Modul 2

SOAL PRE TEST

MODUL 2.

Petunjuk :

Kerjakan semua soal pretest ini sebagai syarat untuk mempelajari modul I

1. Mengapa motor bensin dinamakan dengan Spark Ignition Engine dan siapa penemunya ?

2. Sebutkan proses kerja motor bensin empat langkah ? kemudian jelaskan masing-masing langkahnya ?

3. Hitunglah besarnya volume silinder dari sebuah motor bensin 4 langkah bila diameter silindernya 60 mm ?

4. Secara prinsip, apakah perbedaan antara motor otto dengan motor diesel yang anda ketahui ?

5. Jelaskan apa yang dimaksud dengan perbandingan kompresi pada sebuah motor bensin ?

6. Bagaimana hubungan antara perbandingan kompresi dengan efisiensi dan kinerja sebuah motor bensin ?

7. Jelaskan pengaruh dari campuran yang miskin dan campuran yang kaya terhadap kinerja motor ?

8. Sebutkan proses motor bensin dua langkah ? kemudian jelaskan masing-masing langkahnya ?

9. Apa yang terjadi pada langkah pembilasan pada motor bensin dua langkah ? Jelaskan cara kerja pembilasan ruang engkol ?

10. Sebutkan keuntungan dan kerugian motor bensin dua langkah ?

Keterangan:

Soal pretest ini berguna untuk mengukur tingkat pemahaman awal para mahasiswa sebelum mempelajari modul 2.

MODUL 2. MOTOR BAKAR BENSIN

Tujuan Instruksional khusus (TIK) :

Setelah mempelajari bab ini anda mahasiswa diharapkan dapat :.

1. Menjelaskan sejarah dan ciri-ciri Motor Bensin

2. Menyebutkan pengertian motor bensin 4 langkah dan proses kerjanya

3. Menjelaskan tentang proses yang terjadi pada saat langkah isap, kompresi, ekspansi (kerja) dan buang pada motor bensin 4 langkah.

4. Dapat menghitung volume silinder dan perbandingan kompresi.

5. Menyebutkan keuntungan dan kerugian motor bensin 4 langkah

6. Menjelaskan tentang mekanisme kerja katup

7. Menjelaskan tentang siklus Otto udara standar (diagram P – V) dan dapat melakukan perhitungan kerja serta effisiensi siklus.

8. Menjelaskan ciri-ciri dan prinsip kerja motor bensin 2 langkah : (langkah isap, kompresi, kerja dan buang)

9. Menjeaskan diagram P – V motor bensin 2 langkah dan dapat membedakannya dengan motor bensin 4 langkah.

10. Menjelaskan fungsi dan jenis-jenis pembilasan pada motor bensin 2 langkah; serta diagram pembukaan katup.

2.1. PENDAHULUAN

Motor bensin merupakan perkembangan dan perbaikan mesin yang sejak semula dikenal sebagai motor otto. Motor tersebut dilengkapi dengan busi dan karburator, dimana busi menghasilkan loncatan api listrik yang menyalakan campuran bahan bakar dan udara segar, sehingga motor bensin cenderung dinamakan Spark Ignition Engine. Motor bensin merupakan mesin pembakaran dalam, dimana proses pembakaran berlangsung di dalam motor bakar itu sendiri sehingga gas pembakaran (tenaga termis) yang terjadi sekaligus berfungsi sebagai fluida kerja yang diubahnya menjadi kerja mekanik. Tenaga termis dihasilkan dari pembakaran campuran bahan bakar dan udara di dalam silinder, sehingga menghasilkan gas pembakaran yang bertemperatur dan bertekanan tinggi, kemudian gas tersebut berekspansi untuk melakukan kerja mekanik pada torak.

Torak akan bergerak secara translasi (bolak-balik) akibat dorongan gas hasil pembakaran tersebut sehingga menyebabkan gerak rotasi pada poros engkol, dan juga sebaliknya gerak rotasi pada poros engkol akan menimbulkan gerak translasi pada torak. Berdasarkan jumlah langkah torak untuk menghasilkan suatu usaha, maka motor bensinr terbagi kedalam 2 kelompok utama yaitu : motor empat langkah dan motor dua langkah. Motor bensin ditemukan sejak tahun 1876 oleh seorang berkebangsaan Jerman bernama Nikolas Otto, pada saat itu ia berhasil menciptakan motor gas bersiklus empat langkah, yang pada saat ini digunakan sebagai prinsip kerja motor bensin. Motor bakar torak pada umumnya lebih sederhana, lebih kompak, lebih ringan dan temperatur seluruh bagian mesinnya jauh lebih rendah daripada temperatur gas pembakaran sehingga bisa lebih effisien dibandingkan dengan mesin penggerak mula lainnya. Sehingga penggunaan motor bakar di bidang transportasi sangat menguntungkan. Gambar 2 – 1 di bawah ini menunjukkan mesin sebuah motor bensin yang utuh, sehingga kelihatannya hanya kumpulan metal, pipa dan kawat. Namun bila di bongkar akan ditemukan suatu proses yang sangat komplek.

Gambar 2 – 1.

Mesin Motor Bensin

2.2. MOTOR BENSIN EMPAT LANGKAH (EMPAT – TAK)

Motor empat langkah (4 tak) ialah motor yang mengalami 4 kali gerakan turun naik piston atau 2 kali putaran poros engkol untuk menghasilkan satu kali langkah usaha atau terjadi satu kali pengapian. Maka pada tiap-tiap 2 kali putaran poros engkol akan melakukan 1 kali langkah kerja. Perubahan tekanan selama proses kerja terjadi dalam ruang di atas torak. Bila torak (piston) berada di TMB (titik terendah yang dapat dicapai piston), volume ruang bakar adalah yang terbesar yaitu isi langkah torak + volume ruang bakar. Sedangkan bila torak berda di TMA (titik tertinggi yang dapat dicapai oleh piston) volume ruang bakar adalah yang terkecil.

Out put motor bensin dikontrol oleh membuka dan menutupnya throttle valve dengan cara mengontrol banyaknya campuran bahan bakar dan udara yang masuk ke dalam ruang bakar, prosesnya dapat ditunjukkan pada gambar 2 – 2 di bawah ini :

(Busi)

Gambar 2-2.

Proses pengontrolan outputmotor bensin

2.3. Prinsip Kerja Motor bensin 4 Langkah (Empat – Tak)

Proses kerja suatu motor bensin empat langkah umum mempunyai urutan kerja sebagai seperti dibawah ini dimana berlangsung secara berurutan ditunjukkan gambar 2-3.

1. Pengisian silinder dengan udara murni atau dengan campuran antara bahan bakar dan udara yang disebut langkah Isap (intake stroke)

2. Proses pembakaran bahan bakar tersebut di dalam silinder yang disebut langkah kompresi (Compression stroke)

3. Proses ekspansi dari gas hasil pembakaran untuk melakukan kerja yang disebut Langkah ekspansi (Combustion / power stroke)

4. Proses pembuangan gas bekas hasil pembakaran yang disebut Langkah pembuangan (exhaust stroke)

Gambar 2-3 : Proses kerja motor bensin empat langkah

Ke empat langkah tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut :

1. Langkah Isap ((intake stroke)

Langkah isap dimulai pergerakan piston dari TMA ke TMB seperti ditunjukkan gambar 2 – 4. Katup isap terbuka dan katup buang tertutup yang diatur oleh mekanisme katup, pada saat itu campuran bahan bakar + udara yang berupa kabut dari karburator masuk ke ruang bakar (silinder) melalui katup isap, pada saat langkah isap poros engkol berputar 180^o.

Katup isapnya sudah terbuka sebelum TMA, untuk menghasilkan lubang isap yang luas bila dalam silinder telah terjadi kehampaan akibat gerakan torak ke bawah tersebut. Campuran udara dan bahan bakar yang baru di isap isiannya tidak pernah mencapai 100%, hal ini disebabkan oleh tahanan aliran yang dialami oleh campuran baru tersebut, sehingga tekanan selama pengisian selalu berada dibawah 100 kPa efektif. Pada frekuensi putar yang lebih tinggi, tekanan tersebut akan semakin rendah, sehingga peningkatan daya yang diberikan tidak dapat sebanding dengan frekuensi putarnya (efisiensi volumetri).

Gambar 2 – 4

Langkah Isap (intake stroke)

Isi langkah pada saat langkah isap ditunjukkan pada gambar 2 – 5 dibawah ini, dan dapat dihitung dengan persamaan :

V_s= ..................................... 2.1

Dimana :

D = Diameter silinder (mm)

S = Panjang langkah toral (mm)

Gambar 2.5. Dimensi silinder

2. Langkah kompresi (pemampatan)

Langkah kompresi dimulai pada saat piston bergerak dari TMB ke TMA seperti ditunjukkan gambar 2 – 6. Pada saat itu katup isap dan katup buang tetutup, akibatnya bahan bakar yang telah ada di dalam silinder termampatkan, pada saat beberapa derajat (± 10^o) sebelum mencapai TMA busi memercikkan bunga api listrik sehingga terjadi pembakaran/ledakan.

Gambar 2.6.

Langkah kompresi (pemampatan)

Secara teoritis pemampatan dimulai pada saat torak menuju ke TMA, pada saat itu ke dua buah katup diharapkan telah tertutup dengan baik sehingga campuran bahan bakar dan udara akan dikompresikan pada saat langkah ini berlangsung yang menyebabkan tekanan dan temperatur campuran tersebut meningkat. Kadang-kadang pemampatan dapat terjadi lebih awal yaitu bila tekanan berada diatas 100 kPa yang disebabkan oleh gerak aliran campuran.

Makin kecil ruang bakar terhadap ruang langkah torak, maka akan semakin besar tekanan pemampatannya. Hal ini sangat tergantung pada perbandingan pemampatan yang disebut dengan perbandingan kompresi, yang merupakan perbandingan antara 2 macam volume, yakni :

1. Volume diatas piston pada saat kedudukan piston di TMB.

2. Volume diatas piston pada saat kedudukan piston di TMB.

Perbandingan pemampatan (dinyatakan dengan symbol ε) ini dalam bentuk rumus menjadi:

ε = atau ε = 1 + atau ε – 1 = …………………… 2.2

Ket. Rumus : Vs = Volume langkah torak

Vc = Volume ruang bakar

Untuk mendapatkan tekanan akhir kompresi yang tinggi dengan tanpa mengurangi ekpansinya, maka harus mempertinggi perbandingan pemampatan (perbandingan kompresi). Biasanya dengan nilai perbandingan pemampatan yang tinggi, maka akan dapat menghasilkan tekanan akhir pemampatan yang lebih tinggi pula, sehingga mengakibatkan peningkatan suhu akhir pemampatan. Dalam hal ini perlu juga diperhatikan jenis gas apa dimampatkan karena gas yang satu memperlihatkan penambahan suhu lebih tinggi dibanding dengan jenis gas yang lain, selama proses pemampatan. Besarnya efisiensi (teoritis) motor diesel adalah lebih tinggi dibanding dengan motor bensin, karena perbandingan pemampatannya ternyata lebih tinggi.

Gambar 2.7. Perbandingan kompresi berdasarkan efisiensi thermal (kalor spesifik konstan)

3. Langkah kerja (ekspansi)

Pada saat terjadi langkah kerja ke dua katup tertutup, piston bergerak dari TMA ke TMB. Sesaat sebelum mencapai titik mati atas, pembakaran berlangsung dengan ledakan, sehingga tekanan dan temperatur gas pembakaran naik. Pada saat itu torak mencapai titik mati atas dan akibat tekanan gas yang tinggi akan mendorong torak ke bawah. Oleh karena isi silinder membesar, maka gas hasil pembakaran akan berekspansi yaitu tekanan dan temperaturnya menurun. Pada saat ekspansi, torak melakukakn kerja mekanik menggerakkan poros engkol (gambar 2-8).

Gambar 2.8.

Langkah kerja (ekspansi)

Penghentian pembakaran gas sebaiknya terjadi pada TMA atau sedikit sesudahnya. Ini disebabkan oleh pengembangan gas terbesar akibat suhu tertinggi harus terjadi pada volume terkecil sehingga torak mendapatkan tekanan terbesar. Ekspansi terjadi diatas torak selama terjadi langkah kerja. Dengan demikian tekanan dan suhu akan menurun.

Bila pengapiannya disetel terlalu dini, maka tekanannya cepat meningkat sebagai akibat pembakaran yang terlalu dini, padahal pemampatan masih berlansung. Toraknya akan direm dengan kuat sebelum TMA, yang sangat merugikan kerjanya. Sedangkan bila pembakarannya dibuat terlambat yaitu bila torak, masih dalam pembakaran, sudah menuju ke TMB, maka tekanan akan sangat menurun disebabkan oleh ruang silinder yang tidak membesar. Disamping itu gas yang masih terbakar akan ikut meninggalkan katup buangnya, mengakibatkan suhu pada katup terlalu tinggi.

Bila campuran gasnya terlalu miskin, maka terbakarnya gas menjadi sangat lambat sekali, akibatnya gas masih dalam keadaan terbakar pada awal langkah isap, hal ini dapat mengakibatkan pukulan balik di dalam karburator yang dapat menimbulkan kebakaran. Sebelum torak mencapai TMA, tergantung pada diagram katupnya, katup buang akan terbuka. Suhu beserta tekanan akan menurun, sehingga toraknya selama langkah buang sedikit sekali mengalami hambatan.

4. Langkah buang

Pada saat langkah buang piston bergerak dari TMB ke TMA seperti ditunjukkan gambar 2 – 9. Poros engkol menggerkkan torak ke titik mati atas (TMA), sehingga isi silinder akan berkurang. Pada saat terjadi langkah buang katup masuk tertutup, sementara katup buang terbuka sehingga torak dapat mengalirkan gas pembuangan ke luar silinder. Selanjutnya poros engkol berputar 180^o untuk memulai kembali langkah isap untuk menghasilkan usaha pada 4 langkah berikutnya. Tidak semua gas bekas dapat dikeluarkan, namun hal ini dapat diatasi bila ruang bakar yang kecil dengan perbandingan pemampatan yang besar.

Gambar 2.9.

Langkah buang

2.4. SIKLUS MESIN 4 LANGKAH (4 TAK)

Proses kerja pada motor bensin 4 tak akan membentuk suatu siklus yang akan terus berulang-ulang seperti yang ditunjukkan gambar 2-10. Sekali terjadi pengapian yang menghasilkan langkah usaha, poros engkol akan terus berputar sampai pada langkah usaha berikutnya, hal ini karena pengaruh roda gila (fly wheel). Siklus ini akan berulang secara terus menerus sehingga mesin akan berjalan dengan tenaga yang dihasilkan sendiri,

Gambar 2-10.

Siklus Motor 4 tak.

2.5. KEUNTUNGAN DAN KERUGIAN MOTOR BENSIN 4 TAK

Motor bensin 4 tak mempunyai keuntungan dan kekurangaanya bila dibandingkan dengan motor 2 tak atau lainnya, sebagai berikut :

2.5.1. Keuntungan :

1. Hemat pemakaian bahan bakar dan kerugian gas bunag kecil.
2. Cara kerja terbagi dengan baik diantara langkah-langkah, sehingga semua bagian memungkinkan bekerja dengan ideal.
3. Motor bekerja dengan lembit pada putaran rendah.
4. Tidak terdapat kesalahan pembakaran (misfiring) seperti pada motor 2 tak.

2.5.2. Kerugian :

1. Katup-katupnya digerakkan secara mekanik sehingga bertambahnya bagian-bagian dan memperbesar suara mesin.
2. Jumlah ledakan kecil sehingga diperlukan silinder yang banyak agar mesin dapat bekerja dengan lembut.

2.6. MEKANISME KATUP

Untuk memperoleh output mesin yang optimal, maka diperlukan sebanyak mungkin campuran bahan bakar dan udara yang dihisap ke dalam silinder, demikian pula gas bekas yang dikeluarkan. Campuran bahan bakar dan udara serta inersia gas pembakaran dipertimbangkan dalam menentukan lamanya katup terbuka secara maksimal. Seperti yang ditunjukkan pada gambar 2 -11. Katup mulai membuka sebelum langkah isap (sebelum TMA) dan menutup setelah TMB (mulai langkah kompresi). Katup buang membuka sebelum mencapai langkah buang dan menutup setelah TMA (setelah memasuki langkah isap. Saat membuka dan menutup katup disebut saat kerja katup (valve timing).

Gambar 2.11. Diagram Kerja Katup ( Valve timing Diagram)

2.7. SIKLUS OTTO UDARA STANDAR

Siklus Otto merupakan siklus motor bakar yang banyak digunakan untuk motor bakar dengan bahan bakar bensin, ditunjukkan pada gambar 2 – 12. Ada beberapa proses yang berlangsung pada siklus Otto ini seperti pada gambar diatas yaitu:

1. Proses 0 - 1 yaitu pembukaan katup isap dan pengisapan campuran udara bahan bakar ke dalam silinder.

2. Proses 1 - 2 yaitu proses kompresi yang berlangsung secara isentropic (adiabatic reversible) dimana seluruh katup isap dan katup buang dalam keadaan tertutup. Udara dan bahan bakar dimampatkan, dimana temperature dan tekanan pada tingkat 2 lebih tinggi dari tingkat 1.

3. Proses 2 - 3 yaitu proses pembakaran yang berlangsung secara isovolumetrik (volume konstan). Pada proses ini terjadi pengapian campuran bahan bakar dan udara oleh busi. Kalor dipindahkan ke system yang mengakibatkan peningkatan temperature, tekanan dan entropi. Jumlah perpindahan kalor ke system adalah :

Q_2-3 = m . c_v . (T₃ – T₂) ……………………………………………………. 2.3.

Dimana : m : massa (kg)

c_v : Kalor spesifik volume konstan (J/kg-mol K)

T : Temperatur.

4. Proses 3 - 4 yaitu proses ekspansi yang berlangsung secara isentropic. Dimana gas hasil pembakaran berekspansi secara isentropic dan juga disebut langkah kerja dimana tekanan dan temperature akan menurun. Hingga akhir proses ekspansi, katup isap dan buang tetap tertutup.

Gambar 2.12. Siklus Otto Motor Bakar Bensin Ideal dan actual.

5. Proses 4 - 1 yaitu proses pembukaan katup buang yang berlangsung secara isovolumetrik (volume konstan). Kalor dipindahkan dari system pada volume konstan, akibat interaksi kalor antara system dan reservoir yang bertemperatur rendah mengakibatkan penurunan temperature, tekanan dan entropi. Jumlah kalor yang dipindahkan dari system adalah :

Q_4-1 = m . c_v . (T₄ – T₁) ……………………………………………………… 2.4.

Effesiensi termal siklus otto adalah :

= ………………………… 2.5

Volume dan temperature akhir proses kompresi dan ekspansi di berikan oleh hubungan isentropic berikut :

………………………………………………….. 2.6

sehingga perumusan efisiensi menjadi :

η _term = 1 - = 1 - ( konstan) ………………………… 2.7

6. Proses 1 - 0 yaitu proses pengeluaran gas hasil pembakaran dari dalam silinder secara isobaric (tekanan konstan).

CONTOH SOAL 2-1 :

Siklus otto udara standart memiliki perbandingan kompresi 8. Pada awal kompresi temperaturnya ialah 300 K dan tekanan 100 kPa. Jika tempetaur maksimum siklus ini adalah 1200 K, maka tentukan :

þ kalor yang dipasok per kg udara

þ kerja netto yang dilakukan per kg udara

þ efisiensi termal siklus ini.

Penyelesaian :

Temperatur pada tingkat 2 dan 4 ditentukan dari hubungan proses isentropic dengan perbandingan kalor spesifik ()= 1.4.

atau T₂ = (300 K) (8)^0.4 = 689,2 K

dan

atau T₄ = (1200 K) (1/8)^0.4 = 522,3 K

(a). Untuk temperature rata-rata (1200 + 689,2)/2 = 944,6, nilai spesifik pada volume konstan c_v = 0.754 kJ/kg k. Kalor yang dipasok per kg udara (sepanjang proses 2-3) sama dengan perubahan energi dalam sehingga :

(b). Kerja yang dilakukan per kg udara dilakukan oleh :

W _net = - q _4-1 – q _2-3

Selama proses pembuangan kalor, c_v = 0,7165 kJ/kg K, sehingga :

q _4-1 = c_v (T₁ – T₄) = (0,7165 kJ/kg K) [ (300 – 522,3) K ] = - 159,3 kJ/kg

Oleh sebab itu :

W _net = 159,3 – 385,1 = - 25,8 kJ/kg

(c). Effisiensi thermal sama dengan :

atau 58,6 persen

2.8 MOTOR BENSIN 2 LANGKAH (DUA – TAK)

Motor dua-langkah bekerja dengan siklus dua kali jumlah siklus motor 4 langkah untuk putaran yang sama. Karena itu pada putaran poros dan ukuran serta jumlah silinder yang sama, motor dua langkah dapat menghasilkan daya dua kali daya motor empat langkah dengan tekanan efektif rata-rata yang sama Dengan demikian konstruksinya menjadi lebih kompak dan juga lebih sederhana kerana beberapa bagian mesin yang bergerak dapat ditiadakan, seperti yang terlihat pada gambar 2.13.

Gambar 2.13.

Skematik motor bensin 2 langkah.

2.8.1. Prinsip Kerja Motor Dua – Tak

Pada umumnya motor dua langkah tidak mempunyai katup pada kepala silinder. Pemasukan dan pengeluaran campuaran dan gas bekas berlangsung melalui lubang-lubang pada dinding silinder. Lubang-lubang ini dibuka dan ditutup oleh torak sendiri. Motor dua-langkah melengkapi siklusnya dalam dua gerakan torak (TMB – TMA – TMB) atau dalam satu putaran poros engkol. Langkah buang dan langkah isap terjadi pada saat torak berada di sekitar TMB. Proses pemasukan udara atau campuran bahan bakar – udara ke dalam silinder tidak dilakukan oleh gerakan isap dari torak seperti pada motor empat-langkah, melainkan oleh pompa pembilas. Proses kerja motor bensin dua-tak dapat diterangkan dengan meninjau apa yang terjadi selama satu putaran dalam ruang silinder di atas torak atau ruang bakar, dan di bawah torak dalam ruang poros engkol.

Di atas torak atau ruang bakar terjadi langkah kerja dan langkah kompresi yaitu :

1. Langkah kerja

Pada titik-mati atas dari torak, pembakaran telah berlangsung (Gambar 2 - 14 A) dan tekanan gas mendorong torak ke bawah (gambar 2 - 14 B). Segera setelah sisi atas torak mencapai lubang pembuangan, langkah kerja efektif berakhir (Gambar 2 - 14 C). Sebagian besar gas bekas menghilang melalui lubang pembuangan (Gambar 2 - 14 D). Selanjutnya lubang pembilas membuka; campuran baru mengalir masuk silinder dan mendesak sisa gas bekas ke lubang pembuangan.

A B C D

Gambar 2 – 14. Skematik langkah kerja motor bensin 2 langkah

2. Langkah Kompresi

Silinder diisi kembali untuk proses kerja berikutnya (gambar 2-15 A). Pembilasan dan pengisian silinder berakhir diwaktu torak, pada langkah naik, menutup lubang pembilas (Gambar 2-15 B). Setelah lubang pembuangan juga menutup, kompresi mulai berlangsung (Gambar 2-15 C). Pada atau hampir pada titik mati atas langkah torak pembakaran dilaksanakan dan proses kerja berulang kembali. Setelah torak menutup lubang pembilas, ruang engkol tertutup dan didalam terjadi vakum atau tekanan hampa. Pada saat sisi bawah membuka lubang masuk sejumlah campuran baru mengalir ke dalam ruang engkol (Gambar 2-15 D)

A B C D

Gambar 2 – 15. Skematik langkah Kompresi motor bensin 2 langkah

2.8.2. SIKLUS DAN DIAGRAM P – V MOTOR DUA LANGKAH

Diagran P – V motor bensin dua langkah dapat ditunjukkan pada gambar 2-16 dengan urutan proses sebagai berikut :

1. Kompresi mulai pada saat titik 1 setelah penutupan lubang pembuangan; garis 1 -2 adalah garis kompresi.

2. Pada saat mencapai titik 2, campuran terbakar dengan ledakan dan tekanan naik hingga titik 3; garis 2 – 3 adalah garis pembakaran.

3. Setelah pembakaran gas berekspansi dan melakukan kerja mekanik; garis ekspansi digambarkan dengan garis 3 – 4.

4. Titik 4 adalah permulaan pembuangan; gas bekas mengalir ke udara luar yang digambarkan dengan garis 4 – 5.

5. Titik 5 adalah permulaan pembilasan. Campuran baru mengalir ke dalam sillinder dan mendesak sisa gas bekas ke lubang pembuangan. Tekanan dalam silinder hampir sama dengan tekanan atmosfer. Pembilasan dan pengisian silinder digambarkan dengan garis 5-6-5, pada saat ini lubang pembuangan juga tertutup.

Lalu setelah itu prosesnya berulang kembali. Luas bidang diagram yang diarsir merupakan kerja teoritis yang dihasilkan tiap proses kerja yang diumpamakan dengan suatu skala tertentu.

Gambar 2.16.

Diagram P-V motor bensi 2 tak.

Diagram P – V aktual berdasarkan pergerakan piston ditunjukkan pada gambar 2 – 16 dibawah ini :

Gambar 2-17

Diagram P – V aktual Vs posisi piston

2.8.3. KEUNTUNGAN DAN KERUGIAN MOTOR BENSIN 2 TAK

Keuntungan :

1. Karena pada umumnya tidak menggunakan katup, maka bagian mesin menjadi sedikit, kesukaran yang timbul berkurang dan sehingga lebih murah dan sederhana.

2. Pemakaiaan oli mesin lebih lama

3. Tarikan dan akselerasi spontan

4. Menghasilkan kerja kerja dua kali lipat daripada yang dihasilkan motor empat-tak dengan ukuran sama dan kecepatan putar yang sama.

Kerugian :

1. Pembuagan gas bekas kurang sempurna dan kesulitan untuk mempertinggi kecepatan, sebagian campuran baru keluar bersama dengan gas bekas.

2. Sukar bekerja pada putaran rendah dan kemungkinan terjadi flash back ke karburator.

3. Cenderung mengalami panas yang berlebihan (overheating).

4. Pengotoran silinder oleh pembakaran campuran bensin-minyak udara

2.9. PEMBILASAN

Pembilasan ialah proses membersihkan silinder dari gas buang dan peng isian silinder dengan udara atau campuran bahan bakar- udara segar. Pada motor dua langkah, langkah pembuangan terjadi ketika gas buang didesak ke luar dari dalam silinder melalui lubang buang oleh campuran bahan bakar – udara baru yang dimasukkan ke dalam silinder melalui saluran pembilas dari ruang poros engkol. Sudah barang tentu sebagian udara atau campuran bahan bakar – udara segar akan ikut keluar dari dalam silinder bersama-sama dengan gas buang. Pada motor bensin dua-langkah hal tersebut merupakan kerugian karena bahan bakar terbuang percuma, sehingga tidak efektif untuk digunakakan. Proses pembilasan ditunjukkan pada gambar 2-18.

Volume ruang poros engkol pada motor bensin dua langkah sangat mempengaruhi proses pengisian silinder. Hal ini disebabkan oleh tekanan yang terjadi di dalam ruang poros engkol. Bila volumenya besar, maka campuran yang dapat di isap sedikit karena tekanan yang dicapai kecil. Pada saat piston bergerak ke bawah, bila pencapaian tekanan agak kecil, maka kecepatan bilas menjadi sangat buruk. Dengan demikian pengisian silinder akan memburuk, apalagi pada frekwensi putaran piston yang sangat tinggi, sehingga akan menggangu kinerja motor.

Gambar 2-18.

Pembilasan pada motor bensin dua langkah

Keterangan Gbr.

Kedudukan torak	Di dalam ruang poros engkol (karter)	Didalam silinder
TMA	Isapan	Pengapian
Torak ke atas	Kompresi sebelumnya	Kerja
TMB	Aliran ke atas	Pembilasan
Torak ke bawak	Tekanan kurang	Kompresi

2.9.1 Jenis-jenis pembilasan

Ada beberapa jenis proses pembilasan, diantaranya adalah: pembilasan tukik, pembilasan tukik-balik, Pembilasan konstruksi torak-berhadapan, pembilasan menggunaan katup, pembilasan-ruang engkol, pembilasan dengan pompa sentrifugal. Adapun salah satunya akan dibahas disini yaitu pembilasan-ruang engkol.

1. Pembilasan Ruang Engkol.

Konstruksi motor dua langkah dengan pembilasan ruang engkol adalah paling sederhana, seperti terlihat pada gambar 2-14 diatas. Udara pembilas yang ada di dalam ruang engkol ditekan oleh torak setiap kali torak itu bergerak dari TMA ke TMB . Pada suatu saat torak akan membuka lubang buang. Karena pada saat itu tekanan gas buang lebih besar daripada tekanan udara atmosfer, gas buang akan keluar dari silinder. Sementara itu torak berangsur-angsur membuka lubang isap dan mengalirkan udara, atau campuran bahan bakar - udara segar dari ruang engkol ke dalam silinder melalui lubang tersebut. Sementara itu volume ruang engkol bertambah besar sehingga tekanannya turun lebih rendah daripada tekanan udara atmosfer. Maka terisaplah udara atau campuran bahan-bakar segar, masuk ke dalam ruang engkol melalui lubang pada dinding silinder di bawah torak yang pada waktu tersebut dalam keadaan tidak tertutup oleh torak. Selama itu terdapat hubungan antara saluran isap dengan engkol (torak berada di sebelah atas lubang isap). Proses pengisapan udara atau campuran bahan-bakar segar ke dalam ruang engkol akan berhenti setelah lubang isap tertutup kembali oleh dinding torak, yaitu pada waktu torak bergerak kembali dari TMA ke TMB.

Pada umumnya pembilasan-ruang engkol hanya digunakan pada motor bensin berukuran kecil saja. Bahan bakarnya (bensin) dicampur dengan minyak pelumas dengan perbandingan volume di sekitar 20 : 1. Maksudnya agar supaya campuran itu sekaligus berfungsi sebagai pelumas poros engkol dan dinding silinder. Sudah barang tentu gas pembakaran tak dapat diharapkan bersih, suatu hal yang kurang menguntungkan.

2.10. DIAGRAM PEMBUKAAN LUBANG

Diagram pembuakaan lubang motor bensin dua langkah ditunjukkan pada gambar 2.15.. Lubang pembuangan terbuka 120 – 130 derajat-engkol tiap proses kerja. Untuk lubang pembilas 110 derajat engkol dan untuk lubang masuk 110 – 120 derajat engkol.

Gambar 2.19 .

Diagram pembukaan Lubang motor bensin 2 langkah

Contoh Soal 2.2.

Perbandingan kompresi siklus Otto udara standard sebesar 8. Pada awal langkah kompresi tekanan sebesar 0.1 Mpa dan temepratur 15°C, kalor dipindahkan ke siklus udara sebanyak 1800 kJ/kg udara. Tentukan

a. Tekanan dan temperatur akhir tiap proses siklus

b. Efisiensi termal

c. Tekanan efektif rata-rata

Penyelesaian :

Awal kompresi:

Akhir kompresi :

Awal ekspansi :

p₃ = p₂ = 1.838 Mpa

q₃ = c_v (T₃ – T₂) = 1800 kJ/kg

Akhir ekspansi :

Kalor dibuang
q_r = c_v (T₁ – T₄) = 0.7165 (288 – 1380) = -782.3 kJ/kg

Efisiensi termal adalah :

; dengan cara lain :

RANGKUMAN

Motor empat langkah (4 tak) ialah motor yang mengalami 4 kali gerakan turun naik piston atau 2 kali putaran poros engkol untuk menghasilkan satu kali langkah usaha atau terjadi satu kali pengapian. Maka pada tiap-tiap 2 kali putaran poros engkol akan melakukan 1 kali langkah kerja. Proses kerja dalam suatu motor bensin empat langkah adalah langkah isap, kompresi, kerja (ekspansi) dan buang.

Motor bensin 4 tak mempunyai keuntungan dan kekurangaanya bila dibandingkan dengan motor 2 tak atau lainnya, sebagai berikut ; keuntungan : hemat pemakaian bahan bakar dan kerugian gas buang kecil; cara kerja terbagi dengan baik diantara langkah-langkah, sehingga semua bagian memungkinkan bekerja dengan ideal; motor bekerja dengan lembit pada putaran rendah; tidak terdapat kesalahan pembakaran (misfiring) seperti pada motor 2 tak. Sedangkan kerugiannya adalah : katup-katupnya digerakkan secara mekanik sehingga bertambahnya bagian-bagian dan memperbesar suara mesin; jumlah ledakan kecil sehingga diperlukan silinder yang banyak agar mesin dapat bekerja dengan lembut.

Motor dua-langkah bekerja dengan siklus dua kali jumlah siklus motor 4 langkah untuk putaran yang sama. Karena itu pada putaran poros dan ukuran serta jumlah silinder yang sama, motor dua langkah dapat menghasilkan daya dua kali daya motor empat langkah dengan tekanan efektif rata-rata yang sama. Pada umumnya motor dua langkah tidak mempunyai katup pada kepala silinder. Pemasukan dan pengeluaran campuaran dan gas bekas berlangsung melalui lubang-lubang pada dinding silinder. Lubang-lubang ini dibuka dan ditutup oleh torak sendiri. Langkah buang dan langkah isap terjadi pada saat torak berada di sekitar TMB. Proses pemasukan udara atau campuran bahan bakar – udara ke dalam silinder tidak dilakukan oleh gerakan isap dari torak seperti pada motor empat-langkah, melainkan oleh pompa pembilas.

Keuntungan motor 2 tak adalah :karena pada umumnya tidak menggunakan katup, maka bagian mesin menjadi sedikit, kesukaran yang timbul berkurang dan sehingga lebih murah dan sederhana; pemakaiaan oli mesin lebih lama; tarikan dan akselerasi spontan; menghasilkan kerja kerja dua kali lipat daripada yang dihasilkan motor empat-tak dengan ukuran sama dan kecepatan putar yang sama. Sedangkan kerugiannya adalah : pembuagan gas bekas kurang sempurna dan kesulitan untuk mempertinggi kecepatan, sebagian campuran baru keluar bersama dengan gas bekas; sukar bekerja pada putaran rendah dan kemungkinan terjadi flash back ke karburator; cenderung mengalami panas yang berlebihan (overheating); pengotoran silinder oleh pembakaran campuran bensin-minyak udara.

SOAL POST TEST

MODUL 2.

1. Siapa penemu motor bensin dan mengapa motor bensin dinamakan dengan Spark Ignition Engine ?

2. Jelaskan pengertian motor bensin empat langkah ? Kemudian jelaskan proses yang terjadi pada masing-masing langkahnya ?

3. Gambarkan diagram P – V berdasarkan prinsip kerja tersebut ?

4. Hitunglah besarnya volume langkah dari sebuah motor, bila diketahui panjang langkahnya 50 mm, diameter silinder 60 mm, jumlah silinder 4 buah ?

5. Sebutkan ciri-ciri motor bensin 4 langkah ?

6. Jelaskan keuntungan dan kerugian motor bensin 4 langkah ?

7. Jelaskan diagram kerja katup (mekanisme katup) pada motor bensin 4 langkah ?

8. Gambarkan siklus otto ? kemudian jelaskan proses yang terjadi pada siklus otto ?

9. Perbandingan kompresi Siklus Otto sebesar 8.8 . Udara awal kompresi pada 295 K dan kalor yang dimasukkan sebesar 2650 kJ/kg. Berapakah temperatur saat akhir kompresi, awal ekspansi, dan akhir ekspansi? Berapa pulakah kerja bersih per kg dan efisiensi termal siklus?

10. Bila sebuah motor bensin diketahui volume langkahnya 2400 cm³, volume ruang kompresi 50 cm³ dan jumlah silindernya 6 buah, tentukan perbandingan kompresinya ?

11. Jelaskan hubungan antara bilangan kompresi dengan effisiensi pada motor bensin ?

12. Jelaskan pengaruh dari campuran yang miskin dan campuran yang kaya terhadap kinerja motor ?

13. Jelaskan proses kerja motor bensin dua langkah ? gambarkan diagram P – V berdasarkan prinsip kerja tersebut ?

14. Apa yang terjadi pada langkah pembilasan pada motor bensin dua langkah ? kemudian jelaskan salah satu jenis pembilasan yang paling banyak dipakai ?

15. Sebutkan keuntungan dan kerugian motor bensin dua langkah ?

BAHAN BACAAN

1. BPM. Arends, H. Barenschot. Motor Bensin, Terjemahan Umar Sukrisno, Erlangga, Jakarta, 1980.

2. L.A. de Bruijn, L. Muilwijk, MOTOR BAKAR, Bhratara karya aksara, Jakarta, 1985.

3. Arismunandar, wiranto, Penggerak Mula Motor Bakar, ITB Bandung, 1988.

4. Archie W. Culp, Jr, Darwin Sitoruk, Prinsip-prinsip konversi energi, Erlangga,1989.

5. Michel A. Saad, Thermodinamika : prinsip dan aplikasi, PT. Prenhallindo, Jakarta. 2000.

6. Ir. Sudarman, MT, Siklus Daya Termal, UMM Press, Malang, 2001.