klasifikasi dan siklus motor bensin
DESCRIPTION
Motor BakarTRANSCRIPT
KLASIFIKASI DANSIKLUS MOTOR BENSIN
Dalam bab ini kita akan dibahas mengenai : pengertian motor bakar, klasifikasi motor
baker, geometri operasi mesin, siklus dasar motor bensin.
1.1 Pendahuluan
Motor pembakaran dalam atau biasa disebut dengan motor bakar adalah mesin kalor yang
mengkonversi energi kimia dalam bahan bakar menjadi energi mekanis. Energi kimia
dalam bahan bakar pertama-tama diubah menjadi energi termal melalui proses pembakaran
atau oksidasi dengan bantuan udara dalam ruang bakar. Energi ini akan menaikkan
temperatur dan tekanan di dalam ruang bakar, yang kemudian tekanan ini akan
menggerakkan mekanisme mekanis pada mesin. Mekanisme ini akhirnya akan
menyebabkan adanya putaran yang merupakan kaluaran yang diharapkan dari motor
pembakaran dalam ini. Contoh penggunaannya adalah pada kendaraan : Automobile, truk,
lokomotiv, pesawat, kapal, dll. Sedangkan untuk mesin stasioner : penggerak generator
atau pompa, dll.
Sedangkan motor pembakaran luar adalah apabaila pembakaran bahan bakar berada
diluar/terpisah dari sistem mekanik. Contoh penggunaannya adalah pada ketel uap, turbin
gas, dll.
1.2 Klasifikasi Motor Bakar
Motor bakar dapat diklasifikan menjadi beberapa macam, antara lain berdasarkan pada :
a. Tipe pengapian
1) Pengapian dengan busi
Untuk pengapian pada setiap awal pembakaran dengan bantuan loncatan
bunga api dari busi. Pada tipe ini bahan bakar dan udara dicampur dahulu
sebelum masuk dalam ruang bakar. Campuran udara + bahan bakar ini
dikabutkan dahulu sehingga akan mudah untuk terjadi penguapan saat
masuk dalam ruang bakar. Sehingga akan didapatkan campuran yang
homogen yang akan menjadikan pembakaran dapat berjalan sempurna.
Bahan bakar yang digunakan pada mesin jenis ini biasanya adalah bensin,
sehingga mesin ini disebut dengan mesin bensin atau motor bensin.
Konstruksi dari motor bensin ini dapat dilihat pada gambar 1-1 dibawah ini.
Katup Buang
Saluran Buang
Gas Buang
1
Gambar 1-1 Konstruksi motor bensin Diambil dari Referensi [13]
2) Pengapian dengan kompresi
Pada mesin jenis ini pembakarn di dalam ruang bakar terjadi karena
temperature tinggi dalam ruang bakar akibat proses kompresi. Yang
dimasukkan melalui saluran masuk ke dalam ruang bakar adalah udara
murni. Bahan bakar yang biasanya digunakan adalah minyak solar atau
minyak diesel, sehingga sering disebut motor diesel. Bahan bakar
disemprotkan dalam ruang bakar oleh nosel berupa kabut yang akan mudah
tercampur dan terbakar dalam ruang bakar. Konstruksi dari motor diesel
dapat dilihat pada gambar 1-2 dibawah ini.
Gambar 1-2 Konstruksi motordiesel Diambil dari Referensi [1]
b. Siklus Mesin
Blok Silinder
Bak Engkol
Ruang Bakar
Piston
Pena PistonBatang
Penggerak
Pena Engkol
Poros Engkol
Bahan Bakar(bensin)
Udara
Katup Masuk
Saluran Masuk
Busi
2
1) Siklus 4 langkah (4 tak)
Pada mesin jenis ini untuk setiap siklus diperlukan 4 pergerakan piston atau
2 kali putaran poros engkol. Pada mesin ini juga dilengkapi dengan katup
masuk dan katup buang untuk mengatur pemasukan dan pengeluaran gas
baru masuk silinder dan gas bekas keluar silinder. Dan katup ini untuk
pembukaan dan penutupannya dengan bantuan mekanisme katup. Poros
kam sebagai poros penggerak untuk pembukaan dan penutupan katup
dihubungkan dengan poros engkol. Perbedaan putaran antara poros kam dan
poros engkol adalah setengahnya, yang berarti bahwa jika poros engkol
berputar 2 kali, maka poros kam berputar 1 kali. Konstruksi dari mesin
siklus 4 langkah dapat dilihat pada gambar 1-3 dibawah ini.
Gambar 1-3 Mesin 4 Langkah (4 Tak) Diambil dari Referensi [1]
2) Siklus 2 langkah (2 tak)
Mesin jenis ini untuk setiap siklus diperlukan 2 pergerakan piston atau 1
kali putaran poros engkol. Dan pada mesin ini tidak menggunakan katup
untuk mengatur pemasukan dan pengluaran gas baru masuk silinder dan gas
bekas/buang keluar silinder. Tetapi pengaturannya oleh pergerakan piston
dari TMA ke TMB dan pembukaan dan penutupan saluran pada samping
silinder. Konstruksi mesin 2 langkah ini sederhana, namun kompleks
dalampengoperasiannya. Mesin 2 langkah yang sedrhana terdiri dari sebuah
piston yang permukaannya di blok, dimana disatu sisi merupakan bagian
masuk/isap dan sisi yang lain bagian buang. Konstruksi dari mesin siklus 2
langkah dapat dilihat pada gambar 1-4 dibawah ini.
(a) Masuk (b) Kompresi (c) Usaha (d) Buang
3
Gambar 1-4 Mesin 2 Langkah (2 Tak) Diambil dari Referensi [13]
c. Desain Dasar
1) Bolak-balik (Reciprocating)
Pada mesin jenis ini mempunyai satu atau lebih silinder yang di dalamnya
terdapat piston yang bergerak maju-mundur. Ruang bakar diletakkan di
akhir setiap silinder. Tenaga yang dihasilkan digunakan untuk memutar
poros engkol yang dihubungkan dengan piston. Konstruksi dari mesin
bolak-balik dapat dilihat pada gambar 1-5 dibawah ini.
Gambar 1-5 Mesin tipe bolak-balik (Reciprocating) Diambil dari Referensi [17]
2) Rotary (wankel Engine)
Bak Engkol
ScavengingBlowdown
Saluran Buang
Saluran Masuk
Busi
Deflektor
SaluranPerpindahan
4
Pada mesin jenis ini dibuat dari blok (stator) dan nonconcentric rotor serta
poros engkol. Ruang bakar berada diantara nonrotating block. Konstruksi
dari mesin rotary dapat dilihat pada gambar 1-6 dibawah ini.
Gambar 1-6 Mesin tipe Rotary ( wankel Engine) Diambil dari Referensi [17]
d) Proses Pemasukan Udara
1) Naturrally Aspirated
Pada mesin jenis ini untuk memasukkan udara dengan pemasukan udara
secara alami. Tidak ada bantuan sistem untuk menekan udara. Konstruksi
dari mesin pemasukan alami dapat dilihat pada gambar 1-7 dibawah ini.
Gambar 1-7 Mesin tipe pemasukan alami Diambil dari Referensi [17]
Rumah Rotor
Rumah Samping
Seal Minyak
Seal Samping
Seal Pojok
Permukaan Throcoid
Permukaan SampingSeal Apex
Silinder Mesin
VenturiUdara Masuk
5
2) Supercharged
Pada mesin jenis ini tekanan udara masuk dinaikkan dengan bantuan
kompresor yang digerakkan dari poros engkol mesin. Konstruksi dari mesin
dengan supercharger dapat dilihat pada gambar 1-8 dibawah ini.
Gambar 1-8 Mesin tipe supercharged Diambil dari Referensi [17]
3) Turbocharged
Pada mesin jenis ini tekanan udara masuk dinaikkan dengan bantuan
kompresor yang digerakkan dari gas bekas mesin. Prinsip kerja turbocharger
dapat dilihat pada gambar 1-9 dibawah ini.
Gambar 1-9 Prinsip kerja turbocharged Diambil dari Referensi [17]
Udara masuk
Energi Gas Buang Digunakan Untuk Menaikkan Massa Jenis Pengiisain Bahan Bakar Untuk Mendapatkan Keluaran Daya Mesin Maksimum Lebih Besar
Gas Buang
Pipa Gas Buang
Turbin
Kompresor
Udara
Karburator atau Injeksi Bahan Bakar
6
4) Crankcase Compressed
Tekanan udara masuk dinaikkan dengan bantuan bak engkol. Biasanya
digunakan pada motor dengan siklus 2 tak. Dan sekarang juga telah
dikembangkan untuk 4 tak. Konstruksi mesin ini dapat dilihat pada gambar
1-10 dibawah ini.
Gambar 1-10 Mesin tipe crankcase compressed Diambil dari Referensi [13]
e) Metode memasukkan bahan bakar untuk mesin bensin
1) Karburator
Dengan menggunakan karburator untuk pengaturan pemasukan bahan bakar
ke dalam silinder motor. Untuk beberapa dekade, karburator digunakan
pada motor bensin untuk menambahkan bahan bakar ke udara masuk.
Prinsip dasar karburator sangat sederhana, beda dengan ketika injektor
bahan bakar akhirnya menggantikannya sebagai sistem pemasukan bahan
bakar, ia dikembangkan menjadi sistem yang kompleks, canggih, dan
mahal. Saat udara masuk mesin karena adanya penurunan tekanan antara
udara atmosfer dan kevakuman dalam silinder selama langkah masuk, ia
mempercepat ke kecepatan tinggi dalam throat dari venturi karburator.
Dengan prinsip Bernoulli’s, karena tekanan dalam throat P2 diturunkan
nilainya kurang dari tekanan P1 (sekitar 1 atm). Tekanan diatas bahan bakar
dalam bak bahan bakar sama dengan tekanan atmosfer sebagaimana bak di
beri ventilasi ke sekitar (P3 = P1 > P2). Bentuk dasar karburator motor
bensin ini dapat dilihat pada gambar 1-10 dibawah ini.
Tutup Saringan Oli Terbuka
Tutup Saringan Oli Tertutup
Udara Masuk Blowby Gas Aliran gas Balik
Udara Masuk Blowby Gas
Katup Pengatur
7
Keterangan ;
(A) Venturi
(B) Katup throttle
(C) Pipa kapiler bahan bakar
(D) Bak penampung bahan bakar
(E) Katup pengukur utama
(F) Pengatur kecepatan idle
(G) Katup idle
(H) Choke
Gambar 5-10 Dasar karburator motor bensin
Diambil dari Referensi [17]
2) Multipoint Port Fuel Injection
Dengan menggunakan satu atau lebih injektor pada setiap masuk ke
silinder.
Gambar 1-11 Mesin tipe multipoint port fuel injection Diambil dari Referensi [17]
Campuran Menuju Saluran Masuk
(G)
(B)
(F)
(A)
(C)
(H)
(H)
Suplai Bahan Bakar
(D)
P3
Pelampu
ng
Pengabutan Bahan Bakar
Injektor
Udara
8
3) Throttle Body Fuel Injection
Dengan menggunakan injektor saluran masuk (intake Manifold).
Gambar 1-12 Mesin tipe throttle body fuel injection Diambil dari Referensi [17]
4) Gasoline Direct Injection
Dengan menggunakan injektor yang dipasangkan dalam ruang bakar dengan
bahan bakar di injeksikan langsung dalam silinder.
Gambar 1-13 Mesin tipe gasoline direct injection Diambil dari Referensi [17]
Saluran Masuk
UdaraUdara
Pengabutan Bahan Bakar
Throttle Body
Injektor
9
1.3 Siklus Dasar Motor Bensin
a. Siklus motor bensin 2 langkah
Siklus dasar motor bensin 2 langkah dapat dijelaskan pada gambar 1-14 di
bawah ini.
Gambar 1-14 Siklus dasar motor bensin 2 langkah Diambil dari Referensi [1]
Urutan Siklus :
a) Langkah 1 : Langkah Ekspansi / Langkah Tenaga
Pada langkah ekspansi ini, piston bergerak dari TMA menuju TMA.
Gerakan ekspansi ini dikarenakan tekanan dari gas pembakaran dalam
silinder mesin.
b) Pembuangan (Exhaust Blowdown)
Pada langkah pembuangan ini akan diikuti oleh langkah pembilasan buang.
c) Pemasukan & Pembilasan (Intake & Scavenging)
Pada langkah pemasukan dan pembilasan ini ada campuran gas baru yang
masuk dan ada gas bekas yang keluar dari silinder mesin
d) Langkah 2 : Langkah Kompresi
Pada langkah kompresi ini campuran gas baru tekan menuju TMA.
e) Pembakaran
Langkah pembakaran ini akan dimulai beberapa derajat sebelum piston
mencapai TMA. Sehingga pada akhir pembakaran akan didapatkan tenaga
yang maksimum.
10
b. Siklus motor bensin 4 langkah
Siklus dasar motor bensin 4 langkah dapat dijelaskan pada gambar 1-15 di
bawah ini.
Gambar 1-15 Siklus dasar motor bensin 4 langkah Diambil dari Referensi [13]
Urutan Siklus :
a) Langkah 1 : Langkah Pemasukan
Katup masuk terbuka dan buang tertutup. Piston bergerak dari TMA menuju
TMB. Campuran bahan bakar-udara masuk ke dalam silinder.
b) Langkah 2 : Langkah Kompresi
Pada langkah kompresi ini kedua katup tertutup. Piston bergerak dari TMB
menuju TMA. Gas campuran dalam silinder tersebut dikompresi.
c) Pembakaran
Kedua katup tertutup. Campuran bahan baker-udara dibakar dalam silinder
dengan bantuan percikan api dari busi.
d) Langkah 3 : Langkah Tenaga atau Langkah Ekspansi
Kedua katup tertutup. Piston bergerak dari TMA menuju TMB.
e) Langkah 4 : Langkah Pembuangan
Katub masuk tertutup tertutup dan katub buang terbuka. Piston bergerak
dari TMB menuju TMA. Gas bekas ditekan keluar dari dalam silinder.
f) Langkah Pembilasan
Pada langkah ini ada sebagian gas baru yang ikut terdorong keluar.
11
12