Modifikasi silinder, piston dan pena piston pada mesin bensin 2 langkah 150 cc

  i

  

Modifikasi silinder, piston dan pena piston

pada mesin bensin 2 langkah 150 cc

  Nomor Soal : 720 / TA / FT_USD / TM / September / 2006

TUGAS AKHIR

  Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat sarjana S-1

  

Program Studi Teknik Mesin

Jurusan Teknik Mesin

  Diajukan oleh :

  

Fabianus Avilla Kurnia Wahyu Anggi Tya

015214063

  Kepada

  

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2007 ii

  

Modification of Cylinder, Piston and Connecting rod of

150 cc Two Stroke Gasoline Engine

FINAL PROJECT

Presented as Partial Fulfillment of the Requirments

  

To Obtain the Sarjana Teknik Degree

in Mechanical Engineering

By

Fabianus Avilla Kurnia Wahyu Anggi Tya

  

Student Number : 015214063

to

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINERING DEPARTMENT

ENGINEERING FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

  

2007 iii

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

  Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam tugas akhir ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan disuatu perguruan tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga 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, 23 juli 2007 (Fabianus Avilla Kurnia Wahyu Anggi Tya) iv

  

Tak ada yang tak mungkin

  Disaat tidak ada sesuatu yang membuat kita berharap Tuhan berkata,”BERHARAPLAH......”

  Disaat harus berhadapan dengan ketidakmungkinan, Tuhan berkata,”PERCAYALAH......”

  Disaat tidak ada lagi jalan keluar, Tuhan berkata,”AKU AKAN BUAT JALAN......”

  Disaat memasuli masa-masa sulit, Tuhan berkata,”SEMUANYA MUDAH BAGIKU....”

  Disaat keadaan benar-benar terjepit, Tuhan berkata,”AKU TIDAK PERNAH TERLAMBAT....”

  Disaat manusia berkata tidak ada harapan, Tuhan berkata,”AKU DAPAT......”

  Disaat manusia sudah angkat tangan, Tuhan berkata,”AKU AKAN TURUN TANGAN.....” v

  I dedicate my Final Project

simply to:

   Tuhan Yesus Kristus dan Bunda Maria yang selalu memberi kasih, kekuatan, dan membentuk hidupku menjadi lebih indah. Ajarilah aku untuk selalu bersyukur atas semua itu.

   Sutrasno dan Suryani, terima kasih untuk doa, dukungan dan kasih sayang serta perhatian Bapak dan Ibu.  Kakakku (mas anton) dan kedua adikku (Arin dan kinanti) terima kasih atas semua sayang yang telah mewarnai hari-hari di rumah.  Yang paling spesial di Ati (Ajeng mukthi andhini) sudah 9 tahun kita bersama walau kita nggak akan pernah tahu akan dibawa kemana “kita” nanti, tapi Tuhan akan memberikan yang terbaik bagi kita berdua.LUVU…  Almamaterku Teknik Mesin Sanata Dharma, disinilah aku menemukan jati diriku.

  vi

KATA PENGANTAR

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

  “

Modifikasi Silinder, piston dan pena piston pada mesin Bensin 2 langkah 150 cc”

  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 Budi Setyahandana 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. vii

  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. Teman- Semua teman-temanku yang lain yang tak dapat kusebut namanya dan juga seluruh teman-teman Teknik Mesin angkatan’01. 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 viii

  

INTISARI

  Pada penelitian ini digunakan silinder mesin bensin dengan kapasitas 150cc keluaran baru, untuk mengganti silinder lama dengan kapasitas yang sama agar diketahui perbedaannya.

  Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui perbedaan yang terjadi jika penggantian silinder dilakukan. Yang meliputi : perbandingan unjuk kerja mesin dari motor sandar dan motor modifikasi, konsumsi bahan bakar tiap mesin, akselerasi, diukur dengan jarak 201 meter.

  Dari hasil penelitian ini didapatkan bahwa mesin yang dimodifikasi mengalami peningkatan. Waktu tempuh yang diperlukan mesin modifikasi pada jarak 201 m menjadi 10,35 detik lebih cepat 5,18 detik dari mesin sebelum dimodifikasi yang menempuh jarak itu dalam waktu 15,53 detik. Mesin mengalami peningkatan akselerasi sebesar 33,35%. Dengan 1 liter bensin mesin modifikasi dapat menempuh 20 Km sedangkan motor standar menempuh 35 Km pada kecepatan 60 Km/jam. Pada kecepatan 45 Km/jam mesin modifikasi dapat menempuh 32 Km sedangkan mesin standar dapat menempuh 40 Km. Sedangkan pada kecepatan 30 Km/Jam mesin standar dapat menempuh jarak sejauh 30 Km dan mesin modifikasi dapat menempuh sejauh 18 Km. Dengan hasil yang didapat maka mesin modifikasi mengalami peningkatan konsumsi bahan bakar sebesar 40%. ix

  x

  4 2.1 Uraian………………………………………...........

  2.5.1 Pembakaran.................................................. 12

  12

  11 2.5 Sistem penyalaan.......................................………...

  10 2.4 Sistem pendinginan………………………………...

  9 2.3 Susunan jumlah silinder …………………………..

  9 2.2.1 Jumlah langkah tiap proses…………..........

  4 2.2 Klasifikasi mesin bensin…………………………...

  3 BAB II DASAR TEORI………………………………………..

  

DAFTAR ISI

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

  2 1.4 Tujuan perancangan………………………………..

  1.3 Batasan masalah……………………………………

  2

  1.2 Permasalahan………………………………………

  1

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

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

  2.5.2 Bahan bakar.................................................. 15

  2.6 Proses penyalaan............…………………………... 16

  2.7 Sistem pengisian dan pembuangan………………... 20

  2.5.1 Sistem pengisian........................................... 20

  2.5.2 Sistem pembuangan...................................... 22

  2.8 Perbandingan kompresi............................................ 24 2.9 Pelumasan.................................................................

  26 2.10 Siklus kerja mesin....................................................

  27

  2.11 Prinsip kerja motor 2 langkah................................... 29

  BAB III METODOLOGI PENELITIAN DAN PERHITUNGAN...................................................

  32

  3.1 Diagram Alur Penelitian……………………………... 32

  3.2 Lokasi Penelitian…………………………………….. 33

  3.3 Alat pengujian.........…………………………………. 33 3.4 Jalannya Penelitian…………………………………..

  33

  3.5 Kesulitan selama Penelitian.………………………… 35

  3.6 Data kendaraan………………………………………

  36

  2.5.1 Perhitungan................................................... 37

  BAB IV PEMBAHASAN..............................................…………. 52

  4.1 Hasil Perhitungan…………………………………..... 52

  BAB V KESIMPULAN DAN SARAN…………………………. 56

  5.1 Kesimpulan……………………………………………. 56

  5.2 Saran…………………………………………………… 56

  DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

  xi

  xii

  

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Torak dari mekanisme engkol …………………………….. 6

  Gambar2.2 Pendinginan motor................……………………………… 11

Gambar 2.3 Perjalanan pembakaran dalam silinder.....………………… 14Gambar 2.4 Siklus kerja mesin motor dua langkah.........……………… 28Gambar 3.1 titik terbawah lubang buang................................................ 53Gambar 3.2 Perbandingan konsumsi bahan bakar.................................. 54Gambar 3.3 Perbandingan akselerasi...................................................... 54

  

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Exhaust port duration......................................................... 42Tabel 3.2 Transfer port duration......................................................... 43Tabel 3.3 Inlet port duration............................................................... 44Tabel 3.4 Energi internal hasil pembakaran........................................ 46Tabel 3.5 Faktor rugi-rugi mekanis...................................................... 49

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. 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 baik dari motor bensin yang sudah ada sebelumnya.

  Penyempurnaan dan pengembangan motor bensin antara lain untuk mendapatkan motor dengan daya yang besar.

  Mesin kendaraan yang mempunyai banyak kelebihan pada kenyataannya seringkali mempunyai kendala,seperti :  Bahan bakar boros  Daya tarik mesin lamban

  1

   Mesin tidak tahan lama  Mesin cepat panas  Mesin mengeluarkan suara yang bising  Karburator cepat kotor  Mesin sulit hidup Melihat perkembangan di bidang otomotif yang demikian pesatnya, maka dalam

  Tugas akhir ini penulis ingin mengetahui perbedaan yang terjadi jika mesin mengalami perubahan pada silinder, kepala silinder, piston dan stang piston.

  1.2. Permasalahan

  Dari latar belakang diatas maka penulis mencoba untuk memodifikasi komponen motor bensin (merk/tipe Vespa super 150 cc), dengan cara mengganti silinder ,kepala silinder, stang piston, piston dan ring piston dengan silinder (Suzuki RGR 150 cc) standar,piston,ring piston dan stang piston. Karena penulis ingin mengetahui pangaruh penggantian tersebut terhadap mesin standar.

  1.3. Batasan Masalah

  Agar penulisan tidak menyimpang, maka dibuat batasan seperlunya untuk mempermudah penganalisaan masalah, untuk itu penulis membatasi permasalahan yang dibahas berupa unjuk kerja mesin, yang meliputi :  Perbandingan unjuk kerja antara mesin standar dengan mesin modifikasi.

   Konsumsi bahan bakar tiap mesin.  Kecepatan akselerasi setelah dan sebelum dimodifikasi.

1.4. Tujuan perancangan

  Tujuan dari penulisan / perancangan ini adalah untuk mengetahui unjuk kerja atau perbedaan yang terjadi pada mesin setelah dimodifikasi yang meliputi :  Perbandingan unjuk kerja antara mesin standar dengan mesin modifikasi.  Konsumsi bahan bakar tiap mesin.  Kecepatan akselerasi setelah dan sebelum dimodifikasi.

BAB II TEORI MESIN BENSIN

2.1. Uraian

  Seperti kita ketahui roda-roda suatu kendaraan memerlukan adanya tenaga luar yang memungkinkan kendaraan dapat bergerak serta dapat mengatasi keadaan jalan, udara, dan sebagainya. Sumber dari luar yang menghasilkan tenaga disebut mesin. Mesin merupakan alat yang merubah sumber tenaga panas, listrik, angin, air, tenaga atom, atau sumber tenaga lainnya menjadi tenaga mekanik.

  Mesin pada motor bensin mempunyai volume yang berbeda-beda ada yang volumenya 100cc, 110cc,120cc,150cc dan yang lebih besar dari 150cc. Untuk menghitung volume dari silinder digunakan persamaaan. (Sumber: Petrovsky,hal 192) ₂

   . D . L

  …… Vd = .....….............................................................................................(2.1)

  4 dengan :

  3 Vd : Volume silinder (m ) )

  D : Diameter silinder (m L : Panjang langkah (m) Setelah volume silinder sudah diketahui dan kita sudah mengukur volume dari kepala silinder maka kita bisa menentukan perbandingan kompresi dari mesin dengan persamaan. (Sumber: A.Graham bell, hal 26)

  Vd  CCV

  ……………

  

CR  ..………………………………...………............….…(2.2)

CCV

  4 dengan : CR = Perbandingan kompresi

3 CV = Volume silinder (m )

  CCV = Volume ruang bakar (cc) Maka dengan ini kita dapat menentukan volume total dari silinder dengan persamaan (Sumber: Petrovsky,hal 192) Va = Vd + Vc………………………………………………..………..………..…….(2.3) dengan :

  3 Va = Volume total silinder (m )

  3 Vd = Volume silinder (m )

  3 Vc = Volume compresi clereance (m )

  Untuk menentukan Vc (volume kompresi clereance ) maka akan digunakan persamaan: (Sumber : Petrovsky,hal 192)

  h Vd   _s

  ………………………………………………………

  Vc 

  1  ..….............(2.4)

   

  

  1 L 

    dengan :

  3)

  Vc = Volume compresi clereance (m

3 Vd = Volume silinder (m )

  å = perbandingan kompresi (Petrovsky, hal 192) hs = tinggi lubang transfer (mm) L = Panjang langkah (mm)

  Volume silinder rata-rata dapat kita cari dengan menggunakan persamaan (Sumber :

  Petrovsky,hal 192 ) Vb x Vo

Vas  ...............................................................................................................(2.5)

  2 Sedangkan volume rata-rata silinder dapat kita ketahui dengan persamaan (Sumber :

  Petrovsky,hal 192 ) RTcm

Vcm  ................................................................................................................(2.6)

Pcm

  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 Poros engkol

  Gambar 2-1. Torak dari mekanisme engkol.

  Campuran udara dan bensin dihisap kedalam silinder. Kemudian dikompresikan oleh torak saat bergerak naik. Bila campuran bensin dan udara terbakar dengan adanya api dari busi, maka akan menghasilkan tekanan gas pembakaran yang besar dalam silinder.

  Tekanan rata-rata yang terjadi selama proses pembuangan dapat dihitung dengan persamaan (Sumber : Petrovsky,hal 192)

  Pcm ,

  35 x Psc , 65 x Pcp ......................................................................................(2.7)  

  Dan tekanan akhir pada saat langkah hisap dapat kita tentukan dengan persamaan (Sumber : Petrovsky,hal 192) _{a o ……………………………………………………………………………}

  P (0,85 0,92)P

  ... (2.8)

    Dengan:

  a

  P = Tekanan akhir saat langkah hisap

  o

  P = Tekanan udara luar (diasumsikan ≈ 1atm = 0,1013 Mpa)

  Tekanan akhir langkah kompresi dihitung dengan persamaan (Sumber : Kovakh hal,

  111 ) _{n 1} P  P   (Mpa)..................................................................................................(2.9) _{com a}

  Dengan n = ( 1,3 – 1,37 ) (Kovakh hal 117)

1 Dari gerak lurus (naik turun) torak diubah menjadi gerak putar pada poros engkol melalui batang torak. Gerak putar inilah yang menghasilkan tenaga pada mesin.

  Posisi TMA atau titik mati atas adalah posisi tertinggi yang dicapai oleh torak pada silinder dan posisi terendah yang dicapai torak dalam silinder disebut TMB atau titik mati bawah. Jarak bergeraknya torak antara TMA dan TMB disebut langkah torak (stroke). Campuran udara dan bensin dihisap kedalam silinder dan gas yang telah

  terbakar harus keluar, dan ini harus berlangsung secara tetap. Pekerjaan ini dilakukan dengan adanya gerakkan torak yang naik turun. Proses menghisap campuran udara dan besin kedalam silinder, mengkompresikan, membakarnya dan mengeluarkannya dari silinder disebut satu siklus. Dalam tugas akhir ini akan dititik beratkan pada mesin dua langkah (two stroke engine), yaitu mesin yang tiap siklusnya terdiri dari dua langkah torak. Efisiensi mekanis dihitung dengan persamaan (Sumber : Kovakh hal 598)

  P _be

  .................................................................................................................(2.10)

_mech

  P _i

  Sedangkan tekanan efektif rata-rata dapat dihitung dengan persamaan (Sumber : Kovakh

  hal 598 )

  ………………

  

P  P  P ...……………………................................................(2.11)

_{be i mech}

  Daya rugi-rugi mekanis dihitung dengan menggunakan persamaan (Sumber : Kovakh

  hal 598 )

  ……………………………………………………

  P  A  B  _{mech P}

  V

  .........….……(2.12) Pada saat torak bergerak keatas, campuran tersebut dikompresikan, akibatnya terjadilah tekanan dan temperatur yang tinggi. Temperatur silinder pada awal transfer dapat diketahui dengan menggunakan persamaan (Sumber : Petrovsky,hal 192) _{, 231}

  Pc . Sc

   

  

Tc . Sc  Tb ...............................................................................................(2.13)

   

  Pb

    Selanjutnya api dari busi dipercikkan sehingga mengakibatkan timbulnya energi panas, akibatnya terdoronglah torak kebawah, menekan batang torak dan menggerakkan poros engkol, ditunjukkan pada Gambar 2.1 Gerakan turun-naik (bolak-balik) dari torak

  diubah menjadi gerak putar oleh poros engkol. Poros engkol dihubungkan dengan roda belakang melalui sistem pemindah daya, sehingga pada saat poros engkol berputar, roda belakang juga berputar dan kendaraan bergerak.

2.2. Klasifikasi Motor Bensin

  Motor bakar diklasifikasikan berdasarkan : 1. motor dua langkah 2. motor empat langkah

2.2.1. Jumlah Langkah Tiap Proses

  Jumlah langkah tiap proses pada 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.

  Untuk menghitung daya yang dihasilkan oleh mesin maka digunakan persamaan (Sumber : Kovakh hal,166)

  P i _{i h} V n

  ……………………

  

N  .…………………………………….…...........…(2.14)

_i

  60 Dengan:

  P  tekanan indikasi rata-rata (MPa) _i

  V  volume kerja silinder (Liter) _h

2.3. Susunan dan Jumlah Silinder

  Pada umumnya motor penggerak yang digunakan pada kendaraan (sepeda motor) di indonesia mempunyai satu silinder tetapi ada pula 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.

2.4. 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 daripada 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 :Wardan Suyanto1989. Hal.12

2.5. 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.

2.5.1. 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 seperti ditunjukkan pada gambar 2.3 Disebabkan oleh singkatnya pembakaran, tekanan dalam seluruh ruang bakar tidak sama sehingga terjadi gangguan keseimbangan, dengan tekanan tinggi setempat. Untuk menghitung konsumsi bensin yang digunakan mesin maka dapat kita cari dengan persamaan (Sumber :petrovsky, hal 63): d ch V  ç  n  60  i h ………………………

  F  ..……………………..............….....................…

  (2.15)

  ' '' o 2  á.  L

  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 :  Mengurangi tekanan dan temperatur bahan bakar dan udara yang masuk ke ruang bakar  Mengurangi perbandingan kompresi  Memperlambat saat penyalaan  Mempertinggi angka oktan bensin  Pendinginan gas yang belum terbakar  Membuat konstruksi ruang bakar yang sedemikian rupa sehingga bagian yang terjauh dari busi mendapat pendinginan yang lebih baik.

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

Gambar 2.3 Perjalanan pembakaran normal (a-d)

  dan selama pembakaran terjadi pembakaran sendiri (e-h) Sumber :H. Berenschot.Hal. 60

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

2.5.2. Bahan Bakar

  Sampai saat ini bahan bakar yang dipakai pada mesin bensin adalah bensin, tetapi ada beberapa mesin yang menggunakan alkohol, LPG atau bahan bakar lainnya.

  Di sini hanya menjelaskan bahan bakar bensin secara umum.

  a. Sifat utama bensin Bensin mengandung hidrokarbon hasil sulingan minyak mentah. Bensin mengandung gas yang mudah terbakar, umumnya bahan bakar ini digunakan untuk mesin dengan pengapian busi. Sifat yang dimiliki bensin sebagai berikut :

   Mudah menguap pada temperatur normal  Tidak berwarna, tembus pandang dan berbau  Mempunyai berat jenis yang rendah (0,60 sampai 0,78)  Dapat melarutkan oli dan karet  Menghasilkan jumlah panas yang besar (9.500 – 10.500 kcal/kg)  Sedikit meninggalkan carbon setelah dibakar.

  b. Syarat-syarat bensin Kualitas berikut ini diperlukan oleh bensin untuk memberikan kerja mesin yang baik.

   Mudah terbakar  Pembakaran serentak di dalam ruang bakar dengan sedikit knocking.

   Mudah menguap  Bensin harus mampu membentuk uap dengan mudah untuk memberikan campuran udara – bahan bakar dengan tepat saat menghidupkan mesin yang masih dingin.

   Tidak beroksidasi dan bersifat pembersih  Sedikit perubahan kualitas dan perubahan bentuk selama disimpan. Selain itu juga bensin harus mencegah pengendapan pada sistem intake.

  c. Nilai oktan Nilai oktan (octan number) atau tingkatan dari bahan bakar adalah mengukur bahan bakar bensin tehadap anti-knock characteristic. Bensin dengan nilai oktan tinggi akan tahan terhadap timbulnya engine knocking dibanding dengan nilai oktan yang rendah.

2.6. Proses Penyalaan

  Untuk membangkitkan loncatan listrik antara kedua elektroda busi diperlukan perbedaan tegangan yang cukup besar. Besarnya tegangan tergantung pada beberapa faktor berikut :

   Perbandingan campuran bahan bakar dan udara  Kepadatan campuran bahan bakar dan udara  Jarak antara kedua elektroda serta bentuk elektroda  Jumlah molekul campuran yang terdapat diantara kedua elektroda

   Temperatur campuran dan kondisi operasi yang lain. Perbandingan campuran bahan bakar dan udara berkisar antara 0,06-0,12. Untuk menyalakan campuran bahan bakar dan udara yang miskin diperlukan perbedaan tegangan yang relatif lebih besar daripada untuk campuran kaya. Untuk menghitung berat udara spesifik dapat digunakan persamaan (Sumber :petrovsky, hal 63):

  Pc x Sc x Vc Sc

I  .............................................................................(2.16)

_II Pcm 

  RTc x Sc x ep x  ep Vcm

  Sedangkan untuk menghitung waktu efisien dalam proses penghisapan dapat gunakan persamaan (Sumber :petrovsky, hal 63):

   a x o x Vd RTsc

I  ..........................................................................................(2.17)

_III

   sc x  sc psc

  Pada umumnya disediakan tegangan yang lebih besar untuk menjamin agar selalu terjadi loncatan api listrik di dalam segala keadaan, misalnya antara 10.000- 20.000 volt. Hal ini mengingat juga akan kondisi operasi yang dapat berubah sebagai akibat keausan mesin yang tidak dapat dihindari. Makin padat campuran bahan bakar dan udara maka tegangan yang diperlukan akan makin tinggi untuk jarak elektroda yang sama. Karena itu diperlukan tegangan yang lebih tinggi bagi motor dengan perbandingan kompresi yang lebih besar. Terutama apabila tekanan campuran yang masuk silinder itu tinggi dan loncatan listrik ditentukan pada waktu torak berada lebih dekat dengan TMA.

  Makin besar jarak elektroda busi maka akan semakin besar pula perbedaan tegangan yang diperlukan untuk memperoleh intensitas api listrik yang sama. Jumlah minimum molekul yang harus ada di antara kedua elektroda pada waktu terjadi loncatan listrik sangat menentukan apakah penyalaan dapat berlangsung sebaik-baiknya.

  Karena jumlah molekul sangat tergantung pada perbandingan campuran jumah gas sisa, temperatur, dan kondisi operasi yang lain, sehingga jumlahnya dapat berubah- ubah. Dengan memperbesar jarak elektroda diharapkan jumlah minimum itu dapat dicapai walaupun keadaan operasinya berubah-ubah. Tetapi jarak elektroda juga menentukan besarnya tegangan. Dan tegangan yang terlalu tinggi tidak menguntungkan. Tegangan yang tinggi memerlukan kabel listrik yang diisolasi secara cermat sehingga harganya menjadi lebih mahal.

  Intensitas loncatan api listrik juga ditentukan oleh jarak antara kedua elektroda busi. Jarak elektroda yang optimum adalah antara 0,6-0,8 mm. Selain itu penentuan tempat busi di dalam ruang bakar juga penting. Loncatan api listrik tidak boleh terjadi di tempat lain kecuali di antara kedua elektroda busi. Supaya selalu terdapat campuran bahan bakar dan udara yang mudah terbakar di antara kedua elektroda, tempat yang terbaik untuk busi ialah ditengah kepala kubah.

  Pada sistem penyalaan konvensional (penyalaan dengan menggunakan platina) terdiri dari sebuah baterai sebagai sumber energi listrik, kontak penyalaan (platina), kumparan penyalaan (koil), tahanan distributor (yang di dalamnya terdapat pemutus arus, kam, rotor dan alat pengatur saat penyalaan), busi, serta kabel-kabel tegangan tinggi dan rendah. Selain penyalaan secara konvensional, ada yang menggunakan sistem penyalaan elektronik.

2.7. Sistem Pengisian dan Pembuangan

2.7.1. Sistem Pengisian

  Sistem pengisian adalah sistem yang berfungsi untuk memungkinkan mengalirnya campuran udara dan bahan bakar ke dalam silinder, Pada saat torak bergerak keatas menuju Titik Mati Atas.terjadi perubahan volume pada silinder yang dapat dihitung dengan persamaan, (Sumber: Petrovsky,hal 192)

  h _s

  ………………………………………

  

Vo  Va  .……………….………..……..(2.18)

L

  dengan

  3 Vo : Volume silinder pada akhir dan awal langkah isap (m )

3 Va : Volume total silinder (m )

  hs : Tinggi lubang transfer terbuka ( ° ) (Petrovsky, hal 192) L : Panjang langkah (mm) dengan jumlah masing-masing silinder kira-kira sama (bila silinder lebih dari satu) dan dengan hambatan yang sekecil mungkin. Pengaruh dari tinggi lubang hisap dapat dihitung dengan persamaan (Sumber: A.Graham bell, hal 26) _{2 2 2}

   

  T  R  L D  180  Cos x

  2 ............................................................................(2.19)   2 x R x T  

  Dengan : R: Panjang langkah yang dibagi dua ( mm) L: Panjang pena piston ( mm ) E : tinggi lubang transfer

  Kemudian dapat kita tentukan pengaruh dari tinggi lubang bilas dengan persamaan (Sumber: A.Graham bell, hal 26) _{2 2 2}

   P  R  L  ……………………

  D  Cos x

  2 ..…………….........……….......…(2.20)   2 x R x P  

  Bagian-bagian dari sistem pengisian ini adalah penyaring udara, sistem pengontrol udara, dan saluran pemasukan atau sering disebut dengan intake manifold. Efisiensi dari pengisian dapat kita hitung dengan persamaan (Sumber : Petrovsky,hal 32) _{a ch} å P

  1 _{……………………………………………………………………} ç    _{o T a}

  .( 2.21)

  å 

  1 P _{r o}

  

  1  ã  T

  Dengan:

  a

  P = Tekanan akhir saat langkah hisap

  o

  P = Tekanan udara luar

  a

  T = Temperatur udara saat akhir langkah hisap

  o

  T = Temperatur udara luar (atmosfer) å = Perbandingan kompresi.

  ã = Koefisien gas buang

  r

  Temperatur akhir langkah kompresi dihitung dengan persamaan (Sumber : Kovakh hal,

  111 ) _{n 1  1} T T  ..........................................................................................................(2.22) _{com a}  

  Tekanan akhir pada langkah pembakaran dihitung dengan persamaan (Sumber : Kovakh

  hal,589 )

  T _Z

  ………………………………………………………………

   P  P _{Z com}

  .........(2.23)

  T _com

  Setelah kita dapatkan hasil dari temperatur dan tekanan akhir saat kompresi maka kita mendapatkan Rasio penambah tekanan yang dihitung dengan menggunakan persamaan (Sumber : Kovakh hal,589)

  P _Z

  ……

  

  ...…………………………………………………………….........…(2.24)

P _com

  Sistem pemasukan bahan bakar ke dalam silinder ada dua macam yaitu dengan menggunakan karburator atau dengan injeksi pada pada ruang bakar, sistem injeksi ini menyemprotkan bahan bakar langsung di ruang bakar.

2.7.2. Sistem Pembuangan

  Sistem pembuangan adalah sistem untuk mengalirkan gas bekas pembakaran dari dalam silinder ke udara luar dengan tanpa mengurangi tenaga yang dihasilkan motor dan sedikit mengganggu lingkungan baik yang berupa polusi suara maupun polusi udara. Satu siklus selama pembuangan dapat dihitung dengan persamaan (Sumber : Petrovsky,hal 192)

  Pc x Sc x Vc Sc

I  ............................................................................(2.25)

_II Pcm RTc x Sc x  ep x  ep Vcm