliarko S.J. S.S, B.S.T., M.Sc., M.A. selaku Dekan Fakultas Teknik

  2. Yosef Agung Cahyanta S.T, M.T selaku Kaprodi yang sekaligus sebagai Dosen Pembimbing I

  3. Ir. Fx Agus Unggul .S selaku Dosen Pembimbing II

  4. Semua Dosen Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma

  5. Haryanto, Klaus, Yoram, dan teman – teman angkatan 2001 lainnya, yang telah banyak membantu saya.

  Meskipun penulis sudah dengan maksimal dalam pembuatan Tugas Akhir ini, namun penulis sadar bahwa Tugas Akhir ini masaih banyak kekurangan.

  Untuk itu saran dan kritik yang membangun dari berbagai pihak sangat kami harapkan demi sempurnanya Tugas Akhir ini. Semoga Tugas Akhir ini berguna bagi mahasiswa Teknik Mesin dan pembaca lainnya.

  Jika ada kesalahan dalam penulisan naskah ini penulis minta maaf yang sebesar-besarnya, terimakasih.

  Yogyakarta, 10 Januari 2007 Penulis

  

DAFTAR ISI

Halaman

  

Halaman Judul i

Halaman Judul ii

Lembar Persetujuan iii

  

Lembar pengesahan iv

Pernyataan v

Intisari vi

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 Manfaat ......................................................................................................... 2

  

BAB II LANDASAN TEORI ............................................................................... 3

  2.1 Motor Bensin................................................................................................. 3

  2.2 Motor Bensin 4-Langkah .............................................................................. 3

  2.3 Prinsip Kerja Motor Bensin .......................................................................... 5

  2.3.1 Langkah Hisap .............................................................................................. 5

  2.3.2 Langkah Kompresi ........................................................................................ 8

  2.3.3 Langkah Usaha............................................................................................ 10

  2.3.4 Langkah Buang ........................................................................................... 11

  2.4 Bagian-bagian Utama Motor Bensin........................................................... 15

  2.4.1 Kepala Silinder (Cylinder Head) ................................................................ 16

  2.4.2 Blok Silinder (Cylinder Block) ................................................................... 17

  2.4.3 Piston........................................................................................................... 20

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

  2.4.5 Pena Piston .................................................................................................. 24

  2.4.6 Batang Piston .............................................................................................. 26

  2.4.7 Poros Kem (Camshaft)................................................................................ 27

  2.4.8 Katup (Valve) .............................................................................................. 35

  2.4.9 Poros Engkol (Crankshaft).......................................................................... 37

  2.5 Katup Variabel (Variabel Valve) ................................................................ 39

  2.5.1 Mekanisme Kerja Katup Variabel............................................................... 40

  2.5.2 Sistem Kontrol Katup Variabel................................................................... 48

  

BAB III PERHITUNGAN KERJA SIKLUS.................................................... 50

  3.1 Data Kendaraan Dengan Katup Variabel................................................... 50

  3.2.2 Temperatur Akhir Proses Penghisapan (T a )............................................... 58

  3.3 Proses Kompresi ........................................................................................ 60

  3.4 Proses Pembakaran..................................................................................... 60

  3.4.1 Reaksi Kimia Pembakaran Bahan Bakar dan Udara.................................. 61

  3.4.2 Koefisien Kelebihan Udara ( α) .................................................................. 63

  3.5 Langkah Ekspansi ...................................................................................... 71

  3.5.1 Karakteristik Kerja Motor .......................................................................... 72

  3.5.2 Daya Rugi-rugi Mekanis (P mech ) ................................................................ 73

  3.5.3 Pemakaian Bahan Bakar Spesifik .............................................................. 75

  3.6 Data Kendaraan Tanpa Katup Variabel ..................................................... 77

  3.7 Proses Penghisapan .................................................................................... 77

  3.7.1 Tekanan di Dalam Silinder Selama Proses Penghisapan ........................... 78

  3.7.2 Temperatur Akhir Proses Penghisapan (T a )............................................... 82

  3.8 Langkah Kompresi ..................................................................................... 84

  3.9 Proses Pembakaran..................................................................................... 84

  3.9.1 Reaksi Kimia Pembakaran Bahan Bakar dan Udara.................................. 85

  3.9.2 Koefisien Kelebihan Udara ( α) .................................................................. 87

  3.10 Langkah Ekspansi ...................................................................................... 93

  3.10.1 Karakteristik Kerja Motor .......................................................................... 94

  3.10.2 Daya Rugi-rugi Mekanis (P ) ................................................................ 96

  mech

  3.10.3 Pemakaian Bahan Bakar Spesifik .............................................................. 97

  

BAB IV PERHITUNGAN ELEMEN MESIN ................................................. 99

  4.1 Silinder dan Kepala Silinder ...................................................................... 99

  4.1.1 Tebal Dinding Silinder............................................................................... 99

  4.1.2 Kepala Silinder......................................................................................... 100

  4.2 Piston dan Kelengkapannya ..................................................................... 101

  4.2.1 Piston........................................................................................................ 101

  4.2.2 Bahan Piston ............................................................................................ 102

  4.2.3 Ukuran Piston........................................................................................... 102

  4.2.4 Tebal Piston.............................................................................................. 103

  4.2.5 Tinggi Piston ............................................................................................ 104

  4.3 Cincin Piston ............................................................................................ 105

  4.3.1 Cincin Piston Kompresi ........................................................................... 106

  4.3.2 Pena Piston ............................................................................................... 107

  4.3.3 Batang Piston (Connecting Rod).............................................................. 109

  4.3.4 Pena Engkol Bawah ................................................................................. 109

  4.3.5 Perhitungan Batang Piston ....................................................................... 110

  4.4 Poros Engkol ............................................................................................ 110

  4.4.1 Perhitungan Ukuran Poros Engkol........................................................... 112

  4.5 Perhitungan Mekanisme Katup dan Perlengkapannya............................. 113

  4.5.1 Perhitungan Katup.................................................................................... 114

  4.6 Pegas Katub.............................................................................................. 122

  4.7 Perhitungan Kem...................................................................................... 123

  4.9 Roda Gila..................................................................................................125

  

BAB V PEMBAHASAN, KESIMPULAN DAN PENUTUP ....................... 130

  5.1 Pembahasan.............................................................................................. 130

  5.2 Kesimpulan .............................................................................................. 133

  5.3 Penutup..................................................................................................... 135

  5.4 Saran......................................................................................................... 135

  Daftar Pustaka Lampiran

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Permasalahan

  Dalam dunia modern sekarang ini, banyak terdapat kendaraan bermotor yang mengaplikasi berbagai macam teknologi. Hal ini disebabkan karena tuntutan masyarakat sebagai pengguna kendaraan bermotor agar kendaraannya nyaman, bertenaga, sekaligus efisien dalam penggunaan bahan bakar.

  Dari berbagai macam teknologi pada kendaraan bermotor sekarang ini terdapat suatu teknologi yang masih bisa dibilang baru dalam dunia otomotif, khususnya di Indonesia, yaitu penggunaan katup variabel. Dan teknologi ini sekarang sudah banyak diaplikasikan pada mesin – mesin bensin pada kendaraan yang beredar di tanah air.

  Diantaranya adalah mekanisme VVT-i ( Variable Valve Timing with Intelligent) buatan Toyota, VTEC (Variable Valve Timing and Lift Electronic Controlled) buatan Honda, MIVEC ( Mitsubishi Innovative Valve Timing and Lift Electronic Control System ) buatan Mitsubishi, VANOS ( Variable Nockenwellen Steuerung ) atau Valvetronic buatan BMW dan masih banyak lagi.

  Dengan digunakannya mekanisme katup variabel maka dimungkinkan membuat motor yang kencang dan bertenaga besar tetapi tetap irit dan bertenaga bila digunakan berjalan pelan atau dalam putaran rendah. Hal yang sulit dilakukan oleh mesin konvensional tanpa katup variabel.

  1.2 Perumusan Masalah

  Dalam tugas akhir ini akan dibahas mengenai mekanisme dari katup variabel tersebut, perhitungan kerja siklus, serta perhitungan konsumsi bahan bakar tiap jam pada mesin bensin 1500 cc DOHC 16 Valve VVT-i.

  1.3 Tujuan

  Tujuan dari Tugas Akhir ini adalah: Mengetahui mekanisme katup variabel pada kendaraan. Mengetahui berbagai keunggulan dan kekurangan dari mekanisme tersebut serta mengetahui kinerja mesin seperti pemakaian bahan bakar serta daya yang dihasilkan pada kendaraan yang telah mengadopsi teknologi katup variabel tersebut.

  1.4 Manfaat

  Studi ini diharapkan dapat memberi maanfaat bagi pembaca mengenai apa sebenarnya teknologi katup variabel tersebut, bagaimana cara kerjanya. Serta mengetahui apa keuntungan dan kerugian mesin – mesin yang menggunakaan teknologi katup variabel tersebut .

BAB II LANDASAN TE0RI

  2.1 Motor Bensin

  Motor bensin adalah salah satu jenis motor pembakaran dalam yang banyak digunakan untuk menggerakkan atau sebagai sumber tenaga dari kendaraan, baik itu motor bensin 4-langkah ataupun motor bensin 2-langkah. Motor bensin menghasilkan tenaga dari pembakaran bahan bakar di dalam silinder, dimana dengan pembakaran 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 walaupun ingin mengembang tetap tidak ada ruangan, akibatnya tekanan di dalam silinder akan naik. Tekanan inilah yang akan dimanfaatkan untuk menghasilkan tenaga yang ahkirnya dapat menggerakkan kendaraan.

  2.2 Motor bensin 4-langkah

  Seperti pada penjelasan diatas bahwa motor bensin 4-langkah adalah salah satu jenis pembakaran dalam yang sangat populer digunakan untuk penggerak kendaraan. Adapun cara kerja motor bensin 4-langkah yang terdiri dari 4-langkah kerja untuk menghasilkan satu kali langkah usaha. Untuk memperjelas uraian ini akan diterangkan nama-nama bagian dari motor bensin 4-langkah terutama yang hubungannya erat dengan cara kerja dari motor bensin 4-langkah.

  Bagian-bagian motor bensin yang dimaksud adalah : ¾

  Poros Engkol (Crankshaft) ¾

  Batang Torak (Connecting Rod) ¾

  Torak (piston) ¾

  Silinder (Cylinder) ¾

  Busi (Spark) ¾

  Katup Hisap (Intake Valve) ¾

  Katup Buang (Exhaust Valve) ¾

  Poros Cam (Camshaft) ¾

  Saluran Masuk (Intake Manifold) ¾

  Injektor atau Karburator (Injector or Carburetor) ¾

  Knalpot (Muffler) Secara garis besar cara kerja motor bensin 4-langkah adalah mula-mula gas yang merupakan campuran bahan bakar dengan udara yang dihasilkan karburator dihisap masuk ke dalam silinder kemudian dimampatkan dan dibakar. Karena panas gas tersebut mengembang dan karena ruangan terbatas untuk mengembang maka tekanan di dalam ruang bakar naik dan tekanan ini mendorong piston ke bawah dan menghasilkan langkah usaha yang oleh batang piston (Connecting Rod) diteruskan ke poros engkol dan kemudian poros engkol (Crankshaft) akan berputar (Gambar 2.1).

Gambar 2.1 Motor Bensin 4-Langkah

  (sumber: Arends BPM., H.Berenschot,1980, Motor Bensin, hal. 95)

2.3 Prinsip Kerja Motor Bensin

2.3.1 Langkah Hisap

Gambar 2.2 Langkah hisap, katup hisap terbuka

  (sumber: Suyanto W, Drs., M.A,1989. Teori Motor Bensin, hal. 21) Langkah hisap dimulai pada saat torak berada pada titik mati atas (TMA) menuju titik mati bawah (TMB). Titik mati atas adalah titik teratas yang dapat dijangkau oleh torak, artinya pada saat itu torak sudah tidak dapat bergerak keatas lebih jauh lagi dan pada saat ini posisi torak, batang torak, dan engkol membentuk garis lurus. Sedngkan titik mati bawah adalah titik dimana posisi torak berada pada titik yang paling bawah sehingga tidak dapat bergerak lebih jauh lagi. Pada saat inipun posisi torak terhadap batang torak adalah membentuk garis lurus.

  Karena torak bergerak dari titik mati atas menuju ke titik mati bawah, maka terjadilah penurunan tekanan di dalam silinder dibagian atas torak karena ruangan atas torak menjadi lebih luas. Karena penurunan tekanan ini maka terjadi perbedaan tekanan antara luar silinder dan ruangan di dalam silinder. Apabila katup isap dibuka maka perbedaan tekanan ini akan memungkinkan mengalirnya campuran bahan bakar dengan udara melalui saluran masuk (Intake manifold) kedalam silinder. Proses ini berlangsung hingga torak mencapai TMB, yang bersamaan dengan itu katup isap ditutup dengan perantaraan poros nok (Nokken as) dan batang penumbung. Dengan ditutupnya katup ini maka campuran bahan bakar dengan udara tertahan didalam silinder, yang seterusnya akan dilanjutkan dengan proses kompresi.

  Tekanan pada saat awal langkah kopresi (Pa) tergantung pada sistem yang digunakan untuk mengisi silinder dengan campuran udara + bahan bakar hingga sistem saluran buang untuk membuang gas buang. Nilai Pa tergantung pada daya mesin dan kecepatan. Pada mesin 4 langkah tekanannya dapat dihitung dengan rumus :

• Untuk perhitungan tanpa supercharging ( Petrovsky, 1968, hal. 27 )

  Pa = (0,85 – 0,92)Po abs atm

• Untuk perhitungan dengan supercharging

  Pa = (0,90 – 0,95)Psup abs atm Psup : tekanan udara supercharger.

  Lalu Temperatur pada awal langkah kompresi dapat dicari dengan menggunakan rumus : ( Petrovsky, 1968, hal. 27 ) _{w r r} + To Δ + t Y . T Ta =

• 1 Y _r

  M _r

  Y r =

  M _e

  Dimana : To = Temperatur udara luar

  Δ t w = Kenaikan temperatur campuran yang dihasilkan dari kontak antara panas didinding silinder dan piston.

  T r = Temperatur gas buang sebelum tercampur dengan campuran bahan bakar. M r = Jumlah mol pada gas buang M e = Jumlah mol dari campuran bahan bakar pada saat langkah isap.

2.3.2 Langkah Kompresi

Gambar 2.3 Langkah Kompresi Kedua Katupnya Tertutup

  (sumber: Suyanto W, Drs. M.A,1989. Teori Motor Bensin, hal. 22) Setelah torak pada posisi TMB maka katup isap tertutup juga katup buang sehingga tidak mungkin gas yang tadi diisap ke dalam silinder untuk keluar. Pada langkah ini torak bergerak dari TMB menuju TMA. Dengan bergeraknya torak tersebut maka terjadi penyempitan ruangan diatas torak dimana campuran bahan bakar dengan udara berada, yang berarti campuran tersebut dimampatkan sehingga tekanannya akan naik yang kelipatannya sesuai dengan perbandingan kompresinya, dimana semakin tinggi kompresinya semakin tinggi pula tenaga yang dihasilkan motor. Pada saat ini motor sudah berputar 360 , sehingga posisi torak kembali pada TMA. Karena tekanan di dalam silinder cukup tinggi maka kerapatan sangat diutamakan. Oleh karena itu katup – katupnya harus menutup rapat, gasket silinder tidak boleh bocor juga ring pistonnya.

  Tekanan pada saal langkah akhir kompresi (Pc) dapat dicari dengan menggunakan rumus : ( Petrovsky, 1968, hal. 32 )

  n1

  Pc = P a . ε Sedangkan temperatur pada saat akhir langkah kompresi (Tc) dapat dicari dengan menggunakan rumus :

  n1- 1

  Tc = Ta . ε Dimana : n1 = nilai eksponen politropik

  Nilai n1 tergantung dari tipe mesin dan kecepatannya pada saat daya penuh, yaitu antara 1,34 – 1,39. Pada mesin berkecepatan tinggi, nilai n1 dapat mencapai nilai eksponen adiabatik, yaitu sebesar 1,4.

2.3.3 Langkah Usaha

Gambar 2.4 Langkah usaha Kedua Katupnya Tertutup

  (sumber: Suyanto W, Drs., M.A,1989. Teori Motor Bensin, hal. 23) Pada saat kedua katup masih tertutup dan tepatnya pada saat langkah kompresi belum sepenuhnya selesai yaitu beberapa derajat sebelum TMA busi mengeluarkan bunga api untuk membakar campuran bahan bakar dengan udara yang telah dikompresikan. Penyalaan busi beberapa saat sebelum TMA bertujuan agar tekanan tertinggi akibat pembakaran ini terjadi beberapa saat setelah TMA dimana pada saat titik tersebut berdasarkan percobaan merupakan titik terbaik untuk menghasilkan tenaga atau dengan kata lain efisiensinya tertinggi.

  Dengan terbakarnya bahan bakar tersebut maka temperatur dalam silinder akan naik yang menyebabkan naiknya tekanan didalam silinder. Tekanan ini kemudian mendorong torak ke bawah sehingga terjadi langkah usaha yang berarti motor mengeluarkan tenaga yang nantinya digunakan untuk menggerakan mobil / motor.

  Tekanan akhir pada langkah usaha / pembakaran (Pz) dapat dicari dengan menggunakan rumus : ( Petrovsky, 1968, hal. 50 )

  Tz

  Pz = Pc. μ

  Tc

2.3.4 Langkah Buang

Gambar 2.5 Langkah buang, katup buang terbuka

  (sumber: Suyanto W, Drs. M.A,1989. Teori Motor Bensin, hal. 24) Pada langkah buang ini katup isap tetap tertutup sedang katup buang terbuka dan torak bergerak dari TMB menuju TMA. Karena gerakan torak dari TMB ke TMA maka ruangan diatas torak menjadi semakin sempit, akan tetapi karena katup buangnya terbuka maka tekanan di dalam silinder tidak mengalami kenaikan, tetapi gerakan torak ini justru mendorong gas sisa atau bekas pembakaran yang ada di dalam silinder menuju keluar.

  Dengan berakhirnya langkah buang ini, yaitu pada saat torak telah mencapai TMA, maka berarti torak sudah bergerak 4 langkah atau engkol sudah berputar 720 derajat yang berarti telah selesai satu rangkaian kerja dimana dari keempat langkah torak tersebut satu diantaranya adalah langkah kerja.

  Tekanan pada akhir langkah pembuangan (Pb) dapat dicari dengan menggunakan rumus : ( Petrovsky, 1968, hal 52 )

  Pz

  Pb = _{n 2} δ

  Sedangkan temperatur pada akhir langkah buang (Tb) dapat dicari dengan menggunakan rumus :

  Tz

  Tb = _{n 2 − 1} δ

  Dimana : n2 = nilai eksponen politropik pada saat ekspansi/pembuangan ( dapat dipilih antara 1,15 – 1,30 ).

  Pada pembahasan siklus motor 4 langkah diatas seakan – akan katup membuka dan menutup pada waktu torak berada pada titik – titik mati, pada kenyataannya tidak demikian. Katup isap membuka pada beberapa derajat sebelum torak mencapai TMA dan menutup beberapa derajat setelah mencapai TMB. Katup buang membuka beberapa derajat sebelum TMB dan menutup beberapa derajat setelah TMA. Kalau digambarkan maka akan terjadi waktu dimana baik katup isap maupun buang dalam keadaan sama – sama terbuka. Saat inilah yang disebut dengan ‘Overlap’.

  Berikut adalah diagram teoritis suatu siklus untuk melihat bagaimana perubahan temperatur yang diakibatkan oleh proses pembakaran pada motor.

  

Diagram teoritis siklus Dimana : Q1 = Kalor yang dimasukkan T1 = Suhu akhir pemampatan T1’ = Suhu tertinggi hasil pembakaran Q2 = Kalor yang dikeluarkan T2 = Suhu gas pada awal pemampatan T2’ = Suhu dari gas buang Keterangan :

  Suhu – suhu tersebut dinyatakan dalam satuan Kelvin. Ternyata bahwa Q1 adalah sama dengan T1’ – T1 sedangkan Q2 sama dengan T2’ – T2.

  Besarnya efisiensi suatu siklus :

  Q

  1 − Q

  2 Q

  2 = 1 −

  Q

  1 Q

  1 Ditulis dalam bentuk lain

  2 '

2 T − T

  η = _th 1 −

  T 1 ' T

  1 −

  Dengan menggunakan rumus kedua poisson, rumus tadi dapat diubah menjadi :

  T 2 '

  η = _th 1 − 1 '

  T

  Dalam hal ini efisiensi teoritis dapat 100 %, bila

  T ' 2 = Sebab η th menjadi 1 – 0 = 1

  T 1 ' Hal ini tidak akan terjadi karena T2’ tidak pernah mencapai 0 K. Rumus untuk efisiensi teoritis yang mengikutsertakan perbandingan pemampatan ( ) ε dan faktorγ (1,35 untuk campuran bensin dan udara) menjadi : ₁

  1

  1 −

  − = γ

  ε η _th

2.4 Bagian-bagian Utama Motor Bensin

  Yang dimaksud dengan bagian-bagian utama disini adalah bagian-bagian mesin yang berhubungan langsung dengan proses pemindahan tenaga dari tekanan menjadi gerak putar. Bagian-bagian yang dimaksud adalah:

  ¾ Kepala Silinder (CylinderHead)

  ¾ Blok Silinder (CylinderBlock)

  ¾ Piston

  ¾ Ring Piston (Piston Ring)

  ¾ Pena Piston (Piston Pin)

  ¾ Batang Piston (Connecting Rod)

  ¾ Poros Cam (Camshaft)

  ¾ Katup (Valve)

  ¾ Poros Engkol (Crankshaft)

2.4.1 Kepala Silinder (Cylinder Head)

Gambar 2.6 Kepala Silinder

  (sumber: Manual Book Toyota, PT.Astra International tbk-Toyota, Hal.7) Kepala silinder mempunyai bermacam-macam tugas, yaitu sebagai tutup bagian atas dari silinder, sebagai pemegang katup (valve). Disamping itu kepala silinder baik itu untuk mekanisme SOHC atau DOHC sama-sama mempunyai lubang untuk masuknya campuran antara udara dengan bahan bakar ke dalam silinder serta lubang untuk keluarnya gas bekas hasil pembakaran serta ruang bakar untuk tiap-tiap silindernya hanya saja perbedaanya terdapat pada dudukan Camshaft nya, pada mekanisme SOHC hanya terdapat sebuah dudukan Camshaft, sedangkan pada mekanisme DOHC terdapat dua dudukan untuk Camshaft nya.

  Pada kepala silinder juga terdapat pula saluran pendingin, saluran oli, lubang untuk baut silinder, lubang untuk busi dan lubang untuk tempat poros cam. Kepala silinder biasa dibuat dari besi tuang atau campuran aluminium. Campuran aluminium disamping ringan juga cepat mentransfer panas (serta lebih efisien) sehingga mesin dapat direncanakan dengan kompresi yang lebih tinggi dan tenaga motor dapat ditingkatkan.

Gambar 2.7 Kepala Silinder DOHC dan SOHC

  (sumber: Manual Book Toyota, PT.Astra International tbk-Toyota, Hal.7)

2.4.2 Blok Silinder (Cylinder Block)

  Sebagian besar bagian-bagian dari motor dipasangkan pada silinder blok (Gambar 2.6) Dari kepala silinder, piston, engkol, tutup poros engkol (Calter), roda penerus (Fly Wheel), dan sebagainya sehingga silinder blok ini harus kuat. Blok silinder terdiri dari dua bagian yaitu bagian silinder dan bagian engkol (Crankcase).

  Bagian silinder inilah yang nantinya berfungsi sebagai tempat piston bekerja.

  Karena di dalam silinder ini pula perubahan panas menjadi tenaga gerak dengan perantaraan piston maka silinder ini harus cukup kuat. Disamping itu, silinder harus benar-benar bulat, rata, dan halus, supaya selama proses tidak terjadi bocoran gas sehingga mengurangi tenaga yang dihasilkan oleh motor. Silinder blok terbuat dari besi tuang atau aluminium, besi tuang memiliki keuntungan mudah membuatnya dan sangat baik bila digunakan piston dari aluminium.

  Akan tetapi blok silinder dari besi tuang ini sangatlah berat, oleh karena itu saat ini banyak digunakan silinder blok dari bahan campuran aluminium sehingga lebih ringan dan agar liner tahan gesekan maka khusus untuk silinder linernya bahannya dibuat dari baja khusus sehingga tahan gesekan.

  Ada dua jenis liner silinder (Cylinder Bore) yang digunakan pada mesin kendaraan bermotor, yaitu:

• Silinder tipe basah
• Silinder tipe kering

  Silinder tipe basah adalah apabila bagian dari luar silinder ini berhubungan langsung dengan air pendingin sedangkan yang tipe kering tidak berhubungan langsung dengan air pendingin. Silinder liner tipe kering ini dapat dibuat lebih tipis daripada tipe basah karena seluruh bagian silinder ini didukung oleh blok silinder, sedangkan untuk tipe basah harus dibuat lebih tebal karena tidak seluruhnya ditopang oleh blok silinder.

  Disamping itu pada bagian atas dan bagian bawah silinder liner tipe basah ini harus dipasang seal sehingga air pendingin tidak bocor. Silinder liner tipe basah ini banyak dipakai pada motor diesel berukuran besar.

Gambar 2.8 Block Cylinder Unit

  

(Sumber: Manual Book Toyota, PT.Astra International tbk-Toyota, Hal.6)

2.4.3 Piston

  A. Bagian-Bagian Dari Piston Gambar 2.9 Piston Construction.

  (sumber: Suyanto W, Drs. M.A,1989. Teori Motor Bensin, hal. 52) Piston bergerak naik turun didalam silinder untuk melakukan langkah hisap, kompresi, usaha, dan buang. Fungsi utama dari piston adalah untuk menerima tekanan pembakaran dan maneruskan ke poros engkol melalui connecting rod.

  Piston terbuat dari aluminium alloy (paduan aluminium), karena bahan tersebut ringan dan radiasi panasnya baik.

B. 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 (Gambar 2.10). Pada umumnya celah piston antara 0,02 – 0,12 mm.

  Bentuk piston saat dingin, diameter kepala piston lebih kecil daripada bagian bawahnya.

Gambar 2.10 Piston Gap

  

(Sumber:Manual Book Toyota, PT.Astra International tbk-Toyota, Hal.11)

2.4.4 Ring Piston

  Pegas piston (piston ring) dipasang dalam ring groove (Gambar 2.10). Ring piston terbuat dari baja khusus, pada mesin bensin pegas pistonnya ada yang terdiri dari 4 buah pegas piston dan ada yang terdiri dari 3 buah pegas piston.

Gambar 2.11 Piston Ring

  

(Sumber:Manual Book Toyota, PT.Astra International tbk-Toyota, Hal.12) 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

A. Pegas Kompresi

  Pada setiap piston (Gambar 2.11) terdapat 2 pegas kompresi. Pegas kompresi ini disebut dengan top compression ring dan second compression ring.

Gambar 2.12 Compression Ring

  

(Sumber:Manual Book Toyota, PT.Astra International tbk-Toyota, Hal.13)

B. Pegas Pengontrol Oli

  Pegas pengontrol oli (oil control ring) diperlukan untuk membentuk lapisan oli tipis (oil film) antara piston dan dinding silinder (Gambar 2.12) Pegas oli ini disebut dengan third ring dan Fourth ring. Ada 2 tipe pegas oli: 1.

  Tipe integral 2. Tipe segment

Gambar 2.13 Oil Control Ring

  

(Sumber:Manual Book Toyota, PT.Astra International tbk-Toyota, Hal.13)

C. Celah Ujung Pegas

  Pegas piston (Gambar 2.13) akan mengembang bila dipanaskan, dengan alasan tersebut pada ujung 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.

Gambar 2.14 Ring End Gap.

  

(Sumber:Manual Book Toyota, PT.Astra International tbk-Toyota, Hal.14)

2.4.5 Pena Piston

  Pena piston (piston pin) menghubungkan dengan bagian ujung yang kecil dari

  

connecting rod. (Gambar 2.15) Dan 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).

Gambar 2.15 Piston Pin.

  

(Sumber:Manual Book Toyota, PT.Astra International tbk-Toyota, Hal.15)

  Piston dan connecting rod dapat dihubungkan dengan 4 cara: 1.

   Tipe fixed 2. Tipe full-floating 3. Tipe bolted 4. Tipe press-fit

Gambar 2.16 Macam-macam Sambungan Piston dan Conecting rod.

  

(Sumber:Manual Book Toyota, PT.Astra International tbk-Toyota, Hal.15)

2.4.6 Batang piston

  Batang piston (connecting rod) berfungsi untuk meneruskan tenaga yang dihasilkan oleh piston ke crankshaft (Ganbar 2.17) Bagian ujung connecting rod yang berhubungan dengan piston pin disebut small end, dan bagian yang berhubungan dengan poros engkol disebut big end. Pada connecting rod terdapat oil hole yan berfungsi untuk memercikan oli guna melumasi piston pada saat piston bergerak.

Gambar 2.17 Connecting Rod

  

(Sumber:Manual Book Toyota, PT.Astra International tbk-Toyota, Hal.16)

2.4.7 Camshaft

A. Bagian-Bagian Dari Camshaft

  Camshaft adalah penentu utama kapan saat pembukaan dan penutupan katup

  terjadi serta berapa lama dan seberapa lebar pembukaan katup tersebut gambar 2.18,

  

Shaft ini memiliki atau terdiri dari beberapa Cam (Nok) dibuat sesuai dengan jumlah

  katup yang ada pada mesinnya. Camshaft biasa dibuat dari baja dimana pada bagian

  

Cam dikeraskan sehingga tidak mudah aus. Karena keausan Cam sangat besar

  pengaruhnya terhadap tenaga yang dihasilkan oleh mesin dan apabila Cam aus maka pembukaan dan penutupan katup isap dan katup buang menjadi tidak tepat, sehinga efisiensi volumetriknya akan menurun.

Gambar 2.18 Camshaft

  

(Sumber: Pedoman Reparasi 2001, PT.Hyundai Mobil Indonesia, Hal. EM 28)

Cam dibuat dengan mesin yang sangat presisi karena perubahan atau

  kekeliruan bentuk Cam walaupun hanya beberapa milimeter saja akan sangat mempengaruhi beberapa hal, yaitu kapan katup mulai membuka dalam hubungannya dengan posisi piston, berapa lama katup terbuka, dan berapa lebar pembukaan katup. Bentuk Cam itulah yang diharapkan agar katup dapat membuka dengan cepat dan menutup dengan cepat pula. Disamping itu diharapkan katup dapat membuka cukup lebar dalam waktu yang cukup lama. Namun demikian hal ini tidak bisa dipenuhi untuk kendaraan karena disamping mesin harus menghasilkan tenaga yang tinggi juga dituntut keawetan dan kenyamanan.

  Oleh karena itu pada mesin yang digunakan untuk kendaraan harus bisa dikompromikan antara ketiga hal tersebut diatas.

B. Bentuk Dasar Cam

  Pada umumnya bentuk keseluruhan dari Cam adalah lonjong, bentuknya hampir menyerupai telur (gambar 2.19)

Gambar 2.19 Bentuk Dasar Cam

  (sumber: Suyanto W, Drs. M.A,1989. Teori Motor Bensin, hal. 102) Poros Cam berputar lebih lambat dari putaran poros engkol dengan perbandingan 1:2, hal ini karena katup-katup pada mesin membuka satu kali setiap empat kali langkah torak atau setiap dua putaran poros engkol.

  Berarti setiap dua putaran poros engkol Cam hanya berputar satu kali putaran. Untuk memenuhi kebutuhan ini maka poros Cam dan poros engkol masing-masing dilengkapi dengan roda gigi untuk menepatkan perbandingan putaran tersebut.

  Jumlah roda gigi poros Cam dua kali lipat dari jumlah gigi poros engkol, dengan demikian maka akan dihasilkan perbandingan putaran satu berbanding dua antara poros Cam dan poros engkol.

C. Sistem Penggerak Camshaft

  Tiga sistem penggerakkan Camshaft: 1.

   Menggunakan roda gigi (Timing Gear) 2. Menggunakan rantai (Timing Chain) 3. Menggunakan sabuk bergerigi (Timing Belt)

  1. Timing Gear Pada cara penggerakan ini, (Gambar 2.20) roda gigi poros Cam langsung bersinggungan dengan roda gigi poros engkol, dimana untuk keperluan pemasangan pada kedua gigi tersebut ada tanda pemasangannya sehingga saat pembukaan dan penutupan katup dapat sesuai yang diinginkan atau sesuai dengan gerakan pistonnya.

  Apabila sampai terjadi kesalahan dalam pemasangan dalam arti pemasangannya tidak tepat maka dapat menimbulkan kerusakan walaupun kemungkinan mesin masih dapat bekerja.

  Kerusakan itu terjadi karena misalnya torak berada pada TMA katup dalam membuka penuh, sehingga dapat terjadi tumbukan antara katup dan pistonnya.

  Penggerakan dengan Timing Gear digunakan pada kendaraan yang dituntut kerja berat, misalnya digunakan pada kendaraan truk.

  Penggerakan Timing Gear ini sangat handal dan tahan lama, tetapi dibandingkan dengan model penggerakan yang lain lebih berisik. Disamping digunakan pada kendaraan berat, penggerak dengan Timing Gear ini terutama digunakan untuk mesin yang Camshaft nya terletak pada blok silinder.

Gambar 2.20 Penggerak Camshaft Dengan Timing Gear

  (sumber: Suyanto W, Drs. M.A,1989. Teori Motor Bensin, hal. 103)

  2. Timing Chain Seperti penggerak Timing Gear, pada penggerak model Timing chain pun ada tanda pemasangannya untuk mencegah terjadinya kekeliruan dalam pemasangan.

  Model ini banyak di gunakan pada mesin dengan Camshaft pada blok silinder meskipun ada juga yang digunakan pada mesin OHC (Over Head Camshaft).

  Biasanya penggerak Cam dengan Timing Chain ini dilengkapi dengan penegang rantai sehingga pergerakannya terjamin atau aman. (Gambar 2.21)

Gambar 2.21 Penggerak Camshaft Dengan

  Timing Chain

  (sumber: Suyanto W, Drs. M.A,1989. Teori Motor Bensin, hal. 104)

  3. Timing Belt Model Timing Belt ini menggunakan sabuk bergerigi, dan banyak digunakan pada mesin dengan Camshaft pada kepala silinder atau OHC (Over Head Camshaft).

  Model sabuk bergerigi ini sangat halus dalam arti tidak berisik pada waktu bekerja dan sangat bagus untuk menggerakkan Camshaft.

  Seperti penggerakan yang lain, model ini dilengkapi juga dengan tanda pemasangan pada roda gigi atau suproketnya dan tanda pada Timing Belt itu sendiri sehinggan memudahkan pemasangannya (Gambar 2.22). Kadang-kadang tanda ini harus dicocokkan dengan tanda yang ada pada blok atau kepala silinder, hal ini akan lebih jelas bila dilihat pada buku pedoman reparasi sehingga dapat menghindarkan kemungkinan terjadinya kesalahan dalam pemasangan.

  Pada sistem ini juga dilengkapi dengan penegang yang berbentuk roda dan dilengkapi dengan pegas sehingga menjaga Timing Belt tetap kencang atau erat pada roda suproketnya. Roda penegang mendorong kedalam bagian punggung dari Timing

  

Belt sehingga mencegah terjadinya slip antara Timing Belt dengan roda suproketnya,

  sehingga rotasinya selalu tepat. Disamping itu juga menjaga Timing Belt supaya tidak lepas. Roda penegang ini dipasang pada Ball Bearing dan ditutup secara permanen sehingga tidak perlu pelumasan dari luar.

Gambar 2.22 Penggerak Camshaft Dengan Timing Belt

  

(Sumber:Manual Book Toyota, PT.Astra International tbk-Toyota, Hal.21)

2.4.8 Katup (Valve)

  Katup dipasang di kepala silinder yang terdiri dari katup hisap dan katup buang. Katup hisap adalah katup yang digunakan untuk membuka dan menutup saluran hisap untuk memasukkan campuran bahan bakar dengan udara ke dalam silinder motor, sedangkan katup buang adalah katup yang digunakan untuk membuka dan menutup saluran pembuangan untuk membuang gas hasil pembakaran dari dalam silinder motor.