DASAR DASAR MOTOR BENSIN ~ VOKASI-OTOMOTIF

A. Pendahuluan

Motor bakar adalah suatu pesawat yang digunakan untuk merubah energi kimia bahan bakar menjadi energi panas (termal), dan menggunakan energi tersebut untuk melakukan kerja mekanik.

1. Proses Pembakaran

Pembakaran di dalam silinder adalah reaksi kimia tu reaksi persenyawaan bahan bakar dengan udara (oxygen), yang diikuti dengan timbulnya panas. Panas yang dilepas selama proses pembakaran inilah yang digunakan untuk tenga/power.

Mekanisme pembakaran dipengaruhi oleh keseluruhan proses pembakaran di mana atom-atom dari bahan bakar dapat bereaksi dengan oxigen dan membentuk gas. Perbandingan campuran kira-kira 12 sampai 15 berbading 1, artinya 12 – 15 kg udara dalam 1 kg bahan bakar.

Pada motor bensin menggunakan bahan bakar bensin yang mudah terbakar dan mudah menguap. Campuran udara dan bensin yang masuk kedalam silinder dan dikompresikan oleh torak pada tekanan 8-15 bar atau 8-15 kg/cm² dinyalakan oleh loncatan bunga api listrik (busi). Kecepatan pembakaran 10 -25 m/det, suhu udara naik hingga 2000-2500⁰ C , tekanan pembakaran berkisar 30- 40 bar.

Proses pembakaran pada motor bensin dapat terjadi apabila :

a. Campuran bahan bakar udara masuk kedalam silinder.

b. Campuran dikompresikan.

c. Bahan bakar dinyalakan dengan bunga api listrik (busi).

Bensin mengandung unsur-unsur carbon dan hydrogen yang dapat terbakar apabila :

a. Hydrocarbon terbakar bersama oxygen sebelum carbon bergabung dengan oxygen.

Carbon terbakar lebih dahulu daripada hydrogen.
Senyawa hydrocarbon terlebih dahulu bergabung dengan oxygen dan membentuk senyawa (senyawa hydroxilasi) dan kemudian terbakar (thermis).

Jika pembakaran berlangsung, diperlukan :

1. Bahan bakar dan udara dimasukan kedalam silinder.

2. Baha bakar dipanaskan hingga suhu nyala.

Dalam pembakaran hydrocarbon yang normal tidak akan terjadi jelaga jika kondisinya memungkinkan untuk proses hydroxilasi. Hal ini dimungkinkan bila pencampuran pendahuluan (premixture) antara bahan bakar dan udara mempunyai waktu yang cukup untuk memasukan oxygen kedalam molekul hydrocarbon.

Bila oxygen dan hydrogen tidak bercampur dengan baik, maka akan terjadi proses cracking di mana pada nyala akan timbul asap. Pembakaran semacam ini disebut pembakaran tidak sempurna.

Ada 2 kemungkinan yang dapat terjadi pada pembakaran motor bensin, yaitu:

1. Pembakaran sempurna (normal), di mana bahan bakar dapat terbakar seluruhnya pada saat dan kondisi beban yang dikehendaki.

2. Pembakaran tidak sempurna (tidak normal), di mana sebagian bahan bakar tidak ikut terbakar, atau atau tidak terbakar bersama-sama pada saat dan kondisi yang dikehendaki.

a. Pembakaran Sempurna (normal)

Grafik pembakaran sempurna dapat dilihat pada gambar di bawah ini:

Gambar 1.1. Grafik Pembakaran Sempurna.

Pada gambar memperlihatkan suatu grafik yang menunjukan hubungan antara tekanan dari sudut engkol mulai dari saat penyalaan sampai akir pembakaran. Dari grafik tersebut dapat dilihat bahwa beberapa derajat setelah TMA.

Mekanisme pembakaran normal dalam motor bensin dimulai pada saat terjadinya loncatan bunga api pada busi. Selanjutnya api membakar gas bakar yang berada di sekelilingnya dan terus menjalar ke seluruh bagian sampai semua partikel gas bakar terbakar habis. Mekanisme pembakaran normal dalam motor bensin dimulai pada saat terjadinya loncatan api pada busi. Selanjutnya api membakar gas bakar yang berada disekelilingnya dan terus menjalar sampai seluruh partikel terbakar. Pada saat gas bakar dikompresikan , tekanan dan suhunya naik sehingga terjadi reaksi kimia dimana molekul hidro karbon terurai dan bercampur dengan oxygen dan udara. Bentuk ruang bakar yang dapat menimbulkan turbulensi pada gas tadi akan membuat gas dapat bercampur secara homogen.

b. Pembakaran Tidak Sempurna (Autoignition)

Pembakaran tidak sempurna merupakan proses pembakaran dimana sebagian bahan bakar tidak ikut terbakar, atau tidak terbakar bersama pada saat keadaan yang dikehendaki. Bila oxygen dan hdrokarbon tidak bercampur dengan baik maka akan terjadi proses pembakaran tidak normal timbul asap. Pembakaran semacam ini disebut pembakaran tidak sempurna. Akibat pembakaran tidak sempurna yaitu: Detonasi, dan Pre-ignition

1). Detonasi

Dalam hal ini gas baru yang belum terbakar terdesak oleh gas yang yang telah terbakar, sehingga tekanan dan suhu naik sampai keadaan hampir tebakar. Jika pada saat ini gas terbakar dengan sendirinya maka akan timbul ledakan (detonasi) yang menghasilkan gelombang kejutan (explosip) berupa suara ketukan (knocking noise) yang terjadi pada akhir pembakaran. Tekanan pembakaran dalam silinder lebihcept dari 40kg/cm2 tiap 0,001 detik. Akibatnya tenaga mesin berkurang dan akan memperpendek umur mesin. Hal-hal yang menyebabkan knocking adalah:

a. Perbandingan kompresi yang tinggi, tekanan kompresi, suhu pemanasan campuran, dan suhu silinder yang terlalu tinggi.

b. Pengapian yang terlalu cepat.

c. Putaran mesin rendah dan penyebaran api lambat.

d. Penempatan busi dan konstruksi ruang bakar tidak tepat, serta jarak penyebaran api terlampau jauh.

Penyebab detonasi pada motor bensin terbagi dalam dua jenis :

a). Detonasi karena campurab bahan bakar sudah menyala sebelum busi mengeluarkan bunga api.. Hal ini disebabkan karena kotoran-kotoran arang yang tertimbun diatas kepla torak dan ruang bakar dan menyala terus menerus.. Untuk menghilangkannnya kotoran-kotoran yang menenpel perlu dibersihkan.

b). Detonasi karena kecepatan pembakaran bahan bakar di sekitar busi sangat tinggi. Hal ini mengakibatkan bahan bakar tidak dapat terbakar secara sempurna dan meninggalkan sisa bahan bakar yang belum terbakar terkompresikan, menyebabka suhu pembakaran naik. Bahan bakar terbakar dengan sendiirinya tanpa melalui busi. Artinya pembakaran bahan bakar lebih cepat daripada pembakaran normal.

pengapian

2). Pre-ignition

Gejala pembakaran tidak sempurna adalah pre-ignation peristiwanya hampir sama dengan knocking tetapi terjadi hanya pada saat busi belum memercikan bunga api

Bahan bakar terbakar dengan sendirinya sebagai akibat dari tekanan dan suhu yang cukup tinggi sebelum terjadinya percikan bunga api pada busi.

Jadi pre-ignation adalah peristiwa pembakaran yang terjadi sebelum sampai pada waktu yang dikehendaki.

C. Pembakaran tidak lengkap

Pembakaran tidak lengkap yaitu apabila saat terjadinya loncatan bunga api pada busi untuk membakar semua hydrogen dan oxygen yang terkandung dalam campuran bahan bakar masih ada kelebihan atau kekurangan oxygen atau hydrogebn.

2. Penggolongan Motor bakar torak.

Jika ditinjau dari cara memperoleh energi termal ini (proses pembakaran bahan bakar), maka motor bakar dapat dibagi menjadi 2 golongan yaitu: motor pembakaran luar dan motor pembakaran dalam.

1). Motor Pembakaran Luar

Motor pembakaran luar yaitu motor yang proses pembakaran bahan bakar terjadi di luar motor, sehingga untuk melaksanakan pembakaran digunakan mekanisme tersendiri. Panas dari hasil pembakaran bahan bakar tidak langsung diubah menjadi tenaga gerak, tetapi melalui media penghantar, kemudian diubah menjadi tenaga mekanik. Misalnya mesin uap dan turbin uap.

2). Motor Pembakaran Dalam

Motor pembakaran dalam yaitu motor yang proses pembakaran bahan bakar terjadi di dalam motor, sehingga panas dari hasil pembakaran langsung diubah menjadi tenaga mekanik. Misalnya: turbin gas, motor bakar torak dan mesin propulasi pancar gas.

B. Jumlah dan Penempatan silinder

1). Jumlah silinder

Jika ditinjau dari jumlah silinder, motor bakar terbagi atas : motor bakar satu silinder dan motor dengan lebih dari satu silinder (2, 3, 4, 6, 8, dst).

Gambar 1 menunjukan motor bakar dengan 1 silinder dan gambar 2 menunjukan motor bakar dengan 4 silinder

Alasan motor dibuat lebih dari satu silinder

· Motor lebih tenang, karena gaya penggerak poros engkol lebih merata.

· Getaran kecil, karena gaya-gaya torak saling menyeimbangkan

Gambar 1.4 Motor satu siinder Gambar 1.5 Motor silinder banyak

2). Susunan silinder

Jika ditinjau dari susunan silinder, motor bakar torak dapat dibagi menjadi :

a). Sebaris

Siinder-silinder sebaris ditempatkan dalam sebuah deretan seperti terlihar pada gambar 5.

Keuntungannya :

· Konstruksi sederhana

· Tak banyak getaran

· Perawatan mudah

· Bila jumlah silinder lebih dari 4 konstruksi terkesan panjang

· Keseimbangan getaran jelek jika jumlah silinder kurang dari 4

Gambar 1. 6. Silinder Sebaris.
b). “V” Motor bentuk “V” adalah motor yang silinder-silinder disusun dalam dua baris dengan medengan membentuk sudut satu sama membentuk sudut satu sama lain seoerti terlihat pada gambar 6 Gambar 1.7. Silinder “V.” Keuntungannya : · Konstruksi pendek untuk silinder banyak · Poros engkol sederhana ( dua batang torak pada satu pena ) · Perlu 2 kolektor gas buang · Keseimbangan getaran lebih buruk dari motor sebaris
c). Boxer (tidur) Adalah motor bakar torak yang silinder-silindernya dalam sebuah motro rata (Flat) ditempatkan sejajar betentangan seperti terlihat pada gambar 7.

Gambar 1. 8. Silinder Boxer.

Keuntungannya :

· Konstruksi pendek dan rendah

· Keseimbangan getaran lebih baik dari lainnya

· Perlu 2 kolektor gas buang

· Saluran isap panjang jika hanya satu karburator

C. Jenis Motor Bakar torak

Motor bakar torak terbagi menjadi dua jenis utama, yaitu Motor Bensin (Otto) dan Motor Diesel. Perbedaan kedua yaitu motor bensin menggunakan bahan bakar bensin (premium), sedangkan motor diesel menggunakan bahan bakar solar. Perbedaan yang utama juga terletak pada sistem penyalaannya, di mana pada motor bensin digunakan busi sebagai sistem penyalaannya sedangkan pada motor diesel memanfaatkan suhu kompresi yang tinggi untuk dapat membakar bahan bakar solar.

a). Prinsip Kerja Motor Bensin

Pada motor bensin, bensin dibakar untuk memperoleh energi termal. Energi ini selanjutnya digunakan untuk melakukan gerakan mekanik. Prinsip kerja motor bensin, secara sederhana dapat dijelaskan sebagai berikut: campuran udara dan bensin dari karburator diisap masuk ke dalam silinder, dimampatkan oleh gerak naik torak, dibakar untuk memperoleh tenaga panas, dan dengan terbakarnya gas-gas akan mempertinggi suhu dan tekanan dalam silinder motor. Bila torak bergerak turun naik di dalam silinder dan menerima tekanan tinggi akibat pembakaran, memungkinkan torak terdorong ke bawah. Bila batang torak dan poros engkol dilengkapi untuk merubah gerakan turun naik menjadi gerakan putar, torak akan menggerakkan batang torak dan akan memutarkan poros engkol. Torak juga diperlukan untuk membuang gas-gas sisa pembakaran dan penyediaan campuran udara bensin pada saat yang tepat untuk menjaga agar torak dapat bergerak secara periodik dan melakukan kerja tetap.

Kerja periodik di dalam silinder dimulai dari pemasukan campuran udara dan bensin ke dalam silinder, kompresi, pembakaran dan pengeluaran gas-gas sisa pembakaran dari dalam silinder inilah yang disebut dengan “siklus motor”. Pada motor bensin terdapat dua macam tipe yaitu:

1). Motor bakar 4 tak (4 langkah atau 4 gerakan) .Pada motor 4 tak, untuk melakukan satu siklus kerja memerlukan 4 gerakan torak atau dua kali putaran poros engkoL

2). Motor bakar 2 tak ( 2 langkah atau 2 gerakan). Motor 2 tak, untuk melakukan satu siklus kerja memerlukan 2 gerakan torak atau satu putaran poros engkol.

Kemampuan motor (Performance)

Kemampuan motor adalah prestasi suatu motor yang hubungannya dengan daya motor yang dihasilkan serta daya guna motor tersebut. Ada beberapa faktor yang dapat mempengaruhi kemmpuan motor antara lain :

Volume langkah torak.
Volume ruang bakar
Perbandingan kompresi.
Efesinsi volumetrik.
Efesiensi pemasukan.
Efesiensi panas dan daya usaha.

a.Volume langkah torak (volume silinder)

Yang dimaksud dengan volume langkah torak adalah volume silinder yang dihiutng dari titik mati atas (TMA) sampai titik mati bawah (TMB). Volume ini yang mempengaruhi volume gas yang masuk keseluruh silinder yang akan menghasilkan energi pembakaran setelah gas tersebut terbakar. Apabila volume langkahnya besar, maka gas yang masuk juga banyak sehingga energi pembakarannya besar, akan menghasilakn perubahan energi panas menjadi energi mekanis juga besar. Apabila keadaannya terbalik, maka hasilnyapun akan terbalik.

Gambar 1.16. Posisi Torak..

Keterangan :

TMA = Titik Mati Atas ( Batas teratas langkah torak )

TMB = Titik Mati Bawah ( Batas terbawah langkah torak )

L = Panjang langkah torak dari TMB ke TMA

r = Radius / Jari-jari engkol

Panjang langkah torak = 2 kali radius engkol

L = 2 x r

Rumus : Vs = . D² . S [Cm³] D = Diameter silinder

S = Langkah torak ( L )

Vs = Volume silinder

Contoh

Diketahui : Vol motor = 1800 Cm³

Jumlah silinder ( I ) = 4 ; Diameter silinder = 82 mm = 8,2 cm

Ditanyakan : Langkah torak = ….

Jawab :

b). Volume ruang bakar

Volume ruang bakar adalah volume yang ada diantara torak dan kepala silinder bilamana torak pada TMA. Karena bentuknya yang tidak semestris seperti volume langkah torak ,maka biasanya dihitung dengan menungkan cairan kedalam ruang bakar, kemudian dengan menggunakan gelas ukur dapat diketahui volumenya. Volume ruang bakar sering disebut juga volume kompresi. (Vk)

Umumnya volume ruang bakar dari suatu motor dinyatakan dalam Cm³ ( cc ) atau liter (l).

Gambar 1.17. Volume ruang bakar.

Berdasarkan ukuran diameter silinder dan langkah torak, motor bakar torak dibedakan menjadi :

a). Jika diameter silinder sama dengan langkah torak disebut Square Engine.

b). Jika langkah torak lebih kecil dari diameter silinder disebut Over Square Engine. c) jika langkah torak lebih besar diameter silinder disebut Long Stroke Engine

c). Perbandingan Kompresi

Perbandingan kompresi (tingkat pemampatan) adalah perbandingan antara isi silinder diatas torak saat torak di TMB dengan volume diatas torak saat torak di TMA

Gambar 1.18. Perbandingan Kompresi.

Rumus :

Vs =Vl = Vol. Langkah

Vk = Vol. Kompresi

Motor otto = 7 : 1 s/d 12 : 1

Motor diesel = 14 : 1 s/d 25 : 1

d).Tekanan Kompresi

Tekanan kompresi suatu motor adalah tekanan campuran bahan bakar dan udara dalam langkah kompresi sehingga tekanan dalam silinder naik. Tekanan kompresi tergantung pada perbandingan lompresi, suhu pada permulaan langkah kompresi.

Motor otto = 10 s/d 17 bar

Motor diesel = 30 s/d 50 bar

e).Tekanan Pembakaran

Tekanan pembakaran sering disebut juga dengan tekanan kerja suatu motor adalah tekanan setelah pembakaran campuran bahan bakar dan udara dalam silinder. Permukaan torak menerima tekanan kerja dan merubah tekanan tersebut menjadi gaya. Gaya ini diteruskan ke batang torak yang menyebabkan berputarnya poros engkol. Berputarnya poros engkol akan menyebabkan timbul nya tenaga putar yang disebut “torsi”.

Motor otto = 30 s/d 40 bar

Motor diesel = 60 s/d 90 bar

f). Tekanan Efektif Rata-rata (Brake Mean Pressure - BMEP)

Proses pembakaran udara dengan bahan bakar menghasilkan tekanan yang bekerja pada torak sehingga menghasilkan langkah kerja. Besar tekanan tersebut berubah-ubah sepanjang langkah torak tersebut. Jika diambil suatu tekanan yang berharga konstan yang bekerja pada torak dan menghasilkan kerja yang sama, maka tekanan tersebut disebut dengan tekanan efektif rata-rata .

Tekanan efektif rata-rata yang didapatkan dengan membagi daya yang dihasilkan dengan volume perpindahan torak. Kenaikan daya tentu membuat Tekanan Efektif Rata-rata (Brake Mean Pressure - BMEP).ikut naik.

g). Momen putar (Torsi)

Proses pembakaran di dalam silindr selanjutnya menimbulkan tekanan pembakaran yang diteruskan untuk menekan torak. Akibat adanya tekanan ini torak akan merubah tekanan tersebut menjadi gaya. Gaya ini selanjutnya diteruskan ke batang torak yang nantinya akan menyebabkan berputarnya poros engkol. Berputarnya poros engkol akan menyebabkan timbulnya tenaga putar dan tenaga putar inilah yang disebut torsi.

Momen putar ( torsi ) suatu motor adalah kekuatan putar poros engkol yang akhirnya menggerakkan kendaraan.

Gambar 1.19. Ilustrasi Momen putar.

Momen putar adalah perkalian antara gaya keliling dan jari-jari.

Mp = Fk . r [ Nm ]

Fk = Gaya keliling, diukur dalam satuan Newton ( N )

r = Jari-jari ( jarak antara sumbu poros engkol sampai tempat mengukur gaya

keliling ), diukur dalam satuan meter ( m ).

Pada motor, gaya Fk adalah gaya yang bekerja pada batang penggerak dan r adalah lengan poros engkol atau separuh dari langkah torak. Jika langkah torak cukup panjang dan tekanan pembakaran cukup tinggi, maka akan menghasilkan torsi yang cukup besar juga. Panjang langkah torak juga akan mempengaruhi kecepatan translasi dari torak di mana untuk langkah torak yang panjang dan untuk langkah torak yang pendek pada suatu harga kecepatan putar tertentu akan menghasilkan kecepatan trnslasi yang berbeda atau untuk langkah torak yang panjang akan lebih cepat dari pada langkah torak yang pendek.

Kecepatan translasi torak terbatas pada suatu harga kecepatan tertentu sehingga untuk motor dengan langkah torak yang panjang menyebabkan putaran mesin lebih rendah dibanding dengan motor yang mempunyai langkah torak yang pendek. Dengan adanya hubingan antara kecepatan translasi torak dan langkah torak, maka bila diambil harga efesinsi volumetrik pada kecepatan translasi torak yang tertentu,efesinsi volumtrik akan maksimum pada kecepatan putar yang rendah, untuk motor dengan langkah torak panjang dan pada kecepatan putar yang tinggi untuk motor dengan langkah torak yang pendek. Demikian pula dengan torsi yang dihasilkan dimana untuk motor dengan langkah torak panjang, torsi maksimum dihasilkan pada putaran rendah dan untuk motor dengan langkah torak pendek, torsi mksimum dihasilkan pada putaran tinggi.

g). Daya

Yang dimaksud dengan daya motor adalah besar kerja motor yang diberikan ke poros penggerak..

Gambar 1.20. Ilustrasi Daya motor.

· Daya adalah hasil kerja yang dilakukan dalam batas waktu tertentu [ F.c/ t ]

· Pada motor daya merupakan perkalian antara momen putar (Mp ) dengan putaran mesin ( n )

Daya motor, dihitung dalam satuan kilo Watt ( Kw )

Angka 9550 merupakan faktor penyesuaian satuan.

Mp = Momen putar ( Nm )

n = Putaran mesin ( Rpm )

f). Efisiensi motor bakar

Efisiensi adalah angka perbandingan dari daya mekanis yang dihasikan oleh motor dengan daya kalor bahan bakar yang telah digunakan. Efesiensi biasanya ditunjukan dalam kaitannya dengan efesiensi motor adalah efesiensi thermal efektif atau keseluruhan efesiensi. Dari gambar 20 dapat dilihat bahwa :

1). Kerugian panas hilang sekitar 30 % melalui cairan pendingin.

2). Gas bekas yang mempunyai tekanan tertentu bila meninggalkan motor, sekitar 30 % dari persediaan tenaga panas hilang.

3). Gesekan dan radiasi mengambil panas sekitar 10 %..

Dengan demikian panas yang tersisa sekitar 30 % yang digunakan sebagai tenaga mekanik yang berguna. Distribusi panas dari hasil proses pembakaran motor inilah yang disebut keseimbangan panas.

Motor Otto ( h ) = 20% ÷ 35%,

Motor Diesel ( h ) = 35% ÷ 55%.

Out put

Besar efisiensi motor secara umum :

Input :

Daya kalor yang diberikan bahan bakar » 100%

Daya mekanis yang dihasilkan » 30 %

Gambar 1.21. Ilustrasi Efisiensi.

Panas yang tersisa yang digunakan sebagai tenaga mekanis yang berguna disebut “Efesiensi panas”. Semakin besar efesiiensi panas dari suatu motor, maka semakin besar pula kemampuan suatu motor.

g. Efesiensi Volumetrik.

Volume campuran udara dan bahan bakar yang masuk kesilinder pada saat langkah isap secara teoritis sama dengan volume langkah torak daari titik mati atas sampai titik mati bawah. Volume ini akan menghasilkan tenaga jika terbakar. Namun kenyataannya voume yang masuk kedalam silinder lebih kecil dari volume langkah torak akibat beberapa faktor seperti tekanan udara, temperatur udara, sisi sisa gas bekas, panjang saluran masuk (Intake manifold), bentuk saluran masuk dan kehalusan permukaan dalam saluran. Besarnya volume campuran gas yang sebenarnya masuk kedalam silinder pada langkah isap dengan volume gas yang dapat masuk dinyatakan dalam suatu angka perbandingan yang disebut efesiensi volumetrik. Untuk jelasnya :

Jumlah volume campuran gas pada tekanan dan dan temperatur sekeliling

Efesinsi volumetrik ( hv ) = ----------------------------------------------------------

Volume langkah

h).Efesiensi Pengisian.

Dalam menetukan berat berat suatu gas, harus ditentukan dahulu patokan dari temperatur dan tekanan shingga perubahan dari volume menjadi menjadi berat dapat diketahui Sebagai patokan telah ditetapkan suatu harga temperatur dan tekanan((standard temperature and pressure), yang menetapkan bahwa :

(T₀) = 15 ⁰ C

(p₀) = 1 atm = 760 mm Hg.

Dengan menggunakan rumus : p.v = n.R.T dapat dilihat hubungan antara berat, volume, tekanan dan temperatur dari suatu gas. Dalam kondisi tertetu, suatu gas dapat ditentukan beratnya dimana apabila berat gas yang masuk ke dalam silinder diperbandingkan dengan berat gas yang sebenarnya masuk ke dalam silinder disebut efesiensi voumetrik. Namun jika kondisi gas dirubah ke kondisi standart baik dalam bentuk volume maupu berat dari gas diperbandingkan yang menghasilkan suatu harga perbandingan disebut “efesiensi pengisian.”

Efesiensi pengisian adalah suatu harga perbandingan antara volume gas yang tidak dipengaruhi oleh kondisi temperatur dan tekanan sekelilingnya dengan volume langkah. Artinya volume gas yang masuk kedalam silinder harus sesuai dengan standar temperatur dan tekanan standart.

Jumlah volume campuran gas pada tekanan dan temperatur sekeliling (p dan T dirubah ke p⁰ dan T⁰

Efesiensi pengisian = ---------------------------------------------------------------------------

Volume silinder

Atau

Jumlah berat campuran gas yang dapat masuk ke dalam silinder pada p dan T

Efesiensi pengisian = ---------------------------------------------------------------------------

Jumlah berat campuran gas yang seharusnya masuk ke dalam silinder pada p⁰ dan T⁰

Nilai efesiensi volumetrik dan efesiensi pengisian bila semakin besar, maka semakin banyak campuran gas yang masuk kedalam silinder. Ini berarti semakin besar daya yang dihasilkan. Nilai efesiensi volumetrik dan efesiensi pengisian juga dipengaruhi oleh bentuk dan panjang saluran isap, kehalusan permukaan dalam saluran, dan kecepatan mesin. Nilai efesiensi volumetrik dan efesiensi pengisian berkisar antara 65 – 85 %. Untuk menaikan nilai efesiensi volumetrik dan efesiensi pengisian dapat dilakukan dengan :

1). Intake manifold yang dihaluskan akan menghasilkan daya mekanis lebih tinggi dibandingkan dengan yang standard seperti terlihat pada gambar 21. Penggunaan intake manifold yang dihaluskan membuat efisiensi motor bakar meningkat rata-rata sebesar 5.24 % .

Gambar 1.22. Efisiensi motor bakar.

2). Proses pemasukan gas kedalam silinder dibantu dengan tekanan yang melebihi tekanan atmosfir (dengan supercharger) atau (turbocharger).

Supercaharging adalah proses pemasukan gas atau udara baru kedalam silinder yang menggunakan pompa yang tenaganya diambil dari mesin.

Turbocharging adalah proses pemasukan bahan bakar kedalam silinder menggunakan tekanan gas-gas bekas yang sebelum meninggalkan mesin dilewatkan melalui sebuah turbin. Pada sumbu turbin dipasangkan sebuah kipas yang menekan udara luar dengan tekanan.

Pada motor bakar torak 4 langkah maupun 2 langkah jika dilengkapi dengan dengan supercaharging maupun turbocharging akan menaikan rendemen volumetris. Pengisian dengan supercaharging maupun turbocharging disebut juga dengan pengisian tekanan dan bila dibandingkan dengan pengisian isap memiliki beberapa keuntungan antara lain :

1 m³ udara dari 15⁰C yang bertekanan 0,9 atm, beratnya 1,07 kg (pengisian isap)

1 m³ udara dari 15⁰C yang bertekanan 1,3 atm, beratnya 1,55 kg (pengisian tekan)

Contoh :

Untuk suatu motor bakar torak yang isi silindernya 1 m3, dengan pengisian biasa (isap), silindernya dapat terisi 1,07 kg udara, sedangkan dengan pengisian tekan, silindernya dapat terisi 1,55 kg udara. Dengan demikian pengisian tekan isi silindernya kurang lebih 45 % lebih berat dari pada pengisian isap. Dengan pengisian tekan tenaga motor dapat naik sekitar 45 %.

i). Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (Specific Fuel Consumption - SFC)

Untuk mendapatkan energi panas diperlukan campuran gas yang terdiri dari udara dan bahan bakar. Banyaknya bahan bakar yang digunakan untuk menghasilkan energi panas tergantung pada besar volumu langkah torak dan efesiensi volumetrik atau pengisian. Konsumsi bahan bakar biasanya dikenal yang menyatakan jarak tempuh kendaraan tiap satu liter bahan bakar.

Konsumsi bahan bakar jika dibandingkan dengan daya mesin yang dihasilkan selama kurun waktu tertentu dikenal dengan istilah “konsumsi bahan bakar spesifik”.

Banyaknya bahan bakar yang dibakar (gr)

Konsumsi bahan bakar spesifik = -----------------------------------------------

Daya mesin yang dihasilkan dlm waktu(PS.hr

Atau :

gram bahan bakar

Konsumsi bahan bakar spesifik = -----------------------

Daya kuda x jam

Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (Specific Fuel Consumption - SFC) adalah indikator keefektifan suatu motor bakar torak dalam menggunakan bahan bakar yang tersedia untuk menghasilkan daya. Dengan demikian, semakin kecil SFC maka dapat dikatakan motor semakin hemat bahan bakar.

Nilai konsumsi bahan bakar spesifik bervariasi dan dipengatuhi oleh besar kecilnya harga efesiensi panas.

Pada motor bakar dengan intake manifold yang dihaluskan, aliran masuk bahan bakar mempunyai tekanan lebih tinggi karena rugi gesekan lebih kecil bila dibandingkan dengan intake manifold normal, keadaan ini membuat bahan bakar dari karburator ke ruang bakar dengan laju aliran lebih rendah atau konsumsi bahan bakar lebih rendah seperti terlihat pada gambar 21.

Hal ini berdasar prinsip dari karburator di mana bahan bakar ke luar dari tanki karena adanya beda tekanan antara tekanan bahan bakar di saluran keluaran dengan tekanan udara di karburator. Semakin rendah beda tekanan maka semakin sedikit bahan bakar yang keluar.

Gambar 1.23. SFC motor bakar

j). Panas –Usaha – rendemen

Dalam motor bakar sejumlah panas diubah menjadi kerja atau usaha. Hal tersebut terlaksana karena panas pembakaran mengakibatkan pembesaran isi dan kenaikan tekanan. Pembesaran isi dan kenaikan tekanan diperlukan untuk merubah panas menjadi usaha. Panas adalah juga usaha dalam bentuk lain.

Usaha dinyatakan dengan satuan “kgm.

Usaha sebesar 1 kgm berarti usaha yang dibutuhkan untuk mengangkat beban seberat 1 kg setinggi 1 meter.

Usaha 1 kgm tiap detik disebut “daya usaha”. Jadi kgm/det adalah satuan untuk “daya usaha.

Daya usaha sebesar 75 kgm/det disebut 1 pk.

Untuk mengetahui banyaknya usaha yang dibangkitkan oleh sejumlah panas dalam proses pembakaran suatu motor.

Oleh karena 1 kcal dinyatakan sama dengan usaha sebesar 427 kgm, maka daya usaha sebesar 1 pk dibutuhkan panas sebesar :

---- = 0,176 kcal tiap detik, atau

427

3600 x 0,176 = 632 kcal tiap jam

Jadi : 1 pk = 632 kcal/jam.

Jadi untuk membangkitkan 1 pk selama 1 jam dibutuhkan panas sebanyak 532 kcal harus dibah menjadi usaha.

Panas yang digunakan sebagai usaha pada proses pembakaran hanya sebagian kecil saja (kira 30 %), sedangkan sisanya hilang ( terbawa oleh air pendingin dan gas buang). Perbandingan antara panas yang berubah menjadi usaha dan panas yang tersedia ( dihasilkan dari pembakaran) disebut : “daya guna thermis” atau “rendemen tehermis” dan dinyatakan dengan ( ht ) dibaca ta tee.

Atau :

Panas yang terubah menjadi usaha Q1 – Q2

____________________________ = ht atau _________ = ht

Panas yang tersedia Q1

Q1 = panas yang tersedia

Q2 = panas yang terbuang

Karena daya guna thermis sangat tergantung dari panas (suhu) yang tertinggi dan yang teendah dari suatu motor, maka ht dapat dinyatakan dengan rumus :

T1 - T2

__________ = ht

Contoh Soal :

Sebuah motor bakar torak diketahui :

T1 (pada dinding ruang bakar) 1400⁰ C

T2 (pada pipa gas buang) 300⁰ C, maka :

1400 - 300

__________ = 0,785 = 78,5 %

1400

j). Air Fuel Ratio (AFR)

Air Fuel Ratio adalah faktor yang mempengaruhi kesempurnaan proses pembakaran di dalam ruang bakar. Merupakan komposisi campuran bensin dan udara yang ideal dalam motr bakar. Idealnya AFR bernilai 14,7. Artinya campura terdiri dari 1 bensin berbanding 14,7 udara atau disebut dengan istilah Stoichiometry.

Tabel 1.1. Pengaruh AFR terhadap kinerja motor bensin.

http://www.saft7.com/techtips/thermostat/thermostat02.jpg

Pemakaian udara yang tidak stoikiometris, dikenal istilah Equivalent Ratio (ER).

Equivalent Ratio (ER) adalah perbandingan antara jumlah (bahan bakar/ udara) yang digunakan dan jumlah (bahan bakar/ udara) stoikiometris.

Dengan demikian maka:

ER = 1, berarti reaksi stoikiometris tetap sama dengan harga AFR ideal.

ER < 1, berarti pemakaian udara kurang dari keperluan reaksi stoikiometris.

ER > 1, berarti pemakaian udara lebih dari keperluan reaksi stoikiometris.

n). Besaran Satuan dan Konversi dalam Satuan Lain

1. Tekanan

1 Atmosfir = 101,32 KP_A ( kilo pascal )

= 1,0132 Bar

= 1,033 Kg/cm²

= 14,696

b/In²

= 760 mm Hg = 29,92 In Hg

2 Volume

1 cc = 1 cm³

= 0,001 dm³ = 0,001 liter

= 1000 mm³

= 0,6102 In³

3 Gaya

1 Kg = 9,8066 n

1 Kpm = 7,233

b ft (food pounds)

= 100,197 Nm (Newton meter)

4 Daya

1 Ps = 0,7355 kw (kilo watt)

1 hp = 0,736 kw (kilo watt)

5 Luas

1 cm² = 100 mm²

= 0,0001 m²

= 0,155 In²

C. Urutan Pengapian

Jika ditinjau dari urutan pengapian dan bentuk poros engkol motor bakar empat langkah dapat dilihat pada tabel 2 :

Tabel 1.2. Urutan pengapian

Motor 1 silinder
Motor boxer 2 silinder
Motor sebaris 2 silinder
Motor sebaris 3 silinder		JP = 720 : 3 = 240° Pe
Motor sebaris 4 silinder		Urutan Pengapian 1 – 3 – 4 – 2 1 – 2 – 4 – 3 Jarak pengapian : Pe
Motor boxer 4 silinder		Urutan Pengapian 1 – 4 – 3 – 2 JP : Pe
Motor sebaris 5 silnder		Urutan Pengapian 1 – 2 – 4 – 5 – 3 JP : Pe
Motor sebaris 6 silinder		Urutan Pengapian 1 – 5 –3 – 6 – 2 – 4 JP : Pe
Motor “V” 8 silinder		Urutan Pengapian 1-8-2-7-4-5-3-6 JP : Pe