skripsi jadi
TRANSCRIPT
LAPORAN SKRIPSI
PERANCANGAN MOTOR BENSIN
EMPAT LANGKAH 115 CC UNTUK PENGGERAK SEPEDA MOTOR
Oleh :
Disusun Oleh : MUHAMMAD CHAIRI DARMANSYAH
03.03.2908
PROGRAM STUDI STRATA 1 JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT SAINS &TEKNOLOGI AKPRIND
YOGYAKARTA MARET 2010
ii
HALAMAN PENGESAHAN
LAPORAN SKRIPSI
PERANCANGAN MOTOR BENSIN EMPAT LANGKAH 115 CC UNTUK PENGGERAK
SEPEDA MOTOR
Disusun Oleh : MUHAMMAD CHAIRI DARMANSYAH
03.03.2908
Telah diperiksa dan disetujui oleh pembimbing
Yogyakarta, ...................................2010
Menyetujui,
Pembimbing I Pembimbing II
(Ir. Sugiarto, Ps) (Ir. Hary Wibowo, MT)
Mengetahui, Ketua Jurusan Teknik Mesin
(Ir. Toto Rusianto,MT)
iii
HALAMANPENGUJI
PERANCANGAN MOTOR BENSIN EMPAT LANGKAH 115 CC UNTUK PENGGERAK
SEPEDA MOTOR
Disusun Oleh : MUHAMMAD CHAIRI DARMANSYAH
03.03.2908
Skripsi ini telah dipresentasikan dan dipertahankan dihadap Tim Dosen Penguji
Yogyakarta, 10 Maret 2010
Tim Penguji
1. Ir. Sugiarto, Ps ……………………………..
2. Ir. Hary Wibowo, MT ……………………………..
3. Ir. Sudarsono, MT ……………………………..
iv
KATA PENGANTAR
Segala puji bagi tuhan semesta alam atas limpahan rahmat dan karunia-
Nya, sehingga kami dapat menyelesaikan tugas akhir. Tugas akhir merupakan
syarat yang harus dipenuhi dalam menyelesaikan studi jenjang S-1 pada jurusan
teknik mesin IST AKPRIND Yogyakarta.
Pada kesempatan yang baik ini, kami ingin menyampaikan penghargaan dan
terima kasih kepada:
1. Kedua orang tua, atas dukungan moral dan materilnya
2. Bapak Ir. Sudarsono. MT, selaku Rektor institut sains & teknologi
AKPRIND Yogyakarta.
3. Bapak Muhammad Soleh. ST. MT, selaku ketua dekan fakultas teknologi
industri institut sains & teknologi AKPRIND Yogyakarta.
4. Bapak Ir. Toto Rusianto, MT, selaku ketua jurusan teknik mesin institut
sains & teknologi AKPRIND Yogyakarta.
5. Bapak Ir. Sugiarto, Ps, selaku dosen pembimbing Itugas akhir, atas semua
arahan dan masukan yang diberikan kepada kami
6. Bapak Ir. Hary Wibowo, MT, selaku dosen pembimbing IItugas akhir,
atas semua arahan dan masukan yang diberikan kepada kami.
7. Semua pihak yang telah membantu terselesaikanya Tugas Akhir ini
Atas kekurangan dan keterbatasan dalam penyusunan tugas akhir, segala
kritik dan saran yang bersifat membangun sangat kami harapkan.
v
Semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat khususnya bagi kami dan bagi
pembaca pada umuumnya. Saran dan kritik yang membangun demi kemajuan
ilmu pengetahuan dan pengabdian, kami terima dengan hati terbuka
Yogyakarta, Febuari 2009
Penyusun
vi
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ........................................................................................... i
HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................. ii
HALAMAN PENGUJIAN ................................................................................ iii
KATA PENGANTAR ........................................................................................ iv
DAFTAR ISI ....................................................................................................... vi
DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... ix
DAFTAR TABEL ............................................................................................... xi
ABSTRAK .......................................................................................................... xii
BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang ....................................................................................... 1
1.2.Rumusan Masalah ................................................................................... 2
1.3. Batasan Masalah..................................................................................... 2
1.4. Tujuan Tugas Akhir ............................................................................... 2
1.5. Tinjauan Pustaka .................................................................................... 3
1.6. Sistematika Penulisan ............................................................................ 3
BAB II LANDASAN TEORI
2.1.Motor Bensin ........................................................................................... 6
2.1.1. Siklus termodinamika.................................................................... 7
2.1.2. Siklius Otto ................................................................................... 8
2.2. Siklius Kerja ........................................................................................... 8
2.2.1. Prinsip Kerja Motor Bensin Empat Langkah ................................ 9
2.2.2. Prinsip Kerja Motor Bensin Dua Langkah .................................... 10
2.2.3. Proses Pembakaran........................................................................ 12
2.2.4. Proses Penyalaan ........................................................................... 14
2.3. Sepeda Motor ......................................................................................... 14
2.4. Bagian Utama Motor Bensin .................................................................. 16
vii
2.4.1. Kepala Silinder dan Blok Silinder................................................. 15
2.4.2. Piston ............................................................................................. 16
2.4.3. Mekanisme Katup ......................................................................... 18
2.5. Sistem Bahan Bakar ............................................................................... 19
2.6. Sistem Kelistrikan .................................................................................. 21
2.7. Knalpot ................................................................................................... 22
2.8. Sistem Pelumasan .................................................................................. 24
2.9. Sistem Pendinginan ................................................................................ 27
BAB III PERHITUNGAN THERMODINAMIKA MOTOR BENSIN
3.1. Proses Hisap ........................................................................................... 32
3.2. Proses Kompresi .................................................................................... 32
3.3. Proses Pembakaran................................................................................. 34
3.4. Proses Ekspansi ...................................................................................... 38
3.5. Tekanan efektif rata – rata ..................................................................... 39
BAB IV PERHITUNGAN KOMPONEN UTAMA
4.1. Silinder liner ........................................................................................... 41
4.1.1. Bahan Silinder ............................................................................... 42
4.1.2. Perhitungan Bahan Silinder ......................................................... 43
4.1.3. Tinjauan Kekuatan Silinder Silinder ............................................. 45
4.2. Piston ...................................................................................................... 48
4.2.1. Bahan Piston ................................................................................. 49
4.2.2. Dimensi Piston .............................................................................. 50
4.2.3. Tinjauan Kekuatan Piston ............................................................. 51
4.2.4. Pena Piston ................................................................................... 53
4.2.3. Prhitungan Ring piston .................................................................. 56
4.3. Perhitungan Kepala Silinder ................................................................. 59
4.4. Batang Penggerak (conecting rod) ........................................................ 63
4.5. Poros Engkol ......................................................................................... 69
4.6. Katup (valve) .......................................................................................... 73
viii
4.6.1. Ukuran Utama Katup Masuk ........................................................ 76
4.2.2. Ukuran Utama Katup Buang ......................................................... 77
4.7. Poros Bubungan ..................................................................................... 79
4.7.1. Pergerakan Katup – katup ............................................................ 79
4.7.2. Poros Bubungan ............................................................................ 80
4.7.3. Ukuran Utama Poros Bubungan ................................................... 81
4.7.4. Ukuran Utama Poros Bubungan Katup Buang ............................. 83
4.7.5. Ukuran Utama Poros Bubungan Katup Hisap .............................. 85
4.8. Bahan Bakar ........................................................................................... 85
4.8.1. Perhitungan Karburator ................................................................. 86
4.9. Pelumasan .............................................................................................. 90
4.9.1. Jenis Minyak Pelumas ................................................................... 92
4.9.2. Perhitungan Kebutuhan Minyak Pelumas P
ada Sistem Pelumasan ................................................................... 93
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan ............................................................................................ 98
5.2. Saran ....................................................................................................... 99
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
ix
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Diagram P–V siklus ideal dan siklus aktual motor otto ............... 7
Gambar 2.2. Siklus ideal Otto ........................................................................... 8
Gambar 2.3. Siklus kerja motor empat langkah/ 4 Tak ..................................... 10
Gambar 2.4.Siklus kerja motor bensin dua langkah (2 Tak) ............................. 11
Gambar 2.5. Bagian utama cylinder head ......................................................... 15
Gambar 2.6Cylinder headdancylinder block sepeda
motor empat langkah. .......................................................................................... 16
Gambar 2.7.Piston dan nama bagian piston ...................................................... 17
Gambar 2.8. Piston dan bagian pendukung piston ............................................ 18
Gambar 2.9. Mekanisme katup .......................................................................... 18
Gambar 2.10. Saluran bahan bakar pada sepeda motor ..................................... 19
Gambar 2.11. Cara kerja sebuah karburator sederhana ..................................... 20
Gambar 2.12. Sistem pengapian sepeda motor ................................................. 22
Gambar 2.13. Knalpot untuk sepeda motor empat tak (exhaust pipe system) .. 23
Gambar 2.14. Knalpot untuk sepeda motor dua Tak (Exhaust system) ............. 24
Gambar 2.15. Pelumasan pada bantalan ............................................................ 25
Gambar 2.16. Pelumasan sistem percik ............................................................. 26
Gambar 2.17Sistem pendingian Udara .............................................................. 28
Gambar 2.18. Sistem pendingian Air ................................................................ 29
Gambar 3.1. Diagram P–V siklus ideal dan siklus aktual motor otto ............... 30
Gambar 3.1. Diagram P – v dan T – s Siklus Otto ........................................... 31
x
Gambar 4.1.Bagian – bagian penting motor bakar ............................................ 41
Gambar 4.2.Penampangsilinder liner ................................................................ 45
Gambar 4.3. Konstruksi dimensi piston ............................................................ 50
Gambar 4.4. Ilustrasi beban pada piston crown ................................................ 52
Gambar 4.5.Ilustrasi pembebanan dan dimensi pena piston ............................. 54
Gambar 4.6. Dimensi ring piston : (A) ring kompresi, (B) ring oli................... 57
Gambar 4.7. Ilustrasi pembebanan pada ............................................................ 61
Gambar 4.8. Connecting rod ............................................................................. 64
Gambar 4.9. Poros engkol (crank shaft) ............................................................ 70
Gambar 4.10. Ukuran-ukuran katup .................................................................. 75
Gambar 4.11. Diagram bukaan katup ................................................................ 80
Gambar 4.12. Poros bubungan (camshaft) ........................................................ 81
Gambar 4.13Karburator sepeda motor empat langkah ...................................... 87
Gambar 4.14. Sistem pelumasan sepeda motor empat langkah ........................ 96
xi
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1. Menentukan ( ) TBAm gggCv += ..................................................... 37
Tabel 4.1. Perbandingan bahan bakar - udara .................................................... 85
Tabel 4.2. No SAE berdasarkan viskositas ........................................................ 93
xii
ABSTRAK
Sepeda motor merupakan alat transportasi yang banyak digunakan oleh masyarat pada saat sekarang ini. Hal ini disebabkan oleh karena nilai ekonomis ataupun kepraktisan yang dihadirkan oleh sepeda motor tersebut. Sistem utama sepeda motor terdiri , yaitu: Rangka (chasis), sistem suspensi (suspension), sistem pengereman (braking system), sistem penerus daya (drive chain), sistem kelistrikan (electrical system), sistem bahan bakar (fuel system), sistem utama/mesin (engine), dan sistem pemasukan dan pembuangan gas.
Perancangan motor bensin 4 langkah penggerak sepeda motor dengan volume langkah 115 CC, meliputi :piston dan analisa piston crown dan piston skrit, dan mekanisme penggeraknya (batang piston, poros engkol), ring piston, dan pen piston, ulir pengikat , silinder dan silinder liner, sistem bahan bakar dan pelumasan.
Hasil perancangan ulang motor bensin 4 langkah penggerak sepeda motor dengan volume langkah 115 CC, sebagai berikut : Daya Kuda (BHP) = 8,415 HP, putaran mesin = 7500 rpm, tekanan pembakaran = 60,71 kg/cm2, konsumsi bahan bakar = jam
kg495,0 , konsumsi bahan bakar spesifik= jam.HPkg0589,0 , tekanan
efektif = 2cmkg78,8 , perbandingan kompresi = 9: 1, Panjang Langkah = 39,6 mm,
diameter silinder = 60,8 mm, volume langkah = 115 cc, bahan bakar = bensin (gasoline)
Kata Kunci : Volume langkah, Motor bensin 4 langkah, Daya kuda, Konsumsi
bahan bakar spesifik
1
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Sepeda motor merupakan alat transportasi yang banyak digunakan oleh
masyarat pada saat sekarang ini. Hal ini disebabkan oleh karena nilai ekonomis
ataupun kepraktisan yang dihadirkan oleh sepeda motor tersebut . Nilai ekonomis
dapat kita lihat dengan harga sepeda motor yang relative terjangkau oleh
masyarakat dengan ekonomi menengah dan penggunaan bahan bakar yang relatif
lebih hemat dibandingkan dengan kendaraan bermotor roda empat. Sedangkan
nilai kepraktisan dapat kita lihat dengan lincahnya kendaraan bermotor roda dua
bila digunakan pada jalan raya yang padat. Sistem utama sepeda motor terdiri ,
yaitu: Rangka (chasis), sistem suspensi (suspension), sistem pengereman (braking
system), sistem penerus daya (drive chain), sistem kelistrikan (electrical system),
sistem bahan bakar (fuel system), sistem utama/mesin (engine), dan sistem
pemasukan dan pembuangan gas.
Peningkatan penggunaan sepeda motor ditandai dengan semakin
banyaknya permintaan motor dan semakin gencarnya produsen – produsen motor
melakukan inovasi terhadap produknya, dimulai dengan meenambah dan merubah
aksesoris, hingga ke perubahan atau peningakatan kapasitas mesin. Pada saat ini
ada banyak pilihan kapasitas mesin yang disediakn oleh produsen masing –
masing merk, yaitu dari kapasitas mesin 100 cc – 250 cc dengan bebagai macam
keunggulannya. Pada kesempatan tugas akhir ini akan diangkat permasalahan
2
dengan judul perancangan motor bensin 4 langkah penggerak sepeda motor
dengan volume langkah 115 cc
1.2 Rumusan Masalah
Permasalahan yang timbul adalah bagaimana cara melakuakan
perancangan ulang motor bensin 4 langkah yang digunakan sebagai penggerak
sepeda motor dengan kapasitas 115 cc
1.3 Batasan Masalah
Perancangan motor bensin 4 langkah penggerak sepeda motor dengan
volume langkah 115 cc, meliputi :
1. Piston dan analisa piston crown dan piston skrit, dan mekanisme
penggeraknya (Batang piston, poros engkol), Ring piston, dan Pen Piston
2. Ulir pengikat
3. Silinder dan silinder liner
4. Sistem Bahan Bakar dan Pelumasan
1.4 Tujuan Tugas Akhir
Perancangan motor bensin 4 langkah penggerak sepeda motor dengan
volume langkah 115 ccbertujuan :
1. Mengetahui ukuran komponen – komponen pada motor bensin 4 langkah
2. Melakukan analisa terhadap keamanan komponen – komponen pada motor
bensin 4 langkah penggerak sepeda motor dengan volume langkah 115 cc
3
3. Menghasilakan gambar rancangan motor bensin 4 langkah penggerak
sepeda motor dengan volume langkah 115 cc
1.5 Tinjauan Pustaka
Ponidi, (2002)Melakukan perancangan motor disel yang digunakan
sebagai pengerak bus pariwisata, adapun bagian – baian yang dirancang mleiputi :
Perihitungan silinder meliputi : blok silinder, kepala silinder, dan silinder liner,
perhitungan torak, perhitungan batang penggerak, perhitungan poros engkol,
perhitungan katup dan kelangkapannya, hasil perhitungan diperoleh data sebagai
berikut : berat kendaraan = 10 ton, kapasitas penumpang = 40 orang, berat barang
yang diangkut = 700 kg, posisi motor dibelakang, putaran mesin maksimal = 2648
rpm, daya mesin = 190 Hp, jumlah silinder = 6 buah, volume langkah = 7590,9
cc, dengan perbandingan kompresi 17 : 1
1.6 Sistematika Penulisan
Untuk memberikan gambaran dalam penulisan nanti, maka di perlukan
sistematika penulisan sebagai berikut :
Halaman Judul
Halaman Pengesahan
Kata Pengantar
Daftar Isi
Daftar Gambar
4
BAB I PENDAHULUAN
Bab ini menguraikan mengenai latar belakang masalah, rumusan
masalah, batasan masalah, tujuan tugas akhir, tinjauan pustaka, dan
sistematika penulisan laporan
BAB II LANDASAN TEORI
Bab ini berisikan landasan teori-teori dasar tentang masalah tugas
akhir, penjelasan mengenai konsep-konsep dasar permasalahan yang
diangkat serta mandukung tugas akhir
BAB III PERHITUNGAN TERMODINAMIKA
Berisikan tentang perhitungan thermodinamika pada motor bensin
empat langkah yang meliputi : langkah hisap, langkah kompresi,
langkah kerja, dan langkah buang perhitungan komponen – komponen
motor bensin meliputi : Silinder liner, kepala silinder, blok silinder,
piston dan kelengkapannya, poros engkol, dan mekanisme katup.
BAB IV PERANCANGAN KOMPONEN UTAMA
Bab ini berisikan tentang perhitungan komponen – komponen utama,
meliputi : perhitungan motor bensin meliputi : Silinder liner, kepala
silinder, blok silinder, piston dan kelengkapannya, poros engkol, dan
mekanisme katup, serta sistem bahan bakar dan pelumasannya
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Memuat pernyataan singkat dan tepat yang dijabarkan dari hasil
penelitian tugas akhir. Saran, dibuat berdasarkan pengalaman dan
pertimbangan, untuk melakukan penelitian lebih lanjut
5
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
6
BAB II LANDASAN TEORI
2.1 Motor Bensin
Motor bensin menghasilkan tenaga pembakaran bahan bakar dan udara
(oksigen) yang ada dalam cylinder, pembakaran ini akan menimbulkan panas dan
sekaligus akan mempengaruhi gas yang ada dalam cylinder untuk mengembang.
Motor bensin termasuk dalam motor bakar dengan klasifikasi sebagai berikut :
1. Jenis Pembakaran :Internal Combustion Engine (ICE)
2. Operasi Siklus : Siklus Otto
3. Bahan Bakar : Bensin
4. Tipe Pengapian : Penyalaan batrei dan penyalaan magnet
5. Sistem Pengapian : Busi
6. Pemasukan Bahan Bakar : Karburator
Motor bensin yang dihasilkan sekarang merupakan perkembangan dan
perbaikan mesin yang sejak semula dikenal sebagai motor Otto yang ciri khasnya
dilengkapi busi dan karburator. Busi menghasilakan loncatan api listrik yang
menyalakan campuran bahan-bakar dengan udara segar. Siklus ideal otto
ditunjukan oleh gambar dibawah ini
7
2.1.1 Siklus Termodinamika
Konversi energi yang terjadi pada motor bakar torakberdasarkan pada
siklus termodinamika. Proses sebenarnya amatkomplek, sehingga analisa
dilakukan pada kondisi ideal dengan fluidakerja udara.Idealisasi proses sebagai
berikut:
1. Fluida kerja dari awal proses hingga akhir proses
2. Panas jenis dianggap konstan meskipun terjadi perubahantemperatur
pada udara
3. Proses kompresi dan ekspansi berlangsung secara adiabatik, tidakterjadi
perpindahan panas antara gas dan dinding silinder.
4. Sifat-sifat kimia fluida kerja tidak berubah selama siklusberlangsung.
5. Motor dua langkah mempunyai siklus termodinamika yang samadengan
motor empat langkah.
Siklus ideal dan siklus aktual yang terjadi pada motor bakar torak
ditunjukkan oleh gambar dibawah ini
Gambar 2.1 Diagram P–V siklus ideal dan siklus aktual motor otto (Cengel& Boles. Thermodynamics An Engineering Approach, 1994: 375)
8
2.1.2 Siklus Otto (Siklus Volume Konstan)
Pada siklus Otto atau siklus volume konstan proses pembakaranterjadi
pada volume konstan. Sedangkan siklus Otto tersebut ada yangberlangsung
dengan empat langkah atau dua langkah. Untuk motorempat langkah sikluskerja
terjadi dengan empat langkah piston atau dua poros engkol. Adapun
langkahdalam siklus Otto yaitu gerakan piston dari titk puncak (TMA = Titik
Mati Atas) ke posisi bawah (TMB = Titik Mati Bawah) dalam silinder.Siklus
ideal otto ditunjukan oleh gambar dibawah ini
Keterangan gambar :
1 – 2 Proses kompresi secara isentropik 2 – 3 Proses penambahan kalor pada
volume konstan Qin = m.Cp.(T3 - T2)
3 – 4 Proses kerja isentropic Qout = m.Cv.(T4 - T1)
4 – 1 Proses pelepasan kalor pada volume konstan
Gambar 2.2 Siklus ideal Otto (Cengel & Boles. 1994: 382)
2.2 Siklus Kerja
Prinsip kerja motor bensin merupakan suatu siklus, yaitu rangkaian
peristiwa yang selalu berulang kembali mengikuti jejak yang sama dan kembali ke
semula dan membentuk rangkaian tertutup. Prinsip kerja motor bensin terdiri dari:
1. Motor bensin dengan prinsip kerja empat langkah (4 Tak)
2. Motor bensin dengan prinsip kerja dua langkah (2 Tak)
9
2.2.1 Motor Empat Langkah (4 Tak)
Motor empat langkah mempunyai empat gerakan piston (Gambar2.3)
yaitu:
1. Langkah hisap (suction stroke). Dimana torak bergerak dari TMA (titk
mati atas) menuju TMB(titik mati bawah).dalam langkah ini campuran
udara dan bahanbakar dihisap ke dalam silinder. Katup hisap terbuka
sedangkan katup buang tertutup.Waktu torak bergerak kebawah,
menyebabkan ruang silinder menjadi vakum, masuknya campuran bahan
bakar disebabkan adanya tekanan udara luar (atmospheric pressure) yang
disebut langkah isap.
2. Langkah kompresi (compression stroke). Setelah mencapai TMB torak
bergerak kembali ke TMA sementara katup hisap dan katup buang
tertutup. Campuran bahan bakar dan udara yang terhisap akan terkurung di
dalam silinder dan dimanpatkan atau dikompresi oleh torak yang bergerak
ke TMA. Akibat tekanan yang tinggi maka temperatur menjadi naik maka
campuran bahan bakar akan mudah terbakar disebut dengan langakah
kompresi.
3. Langkah ekspansi (expansion stroke). Pada saat torak bergerak ke TMA
katup isap dan buangmasih tertutup. Beberapa derajat sebelum TMA
busimemercikkan bunga api, campuran bahan bakar dan udara
yangmempunyai suhu tinggi ± 2000°C akan terbakar, terjadilahproses
pembakaran sehingga tekanan dan temperatur naik. Danakhirnya torak
bergerak menuju TMB dengan tekanan gas yangterbakar.
10
4. Langkah buang (exhaust stroke). Gas hasil pembakaran harus dibuang
untuk melakukansiklus lagi. Maka saat torak telah melakanakan langkah
kerjatorak bergerak kembali ke TMA, katup buang terbuka dan katupisap
tertutup mendesak gas pembakaran keluar dari dalamsilinder melalui
saluran gas buang.
Siklus kerja motor bensin empat langkah (4 Tak) ditunjukan oleh Gambar
2.3 dibawah ini.
Gambar 2.3 Siklus kerja motor empat langkah/ 4 Tak (Aryadi, dan Karnowo, 2008 : 4)
2.2.2 Motor Dua Langkah (2 Tak)
Prinsip kerja motor dua langkah secara umum sama dengan motor empat
langkah, perbedaannya terdapat pada jumla gerakan piston, pada motor dua
langkah untuk menghasilkan satu langkah kerja dibutuhkan dua geakan piston
atau stu putaran poros engkol, adapun prinsip kerjanya sebagai berikut :
1. Torak Bergerak dari TMA menuju TMB
Kerjadian diatas piston :Tekanan hasil pembakaran saat kompresi
mendorong piston dari TMA (titk mati atas) Menuju TMB (titik mati bawah).
11
Lubang buang terbuka sehingga gas sisa pembakaran keluar (Proses Buang).
Lubang bilas Terbuka sehingga campuran bahan bakar dari ruang bilas akan
masuk kedalam silinder mendorong gas buang (Langkah Bilas)
Kerjadian dibawah piston :Gerakan piston dari TMA (titk mati atas)
Menuju TMB (titik mati bawah) menyebabkan saluran masuk tertutup piston,
sehingga di dalam bak motor terjadi kompresi
2. Torak Bergerak dari TMB menuju TMA
Kerjadian diatas piston :Saluran bilas dan saluran buang tertutup
piston, campuran bahan bakar dengan udara dalam silinder akan dikompresi
(Langkah kompresi).Selanjutnya beberapa drajat sebelum mencapai TMA busi
memercikan api ke dalam campuran bahan bakar dengan udara.
Kerjadian dibawah piston :Gerakan piston dari TMB (titik mati
bawah) Menuju TMA (titk mati atas) menyebabkan tekanan dalam karter
turun sehingga campuran bahan bakar dengan udara masuk kedalam karter
(Langkah Hisap)
Gambar 2.4 Siklus kerja motor bensin dua langkah (2 Tak) (Aryadi, dan Karnowo, 2008 : 7)
12
2.2.3 Proses Pembakaran
Pembakaran didefinisikan sebagai kombinasi secara kimiawi yang
berlangsung secara cepat antara oksigen dengan unsur yang mudah terbakar pada
suhu dantekanan tertentu. Pembakaran terjadi karena ada tigakomponen yang
bereaksi, yaitu bahan bakar, oksigen dan panas. Jika salahsatu komponen tersebut
tidak ada maka tidak akan timbul reaksipembakaran.Pembakaran yang baik akan
memperoleh pembebasan dari semuapanas yang dikandung bahan bakar,
sementara jumlah panas yang hilangkarena tidak sempurnanya pembakaran dan
adanya panas yang diserap udarapembakaran.Bila bahan bakar terbakar maka
terjadi reaksi dengan oksigen membentuk karbon dioksida (CO2) dan air (H2O)
reaksi pembakaran secara umum dinyatakan dinyatakan sebagai berikut
(Heywood, Internal Combustion Engine Fundamentals, 1988: 69)
( ) 22222 4773,3
2773,3
4NbaOHbaCONObaHC ba
+++→+
++
Dalam proses pembakaran bahan bakar premium yang merupakan C8H18
(CnH2n+2) terjadi reaksi kimia seperti berikut :
( ) 22222188 4188773,3
2188773,3
4188 NOHCONOHC
+++→+
++
( ) 22222188 1235,4798773,35,12 NOHCONOHC ++→++
Dengan perbandingan antara berat bahan bakar (mfuel) dan berat udara
(mair) teoritis yang terjadi pada proses pembakaran diatas adalah sebagai berikut
(Heywood, 1988: 53):
fuel
airthe m
mAFR = dan
air
fuelthe m
mFAR =
13
Dalam kondisi normal untuk mesin bensin nilai 1812 −=theAFR dan
083,0056,0 −=theFAR .Bilangan oktan adalah bilangan yang menyatakan berapa
persen volume iso-oktana dalam campuran yang terdiri dari iso-oktana dan
heptananormal yang mempunyai kecenderungan berdetonasi sama dengan bahan
bakar tersebut.Dalam reaksi premium (C8H18) dianggap terdiri atas oktan murni
dan berbentuk gas dengan komposisi 84,1 % C dan 15,9 % H, dan berat molekul
premium adalah 114,15.Proses pembakaran yang terjadi pada reaksi kimia diatas
pembakaran sempurna. Pembakaran sempurna adalah suatu pembakaran yang
mengubah senyawa C dan H menjadi CO2 dan H2O.Namun pada prakteknya
pembakaran dalam mesin tidak pernahterjadi dengan sempurna. Setelah
pembakaran piston turun dan bekerjasangat cepat karena adanya tekanan yang
tinggi, setelah piston mencapaibagian terbawah katup pengeluaran terbuka dan
gas didalam silindermendesak keluar ke saluran pembuangan. Gas yang keluar
tersebutmengandung N2, CO2, NO2, HC yang tidak terbakar dan senyawa lainnya.
Proses pembakaran yang sebenarnya tidak semua energi yang dikandung dalam
bahan bakar dapat dirubah menjadi energi panas, selanjutnya energi panas yang
dapat dibangkitkan dari proses pembakaran juga tidakseluruhnya dapat
dimanfaatkan, sejumlah energi hilang dalam bentuk :
a. Panas yang dibawa oleh gas Luang
b. Panas dari bahan bakar yang tak terbakar
c. Panas yang terpancar keluar ruang bakar
14
2.2.4 Proses Penyalaan
Campuran bahan bakar dan udara yang telah dimampatkan didalam
silinder oleh piston untuk memperoleh pembakaran dan daya dorong yang
akhirnya akan menghasilkan daya output memerlukan penyalaan yang tepat.
Sistem penyalaan bahan bakar tersebut dilakukan oleh suatu mekanisme yang
telah di sesuaikan dengan mampu nyala bahan bakar. Pembakaran terjadi di ruang
bakar oleh busi yang memercikkan bunga api selanjutnya api membakar
campuran bahan bakar marambat keseluruh ruang bakar dengan kecepatan tetap.
Besarnya kecepatan ini biasanya antara 1,7 sampai 4,5 meter tiap detik dan
disebut nyala api rata rata(rate of flame propagation). Tetapipada kenyataannya
ada waktu yang diperlukan antara saat cetusan api dari busi dengan saat awal
penyebaran api, hal ini disebut keterlambatan pembakaran (ignition delay).
2.3 Sepeda Motor
Sepeda motor merupakan alat transportasi yang banyak digunakan oleh
masyarat pada saat sekarang ini. Hal ini disebabkan oleh karena nilai ekonomis
ataupun kepraktisan yang dihadirkan oleh sepeda motor tersebut . Nilai ekonomis
dapat kita lihat dengan harga sepeda motor yang relative terjangkau oleh
masyarakat dengan ekonomi menengah dan penggunaan bahan bakar yang relatif
lebih hemat dibandingkan dengan kendaraan bermotor roda 4. Sedangkan nilai
kepraktisan dapat kita lihat dengan lincahnya kendaraan bermotor roda dua bila
digunakan pada jalan raya yang padat.
Sistem utama yang umum membangun sebuah mesin pada sepeda motor
terdiri dari berbagai sistem yang saling mendukung satu sama lainnya, adapun
15
sistem tersebut yaitu: Sistem bahan bakar, sistem kelistrikan, sistem utama/mesin,
sistem pemasukan dan pembuangan, dan sistem penerus daya.
2.4 Bagian Utama Motor Bensin
2.4.1 Kepala Silinder Dan Silinder Blok
Cylinder head atau kepala silinder adalah bagian dari mesin dan masuk
kedalam sistem utama atau engine, dimana pada motor dua langkah bagian ini
terdapat combustion chamber (ruang bakar) dan lubang busi. Sedangkan pada
motor empat langkah terdapat tambahan saluran masuk dan saluran buang. Nama
– nama bagian pada kepala silinder ditunjukan gambar dibawah ini.
Gambar 2.5 Bagian utama cylinder head. (Bell. A, 1999 : 21)
Squish yaitu bidang datar pada sisi terluar ruang bakar pada cylinder head
yang berfungsi mengatur arah ledakan. Kubah (Dome)merupakan bagian pusat
tempat terjadinya pembakaran. Nat adalah celah (clearence) antara bibir cylinder
dan squish area. Bentuk cylinder headdanblock cylinder untuk sepeda motor
empat tak ditunjukan oleh gambar dibawah ini
16
.
Ketererangan Gambar :
Gambar 2.6 Cylinder headdancylinder block sepeda motor empat langkah (Yamaha Genuine Part & Accessories, Part catalogueT105SE(5ER9):1 )
2.4.2 Piston
Piston berada pada bagian utama sebuah mesin, piston bergerak turun dan
naik dalam cylinder. Piston berfungsi membentuk ruang bakar pada bagaian atas
piston, memutar poros engkol melalui stang piston (connecting rod), dan pada
17
Kepala PistonTempat Ring
Lubang Pena
Piston Skirt
motor dua langkah (2 tak) berfungsi sebagai katup yang bertugas membuka dan
menutup lubang – lubang (port) pada cylinder block. Piston bisa juga disebut
torak, selalu menerima temperatur dan tekanan pembakaran yang tinggi, dan
bergerak terus menerus dengan kecepatan yang tinggi. Dengan kondisi kerja yang
dialami oleh piston, maka bahan yang akan dibuat piston harus memenuhi beberpa
persyaratan, yaitu :ringan kuat, kokoh, tahan aus dan tahan terhadap temperatur
yang tinggi, untuk memenuhi syarat seperti diatas bahan piston dapat dipakai
adalah besi tuang atau paduan alumunium (aluminum alloy). Kondisi kerja pada
ruang bakar menyebabkan piston menerima berbagai macam beban kerja ,
Adapun beban kerja pada piston berasal dari :beban yang berasal dari panas
pembakaran, beban mekanik. Piston memiliki bagian kepala yang biasanya
berbentuk datar tetapi ada juga kepala kepala piston yang berbentuk cebung, pada
badan piston terdapat alur sebagai tempat memasang cincin piston, bentuk piston
dan bagian – bagian piston ditunjukan oleh gambar dibawah ini
Gambar 2.7 Piston dan nama bagian piston
Sedangkan piston dan mekanisme penggerak piston pada sebuah mesin
sepeda motor ditunjukan oleh gambar dibawah ini.
18
Keterangan Gambar :
16. Piston
17. Pena Piston
18. Ring Piston
19. Snap ring
Gambar 2.8 Piston dan bagian pendukung piston (Yamaha Genuine Part & Accessories, Part catalogueV110E(4WHH):7 – 8 )
2.4.3. Mekanisme Katup
Katup merupakan komponen mesin yang berfungsi sebagai laluan udara
dan bahanbakar masuk silinder (katup masuk) atau sebagai laluan gas sisa
pembakaran keluar silinder (katup keluar). Untuk mengatur membuka dan
menutupnya katup diperlukan mekanisme katup.
Gambar 2.9 Mekanisme katup (Aryadi, dan Karnowo, 2008 : 47)
19
2.5 Sistem Bahan Bakar (Fuel System)
Sistem bahan bakar sepeda motor didukung oleh dua sistem utama, yaitu
:saluran bahan bakar (fuel line), dan karburator (carburator). Saluran bahan bakar
dan karburator pada sepeda motor ditunjukan oleh gambar dibawah ini
Gambar 2.10 Saluran bahan bakar pada sepeda motor
(Yamaha Genuine Part & Accessories, Part catalogueV110E(4WHH):38)
Karburator adalah komponen utama mesin konvensional sebagai tempat
proses pencampuran antara bahan bakar dan udara. Hasil dari proses pencampuran
bahan bakar udara harus homogen mungkin sehingga setelah masuk silinder dan
mengalami proses pembakaran akan menghasilkan daya yang besar dan
ekonomis.Prinsip dan konstruksi dasar karbutator pada Gambar 2.11
memperlihatkan bentuk dasar karburator sederhana. Karburator dibagi dalam
20
dua bagian yaitu ruang pencampur (mixing chamber) dimana bahan bakar
dicampur dengan udara; dan ruang pelampung float chamberdimana tersimpan
sejumlahbensin dalam volume tetap.Dibagian tengah mixing chamber terdapat
penampang yang mengecil, bagiandisebut venturi. Main nozzle yang terletak di
tengah venturi akan mengeluarkan bensinpada saat motor berada di atas putaran
idling. Di sebelah bawahnya terdapat throttlevalve dan nozzle untuk kecepatan
rendah. Throttle ini merupakan katup yang berbentukpiringan dan berfungsi
mengatur jumlah campuran bahan bakar-udara yang akan masulkkedalam silinder
motor
Gambar 2.11 Cara kerja sebuah karburator sederhana (Aryadi, dan Karnowo, 2008 : 66)
Throttle dihubungkan dengan pedal akselerasi atau pedal gas yang terletak
diruangan kemudi untuk memudahkan pengaturan kecepatan oleh si pengemudi.
Katup choke terletak di atas venturi dan berfungsi mengatur jurnlah udara yang
21
masuk ke dalam karburator.Ruang pelampung merupakan suatu tempat seperti
cawan (mangkuk.) yang dibuatdengan cara dituang dan digabungkan integral
dengan mixing chamber. Di dalamnyaterdapat pelampung dan katup jarun (needle
valve). Bensin yang diterima dari pompaditampung pada ruang pelampung dan
pelampung berfungsi memelihara tinggipermukaan yang tetap.Pada saat motor
melakukan langkah isap, tekanan di dalam silinder akan turunsehubungan dengan
gerak torak kebawah yang memperbesar volume ruangan. Akibat perbedaan
tekanan ini udara akan mengalir kedalam silinder melalui saringan udara,
karburaotr dan intake manifold. Bila udara tersebut mengalir pada saluran yang
menyempit (pada venturi), maka kecepatannya bertambah dan tekanannya turun,
sehingga bensin keluar melalui main nozzle. Kemudian bensin tadi tertiup oleh
arus udarayang deras dan terjadilah penguapan. Campuran udara bahan bakar
yang telah menguapini terus masuk ke dalam silinder. Prinsip kerja karburator ini
hampir tidak ada bedanyadengan semprotan pembasmi nyamuk yang biasa
digunakan di rumah.
2.6 Sistem Kelistrikan (Electrical System))
Sistem kelistrikan pada sepeda motor terdiri dari :sistem pengapian
(ignation system), sistem pengisian, sistem penerangan dan indikator, sistem
stater. Sistem pengapian hanya terdapat pada motor bensin, adapun fungsi dari
sistem pengapian adalah untuk menhasilkan tegangan tinggi dengan menadakan
bunga api diantara elektroda busi , sehingga campuran bahan bakar dengan udara
22
sempurna walupun dengan kecepatan mesin yang berubah – ubah, skema sistem
pengapian ditunjukan gambar dibawah ini
Gambar 2.12Sistem pengapian sepeda motor (AHTC, Pengantara praktek listrik, 2006 : 31)
2.7 Knalpot (Exhaust Pipe System)
Fungsi exhaust system (sistim saluran buang) ialah mengeluarkan gas-gas
bekas yang dikumpulkan dari dalam silinder-silinder. Exhaust system ini terdiri
dari exhaust manifold, exhaust pipe (pipe buang), dan muffler (peredam suara).
Exhaust Manifold. Fungsi exhaust manifold (saluran buang) ialah mengumpulkan
gas-gas buang darisilinder-silindr kesatu tempat dan disalurkan melalui pipe
buang (exhaust pipe). Exhaustmanifold ini dipasangkan pada tiap exhaust port
yang terdapat pada setiap silinder. Gas buang yang keluar dari motor masih
mempunyai tekanan sebesar 3 ~ 5 kg/cm2dan suhunya kira-kira 600 ~ 800 °C,
masih pula terkandung panas sebesar 35 ~ 39%dan gas hasil pembakaran, Bila
pada tekanan dan suhu yangn tinggi langsung dibuang keatmosfir, maka ekspansi
yang mendadak dari gas tersebut akan menimbulkan ledakanyang keras. Untuk
23
mencegah hal ini maka gas buang disalurkan melalui muffler agartekanan dan
suhunya turun sehingga ledakan keras tadi tidak akan terjadi. Bentuk dan ukuran
knalpot yang digunakan untuk sepeda motor empat tak berbeda dengan bentuk
dan ukuran knalpot dua tak. Pada knalpot empat tak terdiri dari tiga komponen
utama, yaitu : pipa primer, pipa kolektor, pipa ekor. Sedangkan pada knlpot untuk
sepeda motor dua tak terdiri dari komponen – komponen sebagai berikut : pipa
kepala, diffuser, pipa paralel, baffle, stinger.
Gambar 2.13 Knalpot untuk sepeda motor empat tak (exhaust pipe system) (Yamaha Genuine Part & Accessories, Part catalogue T105SE:13)
24
Gambar 2.14 Knalpot untuk sepeda motor dua Tak (Exhaust system) (Yamaha Genuine Part & Accessories, Part catalogueV110E(4WHH):13)
2.8 Sistem Pelumasan
Semua elemen mesin yang terbuat dari logam akan bergerak relatif antara
satu dengan lainnya dapat mengalami hambatan yang besar karena gesekan
permukaan. Karena hal tersebut, fungsi pelumas menjadi sangat penting. Dengan
pelumasan dapat dihindari kontak langsung dari dua bagian logam mesin yang
bergesekan.Pada Gambar 2.15 diperlihatkan pelumasan poros dengan
bantalannya. Komponen- komponen mesin akan terselimuti oleh lapisan pelumas
sehingga antara bagian satu dan lainnya seperti tidak bersentuan. Kondisi akan
menimbulkan gaya gesek yang kecil antara komponen mesin. Secara garis besar
fungsi pelumasan adalah sebagai berikut:
1. Mengurangi gesekan yang timbul antar komponen mesin sehingga
pergerakankomponen mesin menjadi lebih ringan.
25
2. Menyerap panas yang timbul karena pergesekan antara komponen-komponen
mesin, hal ini menguntungkan karena komponen mesin terhindar dari
overheatingatau panas berlebih.
3. Khusus pada pelumasan di silinder akan memperbaiki kerapatan antara torak
dansilinder.
4. Mencegah abrasi dan korosi komponen-komponen mesin.Untuk menjamin
keberlangsungan proses pelumasan pada waktu operasi mesin sehingga
komponen-komponen mesin terlumasi semua, pelumas harus disirkulasikan.
Sistem yang menjamin keberlangsungan proses pelumasan pada mesin disebut
sistem pelumasan.
Gambar 2.15 Pelumasan pada bantalan ( Aryadi, dan Karnowo, 2008 : 49)
Bagian-bagian yang bergerak dalam mesin dilumasi dengan empat macam
cara yaitu dengan cara percikan (splash), tekanan (force feed), gabungan dari
percikan serta tekanan, yang terakhir adalah pelumasan campur bahan bakar
dengan pelumas (patrol lubrication).
1. Sistem percikan. Minyak lumas akan terbawa oleh batang spoon atau dipper
pada waktu pistonbergerak ke bawah kemudian pelumas dipercikkan oleh
26
ujung bagian bawah connectingrod kepada dinding silinder dan bearing.
Konstruksi sistem percikan cukup sederhana,tetapi kendalanya ialah bahwa
minyak lumas sangat sulit melalui celah-celah yang sempit. Oleh karenanya
sistem ini sekarang jarang sekali digunakan. gambar 2.16
Gambar 3.16 Pelumasan sistem percik (Aryadi, dan Karnowo, 2008 : 49)
2. Sistem penyaluran paksa. Mesin yang kompleks terutama pada multisilinder
mempunyai banyak bagianbagianyang sempit dan jauh dari jangkauan tangki
pelumas. Padahal semua komponentersebut harus dilumasi, untuk itu
diperlukan sistem pelumasan yang mampumensirkulasikan pelumas ke
seluruh komponen atau bagian mesin yang membutuhkan. Untuk
mensirkulasikan minyak pelumas, pelumas dipompa sehingga mempunyai
energiyang cukup untuk sampai ke bagian-bagian yang harus dilumasi dengan
tekanan tertentu.Minyak pelumas terkumpul dalam karter dihisap oleh pompa
minyak melalui saringanminyak. Dari sini minyak disalurkan ke bagian-
bagian mesin melalui lubang-lubangminyak yang terdapat pada blok silinder,
poros engkol dan sebagainya. Sesudah minyakmelakukan pelumasan pada
bagian-bagian mesin, minyak kembali lagi ke karter Keuntungan dengan
27
sistem ini bahwa semua bagian-bagian pada mesin dapat dilumasi dengan
baik. Kerugiannya jika pompa minyak rusak, maka sistem ini tidak dapat
bekerja.
3. Sistem kombinasi percikan dan tekanan. Dalam sistem ini dipergunakan kedua
sistem, sistem percikan dan tekanan.
Sistem campuran bahan bakar pelumas. Sistem ini dipakai pada motor dua
langkah (2 tak). Pelumas dan bahan bakardengan komposisi campuran kurang
lebih 1: 30 sampai 1 :50 akan berfungsi sebagipelumas dan sekaligus perapatan
antara silinder dan piston pada waktu mesin bekerja.Kerugiannya adalah pelumas
ikut terbakar sehingga metode ini sangat boros pelumas
2.9 Sistem Pendinginan
Mesin bensin merupakan mesin panas yang mengubah energi kimia bahan
bakar melalui proses pembakaran. Dari proses pembakaran tersebut dihasilkan
energi yang akan digunakan untuk menjalankan kendaran. Tidak semua energi
dapat diubah menjadi energi berguna, tetapi hanya kira-kira 25% digunakan
sebagai tenaga penggerak, sebagian lainnya sekitar 45% hilang terbawa gas buang
dan hilang akibat gesekan-gesekan, sedangkan sisanya kira-kira 30% diserap oleh
bagian-bagian mesin itu sendiri. Panas yang diserap ini harus segera dibuang
untuk menghindari panas yang berlebihan yang dapat pula mengakibatkan mesin
menjadi retak dan terjadi kegagalan operasi mesin.Untuk itu sistem pendinginan
dimaksudkan untuk mengatasi keadaan tersebut. Selain itu juga untuk memelihara
suhu yang tetap dalam mesin, sebab mesin yang terlampau dingin akan
mengakibatkan pemakaian bensin menjadi boros. Secara garis besar pendinginan
28
mesin dibagi menjadi dua, yaitu dengan pendinginan air dan pendinginan udara.
Pemilihan sistem pendinginan menggunakan udara atau pendinginan air
bergantung dari jenis mesinnya.Kebanyakan untuk mesin satu silinder
menggunakan pendinginan udara, dan sebagian menggunakan pendinginan air,
seperti ditunjukan oleh Gambar 2.17 dan Gambar 2.18 dibawah ini.
Gambar 2.17 Sistem pendingian Udara (Yamaha Genuine Part & Accessories, Part catalogue 5TL3:11)
29
Gambar 2.18 Sistem pendingian Air (Yamaha Genuine Part & Accessories, Part catalogue 2S61:11)
30
BAB III PERHITUNGAN THERMODINAMIKA
MOTOR BENSIN
Konversi energi yang terjadi pada motor bakar torakberdasarkan pada
siklus termodinamika. Proses sebenarnya amatkomplek, sehingga analisa
dilakukan pada kondisi ideal dengan fluidakerja udara.Idealisasi proses sebagai
berikut :Fluida kerja dari awal proses hingga akhir proses, panas jenis dianggap
konstan meskipun terjadi perubahantemperatur pada udara, proses kompresi dan
ekspansi berlangsung secara adiabatik, tidakterjadi perpindahan panas antara gas
dan dinding silinder, sifat-sifat kimia fluida kerja tidak berubah selama siklus
berlangsung., motor dua proses mempunyai siklus termodinamika yang sama
dengan motor empat proses.Siklus ideal dan siklus aktual yang terjadi pada motor
bakar torak ditunjukkan oleh Gambar 3.1 dibawah ini
Gambar 3.1 Diagram P–V siklus ideal dan siklus aktual motor otto
(Cengel & Boles 1994: 375)
Dasar – dasar perhitungan thermodinamika motor bensin meliputi proses
thermodinamika yang terjadi pada motor bensin, yaitu : Proses hisap, proses
kompresi, proses kerja, dan proses buang
31
Pada siklus Otto atau siklus volume konstan, proses pembakaran terjadi
pada volume konsta. Siklus ideal pada kerja motor bensin ditunjukan oleh
Gambar 3.1 diagram P – V dan T – S dibawah ini .
Gambar 3.2 Diagram P – vdan T – s Siklus Otto (Cengel & Boles. 1994: 382 – 383)
Keterangan diagram P – v dan T – s Siklus Ottopada Gambar 3.2 adalah
sebagai berikut :
Proses 1 – 2 : Proses kompresi isentropic (adiabatic reversible), dimana piston
bergerak menuju top dead center (TDC) mengkompresikan udara sampai volume
clearance sehingga tekanan dan temperatur udara naik.
Proses 2 – 3 : Pemasukan kalor pada volume konstan, piston sesaat pada TDC
bersamaan kalor suplai dari sekelilingnya serta tekanan dan temperature
meningkat hingga nilai maksimum dalam siklus, qin = m.Cp.(T3 - T2)
Proses 3 – 4 : Proses isenstopic udara panas dengan tekanan tinggi mendorong
piston turun menuju BDC, energi dilepaskan disekeliling berupa internal energi,
qout = m.Cv.(T4 - T1)
Proses 4 – 1 : Proses pelepasan kalor pada volume konstan, piston sesaat pada
BDC dengan menstransfer kalor ke sekeliling dan kembali meproses awal pada
titik awal.
32
3.1 Proses Hisap
Proses penghisapan (intake), torak bergerak dari TMA ke TMB , Katup
masuk terbuka, Campuran bahan bakar dengan udara yang telah tercampur di
dalam karburator masuk dan dihisap de alam cylinder.Saat torak berada di TMB
katup masuk akan tertuup.bahan bakar dan udara dihisap masuk kedalam silinder
dengan tekanan awal (pa)
3.2 Proses Kompresi
Proses kompresi/penekanan (compression), torak bergerak dari TMB ke
TMA, Katup masuk dan katup buang kedua-duanya tertutup sehngga gas yang
telah dihisap tadi tidak dapat keluar pada waktu di tekan oleh torak, yang
mengakibakan tekanan akan naik sambil mengeluarkan panas, adapun
perhitungannya meliputi :
1. Tekanan pada awal proses kompresi (pa) tanpa supercharging (Petrovsky,
1971 : 27) :
( ) oa p95,085,0p −=
Dengan :po = Tekanan udara luar (kg/cm2) = 1 atm = 1 (kg/cm2)
Dipilih 0,90
Maka : ( ) 2oa cmkg90,0190,0p90,0p =×==
2. Temperatur pada awal kompresi (Ta) ( Petrovsky, 1971 : 29):
r
rroa 1
TtTT
γ+γ+∆+
= ∞
Dengan : To = Temperatur udara luar (°C) = 30°C
33
∆t∞ = Temperatur campuran tambahan dari dinding silnder
(10 – 20°C) = 20°C
γr = Koefisien gas buang (0,02 – 0,04) = 0,03
Tr = Temperatur gas buang (800–1000 K) = 1000 K = 727°C
Maka : ( )03,01
72703,020301
TtTT
r
rroa +
×++=
γ+γ+∆+
= ∞
K81,344C81,71Ta ==
Adapun batasan temperatur awal pada motor bensin (carburator engine)
340 –380 K, sehingga memenuhi syarat
3. Efisiensi pengisaian (ηch) ( Petrovsky, 1971 : 31) :
( ) ( )rasc
oach 1Tp1
T.p.γ+×−ε
ε=η
Dengan : ε = Perbandingan kompresi (6 – 11) = 9
Maka : ( ) ( ) ( ) ( )03,0181,3441193039,09
11..
+××−××
=+×−
=raa
oach Tp
Tpγε
εη
23,284130,2454
ch =η → %8611,868611,0 ≈→=chη
Adapun batas efisiensi pada motor bensin empatproses adalah
( )86,083,0ch −=η , sehingga memenuhi syarat untuk diaplikasikan
4. Tekanan pada akhir proses kompresi (pc) ( Petrovsky, 1971 : 32) :
1nac pp ε=
Dengan :n1= Ekponen politropik rata – rata (1,30 – 1,37) = 1,30
(M. Kovakh, Motor Vehicle Engines, 1979 :117)
34
Maka : 230,11n
ac cmkg66,15990,0pp =×=ε=
5. Temperatur pada akhir kompresi (Tc) ( Petrovsky, 1971 : 29):
11nac TT −ε=
Adapun batasan tempertaur pada akhir alngkah kompresi adalah : 550
– 750 K (M. Kovakh,1979 : 117)
Maka : ( ) K58,666981,344TT 130,111nac =×=ε= −−
3.3 Proses Pembakaran
Torak bergerak dari TMB ke TMA, Katup masuk dan katup buang kedua-
duanya tertutup sehngga gas yang telah dihisap tadi tidak dapat keluar pada waktu
di tekan oleh torak, yang mengakibakan tekanan akan naik sambil mengeluarkan
panas. Beberapa saat sebelum torak mencapai TMA busi mengeluarkan percikan
bunga api listrik. Gas/bahan bakar yang telah mencapai tekanan tinggi tadi
terbakar. Akibat pembakaran bahan bakar tadi, tekanannya akan naik menjadi
kira-kira tiga kali lipat, adapun perhitungannya meliputi :
1. Nilai kalor bawah pembakaran bensin (Q1) ( Petrovsky, 1971 : 43) :
kgkcal530,9Q1 =
2. Reaksi Dalam proses pembakaran gasoline yang merupakan C8H18 (CnH2n+2)
terjadi reaksi kimia seperti berikut (Heywood,1988: 70):
( ) 22222188 N16,47OH9CO8N773,3O5,12HC ++→++
( ) ( ) ( )productspembakaranHasilAirUdaraFuelbakarBahan →+
35
3. Jumlah mol udara teoritis yang diperlukan untuk membakar 1 mol bahan bakar
(Heywood,1988: 70) :
( ) 22222188 N16,47OH9CO8N773,3O5,12HC ++→++
( ) 16,4798773,315,1215,114 ++→++ ;
maka : 16,6466,5915,114 →+
( )mol5226,0
15,11466,59
HCN773,3O5,12L
188
22'o ==
+=
4. Berat udara teoritis membakar 1 kg bahan bakar ( Petrovsky, 1971 : 37) :
'oo L96,28L =
kg14,155226,096,28L o =×=
5. Kebutuhan udara aktual( Petrovsky, 1971 : 38) :
oo
LLLL ′×α=→′
=α
Dengan : α= Koefisien udara lebih (0,85 – 1,05) =1,05
Maka : kg44,16mol5487,05226,005,1LL o ==×=′×α=
6. Jumlah gas hasil pembakaran pada pembakaran sempurna 1 kg bahan bakar
dalam mol ( Petrovsky, 1971 : 39) :
mol32O
4HLM '
og ++α=
mol320
4145,05487,0Mg ++=
mol5849,04145,05487,0Mg =+=
36
7. Total volume gas hasil pembakaran setiap 1 kg bahan bakar ( Petrovsky, 1971
: 39) :
bakarbahankgmM4,24V
3gg =
bakarbahankgm27,145849,04,24V
3g =×=
8. Koefisisen perubahan molar atau rasio gas pembakaran dalam silinder (
Petrovsky, 1971 : 40) :
'o
o LM1
α∆
+=µ
Dengan : mol03625,04145,0
32O
4HM ==+=∆
Maka : 066,15487,003625,01o =+=µ
9. Koefisisen perubahan aktual molar atau rasio gas pembakaran ( Petrovsky,
1971 : 40) :
065,103,01
03,0066,11 r
ro =++
=γ+γ+µ
=µ
10. Kapasitas panas rata – rata campuran udara dengan gas buang ( Petrovsky,
1971 : 48) :
( ) cmixCv BTAm +=
Maka : ( ) 494,64200053,062,4m mixCv ×+=
( ) Kkkal96052,4m mixCv =
37
11. Kapasitas panas rata – rata gas hasil pembakaran ( Petrovsky, 1971 : 48) :
( ) zgggCv TBAm +=
22222222 OONNOHOHCOCOg AvAvAvAvA +++=
22222222 OONNOHOHCOCOg BvBvBvBvB +++=
Hasil perhitungan ( ) TBAm gggCv += , dengan jumlah molekul dan
koefisien ditunjukan oleh tabel dibawah ini
Tabel 3.1 Menentukan ( ) TBAm gggCv +=
Variabel Jumlah
Molekul, M (mol)
Harga Koefisien
Jumlah Gas Hasil
Pembakaran, Mg (mol)
Harga
A B Ag Bg
22 COCO Av 0,07125 7,2 0,00125
0,57385
0,89396 0,00016
OHOH 22Av 0,07250 5,79 0,00112 0,73151 0,00014
22 NN Av 0,42470 4,62 0,00053 3,41924 0,00039
22 OO Av 0,05376 4,62 0,00053 0,43282 0,00005
Jumlah 5,47753 0,00074
Maka : ( ) zgggCv TBAm += → ( ) zgCv T00074,047753,5m ×+=
12. Temperatur akhir pembakaran pada proses tekanan konstan ( Petrovsky, 1971
: 46) :
( ) ( ) ( ) zgCpcmixCpr
'o
lz TmTm1LQ
µ=+γ+α
ξ
Dengan : ( ) 90,090,085,0Z =−=ξ
9530Ql =
( ) ( ) zz TT00074,047753,5065,158,66696052,403,0153760,0
953090,0××+×=×+
+×
38
2zz T0007881,0T83356,558,330655,15489 +=+
13,18796T0007881,0T83356,5 2zz −+
Maka :a2
ac4bbT2
z−±−
=
Sehingga : ( )( )( )0007881,02
13,187960007881,0483356,583356,5T
2
z−−±−
=
0015762,028,9383356,5
Tz±−
=
K47,2426Tz =
13. Tekanan akhir pembakaran pada proses tekanan konstan ( Petrovsky, 1971 :
50):
c
zcz T
Tpp µ=
2z cmkg71,60
58,66647,2426065,166,15p =××=
3.4 Proses Ekspansi
Proses ekspansi, saat ini kedua katup masih dalam keadaan tertutup. Gas
yang terbakar tadi dengan temperatur dan dengan tekanan yang tinggi akan
mengembang kemudian menekan dan memaksa torak turun ke bawah (dari TMA
ke TMB). Saat inilah pertamakali tenaga panas di rubah menjadi tenaga
gerak/mekanis. Tenaga ini di salurkan melalui batang penggerak dan oleh poros
engkol dirubah menjadi gerak putar. perhitungannya adalah sebagi berikut :
39
1. Temperatur akhir pada proses ekspansi ( Petrovsky, 1971 : 52) :
12nz
bTT −δ
=
Dengan :n2= Ekponen politropik rata – rata (1,23 – 1,30) = 1,23
(M. Kovakh, Motor Vehicle Engines, 1979 :117)
δ =ε = Perbandingan kompresi (6 –11) = 9
Maka : K85,14639
47,2426T 123,1b == −
2. Tekanan akhir pada proses ekspansi ( Petrovsky, 1971 : 52) :
2nz
bppδ
= → 223,1b cmkg069,4
971,60p ==
3.5 Tekanan efektif Rata – Rata
Tekanan efektif rata-rata (Brake Mean Effective Pressure) dalam satuan
kg/cm2 yang merupakan tekanan rata-rata yang bekerja pada piston selama
proses kerja dapat dihitung berdasarkan rumus:
1. Tekanan indikator rata – rata teoritis ( Petrovsky, 1971 : 55) :
−
ε−−
−
δ−λ
−ε= −− 11n
11112n
1111
pp 11n12n
cit
Dengan :c
zcz p
ppp =λ→λ=
Maka :
−
−−
−
−
−= −− 130,1
19
11123,1
19
1166,1571,60
1966,15p 130,1123,1it
( ) ( )[ ]334,3483,0347,4496,088,396,1pit ×−××=
2it cmkg24,12156,4396,16p =−=
40
2. Tekanan indikator rata – rata ( Petrovsky, 1971 : 55) :
iti pp ϕ=
Dengan : φ= Faktor koreksi diagram (0,92 – 0,97) = 0,92
Maka : 2i mmkg26,1124,1292,0p =×=
3. Tekanan efektif rata – rata ( Petrovsky, 1971 : 61) :
ime pp η=
Dengan : ηm= Efisiensi mekanik (0,78 – 0,83) = 0,78
Maka : 2e cmkg78,826,1178,0p =×=
4. Konsumsi bahan bakar
a. Konsumsi bahan bakar spesific efektif ( Petrovsky, 1971 : 63) :
m
iFFη
=
Dengan :o
'oi
ochi TLp
p4,318F
α
η=
jamhpkg0459,0
3035487,026,111864,318Fi =
×××
=
Maka : jamhpkg0589,0
78,00468,0F ==
b. Konsumsi bahan bakar dalam setiap jam ( Petrovsky, 1971 : 63) :
bFNFh =
Dengan : HP415,810245,0
1750011578,8z45,0niVp
N 6de
b =××
×××==
Maka : jamkg495,0415,80589,0Fh =×=
41
BAB IV PERANCANGAN KOMPONEN UTAMA
4.1 Komponen Utama pada Motor Bensin Empat Lanagkah
Komponen utama pada motor bensin empat langkah terdiri komponen –
komponen sebagai berikut : Silinder dan kelengkapannya (silinder liner, kepala
silinder, blok silinder, ulir pengikat, dan analisa kekuatan materilannya), piston
dan kelengkapannya (pen piston, ring piston, dan kekuatan materialnnya), batang
penggerak (conecting rod), poros engkol, dan mekanisme katup. Adapun susunan
komponenya ditunjukan oleh Gambar 4.1
Gambar 4.1Bagian – bagian penting motor bakar (www.auto.howstuffwork.com)
4.2 Silinder Liner
Silinder adalah bagian yang memindahkan tenaga panas menjadi tenaga
mekanik, dan untuk tujuan ini piston bergeak tranlasi memamafatkan campuran
udara dan baha bakar. Kerapatan campuran udara dan baha bakar dalam silinder
42
dijamin oleh cincin torak torak yang bergerak sesuai dengan gerakan torak.
Silinder sebagai tempat terjadinya pembakaran, akan menghasilkan gas yang
bertekanan dengan suhu yang tinggi, sehingga silinder harus mempunyai syarat
sebagai berikut : Tahan terhadap suhu tinggi, mudah menghantarkan panas,
memiliki koefisien muai rendah, tahan aus dan korosi, dan tahan terhadap
tegangan yang diakibatkan pemuian
4.1.1 Bahan silinder Liner
Direncanakan bahan silinder liner dari baja 45 X, dengan kondisi dan
komposisi kima dan sifat mekanis sebagai berikut ( Petrovsky, Marine Internal
Combustion Engines, 1971 : 546) :
1. Komposisi Kimia :
a) C = 0,45 – 0,55% Direncanakan 0,50%
b) Si = 0,15 – 0,35% Direncanakan 0,30%
c) Mn = 0,30 – 0,60% Direncanakan 0,60%
d) Cr = 0,75 – 1,10% Direncanakan 0,95%
e) P ≤0,03% Direncanakan 0,03%
f) S ≤0,035% Direncanakan 0,035%
g) Fe = sisanya 97,585%
2. Sifat Mekanis :
a) Kekuatan tarik uσ = 105 kg/mm2
b) Kekuatan luluh yσ = 85 kg/mm2
c) Kelelehan lentur Lσ = 3400 – 4900 kg/cm2
43
4.1.2 Perhitungan Dimensi Sililnder Liner
Perhitungan dimensi silinder liner meliputi perhitungan – perhitungan
sebagai berikut :
1. Diameter dalam (Di) silinder (Petrovsky, 1971 :96) :
i.C.P.3,52z.N
Dme
bi =
Dengan :Ne = Daya kuda (brake horse power = BHP) = 8,415 HP
i = Jumlah silinder = 1
Cm = Kecepatan rata – rata piston (7 – 22) ≈ 10 m/dt
z=Stroke cycle ratio ≈ 1 untuk motor 2 tak
≈ 2 untuk motor 4 tak
Pe =Tekanan efektif rata-rata = 8,78 kg/cm2
Maka : mm8,60cm08,6459,083,16
11078,800523,02415,8Di ===
××××
=
2. Tinggi piston (Hpis) (Kovakh, 1979 :117) :
( ) mmDH ipis 72,548,609,030,190,0 =×=−=
3. Langkah piston (L) :
L.D.4
Vd 2i
π=
Dengan :Vd = Volime langkah = 115 cc
Di = Diameter dalam silinder = 60,8 mm
Maka : L.D.4
Vd 2i
π=
44
Sehingga : 2iD785,0
VdL×
= cm96,308,6785,0
1152 =
×=
Maka rasio langkah : 65,008,696,3
DL
i
===
4. Panjang silinder linier (Llin) :
mm32,946,3972,54LHL pislin =+=+=
5. Jari – jari dalam silinder liner (Ri) :
mm4,302
8,602
DR ii ===
6. Tebal silinder liner (b) (Maleev., 1982 : 410) :
mm05,415
8,6015Db i ==≥
7. Diameter luar silinder linier (De)(Maleev., 1982 : 410) :
( ) mm9,6805,427,46b2DD ie =+=+=
8. Jari – jari luar silinder liner (Re) :
mm45,342
9,682
DR e
e ===
9. Tinggi Flens (Hflen) :
mm08,68,601,0D1,0H iflen =×=×=
10. Lebar Flens (Lflen) :
( )4.100
D..15DL4
2i2
e2
flenπ
≤−π
( )41008,60..159,68L785,0
222
flen ×π
≤−
45
Llin
DeDi
Lflenb Fd
( )314
64,369614,31521,4747L 2flen
××≤−
( ) 49,55421,4747L 2flen ≤−
( ) mm81,72L71,530121,474749,554L flen2
flen =→=+≤
Dimensi dan bentuk silinder liner hasil perancagan ditunjukan oleh
Gambar 4.2 dibawah ini.
Gambar 4.2 Penampang silinder liner
4.1.3 Tinjauan Kekuatan Sililnder Liner
Perhitungan kekuatan silinder liner meliputi perhitungan – perhitungan
sebagai berikut :
1. Tegangan tarik pada dinding dalam silinder linier (σmax) (Petrovsky, 1971
:391):
z2i
2e
2i
2e
max P.RRRR
−
+=σ
Dengan : Pz = Tekanan akhir pembakaran = 60,71 kg/cm2
46
Maka : z2i
2e
2i
2e
max PRRRR
×−
+=σ
222
22
max 95,48771,60040,3445,3040,3445,3
cmkg=×
−+
=σ
2. Tegangan tarik pada dinding luar silinder linier (σmin) (Petrovsky, 1971 :
391) :
z2i
2e
2i
min PRR
R.2×
−=σ
( )222
2
min 24,42771,60040,3445,3
040,32cm
kg=×−
=σ
Batas harga tegangan tarik yang diijinkan ( aσ ) = 400 – 600 kg/cm2
maka hasil perhitungan perencanaan yaitu 427,24 kg/cm2 – 487,95 kg/cm2
memenuhi syarat dan aman
3. Tegangan tekan pada dinding dalam silinder linier akibat panas
(Petrovsky, 1971 :391) :
C.A.t.G.c.th ∆α=σ
Dengan :α = Koefisien ekpansi linier bahan = 1,25 x 10-5
G = Modulus rigidity = 0,8 x 106
∆ t = Perbedaan temperatur antara dinding luar dan dalam silinder
linier ( 125 – 150° C ) = direncanakan ≈ 135°C
1m1mA
−+
=
m = Piston ratio≈ 0,33(Maleev., 1982 : 377)
47
99,1133,0133,0A −=
−+
=
β−
−ββ
=ln1
12C 2
2
Dengan : 13,1335,26463,2
RR
i
e ===β
Maka : ( )( ) ( ) 04,1
13,1ln1
113,113,12C 2
2
−=−−
=
Sehingga : C.A.t.G.c.th ∆α=σ
( ) ( ) 04,199,1135108,0.1025,1 65c.th ××××××=σ −
2c.th cmkg96,2793=σ
4. Tegangan tekan pada dinding luar silinder linier akibat panas (Petrovsky,
1971 :391) :
B.A.t.G.t.th ∆α=σ
Dengan : 96,0ln1
12B 2 −=
β−
−β=
Maka : C.A.t.G.t.th ∆α=σ
( ) ( ) 95,099,1135108,0.1025,1 65t.th ××××××=σ −
2t.th cmkg04,2579=σ
Batas tegangan total yang diijinkan adalah: 1600 - 3200 kg/cm2, maka dari
hasil perhitungan diatas yaitu 2793,96 kg/cm2 memenuhi syarat dan dinyatakan
aman
48
5. Pemeriksaan kekuatan flen (Petrovsky, 1971 : 392) :
a. Gaya dari baut pengikat
( )4D.p50,125,1F f
zdπ
×−=
Dengan :Df= 22 – 25 direncanakan 23
Maka : ( ) kg15,13704
2314,371,6025,1Fd =×
×=
b. Diameter rata-rata bidang penahan mantel pelumas (diameter rata-rata
flens)
cm485,62
08,689,62
DDD ie
c =+
=+
=
c. Tekanan spesifik pada flens silinder linier
2c
dsh cm
kg698,6404,1485,614,3
15,1370C.D.
Fq =
××=
π=
Batasan tekanan spesifik yang diijinkan qsh ≤ 1000 kg/cm2, maka dari
hasil perhitungan diatas yaitu 64,698 kg/cm2 memenuhi syarat perencanaan dan
dinyatakan aman
4.2 Piston
Piston adalah suatu bagian dari motor yang berbentuk silinder yang bergarak
lurus (translasi) didalam silinder, gerak lurus tersebut untuk menghisap,
memanfaatkan bahan bakar dan udara dan mendorong keluar sisa gas sisa
pembakaran, serta memindahkan tenaga desakan dari hasil pembakaran kebentuk
mekanis pada badan torak terdapat alur tempat cincin torak yang berfungsi
merapatkan silinder dengan badan torak, sehingga proses pembakaran dan
49
kompresi yang terjadi didalam ruang bakar tidak bocor serta mencegah minyak
pelumas masuk kedalam ruang bakar
4.2.1 Bahan piston
Piston akan menerima tekanan dan temperatur dari proses pembakara,
maka torak harus dibuat dari bahan dari bahan yang mempunyai sifat-sifat, antara
lain ringan kuat, kokoh, tahan aus dan tahan terhadap temperatur yang tinggi,
untuk memenuhi syarat seperti diatas bahan torak dapat dipakai allumunium
cooper alloy, yang mempunyai komposisi sebagai berikut :
1. Komposisi Kimia :
a) Ni = 2,0 % Direncanakan 2,0%
b) Mg = 1,5% Direncanakan 1,5%
c) Cu = 4,0% Direncanakan 4,0%
d) Si = 0,7% Direncanakan 0,6%
e) Zn = 0,3% Direncanakan 0,3%
f) Fe = 0,8% Direncanakan 0,7%
g) Al = Sisanya yaitu sekitar 90,9%
2. Sifat Mekanis
a) Kekuatan tarik uσ = 30 kg/mm2
b) Kekuatan luluh yσ = 26 kg/mm2
c) Kekerasan BHN = 130 kg/mm2
50
hcr
h 1
D
hH
H2H1
bb
Lpp
dindex
4.2.2 Perhitungan Dimensi Piston
Dimensi dan nama – nama bagian piston yang digunakan pada mesin
bensin empat langkah ditunjukan oleh Gambar 4.3
Keterangan Gambar :
H= Tinggi piston
D= Diameter piston
h=Tinggi puncak piston ke ring atas
hcr = Tebal piston Crown
h1 = Jarak antara lubang ring piston
H1 = Jarak antara sumbu pen dengan bawah
piston
H2 = Tiggi piston Skrit
bb = Jarak antara lubang pen
Lpp = Panjang pen piston
dex = Diameter luar pen piston
din = Diameter dalam pen piston
Gambar 4.3 Konstruksi dimensi piston (Kovakh, 1979 : 438)
Perhitungan dimensi piston meliputi perhitungan – perhitungan sebagai
berikut :
1. Volume ruang bakar (Vc) (Petrovsky, 1971 :26) :
3dc cm375,14
19115
1V
V =−
=−ε
=
2. Tinggi piston (Hpis) (Kovakh, 1979 : 439) :
( ) mm96,728,602,1D30,190,0H i =×=−=
3. Tinggi dari puncak piston sampai alur ring teratas(Kovakh, 1979 : 439) :
( ) mm256,48,6007,0D09,006,0h i =×=−=
51
4. Tebal puncak piston (Kovakh, 1979 : 439) :
i
cr
Dh
08,007,0 =− , maka mm864,48,6008,0h cr =×=
5. Tinggi alur ring piston(Kovakh, 1979 : 439) :
( ) mm04,38,6005,0D05,003,0h i1 =×=−=
6. Tinggi piston skrit (Kovakh, 1979 : 439) :
( ) mm531,5296,7272,0H74,068,0H2 =×=−=
7. Jarak dari dasar piston hingga sumbu piston pen(Kovakh, 1979 : 439) :
( ) mm939,3796,7252,0H61,041,0H1 =×=−=
8. Diameter luar pen (Kovakh, 1979 : 439) :
( ) mm808,158,6026,0D28,024,0d iex =×=−=
9. Jarak antara tengah-tengah piston pen (Kovakh, 1979 : 439) :
( ) mm32,248,6040,0D40,0b ib =×==
4.2.3 Tinjauan Kekuatan Piston
Tinjauan kekuatan dan perhitungan pada bagian piston skirt, menggunakan
persamaan – persamaan dibawah ini.
1. Tekanan piston maksimum terhadap dinding liner (Petrovsky, 1962:368)
2zmax cmkg856,471,6008,0P08,0N =×=×=
2. Tekanan samping spesifik maksimum pada permukaan piston(Petrovsky,
1962:368)
2
maxn HD
Nq×
=
52
PZ
DDipis
Dengan : 2n cmkg5,33q −=
Maka : 2n cmkg144,0
53,508,6856,4q =×
=
Piston skrit dinyatakan AMAN karena tekanan samping yang terjadi pada
piston skrit adalah 2144,0 cmkg dan masih berada dibawah tekanan samping ijin
pada piston skrit 25,33 cmkgqn −= . Selanjutnya pada piston crown dianggap
distribusi beban merata dari tekanan gas sisa pembakaran (Pz). Ilustrasi
pembebanan pada piston corwn ditunjukan oleh Gambar 4.4
Gambar 4.4 Ilustrasi beban pada piston Crown
(Petrovsky,1962; hal 369)
1. Gaya tekan pada luasan 1/2 lingkaran piston crown( Petrovsky, 1962:368) :
8D.P
2PF
2
zz
cgπ
×==
Maka : 2
2
cg cmkg860,880
808,614,371,60F =
××=
53
2. Momen bending yang terjadi dengan asumsi Dipis ≈ D(Petrovsky,
1962:369) :
z
3
b P24DM =
Maka : cm.kg538,56871,602408,6M
3
b =×=
3. Momen tahanan lentur pada piston crown (Petrovsky, 1962:370) :
6.DW
2δ=
Dengan : δ = hcr = 0,486 cm
Maka : 32
cm82,06
486,0.08,6W =×
=
2b
b cmkg339,693
82,0538,568
WM
===σ
Harga batas tegangan bending untuk material paduan aluminium adalah bσ
= 500 – 900 kg/cm2, maka hasil perhitungan tegangan bending yaitu 693,339
kg/cm2 memenuhi syarat.
4.2.4 Pena Piston
Bahan yang akan digunakan sebagai pena piston direncanakan bahan baja
paduan (Alloy steel) menurut standar USSR (30 M) :
1. Komposisi Kimia :
a) C= 0,05 – 0,25 % Direncanakan = 0,15%
b) Mn = 0,30 – 0,50% Direncanakan = 0,50%
c) Si = 0,01 – 0,15% Direncanakan = 0,15%,
54
dex
din
bb
Lpp
Li
d) S ≤0,04% Direncanakan = 0,4%,
e) P≤0,04% Direncanakan = 0,4%
f) Fe = 99,12%
2. Sifat Mekanis :
a) Kekutan tarik uσ = 5500 Kg/cm2,
b) Kekuatan luluh sσ = 2800 Kg/cm2
c) Pertambahan panjang bσ = 19 %,
d) Kekuatan impact Wimp= 5 kgm/cm2
Ilustrasi pembebanan pada pena piston dan dimensi pena piston ditunjukan
oleh gambar 4.5
Gambar 4.5 Ilustrasi pembebanan dan dimensi pena piston (Petrovsky,1962; 372)
3. Perhitungan Pena Piston (Kovakh, 1979 : 459) :
dex = Diameter luar pen = 15,808 mm
din = Diameter dalam pen
din = dex . rd
Maka :din = dex . rd = 1,581 x 0,791 = 1,25 cm
55
Lpp = Panjang pena piston = 0,80 . Di= 0,80 x 6,08 = 4,864 cm
bb = Jarak antara tengah-tengah piston pen = 2,432 cm
Li = Jarak senter kedua boss = 2
bL bpp + = 2
432,2864,4 + = 3,648cm
4. Momen bending maksimum yang terjadi ( Petrovsky, 1962:372) :
Mmax =
−
4L
2L
2P ix
Dengan :Px = gaya tekan maksimum = Pz. 4π
. D2
= 60,71 x 0,785 x 6,082 = 1761,72 kg/cm2
L = bb = 2,432 cm
Maka : Mmax =
−
4432,2
2648,3
21761,72
= 535,56 kg/cm2
5. Tegangan bending yang terjadi
bσ = W
M max
Dengan :W = Momen tahanan =
−π
ex
4in
4ex
ddd
32
=
−581,1
25,1581,1..32
14,3 44
= 0,24 cm2
Maka : bσ = 24,0
535,56 = 2231,5 kg/cm2
Tegangan bending yang diijinkan = 1500 – 2300 Kg/cm, maka dari hasil
perhitungan diatas yaitu 2231,5 kg/cm2 memenuhi syarat dan AMAN
56
6. Tegangan geser yang terjadi :
shσ = f.2
Px
Dengan: f= luasan melintang piston pin= ( )2in
2ex dd
4−
π
= ( )22 25,1581,1414,3
− = 0,74cm2
Maka : shσ = 48,1
56,53574,0256,535
=×
= 361,86 kg/cm2
Batas tegangan geser yang diijinkan ≤500kg/cm2, maka dari hasil
perhitungan diatas yaitu 361,86 kg/cm2 memenuhi syarat dan AMAN
4.2.5 Perhitungan Ring Piston
Piston ring dikelompokkan menjadi dua bagian yaitu:Piston ring kompresi
(compression rings) dan Piston ring oli (oil ring), pada motor empat langkah
terdapat ring kompresi dan ring oli.Bahan yang dipakai untuk piston ring
kompresi dan piston ring oli direncanakan dari bahan besi tuang
1. Komposisi Kimia :
a) Si = 0,9 – 1,15% Direncanakan= 1,13%
b) Mn = 0,8 – 1,0% Direncanakan = 0,9%
c) P = 0,1 – 0,3% Direncanakan = 0,2%
d) Ni = 0,6 – 1,2% Direncanakan = 1,0%
e) Cr = 0,3 – 0,5% Direncanakan = 1,0%
f) V = 0,1 – 0,2% Direncanakam = 0,2%
g) Mo = 0,1-0,4% Direncanakan = 0,4%
h) S< 0.12% Direncanakan = 1,0%, Fe = 94,5%
57
(B)(A)
Spacer
Side rail
Side rail
D
b
hL
2. Sifat Mekanis :
a) Kekuatan tarik tu σσ ≈ =1800 kg/cm2
b) Kekuatan bengkok bσ =4800 kg/cm2
c) Kekuatan tekan cσ = 900 kg/cm2
d) Kekerasan brinell BHN = 190 – 230
Ilustrasi dimensi pada ring kompresi dan ring pengontrol oli ditunjukan
oleh gambar 4.6
Gambar 4.6 Dimensi ring piston : (A) ring kompresi, (B) ring oli (Petrovsky,1962 : 374)
3. Perhitungan ring kompresi (Petrovsky, 1962:372) :
a. Lebar ring kompresi :
b = (0,029 – 0,033) . Di = 0,029 x 6,08 = 0,176 cm
b. Tebal ring kompresi :h = (0,6 – 1,0). b = 1 x 0,176 = 0,176 cm
c. Jarak antara ujung ring sebelum masuk kedalam silinder
L = (0,10 – 0,18) . Di= 0,18 x 6,08 = 1,10cm
d. Jarak antara ujung ring setelah masuk pisto
Li= 0,35.h = 0,35 x 0,176 = 0,061 cm
58
e. Momen bengkok yang terjadi
Mb = D . b. Psp. 2D
= sp
2
P.b.2
D
Dengan :Psp = Tekanan spesifik ring piston ke dinding silinder
= 0,45 – 0,7 kg/cm2
= direncanakan : 4,5
Maka : Mb = sp
2
P.b.2
D =208,6 2
x 0,176 x 0,45 = 1,35 kg.cm
f. Momen tahanan pada ring kompresi
W61
= .b.h2 = 61
x 0,176 x 0,1762 = 0,000908 cm3
g. Tegangan bengkok yang terjadi bσ
bσ = WM b =
000908,0 1,35 = 1486,78 kg/cm2
Tegangan yang diijinkan untuk besi besi tuang pada ring kompresi adalah
1000 – 1500 kg/cm2, maka dari hasil perhitungan diatas yaitu 1486,78 kg/cm2
memenuhi syarat dan AMAN
4. Perhitungan ring oli (Petrovsky, 1962:372) :
a. Lebar ring oli :
b = (0,029 – 0,033) . Di = 0,029 x 6,08 = 0,176 cm
b. Tebal ring oli :
h= (0,6 – 1,0).b = 1 x 0,176 = 0,176 cm
c. Jarak antara ujung ring sebelum masuk kedalam silinder
L = (0,10 – 0,18) . Di= 0,18 x 6,08 = 1,10cm
59
d. Jarak antara ujung ring setelah masuk piston.
Li= 0,35.h = 0,35 x 0,176 = 0,061 cm
e. Momen bengkok yang terjadi
Mb = D . b. Psp. 2D
= sp
2
P.b.2
D
Dengan :Psp = Tekanan spesifik ring piston ke dinding silinder
= 0,45 – 0,7 kg/cm2 = direncanakan : 4,5
Maka : Mb = sp
2
P.b.2
D =208,6 2
x 0,176 x 0,45 = 1,35 kg.cm
f. Momen tahanan pada ring oli
W61
= .b.h2 = 61
x 0,176 x 0,1762 = 0,000908 cm3
g. Tegangan bengkok yang terjadi bσ
bσ = WMb =
000908,0 1,35 = 1486,78 kg/cm2
Tegangan yang diijinkan untuk besi besi tuang pada ring oli adalah 1000 –
1500 kg/cm2, maka dari hasil perhitungan diatas yaitu 1486,78 kg/cm2 memenuhi
syarat dan AMAN
4.3 Perhitungan Kepala Silinder
Bahan kepala silinder yang direncanakan adalah besi tuang C4 32 – 52
dengan komposisi (Petrovsky,1962:546)
1. Komposisi kimia :
a) C total = 2,9 – 3,2% Direncanakan 3,0%
60
b) C terikat = 0,8 – 1% Direncanakan 0,9%
c) Mn = 0,8 – 1% Direncanakan0,95%
d) S = 0,8 – 1,3% Direncanakan 1,2%
e) Ni = 0,9 – 1,3 Direncanakan 1,5%
f) P = 0,1 – 0,3 Direncanakan 0,2%
g) Cr ≤ 0,5% Direncanakan 0,4%
h) Mo = 0,4% Direncanakan 0,4%,
i) Fe = 91,4%
2. Sifat Mekanik :
a) Batas kekuatan tarik uσ = 3450 kg/cm2,
b) Batas kekuatan lentur bσ = 5450kg/cm2
c) Batas kekuatan tekan cσ = 10000kg/cm2
d) Kekerasan brinell BHN = 450 – 240
3. Tebal kepala silinder.
Karena kepala silinder bentuknya sangat rumit ,maka dalam
perencanaan ini tebalnya dianggap suatu plat. (Maleev., 1982 : 546)
H = C.D.d
z
SP
Dengan: H = Tebal kepala silinder
C = Konstanta: 0,31
Di = Diameter dalam silinder liner :4,67 cm
Pz = Tekanan gas maksimum :60,71 kg/cm2
Sd = Tegangan yang diijinkan untuk besi tuang
61
2DiSd = =
208,6
= 3,04 cm
Maka : H = 0,31x 6,08 x04,371,60 = 8,42 cm
Bagian – bagian yang akan dihitung pada kepala silinder ditunjukan oleh
Gambar 4.7
Gambar 4.7 Ilustrasi pembebanan pada kepala silinder (Petrovsky,1962 : 397)
4. Bending momen penampang kritis pada garis tengah dengan gaya 2
Pz
yang dilalui katup, dapat dicari dengan menggunakan rumus( Petrovsky :
398 )
π××
=3
DiPzM bz
cmkg18,393
08,671,60⋅=
π××
=
5. Besarnya gaya yang diakibatkan oleh reaksi pembakaran pada kepala
silinder dan liner dapat dicari dengan menggunakan rumus (Petrovsky :
398 )
lFd
l
Fd
De
L1
L1
Pz
Di
62
2PzF
F d −=
kg72,6542
71,6015,1370=
−=
6. Bending momen pada gaya F, dapat dicari dengan menggunakan rumus
( Petrovsky : 398 )
( )π××−
=2
DiPzFM d
bf
( ) cmkg73,126714,32
08,671,6015,1370⋅=
××−
=
7. Bending momen pada penampang kritis gaya 2
Fd, dapat dicari dengan
menggunakan rumus ( Petrovsky : 392 )
π××
=2
DFM ed
bd
= cmkg24,150314,32
89,615,1370⋅=
××
8. Jumlah bending momen untuk kepala silinder segi banyak, dapat dicari
dengan menggunakan rumus ( Petrovsky : 399 ).
bfbdbzsum.b MMMM ++=
cm.kg23,280124,150373,126726,30 =++=
9. Tegangan tarik pada bagian atas kepala silinder menggunakan persamaan (
Petrovsky,1962 : 399) :
JlM 1sum.b
t =σ
Dengan : cmkg23,2081M sum.b ⋅=
63
inersiamomenIJ == 4e
4 cm57,110D64
=π
=
Maka : 2t cmkg65,106
57,11021,423,2801
=×
=σ
10. Tebal dinding kepala silinder
th = 1,5 + (0,09 x Di)
= 1,5 + (0,09 x 60,8)
= 6,972 mm = 0,6972 cm
4.4 Batang Penggerak (connecting rods)
Pada ujung connecting rod dipasang small end bearing atau bush dibuat
dari bahan perunggu phospos, pemasangan dilakukan dengan mengepres. Melalui
pena piston, connecting rod berfungsi meneruskan gaya – gaya dari piston ke
poros engkol, dan sebaliknya. Sedangkan pada connecting rod akan menerima
gaya tekan dari pembakaran, gaya inersia dari masa – masa yang bergerak bolak
balik dan gaya inersia dari masa connecting rod, jenis bantalan yang digunakan
adalah bantalan luncur. Bahan untuk connecting rod terbuat dari baja karbon
grade 45 :
1. Komposisi kimia
a) Karbon ( C ) = 0,4 %
b) Silikon ( Si ) = 0,17 %
c) Mangan ( Mn ) = 0,5 %
d) Phospor ( P ) = 0,045 %
e) Besi ( Fe ) = 98,84 %
64
2. Sifat mekanik
a) Batas tegangan ultimate ( uσ ) = 60 kg / mm2
b) Batas tegangan luluh ( Yp ) = 34 kg / mm2
c) Brinel Hardnes ( Hb) = 170 – 210
d) Perpanjangan = 15 %
Bagian – bagian yang akan dihitung pada connecting rod ditunjukan oleh
Gambar 4.8
Gambar 4.8 Connecting rod (Petrovsky,1962 : 378 )
3. Connecting rod small end
a. Panjang small end bearing akibat beban full, dapat dicari dengan
menggunakan rumus ( Khovakh 1979 : 439 ).
( ) mm32,248,6040,0D40,0b ib =×==
b. Jarak antara sisi bagian dalam bush, dapat dicari dengan
menggunakan rumus ( Khovakh 1979 : 458 )
cm432,2432,2864,4bLa bpp =−=−=
65
c. Bahan bush dari perunggu timah hitam, dengan :
Allowable stress ( bσ ) = 2 – 3,2 kg / mm2
Brinel Hardnes ( Hb ) = 40 – 80
d. Ketebalan bush :
( ) cm131,0581,1083,0d085,008,0t exb =×=−=
e. Clearence bush dengan pin piston, dapat dicari dengan menggunakan
rumus ( Khovakh 1979 : 467 ) :
( ) cm0110,0581,1007,0d015,000084,0 ex =×=−=∆
f. Diameter luar bush
( ) cm854,10110,0262,0581,1t2dd bexbex =++=∆+×+=
g. Jari – jari luar bush
cm927,02854,1
2d
r bex ===
h. Radius luar small end, dapat dicari dengan mengunakan rumus
( Khovakh, 1979 : 467 )
( ) cm205,1927,03,1r3,12,1R o =×=×−=
i. Diameter small end :
cm410,2205,12R2D oo =×=×=
j. Volume small end bearing :
( )[ ]bbbexbex2
41
b bt2ddV −−π=
( )[ ] 324
1b cm52,3432,2262,0854,1854,1V =×−−π=
66
k. Berat small end end bearing :
kg0155,00044,052,3BjVWb b1 =×=×=
l. Panjang connecting rod adalah jarak antara sumbu poros small end
ke big end, dapat dicari dengan menggunakan rumus ( Maleev, 1975
: 517 ) :
( ) R475,44LC ×−=
Dengan :R = Crank radius (Jari-jari crank)
= ½ x stroke piston
= ½ x 3,96 = 1,98 cm
cm91,898,15,4LC =×=
4. Ketahanan terhadap lengkungan pada beban kritis untuk cast steel, dapat
dicari dengan menggunakan rumus ( Petrovsky : 380 )
α
ρ
−=Lcx2,63350Pcr
Dengan :
a. Total gaya pada connecting rod, dapat dicari dengan menggunakan
rumus ( Petrovsky : 380 ):
α−
=α
=σPzFp dsum
C
Tegangan kompresi yang diijinkan untuk :
Karbon steel = 800 – 1200 kg / cm2
Alloy steel = 1200 – 1800 kg / cm2
67
b. Cross sectional area pada connecting rod, dapat dicari dengan
menggunakan rumus ( Petrovsky : 380 ).:
2
C
sum cm64,1800
71,6015,1370p=
−=
σ=α
cm21,864,1
57,110J==
α=ρ
Maka : kg963,548264,121,891,8x2,63350Pcr =
−=
5. Faktor keamanan untuk connecting rod, dapat dicari dengan menggunakan
rumus ( Petrovsky : 380 ).
00,415,1370963,5482
FdPcrSc ===
Nilai faktor keamanan yang diijinkan untuk karbon steel 4 – 8, sehingga
connecting rod tersebut sangat AMAN digunakan.
6. Bending momen maksimum yaitu bending momen yang disebabkan oleh
gaya inersia transfersal yang terjadi ketika connecting rod pada posisi 90 o,
dapat dicari dengan menggunakan rumus ( Petrovsky : 381 ) :
C
2
max L..R.Bj1200
nM α
≈
Dengan :
n = putaran poros maksimum = 3600 rpm
Bj = berat jenis karbon steel = 0,0078 kg / cm2
Maka : cm.kg21,9581,964,198,10078,012007500M
2
max =×××
≈
68
7. Modulus penampang terkecil connecting rod
32
ex2
b cm013,16
581,1432,26db
W =×
=×
=
8. Bending stress pada connecting rod , dapat dicari dengan menggunakan
rumus ( Petrovsky : 381 ):
2max
b cmkg99,93
013,121,95
WM
===σ
Nilai yang diijinkan untuk bending stress pada connecting rod untuk
putaran tinggi = 150 – 200 kg / cm2, sehingga AMAN untuk digunakan
9. Jumlah tegangan akibat tekanan kompresi dan bending momen
maksimum:
2Cbsum cmkg99,89380099,93 =+=σ+σ=σ
10. Connecting rod big end
a. Diameter crank pin, dapat dicari dengan menggunakan rumus (
Khovakh 1979 : 469 ) :
( ) cm074,408,667,0Di68,066,0dcp =×=×−=
b. Ketebalan big end bearing, dapat dicari dengan menggunakan rumus
( Khovakh 1979 : 470 ) :
( ) cm163,0074,404,0d05,003,0t cp2b =×=×−=
c. Diameter clearance big end bearing terhadap crank pin dapat dicari
dengan menggunakan rumus ( Khovakh 1979 : 470 ) :
( ) cm00285,0074,40007,0d001,00005,0 cpcp =×=×−=∆
d. Diameter luar big end bearing
cm402,400285,0326,0074,4t2dD cp2bcpbed =++=∆++=
69
e. Diameter dalam big end bearing
cm077,400285,0074,4dD cpcpinb =+=∆+=
f. Diameter bagian luar big end
( ) cm723,5402,43,1D3,12,1D bedbigex =×=×−=
4.5 Poros Engkol (crank shaft)
Crank shaft menerima gaya – gaya dari connecting rod, gaya yang
diterima crank shaft yaitu :
a. Gaya tekanan gas
b. Gaya inersia dari bagian – bagian yang bergerak translasi.
c. Gaya sentrifugal dari bagian – bagian yang bergerak rotasi.
d. Gaya dari sistem roda gigi, crank web dan counter weight.
Fungsi crank shaft adalah sebagai pengubah gerak bolak – balik piston
menjadi gerak putar. Crank shaft terdiri dari :
a. Main jurnal
b. Crank web
c. Crank pin
d. Counter weight
Karena crank shaft menahan beban dinamis, maka dalam perencanaan ini
dipakai bahan dari baja campuran nikel, chrom dengan lambang JISG – 4103
SNGM 25, dengan pengerasan kulit
1. Komposisi kimia
a) Karbon ( C ) = 0,12 – 0,18 %
b) Silikon ( Si ) = 0,15 – 0,35 %
70
Lcp
dcp
dmj
Lmj
c) Mangan ( Mn ) = 0,30 – 0,60 %
d) Phospor ( P ) = 0,03 %
e) Nikel ( Ni ) = 4,0 – 4,5 %
f) Chrom ( Cr ) = 0,70 – 1.00 %
g) Belerang ( S ) ≤ 0,03 %
h) Molibden (Mo) = 0,15 – 0,30 %
2. Sifat mekanik
a) Kekuatan tarik ( tσ ) = 110 kg / mm2
b) Brinel Hardnes (HB) = 311 – 373
Bagian – bagian yang akan dihitung pada crank shaftditunjukan oleh
Gambar 4.9
Gambar 4.9 Poros engkol (crank shaft)
3. Gaya tekan gas akibat tekanan pembakaran yang diterima piston, dapat
dicari dengan menggunakan rumus ( Petrovsky : 243 )
kg72,176101,2971,60Di4
71,60APzF 2gh =×=
×π
×=×=
71
4. Main Journal (poros bantalan)
a. Diameter main jurnal, dapat dicari dengan menggunakan rumus
( Khovakh, 1979 : 487 )
dmj = (0,72 – 0,80) x Di = 0,75 x 6,08 = 4,56 cm
b. Panjang main jurnal
Lmj = (0,40 – 0,60) x dmj = 0,55 x 4,56= 2,508 cm
5. Crank Pin
a. Diameter Crank pin
( ) cm074,408,667,0Di68,066,0dcp =×=×−=
b. Panjang crank pin
Lcp = (0,50 – 0,65) x dcp = 0,65 x 4,074 = 2,648 cm
c. Radius crank shaft
R = 2L
Dengan : L= Panjang langkah piston
Maka : R = 296,3
= 1,98 cm
6. Counter weight (pipi engkol)
Bagian – bagian yang bertranslasi dan berotasi menimbulkan gaya inersia,
maka dibutuhkan counter weigth yang bersatu pada crank web. Adapun tujuan
dibuat counter weightadalah :
a. Untuk mendapatkan keseimbangan dinamik.
b. Untuk mendapatkan keseimbangan statis.
c. Untuk mendapatkan tekanan pada bagian poros.
72
Perhitungan pada counter weight , meliputi perhitungan – perhitungan
sebgai berikut :
a. Tebal pipi engkol
t = ( 0,24 – 0,27 ) x Di = 0,25 x 6,08 =1,52 cm
b. Lebar pipi engkol
b = ( 1,05 – 1,30 ) xDi = 1,25 x6,08 = 7,6 cm
c. Panjang pipi engkol
P = R + 21
( dcp + dmj )
= 1,98 + 21
(4,074 + 4,56)
= 6,297 cm
d. Jarak antara kedua pusat ( AS ) pena engkol ( RA )
RA = P - 21
( dcp + dmj )
= 6,297 - 21
(4,074 + 4,56 )
= 3,126 cm
e. Tebal pipi engkol dari pusat crank pin
Si = ( 0,24 – 0,27 ) x Di = 0,26 x 6,08= 1,581 cm
f. Tinggi pipi engkol
H = RA + Si + 21
( dcp + dmj )
= 3,126 + 1,581 + 21
(4,074 + 4,56) = 9,024 cm
73
4.6 Katup (valve)
Katup berfungsi untuk memasukkan udara dan bahan bakar ke dalam
silinder dan mengeluarkan gas sisa hasil pembakaran dari dalam silinder.Katup
harus dapat ditutup rapat pada dudukannya oleh pegas katup supaya tidak terjadi
kebocoran udara atau gas buang.Katup dibuka oleh poros cam dengan cara
ditekan langsung oleh poros cam.Poros cam digerakkan oleh poros engkol dengan
perantaraan transmisi roda gigi atau rantai.Kecepatan putar pooros cam adalah
setangah kecepatan putar poros engkol, untuk mesin-mesin empat langkah.Katup
berfungsi sebagai penggatur udara dan bahan bakar masuk dan keluarnya gas
pembakara Katup udara dan bahan bakar masuk disebut katup masuk (intake
valve), sedangkan katup pengeluaran disebut katup buang (exhaust valve). Pada
perencanaan ini bahan katup masuk yang digunakan adalah Alloy tool steel X 18
H 25 C dengan komposisinya:
1. Komposisi Kimia, menurut Petrovsky (1968):
a) Karbon (C) = 0,3 – 0,4 %
b) Silikon (Si) = 2,0 – 3,0 %
c) Chrom (Cr) = 16 – 20 %
d) Molibdenum (Mo) = 23 – 27 %
e) Mangan (Mn) ≤ 2,0 %
2. Sifat mekanik:
a) Tegangan ultimate (σu) = 65 kg/mm2
b) Tegangan mulur (σs) = 30 kg/mm2
c) Perpanjangan (∆I) = 30 %
74
d) Tegangan tekan ( cσ ) = 8 kg m/cm2
e) Brinel Hardnes (HB) = 163 – 241
Bahan untuk katup buang harus tahan terhadap suhu yang sangat tinggi.
Karena katup buang yang terus menerus dilewati oleh aliran gas buang yang
suhunya sangat tinggi, maka kepala katup atau daun katup perlu dijaga agar tidak
sampai berpijar, karena hal itu dapat mempengaruhi sistem kerja mesi Bila
dibandingkan dengan katup masuk yang temperaturnya relatif lebih rendah, hal ini
disebabkan katup isap hanya dilewati oleh aliran udara segar yang dingin dan
bahan bakar. Untuk itu bahan katup buang dibuat lebih kuat dari pada bahan katup
isap, maka dari itu bahan katup buang dipilih Alloy tool steel dengan perlakuan
panas X 14 H 14 B dengan komposisi:
1. Komposisi Kimia, menurut Petrovsky (1968):
a) Karbon (C) = 0,4 – 0,5 %
b) Silikon (Si) = 0,3 – 0,8 %
c) Chrom (Cr) = 13 – 15 %
d) Nikel (Ni) = 13 – 15 %
e) Molibdenum (Mo) = 0,25 – 0,4 %
f) Wolfram (Wo) = 2,0 – 2,8 %
g) Mangan (Mn) ≤ 0,7 %
2. Sifat mekanik:
a) Tegangan yang diijinkan (σu) = 70 kg/mm2
b) Tegangan mulur (σs) = 40 kg/mm2
c) Perpanjangan (∆I) = 35 %
75
hmax
dthr
ds
ddexh2
h1
d) Tegangan tekan ( cσ ) = 10 kg m/cm2
e) Brinel Hardnes (HB) = 150 – 210
Beberapa data – data katup (valve) yang sudah diketahui ataupun
ditentukan adalah sebagai berikut :
1. Kemiringan sudut katup (α) menurut Petrovsky (1968) adalah 30o– 45o,
pada perencanaan ini diambil nilai α = 45o.
2. Kecepatan rata-rata gas pada waktu melalui celah katup untuk mesin
gasoline putaran tinggi adalah:
a. Katup Isap, menurut Petrovsky (1968) = 80 – 90 m/det, dalam
perencanaan ini diambil = 85 m/det.
b. Katup Buang, menurut Petrovsky (1968) = 90 – 100 m/det, dalam
perencanaan ini diambil = 100 m/det.
Bagian – bagian yang akan dihitung pada katup (valve) ditunjukan oleh
Gambar 4.10
Gambar 4.10. Ukuran-ukuran katup
76
4.6.1 Ukuran Utama Katup Masuk
Adapun ukuran – ukuran utama katup masuk yang perlu dihitung adalah
sebagai berikut:
1. Dimensi throat (Khovakh.M,1979: 514)
( ) cm736,208,645,0Di46,042,0d thr =×=×−=
2. Diameter maksimum kepala katup (Khovakh.M,1979: 523) :
( ) cm174,3736,216,1d16,106,1d thr =×=×−=
3. Diameter minimum kepala katup (Khovakh.M,1979: 523) :
( ) cm736,2736,21d195,0d threx =×=×−=
4. Diameter batang katup
( ) cm5472,0736,220,0d23,018,0d thrs =×=×−=
5. Tinggi dari puncak dalam silinder ke kepala katup
( ) cm0958,0736,2035,0d045,0025,0h thr1 =×=×−=
6. Tinggi kepala katup
( ) cm3557,0736,213,0d13,010,0h thr2 =×=×−=
7. Lebar dudukan katup
( ) cm2736,0736,210,0d12,010,0b thr =×=×−=
8. Sudut dudukan katup :
( ) 4530 −=θ , Direncanakan 45o
9. Tinggi angkut katup
cm9667,083,2736,2
cos4d
h thrmax ==
θ=
77
10. Luas pembukaan katup
( ) θ×θθ+π=α coshsincoshdmax maxmaxthr
( ) 2cm914,6684,04834,0736,214,3max =×+=α
4.6.2 Ukuran Utama Katup Buang
Adapun ukuran-ukuran utama katup buang yang perlu dihitung adalah
sebagai berikut:
1. Dimensi throat (Khovakh.M,1979: 514)
( ) cm554,208,642,0Di46,042,0d thr =×=×−=
2. Diameter maksimum kepala katup (Khovakh.M,1979: 523) :
( ) cm860,2554,212,1d16,106,1d thr =×=×−=
3. Diameter minimum kepala katup (Khovakh.M,1979: 523) :
( ) cm452,2554,296,0d195,0d threx =×=×−=
4. Diameter batang katup
( ) cm6896,0554,227,0d28,022,0d thrs =×=×−=
5. Tinggi dari puncak dalam silinder ke kepala katup
( ) cm1149,0554,2045,0d045,0025,0h thr1 =×=×−=
6. Tinggi kepala katup
( ) cm2554,0554,210,0d13,010,0h thr2 =×=×−=
7. Lebar dudukan katup
( ) cm2554,0554,210,0d12,010,0b thr =×=×−=
8. Sudut dudukan katup :
( ) 4530 −=θ , Direncanakan 45o
78
9. Tinggi angkut katup
cm9024,083,2
554,2cos4d
h thrmax ==
θ=
10. Luas pembukaan katup
( ) θ×θθ+π=α coshsincoshdmax maxmaxthr
( ) 2cm0203,6638,04512,0554,214,3max =×+=α
11. Tinjauan Terhadap Gas dan Tegangan
a. Kecepatan gas melalui katup :
maxACmWm
α×
=
Dengan : Cm = Kecepatan rata-rata piston ≈20 m/dt
A = Luas kepala piston
= 4π
( 0,0608 )2
= 0,0029 m2
b. Untuk katup isap :
dtm8,83
10914,60029,020
maxACmWmi 4 =
××
=α
×= −
c. Untuk katup buang :
dtm34,96
10203,60029,020
maxACmWmo 4 =
××
=α
×= −
79
4.7 Poros Bubungan (cam shaft )
Poros bubungan berfungsi sebagai pengubah gerak putar menjadi gerak
lurus.Pada katup sebagai pengatur saat pembukaan katup dan juga berfungsi
sebagai penggerak pompa minyak pelumas, Poros bubungan digerakkan poros
engkol melalui transmisi.
4.7.1 Pergerakan Katup-Katup
Dalam kenyataannya saat-saat pembukaan katup – katupitu adalah sebagai
berikut:
a. Katup masuk terbuka 30° – 40° sebelum TMA dan menutup 40° – 50°
setelah TMB.
b. Katup buang terbuka 45° – 55° sebelum TMB dan menutup 25° – 35°
setelah TMA.
Pada piston semakin mendekati langkah buang, maka kecepatannya sendiri
akan berkurang. Gas-gas keluar didorong keluar oleh piston itu hanya
memperlambat, karenanya timbul kekurangan tekanan di dalam silinder saat
mendekati langkah buang. Oleh karena itu pada piston udara digunakan untuk
memperoleh pengisian silinder yang lebih baik. Dengan dibukannya katup masuk
sebelum TMA, akan didapat gelombang-gelombang tekanan pemasukan dan
pembuangan untuk memperbaiki pengisian silinder.
Katup masuk baru menutup setelah TMB, dengan demikian kelembaman
massa dari udara yang mengalir masih dapat digunaka Kelembaman massa itu
mengatur agar terjadi pengisian berikutnya, meskipun piston telah bergerak ke
TMA. Dengan dibukannya katup buang sebelum TMB, gas-gas buang akan keluar
80
karena adannya tekanan lebih di dalam silinder. Maka piston yang menuju TMA
mendapat tekanan lawan kecil, sehingga menghasilkan keuntungan daya.
Jika piston pada akhir langkah buang letaknya di dalam TMA maka di
dalam ruang bakar masih terdapat gas sisa. Jika itu masih ada maka gas gas baru
yang dapat dihisap ke dalam menjadi sedikit dan menyebabkan kerugian daya.
Dengan dibukanya katup buang sejenak setelah TMA, maka sisa gas buang ikut
keluar. Diagram bukaan katup ditunjukan oleh gambar 4.11
Keterangan:
A. = Katup masuk pembukaan awal 23° sebelum TMA.
B. =Katup masuk menutup kemudian 43° sesudah TMB.
C = Katup buang pembukaan awal 53° sebelum TMB. D = Katup buang menutup kemudian 25° sesudah TMA.
Gambar 4.11. Diagram bukaan katup motor gasolin empat langkah.
4.7.2 Bahan Poros Bubungan
Bahan poros bubungan yang digunakan untuk mesin gasoline ini adalah
alloy steel 18 X HBA, dengan komposisi sebagai berikut :
1. Komposisi Kimia
a) Karbon ( C ) = 0,15 – 0,22 %
b) Mangan (Mn) = 0,25 – 0,55 %
c) Silikon (Si) = 0,17 – 0,37 %
d) Sulfur (S) < 0,03 %
81
htmax
C
Pn
Pbc
Prp
e) Phospor (P) < 0,035 %
f) Chrom (Cr) = 0,035 – 1,65 %
g) Nikel (Ni) = 4,1 – 4,6 %
h) Molibden (Mo) = 0,25 – 0,45 %
2. Sifat Mekanik
a) Kekuatan tarik ( tσ ) = 115 kg/mm2
b) Kekuatan impact ( cσ ) = 11 kg/mm2
c) Brinell Hardnes (HB) = 321 – 387
d) Perpanjangan (Al) = 11 %
Bagian – bagian yang akan dihitung pada poros bubungan ditunjukan oleh
Gambar 4.12
Gambar 4.12. Poros bubungan (camshaft)
4.7.3 Ukuran Utama Poros Bubungan Katup Isap
1. Tinggi pembukaan maksimum (htmaks) dapat dicari dengan menggunakan
rumus ( Khovakh, 1979 : 531 )
φo
82
( )i
d28,025,0ht thr
max ×−=
Dengan :dthr = Diameter lubang laluan gas = 2,736 cm
1
2
Li (1,4 1,75)L
= = - , dipilih 1,4
Maka : ( ) cm5472,04,1
736,228,0i
d28,025,0ht thr
max =×=×−=
2. Jari-jari lingkaran dasar poros bubungan (ρbc)dapat dicari dengan
menggunakan rumus (Khovakh, 1979 : 531) :
( ) cm149,15472,01,2ht4,26,1 maxbc =×=×−=ρ
3. Jari-jari bagian bulat poros bubungan (ρrp)dapat dicari dengan
menggunakan rumus (Khovakh, 1979 : 531) :
rpbcrp ∆−ρ=ρ
Dengan : ∆rp = (0,25 – 0,35), diambil harga = 0,31
Maka : cm839,031,0149,1rp =−=ρ
4. Jari-jari sisi busur (p1) dapat dicari dengan menggunakan rumus (
Khovakh, 1979 : 531):
( ) cm823,05472,05,1ht0,20,1p max1 =×=×−=
5. Kurva pembukaan katup (ϕo) dapat dicari dengan menggunakan rumus
( Khovakh, 1979 : 528 )
2
Q180Q2 cfad
o+°+
=ϕ
Dengan: Qad= Sudut saat membukanya katup isap = 23°
Qcf = Sudut saat menutupnya katup isap = 43°
83
ooo
o 1232
43180232 =+°+
=ϕ
Jadi: ϕo = 61,5°
6. Jari-jari busur (Pn)dapat dicari dengan menggunakan rumus ( Khovakh,
1979 : 532 )
cm648,15,61cos1
5,61cos5472,0149,1cos1
cosht
o
omaksbcn =
−
×+=
ϕ−
ϕ×+ρ=ρ
7. Tinggi clearance (C)dapat dicari dengan menggunakan rumus (Khovakh,
1979 : 531) :
cm389,0648,15472,0149,1htC nmaxbc =−+=ρ−+ρ=
4.7.4 Ukuran Utama Poros Bubungan Katup Buang
1. Tinggi pembukaan maksimum (htmaks) dapat dicari dengan menggunakan
rumus ( Khovakh, 1979 : 531 )
( )i
d28,025,0ht thr
max ×−=
Dengan : dthr = Diameter lubang laluan gas = 2,554 cm
1
2
Li (1,4 1,75)L
= = - , dipilih 1,4
Maka : ( ) cm5108,04,1
554,228,0i
d28,025,0ht thr
max =×=×−=
2. Jari-jari lingkaran dasar poros bubungan (ρbc) dapat dicari dengan
menggunakan rumus (Khovakh, 1979 : 531) :
( ) cm0727,15108,01,2ht4,26,1 maxbc =×=×−=ρ
84
3. Jari-jari bagian bulat poros bubungan (ρrp)dapat dicari dengan
menggunakan rumus (Khovakh, 1979 : 531) :
rpbcrp ∆−ρ=ρ
Dengan : ∆rp = (0,35 – 0,50), diambil harga = 0,41
Maka : cm663,041,00272,1rp =−=ρ
4. Jari-jari sisi busur (p1) dapat dicari dengan menggunakan rumus (
Khovakh, 1979 : 531):
( ) cm766,05108,05,1ht0,20,1p max1 =×=×−=
5. Kurva pembukaan katup (ϕo) dapat dicari dengan menggunakan rumus
( Khovakh, 1979 : 528 )
2
Q180Q2 cfad
o+°+
=ϕ
Dengan :Qad = Sudut saat membukanya katup buang = 53°
Qcf = Sudut saat menutupnya katup buang = 25°
Maka : ooo
o 1292
25180532 =+°+
=ϕ
Jadi: ϕo = 64,5°
6. Jari-jari busur (Pn)dapat dicari dengan menggunakan rumus ( Khovakh,
1979 : 532 )
cm413,15,64cos1
5,64cos5108,00272,1cos1
cosht
o
omaksbcn =
−
×+=
ϕ−
ϕ×+ρ=ρ
7. Tinggi clearance (C)dapat dicari dengan menggunakan rumus (Khovakh,
1979 : 531) :
cm125,0413,15108,00272,1htC nmaxbc =−+=ρ−+ρ=
85
4.7.5 Ukuran utama poros bubungan
1. Tebal muka cam ( Petrovsky 1962 : 415) :
( ) csd4,015,0b ×−=
Dengan :dcs= Diameter lingkaran dasar poros ( 2 . bcρ )
a. Tebal muka untuk katup isap :
( ) ( ) cm9192,02149,14,0d4,015,0b cs =××=×−=
b. Tebal muka untuk katup buang :
( ) ( ) cm8218,020272,14,0d4,015,0b cs =××=×−=
2. Tebal poros ( Petrovsky 1962 : 415) :
( ) 11 d8,06,0b ×−=
Dengan :d1= Diameter antara lingkaran dasar poros dengan tinggi angkat
tappet maksimum diambil katup yang mempunyi nilai besar (isap )
Maka : ( ) ( ) ( ) cm677,3298,228,0d28,0d8,06,0b cs11 =××=××=×−=
4.8 Bahan Bakar
Perbandingan berat udara dengan bahan bakar dalam campuran disebut air
fuel ratio. Dalam prakteknya air fuel ratio akan selalu berubah-ubah tergantung
pada kondisi kerja dan putaran mesi
Tabel 4.1 Perbandingan Bahan bakar – Udara KONDISI KERJA PERBANDINGAN BAHAN BAKAR DENGAN
UDARA Start 1 : 1 – 3 Stasioner 1 : 6 – 10 Kecepatan rendah 1 : 10 – 13 Beban ringan 1 : 14 – 16 Kondisi ideal 1 : 15,4
(Bell,1998 : 93)
86
Untuk mendapatkan tekanan pembakaran yang tinggi didalam silinder,
maka bahan bakar harus dicampur dengan oksigen secara sempurna. Secara
teoritis nilai perbandingan berat udara dengan bahan bakar adalah 15,4 : 1. artinya
15,4 bagian udara dengan 1 bagian bensin dalam satuan berat.
4.8.1 Perhitungan Karburator
1. Data Perencanaan Motor
a. Diameter silinder (D) = 60,8 mm
b. Jumlah silinder (i) = 1
c. Panjang langkah (L) = 3,96 mm
d. Putaran mesin = 7500 rpm
2. Diameter Karbuator Perencanaan
a. Diameter Saluran masuk (d) = 19 mm
b. Diameter diffuser (dd) = 13 mm
c. Diameter jet nozle (dj) = 0,8 mm
d. Tinggi diffuser (hd) = 15 mm
e. Tinggi bahan bakar (ho) = 12,5 mm
f. Rendemen volumetris (ηv) = 0,78 mm
g. Density udara (ρa) = 1,29 kg/m
h. Koefisien kecepatan diffuser (µa) = 0,7 – 0,9 = 0,8
i. Koefisien penyusutan aliran (Ccoo,) = 0,97 – 0,98 = 0,97
Bagian – bagian pada karburator yang digunakan pada motor empat
langkah ditunjukan oleh Gambar 4.13
87
Gambar 4.13 Karburator sepeda motor empat langkah (Yamaha Genuine Part & Accessories, Part catalogueT105SE(5ER9):8 )
Adapun urutan perhitungan untuk karburator sepedamotor empat langkah
adalah sebagai berikut :
3. Volume Langkah Silinder
Vd = 115 cm3
88
4. Volume Tarikan Udara
Va = Vd . ηv . 2 . n
= 115 × 0,75 × 2 × 7500
= 12,94 m3/menit= 0,216 m3/s
5. Berat Udara Tarikan
Ga = Va . ρa
= 0,216× 1,29= 0,279 kg/s
6. Koefisien discharge
µ = Ccom . µd
= 0,97 × 0,8
= 0.776
7. Perbedaan tekanan pada diffuser
dada PgAG ∆= ...2. ρµ
a
d
a
d gAG
Pρµ
..2.
.
2
=∆
dimana :
2
2
134
4
×=
=
π
πdd dA
Ad = 132,732 mm2
= 132,732 × 10-6 m2
g = 9,81 m/s2
89
sehingga :
2
2
6
d
m/kg3098,25
29,181,92776,010732,132
279,0
.P
=
××
××
=∆−
8. Kecepatan udara pada pelampung diffuser (Khovakh, 1979 : 266)
s/m86,429,13098,252776,0
P.2.v
a
dd
=
×=
ρ∆
µ=
9. Kebutuhan bahan bakar untuk pembakaran
LG
W af =
Dimana : L = 0,5376 kgudara/kgbb
Sehingga :
5376,0279,0Wf =
= 0,5189 kgudara/s
= 1868,30 kgudara/jam
10. Perbandingan tinggi penampang diffuser dengan tinggi bahan bakar
(Khovakh, 1979 : 269)
∆h = hd – ho
= 15 – 12,5
= 2,5 mm
90
11. Tinggi bahan bakar didalam karburator saat bekerja (Khovakh, 1979 : 269)
∆h2 = ∆h + ∆hst
Dimana :
∆hst = tinggi bahan bakar akibat pengaruh aliran bahan bakar ke venturi
ditentukan1 mm
sehingga :
∆h2 = 2,5 + 1
= 3,5 mm
12. Kecepatan bahan bakar melaju ke jet nozle (Khovakh, 1979 : 269)
∆−
∆= gh
Pv
f
df .2 2ρ
Dimana :
ρf = berat jenis bahan bakar
= 720 kg/m3
Sehingga :
s/m283,8
81,95,37203098,252vf
=
×−=
4.9 Pelumasan
Didalam sebuah mesin bensin banyak di dominasi oleh elemen-elemen
yang bergerak, maka akibat dari gerakan-gerakan akan menimbulkan gesekan
yang mengakibatkan timbulnya keausa Untuk mengurangi gesekan yang
91
ditimbulkan, maka perlu adanya pelumasa Jika hal tersebut tidak diperhatikan
maka kerja mesin akan terganggu dan elemennya tidak akan bertahan lama.
Fungsi dari minyak pelumas : Menyerap panas yang timbul akibat gesekan,
memberikan dan membuang partikel yang timbul akibat gesekan, meredam suara
dan kejutan antara bantalan dan bidang lainnya, membantu menutup celah antara
piston dan dinding silinder bagian dalam, mengurangi terjadinya korosi dan
keausan, Memperpanjang umur elemen. Bagian-bagian penting yang
membutuhkan pelumasan adalah :
a. Dinding silinder dan piston
b. Batang penggerak serta bantalannya
c. Pena piston
d. Bantalan poros engkol
e. Bantalan poros cam atau poros nok
f. Semua bagian-bagian dalam mesin yang bergesekan
Untuk tercapainya pelumasan yang baik pada mesin bensin diperlukan
persyaratan yang harus dipenuhi oleh minyak pelumas, antara lain :
a. Viskositas. Kekentalan minyak pelumas harus sesuai dengan fungsinya,
yaitu untuk mencegah terjadinya keausan pada permukaan bidang logam
yang bergeseka Satuan untuk viscositas/kekentalan dam (poise).
b. Indeks Viskositas. Viskositas pelumas berubah-ubah terhadap temperatur,
minyak pelumas membuka indeks viskositas tinggi bila perubahan
viskositasnya rendah dan begitu pula sebaliknya.
92
c. Stabilitas. Stabilitas pada temperatur tinggi beberapa minyak pelumas
akan berubah susunan kimianya, sehingga akan menimbulkan endapan
yang akan mengakibatkan cincin piston melekat pada alurnya.
d. Kelumasa Minyak pelumas harus mempunyai sifat melumasi sebaik
mungkin, yaitu dapat membasahi permukaan logam, tidak menyebabkan
korosi dan harganya terjangkau.
e. Titik Nyala (Flash Point). Minyak pelumas harus mempunyai titik nyala
tinggi agar tidak mudah terbakar dan tidak mudah menguap.
4.9.1 Jenis Minyak Pelumas
Jenis minyak pelumas dibedakan menurut klasifikasi kekentalan dan
kualitas.
a. Klasifikasi Kekentala Kekentalan menunjukkan ketebalan atau
kemampuan menahan aliran suatu cairan. Oli cenderung menjadi encer
dan mudah mengalir ketika dingin, tetapi masing-masing kecenderungan
tersebut tidak sama untuk semua oli. Ada tingkat permulaan besar (kental)
dan ada yang dibuat encer (tingkat kekentalannya rendah). Kekentalan dari
oli dinyatakan dengan angka yang disebut indeks kekentalan
(menunjukkan kekentalan). Indeknya rendah maka olinya encer atau
indeknya tinggi olinya kental. Suatu badan internasional SAE (Society of
Automotive Engineer) mempunyai standar kekentala Umumnya
menentukan temperatur yang sesuai dimana oli dimana oli tersebut dapat
digunakan, tapi memilih oli harus hati-hati, tidak hanya yang sesuai
dengan temperatur setempat juga kondisi kerja mesin yang perlu
93
diperhatika Dalam perencanaan ini, oli mesin yang digunakan sebagai
pelumas adalah SAE 20W – 50 yang merupakan oli multigrade karena
kekentalannya tidak terpengaruh adanya perubahan temperatur dan
umumnya digunakan sepanjang musim.
b. Klasifikasi Kualitas. Kualitas oli mesin diklasifikasikan sesuai dengan
standar API (American Petroleum Institute). Klasifikasi API biasanya
tercantum pada masing-masing kemasan oli mesin, untuk menambahkan
tingkatan SAE sehingga pemilihannya akan lebih mudah bila dilihat dari
perbandingan kondisi pengoperasian kendaraan.
Tabel 4.2 No SAE Berdasarkan Viskositas Designation Spesifikasi Oli SAE No Spesifikasi Gravitasi
T60 Fy60
A B C D E F G H
Automobile oil (light) Automobile oil, all year Automobile oil Diesel oil Automobile oil, (havy) Diesel oil Airplane oil Transmission oil
10 20 20 20 40 40 60 110
0,8894 0,9036 0,9354 0,9250 0,9275 0,9285 0, 9327 0,9328
4.9.2 Perhitungan Kebutuhan Minyak pada Sistem Pelumasan
Sistem pelumasan yang digunakan adalah sistem penyaluran paksa Mesin
mempunyai banyak bagian – bagianyang sempit dan jauh dari jangkauan tangki
pelumas. Padahal semua komponentersebut harus dilumasi, untuk itu diperlukan
sistem pelumasan yang mampumensirkulasikan pelumas ke seluruh komponen
atau bagian mesin yang membutuhkaUntuk mensirkulasikan minyak pelumas,
pelumas dipompa sehingga mempunyai energiyang cukup untuk sampai ke
bagian-bagian yang harus dilumasi dengan tekanan tertentu.Minyak pelumas
94
terkumpul dalam karter dihisap oleh pompa minyak melalui saringan minyak.
Dari sini minyak disalurkan ke bagian-bagian mesin melalui lubang-lubang
minyak yang terdapat pada blok silinder, poros engkol dan sebagainya. Sesudah
minyak melakukan pelumasan pada bagian-bagian mesin, minyak kembali lagi ke
karter. Perhitungan pada pompa untuk minyak pelumas adalah sebagai berikut :
1. Kapasitas sirkulasi pompa, dapat dicari dengan menggunakan persamaan
(Petrovsky, 1971 : 485)
Cop =Wo× Nb
Dengan : Nb = 16,83
Wo =Pemakaian minyak pelumas yang diijinkan
(10 – 20) lt/HP – jam
Sehingga : Cop = 10 × 16,83 = 168,3 lt/jam
Cop = 3600103,168
3−
× = 4,67 × 10-5 m3/s
2. Daya yang digerakkan untuk menggerakkan pompa (Petrovsky, 1971 : 486)
op
oopop .75
P.CN
η=
Dengan : Po = Tekanan minyak pelumas
= (5 – 6,5) kg/cm2 = 5 kg/cm2
ηop = Efisiensi pompa = (0,7 – 0,72) = 0,72
Sehingga : 72,075
1051014,4N45
op ××××
=−
= 38,37× 10-3 HP
3. Jumlah gigi (Petrovsky, 1971 : 486)
Z = (7 – 12) = 8
95
4. Modul gigi (Petrovsky, 1971 : 486)
M = (3 – 5) mm = 5 mm
5. Tingkat kepala
hk = k.M
Dengan :
k = faktor tinggi gigi = (0,8 – 1,2) = 0,8
Sehingga : hk = 0,8 × 5 = 4 mm
6. Tingkat kaki (Sularso : 218)
Hf = hk + Ck
Dengan : Ck = kelonggaran puncak = 0,2 M = 0,25 × 5 = 1,25 mm
Sehingga : Hf = 4 + 1,25 = 5,25 mm
7. Tinggi gigi : h = hk + hf = 4 + 5,25 = 9,25 mm
8. Diameter tusuk/pitch
Dt = z . M = 4 × 5 = 20 mm
9. Jarak tusuk/jarak gigi
T = π . M = 3,14 × 5 = 15,7 mm
10. Lebar gigi
Cop = 1,25 . 60 . 10-6 . π.z.np.b.ηv
Dimana :
np = putaran roda gigi
= 0,5 putaran poros engkol = 0,5 × 7500 = 3750 rpm
ηv = koefisien pompa
= (0,60 – 0,80) = 0,60
96
Sehingga :
91,73 = 1,25 . 60 . 10-6 . π× 8 × 3750× 0,60 × b
b = 21,628 mm
11. Tebal gigi
a = y.M.h.6 = 021,0525,96 ××× = 2,414 mm
Dengan :
y = faktor bentuk gigi
= 0,201
Sistem pelumasan paksa yang diaplikasikan untuk motor bensin empat
langkah dengan kapasitas silinder 115 cc, ditunjukan oleh Gambar 4.14
Gambar 4.14Sistem pelumasan sepeda motor empat langkah (Yamaha Genuine Part & Accessories, Part catalogueT110LSE(3S01):5 )
Keterangan gambar : 1. Oil pump, sub assy 2. Gear, pump driven 3. Circlip 4. Gasket, pump cover 5. Screw, flat fillister 6. Plug, straight screw 7. Gasket 8. Strainer,oil 9. Gear, pump drive 10. Filter, rotray
97
Prinsip kerja sistem pelumasan dengan sistem paksa sebagai berikut :
pompa yang digunakan pada sistem pelumasan ini terdiri dari dua buah roda gigi
yang dipasang saling merapat (no. 2 dan no. 9). Perputaran roda gigi yang saling
berlawanan arah akan mengakibatkan kevakuman pada sisi hisap, akibatnya oli
akan terisap masuk ke dalam ruang pumpa, selanjutnya dikompresikan ke luar
pompa hingga tekanan tertentu menuju ke bagian – bagian yang akan dilumasi
98
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Hasil perancangan ulang motor bensin 4 langkah yang digunakan sebagai
penggerak sepeda motor dengan kapasitas 115 cc, dapat disimpulkan seperti
dibawah ini :
1. Daya Kuda (BHP) Nb = 8,415 HP
2. Putaran mesin = 7500 rpm
3. Tekanan pembakaran = 60,71 kg/cm2
4. Konsumsi bahan bakar = jamkg495,0
5. Konsumsi Bahan bakar spesifik = jamhpkg0589,0
6. Tekanan Efektif = 2cmkg78,8
7. Perbandingan Kompresi = 9: 1
8. Panjang Langkah = 39,6 mm
9. Diameter silinder = 60,8 mm
10. Volume Lagkah = 115 cc
11. Bahan Bakar = Bensin (Gasoline)
Sedangkan spesifikasi standar dari motor bensin dengan kapasitas silinder
115 C yang beredar di dipasaran adalah sebagai berikut :
99
1. Daya Kuda (BHP) Nb = 11,95 HP
2. Putaran mesin = 7500 rpm
3. Perbandingan Kompresi = 8,8: 1
4. Panjang Langkah = 57,9 mm
5. Diameter silinder = 50 mm
6. Volume Lagkah = 113,7 cc
7. Bahan Bakar = Bensin (Gasoline)
5.2 Saran-saran
Untuk lebih dapat menyempurnakan perancangan ini diwaktu yang akan
datang, maka penulis menyampaikan saran atau pesan sebagai berikut :
1. Agar pemakaian mesin lebih tahan lama, maka perlu diperhatikan
kapasitas angkutnya.
2. Bagi pengguna mesin agar memperhatikan muatan dan medan atau jalan
yang akan dilalui karena sangat berpengaruh terhadap mesin
3. Bagi pengguna mesin agar mempergatikan perawatan berkala untuk
mempertahankan performa dan umur mesin
100
DAFTAR PUSTAKA
AHTC, 2006, Pengantara praktek listrik
Arends, BPM. & Barenschot, H., 1980, “Motor Bensin” Alih Bahasa : Umar
Sukrisno, Penerbit Erlangga, Jakarta
Aryadi. W., & Karnowo 2008, ”Motor Bensin” UNNES, Semarang
Bell, Graham A., 1998, “Four-stroke Performance Tuning”, Haynes Publishing,
Great Britain
Daryanto., 2002, “Teknik Reparasi dan Perawatan Sepeda Motor”, Buni Aksara,
Jakarta
Heywood, Jhon. B., 1988, “ Internal Combustion Engine Fundamental”,
Singapore, McGraw-Hill
Kovakh.,M., 1979, ”Motor Vehicle Engines”MIR Publisher, Moscow
Petrovsky., M., 1973, ”Marine Internal Combution Engine”MIR Publisher,
Moscow
Ponidi.,2002, ”Perancangan Motor Diesel Penggerak Bis Pariwisata”STTNas,
Yogyakarta
Yamaha “Genuine Part & Accessories, Part catalogueV110E(4WHH)”
www.yamaha–motor .co.id