BAB II MOTOR BAKAR TORAK

BAB II MOTOR BAKAR TORAK

2.1. Pendahuluan Salah satu jenis penggerak mula yang banyak di pakai adalah mesin kalor, yaitu mesin yang menggunakan energi termal untuk melakukan kerja mekanik. atau yang mengubah energi termal menjadi energi mekanik. energi itu sendiri dapat diperoleh dengan proses pemabakaran,proses fisi bahan bakar nuklir atau proses lain.Ditinjau dari cara memperoleh energi termal ini mesin kalor di bagi menjadi dua golongan, yaitu mesin pembakaran luar dan mesin pembakaran dalam. Mesin pembakaran dalam pada umumnya di kenal dengan nama motor bakar motor bakar torak mempergunakan beberapa silinder yang di dalamnya terdapat torak yang bergerak translasi ( bolak balik ). Di dalam silinder itulah terjadi pembakaran antara bahan bakar dengan oksigen dari udara. Gas pemabakaran yang dihasilkan oleh proses tersebut mampu menggerakan torak yang oleh batang penghubung (batang penggerak) di hubungkan dengan proses engkol. Gerak translasi torak tadi menyebabkan gerak rotasi pada poros engkol dan sebaliknya.

5

Pada motor bakar tidak terdapat proses perpindahan kalor dari gas pembakaran ke Fluida kerjaaa, karena itu jumlah komponen motor bakar lebih sedikit dari pada Komponen Mesin lainnya. Disamping itu temperatur seluruh bagian mesinnya jauh lebih Rendah dari pada temperatur gas pembakaran yang maksimum sehingga motor bakar torak bisa lebih efisien. Motor bakar torak terbagi menjadi dua jenis utama, yaitu : motor bensin (otto) dan motor diesel, motor bakar torak dapat pula di golongkan menurut susunan silindernya (gambar 2.1). Apabila sumbu semua silinder itu terletak pada sebuah sumbu bidang datar maka dinamai mesin satu baris. Apabila terletak pada dua bidang yang berpotongan, mesin itu dinamai mesin V . mesin X dapat kita bayangkan sebagai dua buah mesin aV yang ditempatkan bertolak-belakang dan sumbu poros engkolnya berimpit menjadi satu. Pada mesin radial sumbu silindernya terletak radial terhadap sumbu poros engkol.

Gambar 2.1.Susunan Silinder (www.scribd.com)

6

2.2 Siklus 4 – Langkah Proses pembakaran di dalam motor bakar torak terjadi secara periodik, sebelum terjadi proses pembakaran berikutnya, terlebih dahulu gas pembakaran yang sudah tidak

dapat

dipergunakan harus dikeluarkan dari dalam silinder. Kemudian silinder di isi dengan campuran bahan bakar dan udara segar yang berlangsung ketika torak didalam silinder bergerak dari dalam TMA (Titik Mati Atas) menuju ke TMB (Titik Mati Bawah) seperti terlihat pada gambar di bawah ini.

Gambar 2.2 skema gerakan torak dan katup motor 4-langkah (www.scribd.com) Dalam motor torak dengan siklus 4 – langkah, siklus yang terjadi adalah torak bergerak sepanjang TMA-TMB-TMA-TMB-TMA, yaitu sebagai berikut :

7

1. TMA menuju ke TMB (langkah isap) •

Katup isap terbuka sedangkan katup buang tertutup campuran bahan bakar udara terisap masuk kedalam silinder melalui katup isap.

•

Pada gerak hisap, campuran udara bensin dihisap ke dalam silinder. Bila jarum dilepas dari sebuah alat suntik dan plunyernya ditarik sedikit sambil menutup bagian ujung yang terbuka dengan jari (alat suntik akan rusak bila plunyer ditarik dengan tiba-tiba), dengan membebaskan jari akan menyebabkan udara masuk ke alat suntik ini dan akan terdengar suara letupan. Hal ini terjadi sebab tekanan di dalam lebih rendah dari tekanan udara luar. Hal yang sama juga terjadi di mesin, torak dalam gerakan turun dari TMA ke TMB menyebabkan kehampaan di dalam silinder, dengan demikian campuran udara bensin dihisap ke dalam. Selama langkah torak ini, katup hisap akan membuka dan katup buang menutup

2. TMB bergerak kembali ke TMA (langkah kompresi) •

Katup isap dan buang tertutup

•

Campuran bahan bakar-udara di manfaatkan oleh torak

•

Tekanan dan temperatur naik sehingga mudah terbakar

•

Dalam gerakan ini campuran udara bensin yang di dalam silinder dimampatkan oleh torak yang bergerak ke atas dari TMB ke TMA. Kedua katup hisap dan katup buang akan menutup selama gerakan tekanan dan suhu campuran udara bensin menjadi naik. Bila tekanan campuran udara bensin ini ditambah lagi, tekanan serta ledakan yang lebih besar lagi dari tenaga yang kuat ini akan mendorong torak ke bawah. Sekarang torak sudah melakukan dua gerakan atau satu putaran, dan poros engkol berputar satu putaran. 8

3. TMA ke TMB (langkah ekspansi atau kerja) •

Katup isap dan buang tertutup

•

Volume gas pembakaran didalam silinder bertambah besar dan karena itu tekanannaya turun

•

Menghasilkan kerja

•

Dalam gerakan ini, campuran udara bensin yang dihisap telah dibakar dan menyebabkan terbakar dan menghasilkan tenaga yang mendorong torak ke bawah meneruskan tenaga penggerak yang nyata. Selama gerak ini katup hisap dan katup buang masih tertutup. Torak telah melakukan tiga langkah dan poros engkol berputar satu setengah putaran

4. TMB kembali ke TMA (langkah buang) •

Gas pembakaran keluar melalui katup buang

•

Dalam gerak ini, torak terdorong ke bawah, ke TMB dan naik kembali ke TMA untuk mendorong gas-gas yang telah terbakar dari silinder. Selama gerak ini kerja katup buang saja yang terbuka. Bila torak mencapai TMA sesudah melakukan pekerjaan seperti di atas, torak akan kembali pada keadaan untuk memulai gerak hisap. Sekarang motor telah melakukan 4 gerakan penuh, hisap-kompresi-kerjabuang. Poros engkol berputar 2 putaran, dan telah menghasilkan satu tenaga. Di dalam mesin sebenarnya, membuka dan menutupnya katup tidak terjadi tepat pada TMA dan TMB, tetapi akan berlaku lebih cepat atau lambat, ini dimaksudkan untuk lebih efektif lagi untuk aliran gas

9

Motor bakar torak yang melengkapi siklusnya cukup dengan gerakan torak Sepanjang TMA – TMB – TMA termasuk golongan motor 2-langkah. Pada motor bakar torak yang lazim, yaitu motor bakar yang mempergunakan batang penggerak dan poros engkol. Gerak torak TMA – TMB – TMA itu memutar poros engkol satu kali (360 sudut engkol). Karena itu motor 4langkah adalah motor bakar torak yang melengkapi siklusnya dalam satu putaran poros engkol. Kebanyakan motor bakar torak berkerja dengan siklus 4-langkah yang sudah dipergunakan sejak tahun 1876 yaitu pada waktu Dr. N.A Otto berhasil membuat motor bakar torak dengan siklus kerja 4-langkah yang pertama. 2.3. Siklus Ideal Proses termodinamika yang terjadi didalam motor bakar torak amat kompleks untuk dianalisa menurut teori. Untuk memudahkan analisa tersebut perlu dibayangkan suatu keadaan yang ideal, karena makin ideal suatu keadaan makin mudah untuk dianalisa, akan tetapi dengan sendirinya makin jauh menyimpang dari keadaan yang sebenernya. Pada umunya untuk menganalisa motor bakar dipergunakan siklus udara sebagai siklus yang ideal. Siklus udara menggunakan beberapa keadaan yang sama dengan siklus sebenernya, misalnya mengenai 1. Urutan proses 2. Perbandingan kompresi 3. Pemilihan temperature dan tekanan pada suatu keadaan, dan 4. Penembahan kalor yang sama persatuan berat udara. Siklus tersebut dapat digambarkan dengan grafik P vs V seperti terlihat pada gambar 2.1 Sifat ideal yang dipergunakan serta keterangan mengenai proses siklusnya adalah sebagai berikut :

10

Gambar 2.3 Diagram P vs V dari siklus volume konstan (www.scribd.com)

1. Fluida kerja dianggap sebagai gas ideal dengan kalor spesifik yang konstan. 2. Langkah isap ( 0-1) merupakan proses tekanan konstan. 3. Langkah kompresi ( 1-2 ) ialah proses isentropic. 4. Proses pembakaran volume-konstan ( 2-3 ) dianggap sebagai proses pemasukan kalor pada volume-konstan. 5. Langkah kerja ( 3-4 ) ialah proses isentropic. 6. Proses pembuangan ( 4-1 ) dianggap sebagai proses pengeluaran kalor pada volume-konstan. 7. Langkah buang ( 1-0 ) ialah proses tekanan konstan. 8. Siklus dianggap “tertutup” yang berarti siklus ini berlangsung dengan fluida kerja yang sama atau gas yang berada didalam silinder pada titik 1 dapat dikeluarkan dari dalam silinder pada waktu langkah buang tetapi pada langkah isap berikutnya akan masuk sejumlah fluida kerja yang sama.

11

Siklus udara volume-konstan biasanya diambil sebagai siklus ideal bagi motor bakar yang menggunakan busi, motor otto atau motor bensin akan tetapi pada keadaan yang sebenernya sering terjadi penyimpangan dari siklus tersebut yang terjadi karena dalam keadaan yang sebenernya terjadi kerugian yang anatara lain disebabkan oleh hal berikut : 1. Kebocoran fluida kerja karena penyekatan oleh cincin torak dan katup tak dapat sempurna. 2. Katup tidak dibuka dan ditutup tepat di TMA dan TMB karena pertimbangan dinamika mekanisme katup dan kelembaman fluida kerja. 3. Fluida bukanlah udara yang dapat di angganp sebagai gas ideal dengan kalor spesifik yang konstan selama proses siklus berlangsung. 4. Pada motor bakar torak yang sebenernya, pada waktu torak berada di TMA, yidak terdapat proses pemasukan kalor seperti pada siklus. 5. Proses pembakaran memerlukan waktu, jadi tidak berlangsung sekaligus. Akibatnya proses pembakaran berlangsung pada volume ruang bakar yang berubah-ubah karena gerakan torak. 6. Terdapat kerugian kalor yang disebabkan oleh perpindahan kalor dari fluida kerja ke fluida pendingin. 7. Terdapat kerugian energy kalor yang di bawa oleh gas buang dari dalam silinder ke atmosfer sekitarnya. 8. Terdapat kerugian energy karena gesekan antara fluida kerja dengan dinding salurannya.

12

Berdasarkan semua hal di atas, bentuk diagram P vs V dari siklus sebenernya tidak sama dengan bentuk diagram siklus ideal. Siklus yang sebenernya tidak pernah merupakan siklus volume konstan, gambar 2.4 menunjukan bentuk diagram dari sebuah motor bakar torak 2 langkah dan 1 langkah yang sebnernya. Karena semua penyimpangan tadi menimbulkan kerugian energy, hendaknya di usahakan agar siklus yang sebenernya mendekati siklus yang ideal. Siklus ideal yang pada saat ini biasa dipakai udara dalam perhitungan perancangan atau penafsiran, ialah siklus bahan bakar-udara karena siklus ini mendekati siklus yang sebenernya. Pada siklus bahan bakar – udara di perhitungkan faktor bahan bakar dan proses pembakaran, terjadinya dosiasi , perubahan harga kalor spesifik dan sifat serta jumlah molekul komponen gas pembakaran. Dengan menggunakan sikluis bahan– bakar, daya indikator siklus sebenernya bekisar antara 80- 90% dari perhitungkan siklus bahan bakar – udara untuk motor bakar 4langkah, dan 60 – 70% untuk motor 2-langkah.

13

Gambar 2.4 Diagram P vs V sebenarnya dari motor bakar torak (a) Motor 4-langkah (b) motor 2-langkah (www.motorbakar.com)

Pada naturally aspirated engine garis isap selalu berada di bawah garis buang sehingga luas bidang 5’ -6-0-1-5’ berharga negatif. Luas bidang tersebut haruslah diusahakan sekecil mungkin agar jaringan mengurangi besarnya kerja persiklus.

14

2.4. Daya dan Efisiensi Siklus Udara. Disini akan dibahas siklus udara yang biasa dipergunakan sebagai siklus ideal untuk menganalisa sikluis motor bakar berdasarkan teori. Fluida kerja siklus udara di anggap sebagai gas ideal yang mempunyai kalor spesifik dan berat molekul tertentu yang konstan ( berat molekul M = 29 ; kalor spesifik Cp = 0,24 Kcal/kg K ; dan Cv = 0.1715 Kcal/kg K ). Yang dimaksudakan dengan gas ideal ialah setiap gas yang memenuhi hubungan.

PV = GRT atau Pv = RT atau Pv =






T

Di mana : P = tekanan gas ( kg/m2 ) v = volume spesifik dari gas (m3/kg) V = volume gas (m3 ) G = berat gas (kg) M = berat molekul dari gas (kg/kmol) R = konstanta gas ( m.kg/kg K ) T = temperature absulut (K) Persamaan energy yang dipakai dalam analisa ini ialah

∆U = Ue – Ui = Q -

 

(Harsanto, Motor Bakar)

15

Dengan catatan ; U = energy dalam (Kilo Joule) Q = jumlah kalor yang masuk (Kilo Joule) W = kerja (Joule) J = faktor pengubah satuan, 427 m. kg/Kcal sedangkan kerja yang dihasilkan disetiap proses siklus dalam analisa adalah. Sebagai berikut : •

Proses ( 0-1 ) ; Langkah isap. Dalam proses ini udara sebanyak G masuk kedalam silinder pada tekanan konstan. Udara itu mengisi ruangan silinder yang bertambah besar karena torak bergerak dari TMA ke TMB ; dalam hal ini udara segar seolah – olah melakukan kerja sebesar

0  1 1  0 



•

Proses ( 1-2 ) ; Langkah kompresi. Langkah kompresi dimisalkan berlangsung secara isentropic ( adiabatic dan reversible ). Sehingga kerja yang dil lakukan adalah

 

  ∆    

16

Karena dalam proses isentropic berlaku hubungan 

=   







=   



 k-1 =   =



 

=  k-1 = 

! k-1 " j ! ! k-1 " = !

(r) k-1 j

Dengan catatan,

r=

 

=

#$% %

= perbandingan kompreisi

VL =Volume langkah torak ( cm3 atau m3 ) Vs = Volume sisa ( cm3 atau m3 )

γ = berat jenis fluida kerja ( N/m3 ) •

Proses (2-3) ; pemasukan kalor pada volume konstan. Sesudah mencapai TMA kalor ( Q2-3 ) segera dimasukan atau dikenai kerja sehingga W/J =0, oleh karena itu

Q2-3 = ∆U = U3 – U2 = G c V ( T3 – T2 ) •

Proses ( 3-4 ) ; Langkah ekspansi atau langkah kerja Proses ekspansi berlangsung secara isentropic, sehingga berlaku hubungan

&' &(

= )  *

 

k-1 = *  = )

!) k-1 " !*

Sedangkan kerja yang dihasilkan adalah *) 

= - ∆U = U3 – U4

17

•

Proses ( 4-1 ) ; Proses pengeluaran kalor Setelah torak mencapai TMB, sejumlah kalor dikeluarkan dari dalam silinder sehingga temperatur fluida kerja akan turun. Proses ini berlangsung pada volume konstan ( V4 = V1 atau V4 = V3 ) Sehingga tidak terjadi kerja pada proses ini. Maka jumlah kalor yang harus dikeluarkan adalah sebanyak

Q 4-1 =-∆U = G cv (T1 – T4 ) •

Proses ( 1-0 ) ; Langkah buang. Dalam proses ini fluida kerja sebanyak G kg didoronh ke luar silinder oleh torak yang bergerak dari TMB ke TMA pada tekanan konstan. Jadi fluida kerja dikenai kerja aliran sebesar + ,

=

+ - . / ,

Siklus udara volume-volume konstan biasanya diambil sebagai siklus ideal bagi motor bakar yang menggunakan busi, motor otto atau motor bensin. Panas (kalor) yang dimasukkan dianggap ekuivalen dengan jumlah kalor yang diperoleh dari proses pembakaran didalam silinder motor bakar. Proses pemasukan kalor tersebut terjadi pada volume-konstan, yaitu pada waktu torak masih berada di TMA. Efisiensinya dapat dihitung dengan

η = 1-0k-1 Meskipun efisiensi siklus udara sangat ditentukan oleh perbandingan kompresi tetapi tekanan, temperatur, dan kerja yang dihasilkan per siklus tergantung  ,1 dan 2*. Selain itu selama siklus berlangsung temperature dan tekannya selalu berubahubah, oleh karena itu sebaliknya agar dicari harga tekanan tertentu ( yang konstan ) yang 18

apabila mendorong torak sepanjak langkahnya dapat menghasilkan kerja per siklus yang sama dengan siklus yang dianalisa. Tekanan tersebut dinamai tekanan efektif rata-rata yang didefinisikan sebagai 04540454 

=

6789 :7;6<=; > <=? <9@A69B C 796

 D0%EF%  G * H #

=

#

Dengan demikian daya yang dihasilkan oleh motor bakar torak dapat dihitung dengan menggunakan persamaan :

N = 04540454 X # x z x n x a x

=



I. J .. J KL

 04540454 J # J M J N J 4 )L.....

Dimana : N

= daya motor ( kW )

Prata-rata

= tekanan efektif rata-rata ( N/?* )

VL

= volume langkah torak per silinder ( O?* )

z

= jumlah silinder

n

= putaran poros engkol,putaran per menit

a

= jumlah siklus per putaran, = 1 untuk motor 2-Langkah 

=  untuk motor 4-Langkah 19

Sedangkan parameter yang biasa dipakai sebagai ukuran ekonomi pemakaian bahan bakar efektif yang menyatakan banyaknya bahan bakar yang terpakai per jam untuk setiap daya kuda yang dihasilkan adalah

Be =

PQ

R

Dimana : Be = pemakaian bahan bakar efektif 

S/,4U  V

Gf = jumlah bahan bakar yang di pergunakan ( kg/jam ) Ne = daya poros atau daya efektif ( PS ) 2.5 Sistem Penyalaan Motor bensin yang menggerakan mobil penumpang, sepeda motor dan jenis kendaraan lain dewasa ini merupakan perkembangan dan perbaikan mesin yang sejak semula dikenal sebagai motor otto. Motor tersebut dilengkapi dengan busi dam karburator, busi menghasilkan loncatan api listrik yang menyalakan campuran bahan bakar dan udara segar, karena itu motor bensin cenderung dinamai Spark Ignition Engine. Untuk membangkitkan loncatan listrik antara kedua elektroda busi diperlukan perbedaan tegangan yang cukup besar, yang besarnya tergantung pada beberapa faktor dibawah ini : 1. Perbandingan campuran bahan bakar-udara 2. Kepadatan campuran bahan bakar-udara 3. Jarak antara kedua elektrida serat bentuk elektroda 4. Jumlah molekul campuran yang terdapat di antara kedua elektroda, dan 5. Temperature campuran dan kondisi opersi lain. 20

Perbandingan campuran bahan bakar udara dapat berkisar 0.06 0.12. Untuk menyalakan campuran bahan bakar – udara yang miskin diperlukan perbedaan tegangan yang relative lebih besar dari pada campuran yang kaya. Gambar 2.5. menunjukan hubungan antara tegangan yang diperlukan dengan perbandingan campuran bahan bakar-udara. Pada umumnya disediakan tegangan yang lebih besar untuk menjamin agar selalu terjadi loncatan api listrik didalm segala keadaan misalnya antara 10.000 – 20.000 volt. Hal ini mengigat juga akan kondisi operasi dapat berubah sebgai akibat keausan mesin yang tidak dapat dihindari. Makin padat campuran bahan bakar- udara makin tinggi tegangan yang diperlukan 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 iti tinggi dan loncatan listrik ditentukan pada waktu torak berada lebih dekat pada TMA.

Gambar 2.5 Hubungan antara perbandingan bahan bakar – udara dengan tegangan yang diperlukan oleh busi (www.motorbakar.com) 21

Makin besar jarak elektroda busi makin besar pula perbedaan tegangan yang diperlukan untuk memperoleh intensitas api listrik yang sama. Jumlah minimum molekul yang harus ada diantara kedua elektroda pada waktu terjadi loncatan listrik sangat menentukan apakah penyalaan dapat dapat berlangsung sebaik-sebaiknya, karena jumlah molekul banyak tergantungan pada perbandingan campuran, jumlah gas sisa, dan kondisi operasi yang lain. Itensitas loncatan api listrik juga ditentukan oleh jarak antara kedua elektroda busi, jarak yang optimum adalah antara 0,6 – 0,8 mm. selain itu penentuan tempat busi didalam ruang bakar juga penting. Loncatan appi listrik tidak boleh terjadi ditempat lain kecuali diantara kedua elektroda busi. Supaya selalu terdapat campuran bahan bakar – udara yang mudah terbakar diantara kedua elektroda, tempat yang terbaik untuk busi ialah dekat kepada katup isap. Akan tetapi ditinjau dari kemungkinan tejdainya detonasi, sebaiknya busi ditempatkan pad bagian yang terpanas, misalnya dekat kepada katup buang. 2.6. Sistem Bahan Bakar Didalam motor bensin selalu diharapkan bahan bakar dan udara itu sudah bercampur dengan baik sebelum dinyalakan oleh busi. Pompa bahan bakar mengalirkan bahan bakar dari tangki ke karburator untuk memenuhi jumlah bahan bakar yang harus tersedia di dalam karburator yang mengatur pemasukan, pencampuran dan pengangkutan bahan bakar ke dalam arus udara sehingga diperoleh perbandingan campuran yang sesuai dengan keadaan bahan dan kecepatan poros engkol penyempurnaan percampuran bahan bakar udara tersebut berlangsung baik didalam saluran isap maupun didalam silinder sebelum campuran itu terbaklar. Campuran yang kaya diperlukan dalam keadaan tanpa beban dan beban penuh, sedangkan campuran yang miskin dalam keadaan operasi normal. Skema system penyaluran bahan bakar dapat terlihat pada gambar 2.6 dibawah ini. Banyak jenis karburator yang dapat dipergunakan, masing – masing 22

dengan konsrtuksi yang sesuai dengan tujuan penggunanya, sesuai dengan prestasi mesin yang akan menggunakan, serta sesuai dengan selera atau keinginan perancangnya.

Gambar 2.6 sekema suatu sistem penyaluran bahan bakar (www.motorbakar.com) 2.7. Bahan Bakar Dan Proses Pembakaran Campuran bahan bakara-udara didalam silinder motor bensin terbakar ketika busi mengeluarkan api listrik,yaitu pada saat beberapa derajat engkol sebelum torak mencapai TMA, campuran bahan bakar - udara disekitar itulah yang mula - mula terbakar. Kemudian Nyala api mrambat kesegala arah dengan kecepatan yang sangat tinggi (25-30 m/s),dengan jumlah bahan bakar yang terbakar. Akan tetapi ada kemungkinan bagian campuran tersebut terakhir, karena terdesak oleh penekanan torak maupun oleh gerakan nyala api pembakaran yang merambat dengan cepat itu, temperaturnya dapat melampaui temperatur panyalaan sendiri sehingga akan terbakar dengan cepata. proses terbakar sendiri dari bagian campuran yang terakhir di namai detoanasi, yang dapat terlaihat pada gambar 2.7._menunjukan peristiwa denoatasi didalam silinder motor bensin. 23

Gambar 2.7 keadaan didalam ruang bakar sebelum dan sesudah detonasi dari bagian campuran bahan bakar – udara yang terakhir (www.motorbakar.com) 2.8 Sistem Pelumasan Gesekan yang terjadi pada motor bakar, misalnya antara aporos dan bantalan, antara (cincin) torak dan dinding silinder dan sebagainya. Untuk mengatasi gesekan itu, agar benda yang bersentuhan bisa di gerakan dan besarnya gesekan dapat di kurangi dengan menggunakan pelumas yang fungsinya memisahkan dua permukaan yang bersentuhan. Pada umumnya motor bakar torak menggunakan pelumas cair yang dinamai minyak pelumas. Selain mudah disalurkan minyak pelumas itu berfungsi juga sebagai fluida pendingin, pembersih dan penyekat. Agar pelumas dapat berfungsi sebagaimana mestinya ada beberapa sifat yang harus diperhatikan, yaitu:

24

1. Kekentalan Kekentalan minyak pelumas harus sesuai dengan fungsi minyak itu untuk mencegah keausan permukaan bagian yang bergesekan, terutama pada beban yang besar dan pada putaran yang rendah. Minyak pelumas yang terlalu kental sukar mengalir melalui salurannya, disamping menyebabkan kerugian daya mesin yang terlalu besar. 2. Indeks Kekentalan. Kekentalan minyak pelumas itui berubah-rubah menurut perubahan temperatur. Dengan sendirinya minyak pelumas yang baik tidak peka terhadap perubahan temperatur, sehingga dapat berfungsi sebagaimana mestinya, baik dalam keadaan dingin, pada waktu mesin mulai berputar (start) maupun pada temperature kerja. 3. Titik Tuang. Pada temperature tertentu, yang disebut titik tuang, minyak pelumas akan Membentuk haringan Kristal yang menyebabkan minyak itu suka mengalir Karena aitu seabaiknya dipergunakan minyak pelumas dengan titik tuang yang Serendah-rendahnya untuk menjamin agar minyak pelumas dapat mengalir dengan lancer kedalam pompa dan salurannya pada setiap pengoprasian. 4. Stabilitas. Beberapa minyak pelumas pada temperatur tinggi akan berubah susunan kimianya sehinggaa terjadilah endapan yang mengakibatkan cincin torak melekat pada alurnya, dalam beberapa hal minyak pelumas dapat membentuk lumpur apabila Bercampur dengan air dan beberapa komponen hasil pembakaran. Selain itu lumpur Tersebut itu bak 25

minyak pelumas haruslah mendapat ventilasi yang cukup baik agar minyak atau gas pembakaran dapat keluar dengan leluasa dari bak minyak pelumas. 5. Kelumasan. Minyak pelumas harus harus memiliki kelumasan atau sifat melumasi yang cukup baik, yaitu dapat membasahi permukaan logam . Hal ini berarti bahwa dalam segala keadaan selalau akan terdapat lapisan minyak pelumas pada permukaan mesin yang bersentuhan . sifat ini sangat penting untuk melindungi permukaan bagian tersebut, misalnya pada waktu start, yaitu pada saat minyak pelumas belum cukup banyak atau pompa minyak belum bekerja sebagaimana mestinya. 2.9. Sistem Pendinginan Gas pembakaran didalam silinder dapat mencapai temperature ± 2500o , karena proses situ terjadi berulang-ulang maka dinding silinder, kepala silinder,torak,katup, dan beberapa bagian yang lain menjadi panas. Karena itu perlulah bagian tersebut mendapat pendinginan yang cukup agar temperaturnya tetap berada dalam batas yang diperbolehkan, yaitu sesuai dengan kekuatan material dan kondisi operasi yang baik. Berdasarkan fluida pendinginannya motor bakar dapat dibedakan menjadi : 1. Motor bakar dengan pendingin air, dan 2. Motor bakar dengan pendingin audara Pada motor dengan pendingin air, air pendingin dialirkan melalui dan menyelubungi dinding silinder, kepala silinder serta bagian lain yang perlu didinginkan Air pendingin ( water coolant) akan menyerap kalor semua bagian tersebut kemudian mengalir meninggalkan blok 26

mesin menuju radiator atau alat pendingin aaayang menurunkan kembali tempearaturnya. Proses pendingin pada mesin dengan pendingin air biasanya mudah diperbesar dengan jalan mempercepat arus air pendingin dan usaha lain yang memperbesar koefisien perpindahan kalor. Oleh karena air pendingin pada system ini tidak berhubungan langsung dengan udara atmosfer karena itu dinamakan dengan system pendingin tertutup. Sedangkan motor bakar dengan pendingin udara termasuk golongan sistem pendingin terbuka. Konstruksi dan jumlah sirip pendingin kalor yang diinginkan , yaitu kecepatan perpindahan kalor dari dinding silinder kepada udara atmosfer sebagai udara pendingin. Udara pendingin tersebut dialirkan oleh kipas udara kedalam beberapa saluran demikian rupa sehingga perpindahan kalor dari setiap silinder sama besaranyaa. Motor bakar berdaya rendah dengan pendingin udara untuk sepeda motor pada umumnya tidak menggunakan kipas udara. Dalam hal ini aliran udara pendingin sangat bergantung pada kecepatan arus udara yang dihasilkan pada kecepatan sepeda motor tersebut. 2.10. Teori Dasar Karburator Karburator adalah sebuah alat yang mencampur udara adan bahan bakar untuk sebuah mesin pembakaran dalam. Salah satu alat ayang berperan penting pada sepeda motor adalaah karburator. Karburator berfuangsi mencampur bahan bakar adengan udara dalam ukuran yang tetap (sesuai kebutuhan) untuk kemudian disalurkan ke dalam ruang pembakaran (silinder) dalam bentuk kabut. Semua tipe karburator bekerja di bawah prinsif dasar tekanan atmosfer. Tekanan atmosfer adalah sebuah gaya yang besar dimana gaya tersebut menggunakan tekanan terhadap sesuatu. Ada perbedaan yang tipis antara tekanan biasa dengan tekanan atmosfer namun secara umum bisa dikatakan nilainya 15 psi. Dengan berbedanya atmosfer di dalam mesin dan 27

karburator, kita dapat merubah tekanan dan membuat bahan bakar serta udara mengalir ke dalamnya. Tekanan atmosfer akan bergerak dari tekanan tinggi ke tekanan yang paling rendah,sepertu yang terjadi pada piston di motor 2 tak yang bergerak naik atau piston yang bergerak turun pada mesin 4 tak. Prinsip kerja karburator adalah memanfaatkan gay translasi piston yang bergerak dari Titik Mati Atas menuju Titik Mati Bawaah pada siklus hisap. Gerak ini menimbulkan kevakuman pada aruang silinder sehingga kemudian menyedot bahan bakar kedalam. Agar bensin tidak masuk ke mesin dalam bentuk gumpalan saat tersedot, mesti dialirkan melewati pipa kapiler kecil, sehingga tekanan atmosfer meningkat dan mengkabutkan bahan bakar menjadi spray. Inilah fungsi spuyer. Bensin yang terbias lebih mudah bersenyawa dengan udara. Pada gambar 2.8 tampak silinder sebuah motor 4 tak, klep pemasuknya sedang terbuka, hingga silindernya berhubungan langsung dengan saluran pemasuk, kalau torak bergerak ke bawah maka ruang diatasnya menjadi besar dan dalam silinder menjadi kurang. Akibat dari pada itu udara luar mengalir ke dalam saluran pemasuk ditempatkan sebuah gelang tirus ganda dalam V, maka udara tidak dapat mengalir dengan mudah lagi karena tekanan dalam ruang V. Hal ini mudah diperlihatkan dengan sebuah manometer. Pada gambar di bawah dapat terlihat tekanan udara luar 760mm, sedangkan tekanan dalam saluran pemasuk masih 660 mm air raksa, pada saat torak bergerak ke bawah.

28

Gambar 2.8 Prinsip Karburator (www.carburetor.com)

2.11. Macam-macam karburator Dilihat dari komponen pendukung karburator dibedakan,ada dua tipe karburator diantaranya: 1. Model skep Karburator ini didukung skep paling banyaak sesuai namanya, tentu dilengkapi skep berbentuk bulat atau kotak. Tipe skep banyak dipakai motor lokal sekarang, banyaknya udara yang mengalir diatur naik turun skep,ketika gas dipelintir skep naik ke atas sehingga udara bermasuk akibat terhisap piston akibat aliran udara diventuri terjadia ke vakuman maka berada di ruang pelampung tersedot ke venturi.

29

Gambar 2.9 Karburator tipe Skep (www.keihin.com)

2. Karburator tipe Vakum Karburator ini bekerja sesuai dengan vakum, yang mengaplikasikan karburator model ini biasanya motor 4-tak. Karburator jenis pakai skep juga tetapi tidak ditarik ulur tali gas justru yang ditarik kabel gas, katup kupu-kupu di mulut karburator menghadap intakemanifold. Kepala skep terhubung ke karet penyekat vakum ketika gas dipelintir, katup kupu-kupu terbuka. Saluran yang terhubung ke ruang vakum dikepala skep menyedot udara aluar sehingga karet penyekat terangkat bersama skep.

30

Gambar 2.10 Karburator tipe Vakum (www.keihin.com)

2.12. Cara Kerja Karburator a) Putaran Idle (stationer)

Gambar 2.11 Putaran Idle (stationer) (www.carburetor.com) 31

Katup gas (torak tertutup ¼ membuka) :

•

Vakum besar terjadi di belakang torak W bensin terisap dari ruang pelampung melalui jet idle. Sebelum bensin keluar adari lubang idle, terjadi pencampuran awal dengan udara (udara melalui saluran udara aidle).

•

Selanjutnya aaterjadi pencampuran lagi dengan udara pada ruang pencampuran (udara melalui celah torak).

•

Penyetelan udara dilakukan melalui Sekrup penyetel udara Sekrup di putar ke arah dalam W campuran kaya Sekrup di putar ke arah luar

•

W campuran kurus

Putaran idle disetel melalui sekrup penyetel gas.

b) Beban Menengah

Gasmbar 2.12 Beban menengah (www.carburetor.com) 32

Katup gas terbuka ¼

•

- 3/4 jarum membuka nosel utamaa

Vakum pada celah torak mengisap bensin dari ruang pelampung W sistem utama bekerja.

•

Pencampuran selanjutnya pada ujung nosel utama (ruang pencampuran)

•

Sistem idle max bekerja (berangsur-angsur bekerja)

c) Beban Penuh

Gambar 2.13 Beban penuh (www.carburetor.com)

Posisi katup gas terbuka ¾

- terbuka penuh

•

Nosel utama terbuka penuh

•

Aliran udara venture besar W vakum pada venture mencapai maksimum sesuai aliran udara.

•

Sistem utama bekeraja penuh 33

•

Idle tidaak bekerja lagi

•

Untuk mendapat perbandingan campuran dan pengabutan bensin yang baik pada beban penuh putaran rendah, bisa diatur dengan sedikit menutup torak gas melalui gas tangan (mengurangi putaran motor).

2.13. Perbedaan Karburator Vakum dengan Karburator Konvensional Sudah diketahui bahwa karburator adalaah sebuah alat yang mengontrol jumlah campuran udara dan bahan bakar yang masuk ke silinder mesin. Pada teknologi karburator vakum jumlah udara yang masuk dikendalikan katup kupu-kupu, sedangkan untuk karburator konvensionai oleh pergerakan throttle. Jumlah pasokan bahan bakar dikendalikan tekanan vakum pada mesin motor. Secara sederahana prinsip dasar kerja karburator adalah ketika piston bergerak turun, saat aitu ydara akan tertarik masuk. Udara ini mengalir masuk ke karburator dan menyebabkan terjadinya penurunan kevakuman ini menarik bahan bakar masuk melalui lubang khusus. Pada sistem karburator avakum, baka tutup gas hanyalah sebagai pemancing kerja karburator. Setelah itu, kerja karburator dikendalikan oleh membran. Banyaknya bahan bakar dan udara yang dipasok disesuaikan dengan kebutuhan mesin. Input-nya berasal dari dapur pacu juga yang diatur membran. Artinya semakin besar tekanan di ruang bakar, semakin banyak campuran bahan bakar udara yang ditarik kemesin. Begitulah pula sebaliknya. Karburator

vakum (CV) amasih

memanfaatkan skep, anamun skep ini tidak ditarik oleh tali gas. Yang ditarik kabel gas adalah katup kupu-kupu adi mulut karburator berhadapan dengan intake-manifold. Kepala skep tersambung dengan karet peyekat vakum atau membran. Saat grip gas diputar, maka tali gas akan

34

menarik katup kupu-kupu untuk terbuka. Saluran yang terhubung ke ruang vakum di kepala skep akan menyedot udara luaraa, sehingga membran pun mulai bekeraja. 2.14. Cara kerja Karburator Vakum Cara kerja karburator vakum (CV) memang masih memanfaatkan sistem kevakuman. Naik turun jarum skep pada karburator vakum (CV) ditentukan oleh kevakuman di ruang bakar. Saat putaran mesin masih rendah dan tingkat kevakuman aarendah, skep hanya membuka dengan lubang yang kecil. Begitu putaran mesin naik dan tingkat kevakuman meningkat, skep akan membuka lebar-lebar untuk mengalirkan bahan bakar. Di sinilah membran berfungsi sebagai pengelola konsumsi bahan bakar otomatis permintaan bahan bakar pun akan sesuai dengan keperluan mesin. 2.15. Kelemahan Karburator Vakum karburator vakum (CV) juga memiliki kelemahan, yaitu lambat pada akselerasi awal. Penyebabnya saat putaran mesin rendah, skep akan membuka rendah pula. Otomatis bahan bakar yang masuk ke ruang bakar tidak begitu banyak sehingga tenaga yang di keluarkan tidak besar. Walaupun gas dipelintir dalam-dalam, skep karburator tidak akan membuka secara spontan mengikuti putaran grip gas. Ayang terjadi adalah udara dipaksa masuk sebanyak-banyaknya ke ruang bakar, sedangkan adebit bahan bakar sedikit. Ahasilnya pemabakaran pun tidak optimal dan tenaga seperti kosong sesaat. Tenaga baru akan mengisi kembali pada durasi waktu sekitar 1 detik.

35

2.16. Perawatan Karburator Vakum Cara perawatan karburator vakum agak berbeda dengan karburator konvensional, khususnya pada karet membrannya. Karet tersebut harus tahan lama dan tidak boleh sobek. Pasalnya, bila sobek,proses kevakuman tidak bias terjadi. Posisi karet membran sendiri berada di atas karburator dan di tutup lempengan besi pada saaat melakukan servis karburator, membran jangan di buka. Alasannya, kalau salah memasang bisa mebuat karet terjepit sehingga menjadi bocor. Bandingkan dengan skep yang umum dengan bahan logam berlapis krom. Gara-gara kena debu, skep jadi macet dan kelamaan lapisan teflon tergores , hasilnya langsam tak stabil alias naik turun. 2.17. Karburator Konvensional (PE 28) Berbeda udara sistem karburator vakum pada karburator standart model skep, banyaknya udara yang mengalir diatur oleh naik-turunnya skep. Waktu gas dibuka, skep naik dan udara luar masuk akiba terisap piston. Di dalam venturi akan terjadi kevakuman yang menarik bahan bakar di tangki masuk ke venturi. Perubahan skep ini berdasarkan pergerakan kabel gas dari pengendara. 2.18. Prestasi Motor Bakar Dalam beberapa pengujian motor dengan menggunakan dinamometer ada beberapa nilai prestasi yang dapat diketahui, yaitu dengan menggunkan beberapa persamaan seperti di bawah ini.

36

1. jumlah udara yang di pergunakan (Ga ) Banyaknya jumlah udara yang di pergunakan dalam kg per jam pada waktu pembilasan, yang dapat di hitung dengan menggunakan persamaan 

Ga = VL x γai x z x n x  x 60

(Harsanto, Motor Bakar)

Dimana: Ga

= Jumlah udara yang diperlukan (kg/jam)

VL

= Volume langkah torak per silinder (O?* )

Xai

= Berat jenis udara pada kondisi masuk (atmosfer) (N/?* )

Z

= Jumlah silinder

N

= Putaran poros engkol (rpm)

2. Air/Fuel (perbandingan bahan bakar-udara (F) Perbandingan bahan bakar-udara pada motor bakar torak dapat dihitung dengan persamaan: F=

P4 PQ

(Harsanto, Motor Bakar)

Dimana: F

= Perbandingan bahan bakar-udara (kg/jam)

Ga

= Jumlah udara yang dipergunakan (kg/jam)

Gf

= Jumlah bahan bakar yang dipergunakan (kg/jam) 37

3. Efisiensi termal indikator (Yi)

ηi =

R

(Harsanto, Motor Bakar)

PQG

Dimana:

ηi

= Efisiensi termal indikator

Ni

= Daya indikator ( PS )

Gf

= Jumlah bahan bakar yang di pergunakan, (kg/jam)

Qc

= Nilai kalor bahan bakar, (kcal/kg)

4. Tekanan efektif rata-rata -: )

ηi =

 J # J M J N J 4 PQ J GZ

(Harsanto, Motor Bakar)

Dimana:

Pe

= Tekanan efektif rata-rata (kg/m2 )

VL

= Volume langkah torak persilinder (cm3)

z

= Jumlah silinder

n

= Putaran poros engkol ( rpm )

a

= Jumlah siklus perputaran,

[\]^_[

`_abcbd

= 1 untuk motor 2- Langkah =

 

untuk motor 4- Langkah

38

5. Daya Efektif (e ) Pada motor bakar torak,daya yang berguna adalah daya poros atau daya efektif yang dapat di hitung dengan persamaan

Ne = Pe rata-rata . VL . z . n . a .



I. J .. J KL

Dimana:

Ne

= Daya efektif ( kW )

Pe rata-rata = Tekanan efektif rata – rata ( N/m3 ) VL

= Volume langkah torak per silinder ( cm3 )

z

= Jumlah silinder

n

= Putaran poros engkol ( rpm )

a

= Jumlah siklus per putaran,

= =

 )  

[\]^_[

`_abcbd

untuk motor 2 – Langkah. untuk motor 4 – Langkah.

(Harsanto, Motor Bakar)

6. Torsi (T). Momen putar atau yang biasa disebut dengan torsi adalah merupakan ukuran beban mesin dapat diketahui dengan menggunakan persamaan

Ne =

f J N J  I. J KL

39

Sehingga

T=

R

f J N

Dimana:

Ne

= Daya efektif ( PS )

n

= Putaran poros engkol ( Rpm )

T

= Momen putar atau Torsi ( m.kg )

(Harsanto, Motor Bakar)

7. Pemakaian Bahan Bakar Spesifik ( Be ) Parameter ini biasa dipakai sebagai ukuran ekonomi pemakaian bahan bakr karena Be menyatakan banyaknya bahan bakar yang terpakai per jam untuk setiap daya kuda yang di hasilkan. Parameter tersebut dapat di ketahui dengan menggunakan persamaan.

Be =

PQ

R

=



GZ J H

g

*I.. J KL )K



I*

GZ .H

S/,4U  V

Dimana: Be

= Pemakaian bahan bakar efektif, (kg/jam.PS)

Ne

= Daya efektif (PS)

Gf

= Jumlah bahan bakar yang dipergunakan, (kg/jam)

Qc

= Nilai kalor bahan bakar, (Kcal/kg)

ηe

= Efisiensi Termal Efektif

(Arends, H. Berenschot) 40

8. Efisiensi Termal Efektif (ηe). Adalah parameter yang menunjukann perbandingan antara panas yang berubah menjadi usaha dengan panas yang tersedia ( dibangkitkan oleh pembakran )

ηe =

R

hQ J GZ

Dimana :

ηe

= Efisiensi Termal Efektif

Gf

= Jumlah bahan bakar yang dipergunakan ( kg/jam )

Q

= Nilai kalor bahan bakar ( Kcal/kg ) (Arends, H. Berenschot)

41